Patentanspruch: Hydraulischer Stoessel fuer den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur selbstaendigen Regelung des Öffnungshubes eines Gaswechselventils in Abhaengigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle mit einem tassenartigen Zylinderteil und einem im Zylinderteil gleitend gefuehrten Kolbenteil, die beide einen volumenveraenderlichen Arbeitsraum ein schliessen, der eine das Kolben- und Zylinderteil nach entgegengesetzten Richtungen vorspannende Druckfeder enthaelt und ueber ein den Öleintritt zulassendes Rueckschlagventil im Kolbenteil mit einem volumenveraenderlichen Vorratsraum verbunden ist und den Ölaustritt zulassende Leckoeloeffnungen aufweist, die einen lichten Querschnitt haben, durch welchen bei erhoehter Drehzahl der Nockenwelle eine geringere Ölmenge aus dem Arbeitsraum austritt, als ueber das Rueckschlagventil in den Arbeitsraum eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenveraenderliche Vorratsraum (12) durch einen vom Boden des Kolbenteils (8)

abstehenden, rohrfoermigen Ansatz (5) mit mindestens einer in den Arbeitsraum (9) fuehrenden Bohrung (6) und eine den Ansatz aufnehmende, im Boden des Zylinderteils (13) ausgebildete, zylindrische Ausnehmung begrenzt und ueber eine vom rohrfoermigen Ansatz (5) uehersteuerte Leitung (2, 14) mit dem Schmieroelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist, und dass die aus dem Arbeitsraum (9) fuehrenden Leckoeloeffnungen (4) in den Schmieroelkreislauf muenden. 

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stoessel fuer den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur selbsttaetigen Regelung des Öffnungshubes eines Gaswechselventi1s in Abhaengigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle mit einem tassenartigen Zylinderteil und einem im Zylinderteil gleitend gefuehrtem Kolbenteil, die beide einen volumenveraenderlichen Arbeitsraum einschliessen, der eine das Kolben - und Zylinderteil nach entgegengesetzten Richtungen vorspannende Druckfeder enthaelt und ueber ein den Öleintritt zulassendes Rueckschlagventil im Kolbenteil mit einem volumenveraenderlichen Vorratsraum verbunden ist und den Ölaustritt zulassende Leckoeloeffnungen aufweist, die einen lichten Querschnitt haben, durch welchen bei erhoehter Drehzahl der Nockenwelle eine geringere Ölmenge aus dem Arbeitsraum austritt, als uebe; das Rueckschlagventil in den Arbeitsraum eintritt.

Fuer hydraulische Stoessel der eingangs erwaehnten Art werden bei Kraftfahrzeugen zur Zylinderabschaltung eingesetzt, um Benzin einzusparen. Bei der Zylinderabschaltung wird ein Teil der Zylinder stillgelegt, wenn man nur wenig Leistung braucht. Der Restmotor mit den leer mitlaufenden Kolben arbeitet wirtschaftlicher, da die noch arbeitenden Zylinder mit einem hoeheren Fuellungsgrad und damit mit einem hoeheren Wirkungsgrad arbeiten. Die damit erreichbaren Brennstoffeinsparungen liegen in der Groessenordnung von schaetzungsweise 20 bis 30%. In der DE-AS 10 01 048 wird beispielsweise ein vergleichbarer hydraulischer Stoessel beschrieben, der jedoch den Nachteil hat, dass er zwischen dem Vorrats- und dem Arbeitsraum einen eigenen geschlossenen

 Ölkreislauf hat, was entsprechende Abdichtungs- und Rueckfuehrungsmittel erfordert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Stoessel zu schaffen, bei dem gesonderte Abdichtungs- und Rueckfuehrungsmittel fuer einen eigenen Ölkreislauf entbehrlich sind, so dass die Moeglichkeit besteht, die fuer den Übertritt von dem Vorrats- in den Arbeitsraum benoetigten Ölmengen vom allgemeinen offenen Ölkreislauf abzuzweigen, der fuer die Stoesselschmierung ohnehin erforderlich und vorhanden ist. Geloest wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, dass der volumenveraenderliche Vorratsraum durch einen vom Boden des Kolbenteils abstehenden, rohrfoermigen Ansatz mit mindestens einer in den Arbeitsraum fuehrenden Bohrung und eine den Ansatz aufnehmende, im Boden des Zylinderteils ausgebildete, zylindrische Ausnehmung begrenzt und ueber eine vom rohrfoermigen Ansatz uebersteuerte Leitung mit dem Schmieroelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden ist, und die aus dem Arbeitsraum fuehrenden Leckoeloeffnungen in den Schmieroelkreislauf muenden. Der hydraulische Stoessel gemaess der Erfindung weist keine dem Verschleiss unterliegende Abdichtungsmittel fuer einen eigenen Ölkreislauf auf. Er kann ausserdem ohne grundsaetzliche Änderungen auch nachtraeglich in eine schon im betrieb befindliche Brennkraftmaschine mit Hubventilen eingebaut werden. Nachfolgend wird anhand der Zeichnung eine Ausfuehrungsform der Erfindung naeher erlaeutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Stoessel gemaess der Erfindung in einer Betriebsstellung, in welcher der Stoessel auf die Nockenspitze aufgelaufen ist, und F i g. 2 einen Querschnitt durch die in F i g. 1 gezeigten Stoessel in einer Betriebsstellung, in welcher der Stoessel auf dem Grundkreis des Nockens sitzt. Die ueber eine Nockenwelle gesteuerten, nicht dargestellten Auslass- und Einlassventile regeln den Gaswechsel bei den Zylindern von Viertakt - Hubkolbenbrennkraftmaschinen. Die Drehbewegung der Nockenwelle wird durch einen Nocken 16 in eine Hubbewegung umgewandelt. Diese Hubbewegung wird ueber einen hydraulischen Stoessel, eine Stoesselstange und einen nicht dargestellten Kipphebel auf ein Gaswechselventil uebertragen und wirkt beim Öffnen des Ventils der Schliessfeder des Ventils entgegen. Der Stoessel ist in einer Stoesselbohrung 15 gleitend gefuehrt und steuert ein Einlassventil in verschiedenen Lastbereichen. Der Stoessel schliesst, oeffnet teilweise und oeffnet ganz das Einlassventil je nach der Drehzahl der Nockenwelle. Die Ölzufuhr zu den. aus einem Kolbenteil 8 und einem Zylinderteil 13 bestehenden Stoessel wird durch Schmieroel gesichert. Eine Schmieroelpumpe saugt aus dem Ölsumpf (oder Ölwanne genannt) das Schmieroel an und drueckt es mit 3 bis 5 bar durch Ölkanaele 14 in die Stoesselbohrung 15, wodurch die Schmierung des Stoessels in der Stoesselbohrung 15 gesichert wird. Dieses Schmieroel gelangt auch in eine Ringnut 3 des Zylinderteils 13 des Stoessels und wird durch Leitungen 2 in einen Vorratsraum 12 zwischen Kolbenteil 8 und Zylinderteil 13 gesaugt, wenn sich das Volumen des Vorratsraumes beim Auflaufen des Stoessels auf den Grundkreis des Nockens 16 vergroessert. Ein Auflaufen des Stoessels auf die Nockenspitze bewirkt eine Volumenverkleinerung des Vorratsraumes 12 zwischen Zylinderteil 13 und Kolbenteil 8. Das Kolbenteil 8 weist einen rohrfoermigen Ansatz 5

Hydraulischer Stoessel fuer den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

1979 Patentanmeldung

1982 als Patent veroeffentlicht DE 2947580C2 / P 2947580.7-13

Die Idee entstand waehrend meiner Lehrzeit als Kfz-Mechaniker ( 1968 – 1971 ) Waehrend dieser Zeit arbeitete ich oft an Motoren und stelle bei Inspektionen die Ventile ein. Eine einfache und praktische Loesung fand ich seinerzeit nicht. Mit 23 Jahren besuchte ich die Meisterschule und beschaeftigte mich wieder mit diesem Gedanken um eine Loesung zu finden. Bei meinen Überlegungen stellte ich fest, dass die Bauweise meiner Loesung auch eine hydraulische Zylinderabschaltung ermoeglicht. Mit dieser Idee im Kopf verbrachte ich 1 Jahr in Californien und suchte Kontakte zur US Automobilindustrie. Meine Idee behielt ich aber fuer mich, denn mir wurde geraten erst Anmeldungen auf dem Patentamt zu taetigen.

Zurueck in Deutschland, machte ich Recherchen auf dem Patentamt und stellt ich fest, dass nur mechanische Zylinderabschaltungen bekannt waren

Aufgrund der Recherchen wurde mir empfohlen mehrere Anmeldungen zu taetigen:

1.Hydraulischer Stoessel zum Ausgleich des Ventilspiels

2. Hydraulische Zylinderanschaltung.

Da wegen fehlenden Mitteln nur eine Anmeldung moeglich war, entschied ich mich fuer die Anmeldung, hydraulische Zylinderabschaltung".

Mein gesetztes Ziel war, diese Technik gemeinsam mit einem Automobilhersteller weiter zu entwickeln. Nach der Veroeffentlichung der Patentanmeldung nahm ich Kontakt zu Automobilherstellern auf und stellte meine Erfindung u.a. im Opel Entwicklungszentrum in Ruesselsheim vor.

Von den Ford-Werken in Koeln erhielt ich einen Vertrag in dem ich auf alle aus der Erfindung hervorgehenden Weiterentwicklungen verzichten soll Diesen vorgefertigten und bereits unterschriebenen Vertrag zeichnete ich nicht entgegen

Aufgrund dieser Reaktion seitens des Automobilherstellers versuchte ich die notwendigen Mittel fuer einen Anwalt zu beschaffen der meine Interessen gegenueber dem Automobilhersteller vertritt, von einem Rechtsstreit wurde mir abgeraten, da die Mittel nicht ausreichend waren.

Weitere Patente meldete ich nicht an,. Auch meine Innovation "Erhoehung der Drehzahl des Motors", die aufgrund der Eigenschwingung der Ventilfedern nach oben hin begrenzt war, realisierte ich nicht mehr.

Meine Erfindung wurde von Automobilherstellern aufgegriffen und weiter entwickelt.

Hydraulische Zylinderabschaltungen werden heute in Motoren eingebaut.

 

Benzin sparen mit

dem "Franzer-Modell"

Bad Salziger Kfz-Meister legt Plaene dem Patentamt vor

-eko- BOPPARD-BAD SALZIG. Mit einem gemuetlichen Fernsehabend vor ungefaehr drei Jahren begann fuer einen gebuertigen Bad Salziger eine lange Zeit des Nachdenkens und der Überlegung. Gesendet wurde ein Bericht ueber nahende Energiekrisen, die speziell bei den Amerikanern in naher Zukunft grosse Probleme mit sich bringen wuerden. Besonders die Autofahrer haetten mit steigenden Benzinpreisen zu rechnen - mittlerweile ist dieses ein alltaegliches Problem geworden -, und der Film sollte Moeglichkeiten zur Energieeinsparung aufzeigen. Diese waren jedoch, wie im gleichen Atemzug bemerkt wurde, viel zu kostspielig, um sie jemals in die Realitaet umzusetzen.
Diese zu teuren Alternativen waren ausschlaggebend fuer die Überlegungen von Hans Werner Franzer, der am 27. September 1953 in Bad Salzig geboren wurde. Da er schon immer reges .Interesse fuer die Bewegungsablaeufe eines Motors hatte, ermoeglichten ihm seine Angehoerigen eine Lehre als Kfz-Mechaniker, die er in Bad Salzig erfolgreich abschloss. 1977 besuchte Hans Werner Franzer die Kfz-Meisterschule in Heide, Norddeutschland. Vor der Handwerkskammer in Flensburg legte der damals 24jaehrige die Meister-pruefung ab. Waehrend seiner Taetigkeit als Kfz-Mechaniker und durch den staendigen Umgang mit Autos entstanden bei ihm Vorstellungen, durch welche Massnahmen und Änderungen im Motor Benzin eingespart werden koennte. Da die ameri-kanischen Wagen sich aber von den deutschen Modellen unterscheiden, packte Hans Werner Franzer im August 1978 kurz entschlossen seine Koffer und reiste nach Amerika, um sich dort einmal genau umzusehen. In Los Angeles machte er sich mit der fremden Sprache vertraut und kaufte auf Zeitungsannocen hin Autos, die er genau auf "Herz und Nieren" pruefte. Seine Vorstellungen wurden nach und nach konkreter, und er wagte einen Vorstoss an die Öffentlichkeit." Er erklaerte seine Plaene in Umrissen den Vertretern von General Motors, die reges Interesse zeigten. Um sich gegen die Tatsache zu schuetzen, dass sich einige Leute gerne Erfindungen aneignen und sie als ihre eigenen ausgeben, reiste Hans Werner Franzer nach einem einjaehrigen Aufenthalt in Amerika zurueck nach Deutschland und nahm sich einen Patentanwalt, Dipl.-Ing. Rudolf S. Kodron in Mainz. Dieser besorgte Patentschriften aus dem Kfz-Bereich, von denen die aelteste aus dem Jahre 1899 stammt. Nach mehreren Ruecksprachen entstanden Zeichnungen und Texte, die dem Patentamt in Muenchen zur Pruefung vorgelegt wurden. "Um der gegenwaertigen weltweiten Benzinknappheit zu begegnen, ist man bemueht, Benzineinsparungen bei Kraftfahrzeugen durch eine verbesserte Turbo-Technik, durch eine thermische Optimierung durch Zylinderabschaltung zu bewirken Bei der Zylinderabschaltung wird ein Teil der Zylinder stillgelegt, wenn man nur wenig Leistung braucht. Der Restmotor mit den leer mitlaufenden Kolben arbeitet wirtschaft-licher, da die noch arbeitenden Zylinder mit einem hoeheren Fuellungsgrad und damit mit einem hoeheren Wirkungsgrad arbeiten. Die damit erreichbaren Brennstoffeinsparungen liegen in der Groessenordnung von schaetzungsweise 20 bis 30 Prozent. Bislang sind nur Zylinderabschaltungs-vorrichtungen bekannt geworden, die eine Handbetaetigung erfordern. Entsprechende Beispiele werden durch deutsche Patentschriften aus dem Jahre 1898 und 1944 gegeben. Bei der letztgenannten Vorrichtung ist eine zentrale, von Hand mit magnetischen Mitteln bewirkte Abschaltung der Zylinder notwendig. Der Erfindung von Hans Werner Franzer, die noch nicht patentiert ist, sondern erst vom Patentamt geprueft werden muss, liegt die Aufgabe, zugrun-de, derartige handbetaetigte Umschaltmittel entbehrlich zu machen und eine selbsttaetige, stufenlose Zylinderabschaltung zu bewirken, da dem jeweiligen Kraftfahrer selbstverstaendlich nicht zugemutet werden kann, staendig derartige Zylinderabschaltungen von Hand vorzunehmen.

Dieses ist ein Auszug aus der Patent- und Gebrauchsmuster- Hilfsanmeldung, die Hans Werner Franzer mit der Beratung seines Anwalts verfasst hat und die die vielsagende Bezeichnung "Vorrichtung zur selbsttaetigen und stufenlosen Zylinderabschaltung von mehrzylindrigen Viertakt- Hubkolbenverbrennungsmotoren" traegt. Fuer einen Laien sind dieses ziemlich unverstaend-liche Fachsimpelerein; wichtig ist jedoch die Tatsache, dass hier eine Moeglichkeit geschaffen wurde, Energie durch eine Änderung, die ohne Schwierigkeiten auch an inlaendischen Wagen durchgefuehrt werden kann, um 20 bis 30 Prozent einzusparen. Bis das Patentamt in Muenchen die Plaene und Zeichnungen von Hans Werner Franzer geprueft hat, werden noch einige Monate ins Land gehen. Ein Exemplar, der "Vorrich-tung...:" liegt General Motors, Warren/Michigan, vor; wird dort eine Pruefung positive Ergebnisse bringen, gibt es dann auch in Amerika die benzin-sparenden "Franzer- Modelle".

Rhein-Zeitung 12-1979

 

Hut ab

Gert Hack ueber die Zylinderabschaltung, die erstmals in der neuen S-Klasse auf Wunsch angeboten wird. Mercedes verspricht beachtliche Verbrauchseinsparungen im Teillastbereich.
So ganz neu ist die Idee der Zylinderabschaltung nicht. Schon in den fruehen achtziger Jahren experimentierten BMW und General Motors mit teilweise stillgelegten Zylindern zwecks Verbrauchsabsenkung. Nun hat Mercedes das Prinzip wieder aufgegriffen und zur Serienreife entwickelt. Ersteinsatz ist die neue S-Klasse. wo ausschliesslich der S 500 auf Wunsch mit Zylinderabschal-tung (ZAS) geordert werden kann. Gerade bei grosswolumigen. vielzylindrigen Motoren macht die Stillegung der halben Zylinderzahl Sinn. Sie spart im unteren Lastbereich je nach Einsatzbedingungen bis zu 15 Prozent Kraftstoff. Im Eurozyklus beispielsweise sind es 6.5 Prozent. Die Gruende fuer die bessere Sprit-Ökonomie sind thermodynamischer Natur. Einmal verursachen die bei geschlossenen Ventilen wie gegen eine Feder arbeitenden abgeschalteten Zylinder keine Ladungswechselverluste; im Gegenzug laufen die aktiven Zylinder staerker entdrosselt, haben dadurch eine bessere Gemischbildung und vertragen einen hoeheren Abgas- Rueckfuehrungsanteil. Vom Übergang auf den Vierzylinderbetrieb soll der Fahrer trotz Verdoppelung der Zuendabstaende praktisch nichts bemerken, versichert zumindest Projektleiter Gerhard Doll. Damit dies auch wirklich gelingt, ist eine Menge knowhow noetig. Voraussetzung ist zumindest, dass die Zuendabstaende

Verbrauchseinsparungen sind nur im Teillastbereich zu erwarten

Die Zylinderabschaltung des Mercedes-V8 hat eine Hydrauliksteuerung (1); mit der werden die Kipphebel (2) der beiden mittleren Zylinder (3) gekoppelt oder geloest. Das Hydraulikoel wird ueber Ölborungen (4) transportiert.
symmetrisch bleiben. Dies bedingt beim V8 eine Teilabschaltung beider Zylinderbaenke, beim geplanten V12 hingegen kann eine Bank komplett stillgelegt werden. Im Falle des Achtzylinders werden die Zylinder drei und vier sowie fuenf und acht ab- und zugeschaltet. Um Komfort beeintraechtigungen zu vermeiden, muss der ganze Vorgang innerhalb zweier Kurbelwellenumdrehungen beendet sein. Hierzu muss nicht nur die Mechanik annaehernd synchron laufen, auch die Drosselklappe muss durch Vorsteuerung dem wechselnden Betriebsmodus angepasst werden, da im Vierzylinderbetrieb hoeherer Saugrohrdruck herrscht. Und damit die Akustik stimmt. wird mit einer Schaltklappe im Abgasstrom gearbeitet. Das Ganze findet im Teillastbereich zwischen 1000 und 3500 U/min statt. Auf jeder Zylinderbank befinden sich jeweils sechs zweiteilige, gelenkig verbundene Kipphebel, die durch eine federbelastete Schiebehuelse gekoppelt sind. Über eine Hydraulik-Einheit werden sie mit Öldruck beaufschlagt und so entkoppelt
Auto Motor Sport Ausg. 18 / 1998