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Vorrichtung zum Antrieb von V-förmig im Zylinderkopf hängenden Ventilen
von Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb
von V-förmig im Zylinderkopf hängenden Ventilen von Brennkraftmaschinen, bei der
eine im wesentlichen parallel zur Zylinderachse seitlich neben dem Zylinder angeordnete
und von der Kurbelwelle unmittelbar oder mittelbar angetriebene Nockenwelle, insbesondere
eine Königswelle, an ihrem zylinderkopfseitigen Ende radial gerichtete Steuernocken
trägt, die über Zwischenglieder, wie Stößel, Druckstangen, Schlepphebel und Kipphebel,
mit den Ventilen in von Ventilfedern gewährleisteter kraftschlüssiger Verbindung
stehen, wobei sich an den Steuernocken jeweils ein am Zylinderkopf beweglich gelagertes
Führungsglied, wie Stößel, Kipphebel oder Schlepphebel, und an den Ventilen jeweils
ein gleichfalls am Zylinderkopf gelagerter Kipphebel abstützen.
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Ventilantriebe dieser Gattung zeichnen sich gegenüber den sonst üblichen
Königswellen-Bauarten mit oben liegenden Nockenwellen dadurch aus, daß nur ein einziges
Kegelradpaar zum Antrieb der Steuernocken erforderlich ist. Dadurch werden die sonst
sehr hohen Herstellungskosten für einen Königswellenantrieb anderen Ventilantrieben,
z. B. mit entenliegender Nockenwelle, Stoßstangen und Kipphebeln oder mit obenliegender,
durch Kettengetriebe angetriebener Nockenwelle, praktisch gleichgestellt. Die bekannten
Ausführungen der eingangs genannten Gattung von Ventilantrieben besitzen jedoch
eine umständliche und zum Teil unzuverlässige Bauweise, die keine hohen Motordrehzahlen
zuläßt.
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Bei einer bekannten Ausführung der genannten Gattung sind zwischen
Nocken und Ventilschaft breit gelagerte, jeweils an beiden Enden ihrer Welle mit
einem Hebel versehene Kipphebel verwendet, die die Ventilsteuerbewegungen von den
Nocken zu den Ventilschäften in einem jeweils mit zwei Winkeiumlenkungen versehenen
Umweg leiten. Diese Kipphebel müssen für diesen Zweck sehr schwer ausgeführt sein,
so daß ein Hauptvorteil des Königswellenantriebes, nämlich geringste hin- und hergehende
Massen, wiederum weitgehend verlorengeht. Daneben weisen diese Kipphebel eine Elastizität
in ihrer Kraftübertragung auf, die den Steuerzeiten der Ventile abträglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden
und von den Steuernocken zu den Ventilschäften einen - so weit möglich -geradlinigen
Kraftverlauf bzw. Verlauf der übertragungsglieder zu schaffen, so daß diese einfach
und leicht ausgeführt werden können und damit die geringen hin- und hergehenden
Massen im Ventilantrieb die Anwendung hoher Motordrehzahlen und hoher Beschleunigungswerte
in der Ventilbewegung zulassen. Darüber hinaus soll der Aufbau der Steuerungsvorrichtung
so erfolgen, daß gegebenenfalls für die Ein- und Auslaßventile ein einziger gemeinsamer
Steuernocken verwendet werden kann. Ferner ist eine ratensparende Anordnung aller
Steuerungsteile Teilaufgabe der Erfindung.
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Die Erfindung besteht darin; daß jeweils die beiden Druckübertragungspünkte
bzw. die Schwerpunkte der Druckübertragungsflächen aller Kipp-und gegebenenfalls
Schlepphebel in an sich bekannter Weise in einer Ebene senkrecht zu der jeweiligen
Lagerachse liegen und daß die in senkrecht zum jeweiligen Ventilschaft verlaufenden,
diesen im Bereich seines oberen Endes schneidenden, zur Zylinderachse schrägen Ebenen
liegenden Lagerachsen der an den Ventilen sich abstützenden Kipphebel zur Seite
der Steuernocken hin geneigt sind und in gleichfalls bekannter Weise miteinander
einen zu dieser Seite hin offenen Winkel bilden, derart, daß die erstbestimmten
Ebenen der Kipphebel das zugrordnete Führungsglied im Bereich der vom zugehörigen
Steuernocken abgewandten Druckübertragungsfläche schneiden.
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Durch diese Ausbildung und Anordnung der hin-und hergehenden Teile
des Ventilantriebes, deren die Antriebskräfte übertragende Bereiche sämtlich in
einer Ebene liegen, ergeben sich keine Seitenkomponenten oder Biegungsmomente. Alle
Teile werden nur von Druckkräften belastet und können sehr leicht gebaut werden.
,Es -ergeben sich auch keine elastischen Verwindungen, wodurch dieser Vorteil
der hohen Exaktheit der Ventilsteuerungen mittels Königswelle erhaltenbleibt.
Es
sind zwar bereits Ventilsteuervorrichtungen mit seitlich der Zylinder stehender
Nockenwelle bekannt, bei denen die Kraftübertragung von den Nocken zu den Ventilen
mit Kipphebeln und gegebenenfalls zusätzlichen Stößeln ohne Seitenkomponenten erfolgt,
da dort alle Druckübertragungsflächen der Zwischenglieder in einer Ebene senkrecht
zu den Lagerachsen der an den Ventilen angreifenden Kipphebel liegen. Jedoch sind
diese Ausführungen nicht für V-förmig hängende Ventile anwendbar.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter
Weise für zwei Ventile nur ein Steuernocken vorgesehen ist, denn die erfindungsgemäße
Anordnung läßt ein Winkelmaß des Abstandes der Abstützstellen an den Steuernocken
zu, welches die gemeinsame Steuerung der Ein- und Auslaßventile eines Zylinders
durch einen einzigen Steuernocken ermöglicht. Dadurch vereinfacht sich weiterhin
die Herstellung, verringert sich die Bauhöhe und ist auch eine fliegende Lagerung
des Steuernockens auf dem freien Ende der Nockenwelle oder ein enger Lagerabstand
ausführbar, was der Steifigkeit der Steuerungsteile förderlich ist.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich
bei Verwendung von Schlepphebeln als Führungsglieder und Druckstangen zum Antrieb
der Kipphebel daraus, daß für beide Schlepphebel eines Zweiventil-Zylinderkopfes
nur eine Lagerachse vorgesehen ist. Die Schlepphebel besitzen dabei eine Länge,
die eine etwa rechtwinkelige Stellung der Schlepphebel und Druckstangen zueinander
ergibt. Die Möglichkeit, den bzw. die Steuernocken auf dem freien Ende der Nockenwelle
lösbar zu befestigen, erlaubt den schnellen Tausch derselben, was beispielsweise
bei sportlichen Veranstaltungen die Angleichung an verschiedene Streckenverhältnisse
zuläßt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf einer
Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Antrieb für V-förmig hängende Ventile, F i
g. 2 eine Teilansicht eines Kipphebels in Richtung seiner Achse mit den anschließenden
Teilen eines Ventilschaftes und einer Druckstange nach F i g. 1 und F i g. 3 einen
Teilschnitt des Ventilantriebes nach F i g. 1 in einer Ebene durch die Motorzylinderhochachse
und Königswellenachse.
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Auf dem Zylinderkopf 1 einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit V-förmig
hängend angeordneten Ventilen 2, 3 sind zur Steuerung derselben je ein Kipphebel
4, eine längenverstellbare Druckstange 5
und ein Schlepphebel 6 angeordnet.
Das auf dem Zylinderkopf 1 gelegene Ende der von der nicht dargestellten
Kurbelwelle über eine Zwischenwelle 7 mittels eines Kegelradpaares 8, 9 angetriebenen
Königswelle 10 trägt einen Steuernocken 11. Dieser steht mit denSchlepphebeln
6 in Antriebsverbindung. Die vom Steuernocken 11 abgewandte Seite der Schlepphebel
6 ist mit je einer Kugelpfanne 6" versehen, in die eine Druckstange 5 mit ihrem
kugelförmigen Ende eingreift und auf diese Weise geführt ist. Das andere ebenfalls
kugelförmige Ende der Druckstange 5 stützt sich gegen eine Kugelpfanne 4'
des einen Kipphebels 4 ab, dessen zweites Hebelende mit einer Abwälzfläche
4" auf das Stirnende der Ventilschäfte 2', 3' drückt, wenn gegen die Schließkraft
der Ventilfeder 12 das jeweilige Ventil öffnet, sobald der Steuernocken
11 über den einen Schlepphebel 6 und die eine Druckstange 5 die Ventilbewegung
einleitet. Um einen leichten und einfachen Aufbau der Ventilsteuerungsteile, die
Voraussetzung für die Anwendung hoher Motordrehzahlen und Beschleunigungswerte zur
Erzielung großer Ventilzeitquerschnitte, zu erreichen, sind die hin- und hergehenden
Übertragungselemente, Schlepphebel 6,
Kipphebel 4 und Druckstange
5, mit ihren kraftübertragenden Bereichen jeweils in einer Ebene El, E2 angeordnet.
Diese Ebenen sind bestimmt durch die Achsen A 1, A., der Ventilschäfte 2', 3' und
die Mittelpunkte Ml, -M.= der Kugelpfannen 6"
der Schlepphebel 6 bei einer
Stellung der Schlepphebel innerhalb deren Bewegungsbereiche. Die bei der Ventilbetätigung
eintretenden Abweichungen der Funkte Ml und M, aus diesen Ebenen sind wegen der
rechtwinkeligen Stellung der Schlepphebel 6 gegenüber den in den Ebenen El, E2 gelegenen
Druckstangen 5 unbedeutend gering, so daß auch die an den Kipphebeln infolge der
Verlagerung der Druckstangenendpunkte Ml, M2 sich ergebenden Seitenkomponenten der
Steuerkräfte bedeutungslos sind. Die kurzen Druckstangen 5 und die kleinen Kipphebel
4 sind daher sehr leicht und einfach ausgeführt. Die Kipphebel bestehen im wesentlichen
nur aus einem kurzen Lagerrohr 13 und einem flachen Steg 14, an welchem die
Kugelpfanne 4' und die Abwälzfläche 4" angebracht sind. Der Steg
14 ist in der Ebene El bzw. E2 angeordnet. Zur Lagerung der Kipphebel 4 sind
am Zylinderkopf 1 Lagerböcke 13' angegossen, die entsprechend der schrägen Lage
der Ebenen El, E2 mit senkrecht zu diesen Ebenen verlaufenden, die Lagerbolzen
15 aufnehmenden Bohrungen versehen sind. Die Achsen der Lagerbolzen 15 sind
andererseits wiederum in rechtwinkelig zu den Ventilschäften 2', 3' verlaufenden
Ebenen E3 (Fig. 2) angeordnet, welche die Ventilschäfte im Bereich ihrer oberen
Enden schneiden. Damit ist erreicht, daß die Abwälzflächen 4" der Kipphebel
4
bei der Ventilbetätigung nur geringe radiale Bewegungen an der Stirnfläche
der Ventilschäfte ausführen.
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Die Königswelle 10 ist zur Ermöglichung von kurzen Stoßstangen 5 gegenüber
der Achse 16' des Motorzylinders 16 unter einem Winkel 17 geneigt
angeordnet (F i g. 3). Im gleichen Winkel ist auch die Lagerachse 6' der
Schlepphebel 6 im Zylinderkopf 1 befestigt, wodurch sich eine parallele Stellung
der Oberfläche des Steuernockens 11 zu den Anlageflächen der Schlepphebel
an dieser ergibt. Die Schlepphebel 6 sind zwischen ihrem Lagerende am Bolzen 6'
und dem die Kugelpfannen 6" aufnehmenden Ende sehr schlank ausgeführt, so daß sich
auch hier nur geringe hin- und hergehende Massen ergeben, zumal diese Hebel ebenfalls
nur durch Zug-und Druckkräfte belastet sind.
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Die erfindungsgemäße Ventilsteuerung ist insbesondere für Motoren
mit einzeln angeordneten Zylindern, wie Einzylinder-, Zweizylinder-Boxer-, Zweizylinder-V-
und Sternmotoren geeignet. Sie läßt sich jedoch sinngemäß auch an Motoren mit Reihenanordnungen
der Zylinder anwenden. Ferner besteht die Möglichkeit, mehrere stehende Nockenwellen
z: B. durch Ketten- oder Zahnradgetriebe miteinander zu verbinden und z. B. durch
eine Königswelle, die selbst auch Nocken tragen kann; - anzutreiben:
Bei
Boxermotoren und flachwinkeligen V-Motoren besteht dabei sogar die Möglichkeit,
eine durchgehende Königswelle für zwei gegenüberliegende Zylinder zu verwenden,
die von einem Kegelradpaar angetrieben wird und gegebenenfalls schräg zu den Zylinderachsen
verläuft.