DE102005023581A1

DE102005023581A1 - Verbrennungskraftmaschine mit reduzierter Zylinderkopfhöhe

Info

Publication number: DE102005023581A1
Application number: DE102005023581A
Authority: DE
Inventors: Derek Woodcroft
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-23
Also published as: EP1883744A1; WO2006122781A1; CN101175901A; US20090229560A1

Abstract

Verbrennungskraftmaschine, umfassend wenigstens einen Zylinder und wenigstens ein Ventil, welches für einen Gaswechsel vorgesehen ist und welches ein einen Ventilteller umfassendes erstes Ende sowie ein zweites Ende aufweist zur Reduzierung einer Aufbauhöhe eines Zylinderkopfes und insbesondere zur Reduktion einer bewegten Masse eines Ventilantriebs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventillager eine Länge eines zur Führung eines Ventilschaftes angeordneten Führungsbereiches von höchstens 25%, bevorzugt zwischen 10 und 20% sowie bevorzugt von weniger als 10%, einer Ventillänge aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine umfassend wenigstens einen Zylinder und wenigstens ein Ventil, welches für einen Gaswechsel vorgesehen ist.
Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen im Stand der Technik bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufbauhöhe eines Zylinderkopfes zu reduzieren sowie insbesondere eine bewegte Masse bei einer Steuerung eines Gaswechselventils zu verringern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Zylinder und wenigstens ein Ventil, welches für einen Gaswechsel vorgesehen ist und welches ein einen Ventilteller umfassendes erstes Ende sowie ein zweites Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventillager eine Länge eines zur Führung eines Ventilschaftes angeordneten Führungsbereiches von höchstens 25 %, bevorzugt zwischen 10 und 20 % sowie besonders bevorzugt von weniger als 10 % einer Ventillänge aufweist.

Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere ist eine derartige Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Automobil vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich um eine Verbrennungskraftmaschine in einem Personenkraftwagen.

Das Ventillager ist vorzugsweise komplementär zum darin aufgenommenen Ventilschaft ausgestaltet. Bei einem Ventilschaft mit einem kreisförmigen Querschnitt weist das Ventillager beispielsweise eine entsprechende kreisrunde Bohrung zur Führung des Ventilschaftes auf. Als Führungsbereich ist dabei insbesondere der Bereich zu verstehen, der unmittelbar in Kontakt mit dem Ventilschaft steht. Der Führungsbereich ist vorzugsweise dazu vorgesehen, ein seitliches Verkippen des Ventilschaftes zu verhindern. Das Ventil ist insbesondere in seiner Längsrichtung bewegbar in dem Ventillager geführt, so dass mit dem Ventilteller in einer Hubbewegung des Ventils ein Gaseinlass- oder Gasauslasskanal geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Des Weiteren kann das Ventil beispielsweise mittels wenigstens einer Rückstellfeder in Verbindung mit einer Betätigungseinrichtung zwischen einer Öffnungs- und einer Schließposition hin- und herbewegt werden. Anstelle einer Ventilschließfeder kann auch eine Zwangssteuerung des Ventils vorgesehen sein. Zur Aktuierung des Ventiles kann sowohl ein mechanischer als auch eine elektromechanischer, insbesondere ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen sein.

Das Ventillager kann auf verschiedene Weisen dargestellt werden. Beispielsweise wird das Ventillager durch eine in den Zylinderkopf eingearbeitete Führung gebildet. Vorzugsweise ist dies bei einem Zylinderkopf aus Gusseisen vorgesehen. Insbesondere weist die Führung eine Oberflächenhärtung auf. In einer anderen Variante kann als Ventillager eine Ventillagerbuchse in dem Zylinderkopf angeordnet sein. Diese Variante wird vorzugsweise bei einem Leichtmetallzylinderkopf aus beispielsweise Aluminium oder einem anderen Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung eingesetzt.

In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Führungsbereich eine Länge von höchstens 18 mm, bevorzugt zwischen 18 mm und 10 mm, weiter bevorzugt zwischen 10 mm und 5 mm sowie besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 2 mm aufweist. Eine Ventillänge beträgt dabei beispielsweise in etwa 85 mm. Vorzugsweise beziehen sich diese Angaben auf einen Vier-Zylinder-Ottomotor mit einem Hubraum von in etwa 2 l. Besonders zweckmäßig weist der Zylinderkopf mit einer reduzierten Ventillagerlänge eine kompaktere Baugröße auf, verglichen mit einer gewöhnlichen Ventillagerlänge. Des Weiteren weist das Ventil vorzugsweise eine geringere Länge und somit eine geringere Masse als in einem Fall einer gewöhnlichen Ventillagerlänge auf. Insbesondere ist die bewegte Masse des Ventils reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Ventilschaftdurchmesser A in einem von dem Ventillager geführten Bereich, ein erster Abstand B zwischen einer Unterkante des Ventiltellers und einer Oberkante eines während einer Umdrehung einer dem Ventil zugeordneten Nocke beschriebenen Hüllkreises der Nocke sowie ein zweiter Abstand C zwischen einer am zweiten Ende des Ventils zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers so gewählt sind, dass ein durch das Quadrat des ersten Abstandes B dividiertes Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A höchstens 0,0125, bevorzugt zwischen 0,011 und 0,0125, weiter bevorzugt zwischen 0,0105 und 0,011 sowie besonders bevorzugt weniger als 0,0105 beträgt, wobei der erste Abstand B und der zweite Abstand C in Richtung einer Hauptachse des Zylinders auf eine Schließstellung des Ventils bezogen sind. Der Ventil schaftdurchmesser A in dem von dem Ventillager geführten Bereich des Ventilschaftes ist vorzugsweise über diesen Bereich konstant. Der Ventilschaftdurchmesser des Ventils kann dabei über die Länge des Ventils variieren. Beispielsweise ist ein Ventilschaftdurchmesser außerhalb des von dem Ventillager geführten Bereiches kleiner oder größer als innerhalb des von dem Ventillager geführten Bereiches. Die Schließstellung ist insbesondere dadurch festgelegt, dass der Ventilteller in einem zugehörigen Ventilsitz im Zylinderkopf anliegt und einen zugehörigen Gaseinlasskanal verschließt. Bei einem hängenden Ventil beispielsweise befindet sich das Ventil in Schließstellung in einer oberen Endposition. Die dem Ventil zugeordnete Nocke ist vorzugsweise zur direkten oder indirekten Betätigung des Ventils vorgesehen. Bei einer Umdrehung der Nocke überstreicht diese eine Kreisfläche, welche vorzugsweise längs einer Ventilachse angeordnet ist. Eine Drehachse der Nocke kann dabei so angeordnet sein, dass sie einen Schnittpunkt mit einer Verlängerung einer Längsachse des Ventils bildet. Sie kann jedoch auch versetzt dazu angeordnet sein. Das Ventil ist vorzugsweise längs der Hauptachse des Zylinders ausgerichtet. Es kann jedoch auch ein schräger Einbau und somit ein Winkel zur Hauptachse des Zylinders vorgesehen sein. Bei einer Verwendung eines elektromechanischen Ventilantriebes ohne Nockenwelle kann für den ersten Abstand B anstelle des Abstandes zwischen der Unterkante des Ventiltellers und einer Oberkante des Hüllkreises der Nocke ein Abstand zwischen der Unterkante des Ventiltellers und einer Oberkante eines während eines Aktuierungsvorganges mit dem elektromechanischen Ventilantrieb eingenommenen bzw. überstrichen Volumens herangezogen werden.

Die Endfläche ist beispielsweise eine Zylinderstirnfläche des Ventilschaftes. Des Weiteren kann die Endfläche beispielsweise auch ein Teller oder dergleichen sein, der am zweiten Ende befestigt ist.

Zusätzlich oder alternativ ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Ventilschaftdurchmesser in einem von dem Ventillager geführten Bereich sowie ein zweiter Abstand C einer am zweiten Ende zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers so gewählt sind, dass ein Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A höchstens 250 mm², bevorzugt zwischen 230 mm² und 250 mm², weiter bevorzugt zwischen 210 mm² und 230 mm² sowie besonders bevorzugt weniger als 210 mm² beträgt, wobei der zweite Abstand C in Richtung einer Hauptachse des Zylinders auf eine Schließstellung des Ventils bezogen ist. Diese Werte können beispielsweise bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Ventillänge von etwa 85 mm zum Einsatz gelangen. Vorzugsweise beträgt eine Ventillänge zwischen 95 mm und 75 mm. Beispielsweise handelt es sich um eine Verbrennungs kraftmaschine nach dem Otto-Prinzip mit vier Zylindern und einem Hubraum von etwa 2 l. Es können jedoch auch andere Verbrennungskraftmaschinen vorgesehen sein, beispielsweise eine Dreizylinder-Verbrennungskraftmaschine mit einem Hubraum von etwa 1000 cm³ oder ein Verbrennungsmotor mit acht Zylindern und einem Hubraum von etwa 4000 cm³.

Alternativ oder zusätzlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Länge des Führungsbereiches dividiert durch den Ventilschaftdurchmesser in einem von dem Ventillager geführten Bereich höchstens 4, bevorzugt zwischen 3 und 4, weiter bevorzugt zwischen 2 und 3 sowie besonders bevorzugt weniger als 2 beträgt.

Gemäß einem weiteren Gedanken beträgt, bezogen auf eine Schließstellung des Ventils, ein durch die Führungslänge des Ventillagers dividierter zweiter Abstand C zwischen einer am zweiten Ende des Ventils zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers mindestens 3, bevorzugt zwischen 3 und 5, weiter bevorzugt zwischen 5 und 7 sowie besonders bevorzugt mehr als 7.

Die Endfläche ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung durch eine Tasse gebildet, welche form- oder kraftschlüssig mit dem zweiten Ende des Ventils verbunden ist. Beispielsweise ist die Tasse mit dem Ventilschaft verschraubt. In einer anderen Variante ist die Tasse beispielsweise mittels einer Klemmverbindung fixiert. Vorzugsweise ist die Tasse reversibel lösbar mit dem Ventilschaft verbunden. Es kann jedoch auch eine nicht reversibel lösbare Verbindung vorgesehen sein.

Bevorzugt ist die Tasse in einer Längsrichtung des Ventilschaftes in verschiedenen Stellungen fixierbar, welche mit verschiedenen Endlängen des Ventils korrespondieren. Die Endlänge des Ventils ist dabei insbesondere als Abstand zwischen Ventilteller und Tassenoberfläche zu verstehen. Eine Fixierung in verschiedenen Stellungen wird beispielsweise mittels einer Verschraubung oder mittels einer Klemmverbindung gewährleistet.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Tasse in einer Tassenführung geführt. Bei einer Tasse mit einer zylinderförmigen Mantelfläche der Tasse ist die Tassenführung beispielsweise als im Querschnitt komplementär geformte Buchse ausgestaltet. Die Führung kann sich über den gesamten Umfang der Tasse erstrecken, in einer anderen Variante kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich Teilbereiche des Umfanges der Tasse zu führen. Vorzugsweise nimmt die Tassenführung Querkräfte des Ventilschaftes auf. Des weiteren wird vorzugsweise eine Versteifung des Zylinderkopfes durch die Tassenführung bewirkt. Ins besondere bildet die Tassenführung in Verbindung mit dem Führungsbereich des Ventillagers einen zweiten Führungsbereich, welcher sich von einer Unterkante des Führungsbereiches des Ventillagers bis zu einer Oberkante der Tassenführung erstreckt. Bevorzugt beträgt die zweite Führungslänge zwischen 35% und 65% der Ventillänge. Insbesondere wird trotz einer geringen Ventillagerlänge eine seitliche Verkippung vermieden bzw. zumindest vermindert. Des weiteren ist eine zur Führung des Ventiles wirksame Führungslänge vorzugsweise erheblich vergrößert im Vergleich zu einer Führung ohne eine Tassenführung. Insbesondere weist die Anordnung trotz geringer Bauhöhe eine verhältnismäßig große wirksame Führungslänge auf.

Für eine verbesserte Wärmeabfuhr kann vorgesehen sein, eine Tasse aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu verwenden. Entsprechend ist eine geeignete Reibpaarung zwischen Tassenführung und Tasse ausgewählt, um einen Verschleiß zu minimieren. Beispielsweise kann als Material der Tassenführung entsprechend gewählt sein. Des weiteren können die Reibpartner oberflächengehärtet sein oder eine Verschleißschutzbeschichtung aufweisen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die Tassenführung direkt in einem Zylinderkopf ausgeformt. Beispielsweise ist eine Buchse bei einem Gießvorgang des Zylinderkopfes gebildet. Des Weiteren kann beispielsweise eine Buchse zur Tassenführung direkt in den Zylinderkopf eingegossen sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tassenführung durch einen auf einem Zylinderkopf angebrachten Aufsatz gebildet ist. Der Aufsatz ist dabei beispielsweise eine Buchse. Eine Befestigung auf dem Zylinderkopf erfolgt vorzugsweise mittels einer Verschraubung, Einpressen oder dergleichen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ventil mit seinem Ventilschaft in einer durch das Ventillager gebildeten unteren Führung und mit einem an einem oberen Ende fest verbundenen und einen oberen Federteller bildenden Tassenstößel oder hydraulischen Ventilspielausgleichselement in einer oberen Führung im Zylinderkopf geführt, wobei wenigstens eine Druckfeder zwischen dem oberen Federteller und einem unteren Federteller eingespannt ist.

Eine Länge des Ventillagers überschreitet gemäß einem weiteren Gedanken die Länge des Führungsbereiches, bevorzugt um wenigstens 50 %. Beispielsweise ist das Ventillager durch eine Ventillagerbuchse Buchse gebildet, welche über eine erste Teillänge einen größeren Bohrungsdurchmesser als im Führungsbereich aufweist. Bevorzugt wird durch eine ausreichende Länge des Ventillagers eine Verkippung derselbigen im Zylinderkopf vermindert. Entsprechend wird vorzugsweise eine präzise Ausrichtung des Führungsbereiches zum Ventilschaft verbessert. In einer Ausgestaltung kann auch eine Überschreitung um mehr als 200 % vorgesehen sein.

Ein Sitz des Ventillagers in einem Zylinderkopf weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Spielpassung oder eine Übergangspassung auf. Insbesondere wird eine Presspassung vermieden. Vorzugsweise werden ansonsten bei einer Presspassung auftretende Spannungen im Zylinderkopf minimiert. Insbesondere handelt es sich um eine enge Spielpassung. Gemäß einer Variante kann das Ventillager, insbesondere eine Ventillagerbuchse, durch eine Ventilfeder gehalten werden. Bevorzugt wird eine Drehung des Ventillagers möglichst verhindert.

In einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Sitz des Ventillagers in einem Gusseisenzylinderkopf eine Passung mit einem Übermaß von wenigstens 0,02 mm aufweist. Insbesondere ist ein Außendurchmesser des Ventillagers 0,02 mm größer bemessen als ein Innendurchmesser einer für das Ventillager vorgesehenen Aufnahme im Gusseisenzylinderkopf. Vorzugsweise werden durch das geringe Übermaß lediglich geringe Spannungen im Zylinderkopf in einer Umgebung des Ventillagers induziert.

In einem Zylinderkopf, welcher ein Material aus der Gruppe umfassend Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium und Magnesiumlegierung aufweist, ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass ein Sitz des Ventillagers im Zylinderkopf eine Passung mit einem Übermaß von weniger als 0,04 mm aufweist. Vorzugsweise werden auch lediglich geringe Spannungen durch das Ventillager im Zylinderkopf induziert. Beispielsweise wird bei einem Aluminiumzylinderkopf mit einem Ventillager aus Gusseisen ein Übermaß von 30 um vorgesehen. Ein Loch zur Aufnahme des Ventillagers weist insbesondere eine Toleranz gemäß einer H7-Passung entsprechend der DIN Norm 7157 auf. Entsprechend weist das Ventillager insbesondere eine Toleranz seines Außendurchmessers gemäß einer s7-Passung entsprechend dieser Norm auf. Diese Werte beziehen sich vorzugsweise auf Raumtemperatur.

Vorzugsweise für eine verbesserte Kühlung ist vorgesehen, dass das Ventil wenigstens einen Natriumkern aufweist. Beispielsweise weist der Ventilschaft dazu wenigstens einen Hohlraum auf. Vorzugsweise ist dieser lediglich zu einem Bruchteil, beispielsweise zu etwa zwei Dritteln mit Natrium gefüllt.

Des Weiteren ist alternativ oder zusätzlich vorzugsweise zu einer verbesserten Kühlung vorgesehen, dass eine Wandstärke zwischen dem Ventillager und wenigstens einem Kühlmittelraum in einer Umgebung des Führungsbereiches des Ventillagers in zumindest einem Abschnitt weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 5 mm sowie besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm beträgt. Insbesondere wird eine Wärmeableitung vom Ventilschaft über das Ventillager in den Kühlmittelraum verbessert. Als Umgebung des Führungsbereiches ist insbesondere die direkte Umgebung innerhalb in etwa eines Schaftdurchmessers des Ventils zu verstehen. Der Kühlmittelraum führt beispielsweise Wasser eines Wasserkühlungskreislaufes. Des Weiteren kann auch eine Ölkühlung vorgesehen sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch eine direkte Kühlung des Ventillagers in Verbindung mit einer entsprechenden Abdichtung vorgesehen sein.

Eine Ansteuerung des Ventils zur Durchführung einer Hubbewegung kann auf verschiedene Weisen realisiert sein. In einer ersten Ausgestaltung weist die Verbrennungskraftmaschine eine Kipphebelansteuerung auf. Dabei wirkt beispielsweise ein Ende des Kipphebels auf die Endfläche des Ventilendes ein. Der Schwinghebel wird vorzugsweise mittels der Nockenwelle direkt angetrieben.

In einer anderen Ausgestaltung weist die Verbrennungskraftmaschine eine Schwinghebelansteuerung auf. Dabei wirkt beispielsweise ein Ende des Schwinghebels auf die Endfläche des zweiten Ventilendes ein, wobei ein anderes Ende des Schwinghebels auf einem Lager aufliegt. Eine Ansteuerung des Schwinghebels erfolgt wiederum bevorzugt mittels der Nockenwelle. Vorzugsweise werden bei einer Schwinghebelansteuerung Seitenkräfte auf den Ventilschaft minimiert.

In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine eine direkte Nockenwellensteuerung der Tasse aufweist. Dabei wirkt vorzugsweise eine Nocke einer Nockenwellensteuerung direkt auf die Tasse, welche am zweiten Ende des Ventils befestigt ist. Insbesondere wird auch mit einer Tassenstößelanordnung eine Einleitung von Seitenkräften auf das Ventil minimiert.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Ventil ein hängendes Ventil. Vorzugsweise ermöglicht dies einen möglichst einfachen Aufbau einer Ventilansteuerung.

Gemäß einem weiteren Gedanken umfasst die Verbrennungskraftmaschine zumindest ein hydraulisches Spielaugleichselement. Beispielsweise handelt es sich um einen hydrauli schen Stößel. Das Spielausgleichselement wird vorzugsweise zum Ausgleich eines Ventilspieles verwendet. Bevorzugt erfolgt eine automatische Ausgleichung des Ventilspieles.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die Merkmale sind dort jedoch jeweils nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und/oder der Zeichnung enthaltene Merkmale zu Weiterbildungen kombinierbar.

Es zeigen:
1 eine erste Zylinderkopfanordnung gemäß dem Stand der Technik,
2 eine zweite Zylinderkopfanordnung,
3 eine dritte Zylinderkopfanordnung,
4 eine vierte Zylinderkopfanordnung,
5 eine fünfte Zylinderkopfanordnung und
6 eine Aufsicht auf einen Zylinderkopf.
1 zeigt eine erste Zylinderkopfanordnung 1 gemäß dem Stand der Technik. Gezeigt ist ein Schnitt der ersten Zylinderkopfanordnung 1 quer zu einem Flammdeck 2 sowie quer zu einer Längsrichtung des zugehörigen Zylinderkopfes 3. Der Zylinderkopf 3 weist eine Aufbauhöhe 4 auf. Im Zylinderkopf 3 befindet sich eine Ventillagerbuchse 5 zur Führung eines Gaswechselventils 6. Angesteuert wird das Gaswechselventil 6 mittels eines Schwinghebels 7, welcher durch eine Nocke 8 angetrieben wird.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen und Bezeichnungen versehen.
2 zeigt eine zweite Zylinderkopfanordnung 9, gemäß der Erfindung. Hierbei handelt es sich entsprechend um eine rechte Seite der Zylinderkopfanordnung, wobei im Vergleich zur ersten Zylinderkopfanordnung 1 aus der 1 eine geringere Aufbauhöhe 4 vorgesehen ist. Die geringere Aufbauhöhe 4 wird im Wesentlichen durch eine modifizierte Ventilführung ermöglicht. Eine Ventillagerbuchse 5 ist kürzer ausgestaltet als im Stand der Technik gemäß 1. Entsprechend sind Schwinghebel 7 und Nocke 8 tiefer angeordnet.
3 zeigt eine dritte Zylinderkopfanordnung 10. Diese entspricht im Wesentlichen der in 2 gezeigten zweiten Zylinderkopfanordnung 9, wobei die dritte Zylinderkopfanordnung 10 jedoch keine Tassenführung aufweist. In einem Zylinderkopf 3 ist wiederum eine Ventillagerbuchse 5 eingesetzt, welche einen Führungsbereich 11 zur Führung eines Ventilschaftes 12 eines Gaswechselventils 6 aufweist. Zur Einspannung einer Schließfeder 13 ist ein oberer Federhalter 14 und ein unterer Federhalter 15 vorgesehen. Auf der linken Seite des Ventilschaftes 12 ist die Feder 13 in einer Stellung dargestellt, die einer Öffnungsstellung entspricht. Auf der rechten Seite des Ventilschaftes ist die Feder 13 in einer Schließstellung des Ventils 6 dargestellt. Die Schließstellung ist dadurch dargestellt, dass ein Ventilteller 16 in einem Ventilsitz 17 eines Gaseinlasskanals 18 anliegt. In einer nicht dargestellten Öffnungsstellung ist der Ventilteller 16 dementsprechend nach unten bewegt. Eine Aktuierung des Gaswechselventils 6 erfolgt mittels eines Schwinghebels 7, welcher durch eine Nocke 8 angesteuert wird. Die Nocke 8 überstreicht bei ihrer Bewegung einen Hüllkreis 19 der Nocke 8. Bei einer Umdrehung der Nocke 8 wird der Schwinghebel 7 mit einem schwingenden Ende 20 nach unten bewegt, so dass das Ventil 6 geöffnet wird. Ein festes Ende 21 des Schwinghebels 7 ist auf einem Schwinghebellager 22 gelagert. Der Ventilschaft 12 ist parallel zu einer Zylinderhauptachse 23 eines nicht dargestellten Zylinders angeordnet.
Ein Ventilschaftdurchmesser A in einem Führungsbereich beträgt 4 mm. Ein erster Abstand B zwischen einer Unterkante 24 des Ventiltellers 16 und einer Oberkante 25 des Ölkreises 19 der Nocke 8 beträgt bezogen auf die Zylinderhauptachse 23 in der gezeigten Schließstellung des Ventils 136 mm. Ein zweiter Abstand C zwischen einer an einem Ende 26 des Ventils vorgesehenen Endfläche 27 zur Übertragung einer Betätigungskraft und einer Unterkante 28 der Ventillagerbuchse 5 beträgt 49 mm. Die Länge 29 des Führungsbereiches beträgt 7 mm und somit 8 % der Ventillänge, welche 85 mm beträgt.
Ein durch das Quadrat des ersten Abstandes B dividiertes Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A beträgt 0,0106.
Ein Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A beträgt 196 mm².
Die Länge 29 des Führungsbereiches dividiert durch den Ventilschaftdurchmesser A beträgt 1,75.
Der durch die Führungslänge 29 der Ventillagerbuchse dividierte zweite Abstand C beträgt 7.
4 zeigt eine vierte Zylinderkopfanordnung 30, welche im Wesentlichen der in 3 gezeigten dritten Zylinderkopfanordnung 10 entspricht. Im Unterschied dazu ist in der vierten Zylinderkopfanordnung 30 eine Tassenführung 31 vorgesehen. Mit dieser wird der als Tasse 32 ausgestaltete oberer Federhalter 14 geführt. Insbesondere wird durch die Tassenführung 31 Querkräften entgegengewirkt. Des Weiteren wird zwischen einer Unterkante 28 der Ventillagerbuchse 5 und einer Oberkante 33 der Tassenführung 31 eine zweite Führungslänge 34 gebildet. Die zweite Führungslänge 34 beträgt in etwa 52 % der Ventillänge 35. Die Tassenführung 31 ist direkt im Zylinderkopf 3 ausgeformt. In einer nicht gezeigten Ausgestaltung kann auch ein auf den Zylinderkopf 3 aufgesetzter Führungsaufsatz vorgesehen sein.
Zur Kühlung der Ventillagerbuchse 5 ist ein Kühlmittelraum 36 vorgesehen. Dargestellt ist eine erste Berandung 37 gemäß einer ersten Variante. Des Weiteren ist mit einer dünneren Linie eine zweite Berandung 38 gemäß einer zweiten Variante dargestellt, welche eine verbesserte Kühlung gewährleisten soll. Eine Wandstärke 39 beträgt in einer Umgebung der Ventillagerbuchse 5 etwa 2 mm. Entgegen der gezeigten Darstellung kann auch eine Wandstärke zwischen in etwa 1 und 5 mm vorgesehen sein. Des weiteren kann in einer nicht gezeigten Ausgestaltung eine direkte Kühlung der Ventillagerbuchse in Verbindung mit einer entsprechenden Abdichtung vorgesehen sein.
Eine Befestigung der Tasse am Ventilschaft 12 ist mittels eines Gewindes 41 vorgesehen. Dadurch kann der Abstand zwischen einer Unterkante 24 des Ventiltellers 17 und einer Oberkante 42 der Tasse 32 vergrößert oder verkleinert werden. In einer nicht dargestellten Ausführung kann auch eine hydraulische Tassenstößelanordnung mit einem automatischen Spielausgleich vorgesehen sein.
5 zeigt einen Ausschnitt aus einer fünften Zyinderkopfanordnung 43. Zum Gaswechsel an einem nicht gezeigten Zylinder sind ein Einlassventil 44 und ein Auslassventil 45 vorgesehen. Zur Führung des Einlassventils 44 ist eine erste Ventillagerbuchse 46 vorgesehen, zur Führung des Auslassventils 45 ist eine zweite Ventillagerbuchse 47 vorgesehen. Die erste Ventillagerbuchse 46 weist eine erste Länge 48 und die zweite Ventillagerbuchse 47 eine zweite Länge 49 auf. Die gezeigten Ventillagerbuchsen 46, 47 unterscheiden sich im Wesentlichen in einer unterschiedlichen Ausgestaltung eines ersten Führungsbereiches 50 der ersten Ventillagerbuchse und eines zweiten Führungsberei ches 51 der zweiten Ventillagerbuchse. Eine dritte Länge 52 des ersten Führungsbereiches 50 ist in etwa so groß wie die vierte Länge 53 des zweiten Führungsbereiches 51. Im Falle der ersten Ventillagerbuchse 46 und im Falle der zweiten Ventillagerbuchse 47 beträgt ein Verhältnis von dritter Länge 52 zu erster Länge 48 bzw. ein Verhältnis der vierten Länge 53 zur zweiten Länge 49 in etwa 30 %. Vorzugsweise wird durch eine ausreichende erste bzw. zweite Länge 48, 49 eine Verkippung der Ventillagerbuchsen 46, 47 im Zylinderkopf 3 weitestgehend verhindert.
Für einen Sitz der ersten Ventillagerbuchse 46 ist eine Übergangspassung gewählt.
Für einen Sitz der zweiten Ventillagerbuchse 47 ist eine Spielpassung gewählt. In einer anderen, nicht gezeigten Ausgestaltung weist die erste Ventillagerbuchse ein Übermaß von 0,02 mm im Vergleich zur zugehörigen, nicht im Einzelnen dargestellten Bohrung im Zylinderkopf 3 auf. Dies kann für einen Gusseisenzylinderkopf vorgesehen sein. In einer ebenfalls nicht dargestellten Variante kann im Falle eines Zylinderkopfes, welcher ein Materialumfassend Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium und Magnesiumlegierung aufweist, die erste Ventillagerbuchse ein Übermaß von bis zu 0,04 mm im Vergleich zur zugehörigen Bohrung im Zylinderkopf aufweisen.
In einer ebenfalls nicht dargestellten Variante kann anstelle des zweiten Schwinghebelantriebes 54 auch eine Kipphebelansteuerung vorgesehen sein. Des Weiteren kann, ebenfalls nicht dargestellt, eine direkte Ansteuerung der Tasse 32 mit der Nocke 8 vorgesehen sein. Außerdem kann in einer ebenfalls nicht dargestellten Variante anstelle der gezeigten hängenden Ventilanordnung beispielsweise eine stehende Ventilanordnung verwendet werden.
Zur besseren Kühlung des Ventils ist vorgesehen, dass das Einlassventil 44 und vorzugsweise das Auslassventil 45 jeweils einen nicht dargestellten Natriumkern aufweisen. Dieser Natriumkern ist in einer ebenfalls nicht dargestellten Bohrung im Ventilschaft 12 vorgesehen. Diese Bohrung bildet einen Hohlraum, welcher zu etwa zwei Dritteln mit Natrium gefüllt ist.
Anstelle der in den 1 bis 5 gezeigten mechanischen Ventilantriebe könnten dort auch elektromechanische, insbesondere elektromagnetische Ventilantriebe vorgesehen sein. Entsprechend würde beispielsweise eine dort gezeigte Ansteuerung mittels Nockenwelle und Schwinghebel entfallen und insbesondere ein elektromagnetischer Antrieb längs des Ventilschaftes angeordnet sein.
6 zeigt eine Aufsicht auf einen Zylinderkopf 3. Gezeigt ist ein Ausschnitt mit einer Aufsicht auf ein jeweils angedeutetes erstes Zylinderrohr 55 und ein zweites Zylinderrohr 56. Der Zylinderkopf 3 ist einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine zugehörig, wobei die weiteren zwei Zylinder in dem gezeigten Ausschnitt nicht zu sehen sind. Der Zylinderkopf 3 weist eine erste 57, eine zweite 58, eine dritte 59 und eine vierte Einlassventilöffnung 60 auf. Entsprechend weist er eine erste 61, eine zweite 62, eine dritte 63 und eine vierte Auslassventilöffnung 64 auf. Im Bereich der Einlassventilöffnungen sind jeweils Tassenführungen 31 vorgesehen. Diese Tassenführungen 31 sind direkt im Zylinderkopf 3 ausgeformt. Die Tassenführungen 31 dienen der Führung des hier nicht dargestellten Ventils. Desgleichen nicht dargestellt ist die entsprechende Ansteuerungsmimik des Ventils. Ebenso können die erste 61, eine zweite 62, eine dritte 63 und eine vierte Auslassventilöffnung 64 nicht dargestellte Tassenstößelführungen aufweisen.
Des Weiteren sind eine Reihe von Befestigungsbohrungen 65 sowie ein Injektor-Niederhalter 66 vorgesehen.

Claims

Verbrennungskraftmaschine umfassend wenigstens einen Zylinder und wenigstens ein Ventil, welches für einen Gaswechsel vorgesehen ist und welches ein einen Ventilteller umfassendes erstes Ende sowie ein zweites Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventillager eine Länge eines zur Führung eines Ventilschaftes angeordneten Führungsbereiches von höchstens 25%, bevorzugt zwischen 10% und 20% sowie besonders bevorzugt von weniger als 10% einer Ventillänge aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbereich eine Länge von höchstens 18 mm, bevorzugt zwischen 18 mm und 10 mm, weiter bevorzugt zwischen 10 mm und 5 mm sowie besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 2 mm aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilschaftdurchmesser A in einem von dem Ventillager geführten Bereich, ein erster Abstand B zwischen einer Unterkante des Ventiltellers und einer Oberkante eines während einer Umdrehung einer dem Ventil zugeordneten Nocke beschriebenen Hüllkreises der Nocke sowie ein zweiter Abstand C zwischen einer am zweiten Ende des Ventils zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers so gewählt sind, dass ein durch das Quadrat des ersten Abstandes B dividiertes Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A höchstens 0,0125, bevorzugt zwischen 0,011 und 0,0125, weiter bevorzugt zwischen 0,0105 und 0,011 sowie besonders bevorzugt weniger als 0,0105 beträgt, wobei der erste Abstand B und der zweite Abstand C in Richtung einer Hauptachse des Zylinders auf eine Schließstellung des Ventils bezogen sind.
Verbrennungskraftmaschine nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilschaftdurchmesser in einem von dem Ventillager geführten Bereich sowie ein zweiter Abstand C zwischen einer am zweiten Ende zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers so gewählt sind, dass ein Produkt aus zweitem Abstand C und Ventilschaftdurchmesser A höchstens 250 mm², bevorzugt zwischen 230 mm² und 250 mm², weiter bevorzugt zwischen 210 mm² und 230 mm² sowie besonders bevorzugt weniger als 210 mm² beträgt, wobei der zweite Abstand C in Richtung einer Hauptachse des Zylinders auf eine Schließstellung des Ventils bezogen ist.
Verbrennungskraftmaschine nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Führungsbereiches dividiert durch den Ventilschaftdurchmesser in einem von dem Ventillager geführten Bereich höchstens 4, bevorzugt zwischen 3 und 4, weiter bevorzugt zwischen 2 und 3 sowie besonders bevorzugt weniger als 2 beträgt.
Verbrennungskraftmaschine nach zumindest Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf eine Schließstellung des Ventils ein durch die Führungslänge des Ventillagers dividierter zweiter Abstand C zwischen einer am zweiten Ende des Ventils zur Übertragung einer Betätigungskraft vorgesehenen Endfläche und einer Unterkante des Ventillagers mindestens 3, bevorzugt zwischen 3 und 5, weiter bevorzugt zwischen 5 und 7 sowie besonders bevorzugt mehr als 7 beträgt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche durch eine Tasse gebildet ist, welche form- oder kraftschlüssig mit dem zweiten Ende des Ventils verbunden ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasse in einer Längsrichtung des Ventilschaftes in verschiedenen Stellungen, welche mit verschiedenen Endlängen des Ventils korrespondieren, fixierbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasse in einer Tassenführung geführt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruche 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Führungslänge, welche zwischen einer Unterkante des Führungsbereiches und einer Oberkante der Tassenführung gebildet ist, zwischen 35% und 65% der Ventillänge beträgt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tassenführung direkt in einem Zylinderkopf ausgeformt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tassenführung durch einen auf einem Zylinderkopf angebrachten Aufsatz gebildet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil mit seinem Ventilschaft in einer durch das Ventillager gebildeten unteren Führung und mit einem an einem oberen Ende fest verbundenen und einen oberen Federteller bildenden Tassenstößel oder ein hydraulischen Ventilspielausgleichselement in einer oberen Führung im Zylinderkopf geführt ist, wobei wenigstens eine Druckfeder zwischen dem oberen Federteller und einem unteren Federteller eingespannt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des Ventillagers die Länge des Führungsbereiches überschreitet, bevorzugt um wenigstens 50%.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sitz des Ventillagers in einem Zylinderkopf eine Spielpassung oder eine Übergangspassung aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sitz des Ventillagers in einem Zylinderkopf, welcher ein Material aus der Gruppe umfassend Aluminium, Aluminiumlegierung, Magnesium und Magnesiumlegierung aufweist, eine Passung mit einem Übermaß von weniger als 0,04 mm aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil wenigstens einen Natriumkern aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke zwischen dem Ventillager und wenigstens einem Kühlmittelraum in einer Umgebung des Führungsbereiches des Ventillagers in zumindest einem Abschnitt weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 5 mm sowie besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 3 mm beträgt.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kipphebelansteuerung aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schwinghebelansteuerung aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine direkte Nockenwellensteuerung der Tasse aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein hängendes Ventil ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein hydraulisches Spielausgleichselement umfasst.