DE10018561A1 - Zylinderkopf für Ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine wird eine einem Zylinderkopf zugeordnete Ventilbetätigung beschrieben, die es ermöglicht, ohne Änderung in der Nockenwelle und Schwenkhebel umfassenden Ventilbetätigung die Hubventile für in Lage und/oder Größe an Änderungen des Brennraumes angepasste Gaswechselöffnungen zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschinen.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen ist der üblicherweise dem Zy­ linderkopf zugeordnete Ventiltrieb auf den Brennraum der Brenn­ kraftmaschine abgestimmt. Änderungen des Brennraumes ergeben sich aber beispielsweise bei gleichem Grundaufbau der Brenn­ kraftmaschine durch Hubraumänderungen, wie sie u. a. für Moto­ renvarianten vorgenommen werden, wobei eine diesbezügliche Mög­ lichkeit die Änderung des Durchmessers der Zylinderbohrung ist. Verbunden sind mit solchen Maßnahmen häufig Änderungen des Ven­ tildurchmessers und/oder der Ventillage, wobei Änderungen der Ventillage bei der bekannten Vorgehensweise Rückwirkungen auf Lage und/oder Länge des Schwenkhebels und auf die Form der Noc­ ken, gegebenenfalls auch die Lage der Nockenwelle haben. Schon relativ kleine Änderungen des Brennraumes können somit weitge­ hende Abstimmungsmassnahmen nach sich ziehen, die sich auf die Fertigung, die Teilevielfalt, das Ersatzteilwesen und auch den Servicebereich nachteilig auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, notwendige Anpassun­ gen so auszuführen, dass sich möglichst geringe Rückwirkungen auf den Zylinderkopf und die diesem zugeordnete Ventilbetäti­ gung ergeben.

Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1, der darauf abzielt, ungeachtet der Verlagerung der über den Ventil­ teller gesteuerten, im Zylinderkopf vorgesehenen Gaswechselöff­ nung die Lage der Hubachse des jeweiligen Ventiles jeweils so zu bestimmen, das die Hubachsen der den Gaswechselöffnungen in ihren verschiedenen Positionen zugeordneten Ventile zum Schwenkhebel eine Lage einnehmen, die bei gleichem Abrollradius des Schwenkhebels im Übergang zum Ventilschaft und gleicher Schwenkachse des Schwenkhebels eine Betätigung der unterschied­ lich positionierten Ventile durch Beaufschlagung ihrer Ventil­ schäfte ermöglicht.

Hierzu erweist es sich insbesondere als zweckmäßig, wenn die Hubachsen der den Gaswechselöffnungen unterschiedlicher Lage zugeordneten Ventile sich derart in Bezug auf den Kreisbogen erstrecken, der vom Angriffspunkt des Abrollradius über der Be­ wegungsbahn des Schwenkhebels beschrieben wird, dass die Enden dieses Kreisbogens jeweils beiderseits der Hubachsen liegen, der Kreisbogen also zwischen seinen Enden von den Hubachsen ge­ schnitten wird.

Eine derartige Ausgestaltung macht es möglich, den Zylinderkopf bezüglich Lage und Ausbildung der Nockenwelle sowie auch bezüg­ lich Lage und Ausbildung des Schwenkhebels für verschiedene An­ passungslagen der Gaswechselöffnungen in gleicher Weise auszu­ gestalten, so dass lediglich durch entsprechende Materialvorga­ ben im Bohrungsbereich der Gaswechselöffnungen am Zylinder­ kopfrohling sichergestellt sein muss, dass die Gaswechselöff­ nungen in unterschiedlichen, zueinander eng benachbarten Lagen bei entsprechender Ausrichtung auf die jeweils angestrebte Hub­ achslage in den Zylinderkopf eingearbeitet werden können.

Für die vorstehenden Betrachtungen ist zunächst nur davon aus­ gegangen, dass ein Versatz der Gaswechselventile, bzw. der die­ se aufnehmenden Gaswechselöffnungen quer zur Längserstreckung der Nockenwelle vorgenommen wird. Ergibt sich zusätzlich ein Versatz in Längsrichtung der Nockenwelle, so bedingt dies keine grundsätzlich andere Auslegung, macht gegebenenfalls aber die Verwendung einer Nockenwelle mit - im Hinblick auf diesen zu­ sätzlichen Verwendungsfall - verbreiterten Nocken und/oder ei­ nen entsprechenden Versatz des jeweiligen Schwenkhebels in Richtung der Achse der Nockenwelle erforderlich. Auch in Ver­ bindung mit solchen Anpassungsmassnahmen bleiben Nockenwelle und Schwenkhebel aber Gleichteile, und es ist lediglich der Zy­ linderkopfrohling im Hinblick auf die bezüglich des Zylinder­ kopfes selbst notwendigen Anpassungsmassnahmen vorzubereiten.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, wobei

Fig. 1 eine stark schematisierte und vereinfachte Schnitt­ darstellung einer zylinderkopfseitigen Ventilbetäti­ gung zeigt, und

Fig. 2 im Querschnitt eine Darstellung des Zylinderkopfbe­ reiches einer Brennkraftmaschine, um die Zuordnung der Teile gemäß Fig. 1 in ihrer Lokalisierung gegen­ über dem Zylinderkopf zu veranschaulichen.

In Fig. 2 ist als Beispiel für den Aufbau einer Brennkraftma­ schine im Querschnitt ein mit Common-Rail-Direkteinspritzung arbeitender Dieselmotor gezeigt, dessen Zylinder-Kurbelgehäuse mit 1 bezeichnet ist und in seinen Zylinderbohrungen Kolben 2 aufnimmt, die die untere Begrenzung für einen Brennraum 3 bil­ den, der nach oben durch den das Zylinder-Kurbelgehäuse 1 ab­ deckenden Zylinderkopf 4 abgeschlossen ist. Der Zylinderkopf 4 nimmt zentral den Injektor 5 der nicht weiter erläuterten Ein­ spritzanlage auf, um den die Ventile 6, 7 angeordnet sind, über die Gaswechselkanäle 8, 9 zugeordnete Gaswechselöffnungen zu steuern sind, welche auf den Brennraum 3 ausmünden. Die Ventile 6, 7 weisen Ventilschäfte 10, 11 auf, deren Achsen 12, 13 den Hubachsen der Ventile 6, 7 entsprechen. Die Ventilschäfte 10, 11 sind über Schwenkhebel 14, 15 beaufschlagt, die im Ausfüh­ rungsbeispiel als Schlepphebel ausgebildet sind und die jeweils gegen den Zylinderkopf 4 über ein nicht näher dargestelltes Ventilspielausgleichselement 16 bzw. 17 abgestützt sind. Die Schwenkhebel 14, 15 tragen zwischen ihren sich auf den Ventil­ spielausgleichselementen 16 bzw. 17 und den sich auf den Ven­ tilschäften 10 bzw. 11 abstützenden Enden jeweils Rollen 18 bzw. 19, über die sie mit dem jeweiligen Nocken 20 bzw. 21 ei­ ner Nockenwelle 22 bzw. 23 zusammenwirken, die im Zylinderkopf 4 bei Erstreckung in Richtung der Längsachse der Brennkraftma­ schine angeordnet ist.

Veränderungen des Brennraumes 3 in Fig. 2, sei es bezüglich seines Durchmessers oder auch anderweitig, bedingen im Regel­ fall eine Veränderung der Lage und/oder Größe der auf den Brennraum 3 ausmündenden, ventilgesteuerten Gaswechselöffnun­ gen, um den Verbrennungsprozess optimiert betreiben zu können. Hierdurch ergeben sich in Verbindung mit Änderungen des Brenn­ raumes 3 auch abweichende Ventillagen mit entsprechender Lage­ änderung für deren Hubachsen, auch wenn die Lageänderungen der Ventile und der Hubachsen verhältnismäßig klein sein. Bezogen auf eines der Ventile 6 bzw. 7 in Fig. 2 sind in Fig. 1 meh­ rere voneinander abweichende Ventillagen unterstellt und zwei derselben durch die Lage der Hubachsen 41, 42 dieser Ventile veranschaulicht.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 30 lediglich angedeutet, und es ist in diesem Zylinderkopf 30, was nicht näher dargestellt ist, für einen Schwenkhebel 31 eine seinem einen Ende zugeordnete Abstützung in Form eines Ventilspielausgleichselementes 32 vor­ gesehen. Der Schwenkhebel 37 trägt in seinem mittleren Bereich eine Rolle 33, die von einem Nocken 34 einer im Zylinderkopf 30 gelagerten Nockenwelle 35 beaufschlagt ist, wobei der Schwenk­ hebel 31 an seinem dem Ventilspielausgleichselement 32 als Ab­ stützung gegenüberliegenden Ende eine Betätigungsfläche 36 auf­ weist, die in Richtung auf das zu betätigende Ventil konvex ge­ krümmt ist und deren Krümmungsmittelpunkt bezogen auf die dar­ gestellte, geschlossene Ventillage mit 37 bezeichnet ist. Die­ ser Krümmungsmittelpunkt 37 bewegt sich über dem Schwenkweg des Schwenkhebels 31 bei Beaufschlagung durch den Nocken 34 in eine untere Grenzlage, die der Öffnungslage des Ventiles entspricht, wobei die Endlagen 37' und 37" des Krümmungsmittelpunktes 37 über dem Schwenkweg des Schwenkhebels 31 durch einen Kreisbogen 39 verbunden sind, der seinen Mittelpunkt im Abstützpunkt 40 des Schwenkhebels 31 auf dem Ventilspielausgleichselement 32 hat.

Die in Fig. 1 durch die Hubachsen 41, 42 angedeuteten, in ih­ rer Lage zum Brennraum veränderter Ventile sind bei nur wenig gegeneinander versetzter Lage ihrer Gaswechselöffnungen so an­ geordnet, dass die Hubachsen 41 bzw. 42 für beide Ventillagen auf die Betätigungsfläche 36 zulaufen, wobei, bei unveränderter Lage und Anordnung des Schwenkhebels 31 und der Nockenwelle 35 zum Zylinderkopf, die hier nicht dargestellten, den Hubachsen 41, 42 zugeordneten Ventilschäfte im Beaufschlagungsbereich der Betätigungsfläche 36 liegen und gegenüber dieser im wesentli­ chen die gleiche Berührzone haben.

Damit ungeachtet der Lageabweichungen der Ventile mit der Betä­ tigung der Ventile bei gleicher Lage und Form der Betätigungs­ fläche 36 keine unzulässigen Abweichungen bezüglich der Steuer­ zeiten und Steuerquerschnitte verbunden sind, sind die Hubach­ sen 41 und 42 der beiden hier als lageversetzte Ventile bei­ spielsweise angenommenen Gaswechselventile so auf die Betäti­ gungsfläche 36 ausgerichtet, dass sie den von deren Mittelpunkt 37 über dem Schwenkweg des Schwenkhebels 31 beschriebenen Kreisbogen 39 in der dargestellten Seitenansicht schneiden, wo­ bei der Kreisbogen 39 zwischen seinen den Endpunkten des Schwenkweges des Schwenkhebels 31 entsprechenden Lagen 37', 37" des Mittelpunktes 37 gegenüber den Hubachsen 41 und 42 ei­ ne sehr flache Neigung aufweist und in der Verlängerung nahezu senkrecht die Betätigungsfläche 36 - in oder nahe der Berührzo­ ne - schneidet und parallel zu den Hubachsen 41 bzw. 42 ver­ läuft. Die nahezu und bevorzugt parallel zueinander verlaufen­ den Hubachsen 41 und 42 haben somit im Rahmen der Erfindung im wesentlichen den gleichen Auftreffbereich gegenüber der Betäti­ gungsfläche 36 und verlagern ihren Auftreffpunkt gegenüber der Betätigungsfläche 36 über dem Schwenkweg, wobei die Verlagerung längs der Krümmung der Betätigungsfläche 36 erfolgt, so dass ein Einlaufen der Betätigungsfläche vermieden wird. Die Größe des Krümmungsradius der Betätigungsfläche 36 - Abrollradius 43 - entspricht in der Größenordnung etwa der halben Stützlänge des Schlepphebels 31 sowie etwa dem Zweifachen der Länge des Kreisbogens 39, der vom Einstechpunkt des Krümmungsradius - Ab­ rollradius 43 - der Betätigungsfläche 36 als Mittelpunkt 37 über dem Schwenkweg des Schlepphebels 31 beschrieben wird.

Claims (6)

1. Zylinderkopf (30) für ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraft­ maschinen mit zumindest einem Zylinder und auf dessen Zylinder­ bohrung ausmündenden, im Zylinderkopf (30) vorgesehenen Gas­ wechselöffnungen, denen jeweils ein Ventil mit im Zylinderkopf geführtem, sich in Richtung der Hubachse (41 bzw. 42) des Ven­ tiles erstreckendem Ventilschaft zugeordnet ist, der mit einer Ventilbetätigung zusammenwirkt, die durch eine im Zylinderkopf (30) gelagerte Nockenwelle (35) und einen über diese beauf­ schlagten, quer hierzu sich erstreckenden, gegen den Zylinder­ kopf (30) abgestützten Schwenkhebel (31) gebildet ist, der eine gegen den Ventilschaft konvex gekrümmte Betätigungsfläche (36) aufweist, deren den Abrollradius (43) des Ventilschaftes längs der Betätigungsfläche (36) des Schwenkhebels (31) bestimmender Mittelpunkt (37) über der Bewegungsbahn des Schwenkhebels (31) um seine Schwenkachse einen Kreisbogen (39) beschreibt, der für Gaswechselöffnungen mit voneinander abweichenden, einander be­ nachbarten Lagen die Hubachsen (41 bzw. 42) der diesen zugeord­ neten Ventile kreuzt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über der Bewegungsbahn des Schwenkhebels (31) um sei­ ne Schwenkachse vom Mittelpunkt (37) der Betätigungsfläche (36) beschriebene Kreisbogen (39) mit seinen Enden (37', 37") bei­ derseits der Hubachsen (41 bzw. 42) der den lageabweichenden Gaswechselöffnungen zugeordneten Ventile liegt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreisbogen (39) unter einem flachen Winkel zu den Hu­ bachsen (41 bzw. 42) verlaufend diese kreuzt.

4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den verschiedenen Lagen der Gaswechselöffnungen gegebenen Hubachsen (41 bzw. 42) der Ventile etwa parallel zu­ einander verlaufen.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den verschiedenen Lagen der Gaswechselöffnungen gegebenen Hubachsen (41 bzw. 42) der Ventile sich in einem Be­ reich kreuzen, in dem der jeweilige Berührpunkt zur dem Schwenkhebel (31) zugeordneten Betätigungsfläche (36) liegt.

6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubachsen (41 bzw. 42) den Kreisbogen (39) schneiden.