DE102006019254B4

DE102006019254B4 - Vorrichtung zur Betätigung mehrerer Gaswechselventile

Info

Publication number: DE102006019254B4
Application number: DE102006019254.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Strusch
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: DE102006019254A1

Abstract

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, die mittels zumindest eines Pleuels zumindest einen Kolben führt, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf (1) abgedeckten Zylinder angeordnet ist und im Zylinderkopf (1) mehrere Gaswechselventile (2, 3) geführt sind und zumindest zwei Gaswechselventile (2, 3) paarweise mittels einer Brücke (14) mit Kipphebeln (18) in Wirkverbindung stehen, die von einer mit der Kurbelwelle drehbaren Nockenwelle betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (14) einerseits unmittelbar nur an den Ventilschäften (4, 5) abgestützt ist und andererseits nur mit dem Kipphebel (18), unter Zwischenschaltung eines Wälzkörpers oder eines Kugelfußes (17), in Wirkverbindung steht, dass die Stirnflächen (10, 11) der Ventilschäfte (4, 5) und/oder die den Stirnflächen (10, 11) benachbarten Stützflächen (12, 13) an der Brücke (14) in ihren Querschnittsformen parallel zur Längsachse der Brücke (14) so ausgebildet sind, dass die Querschnittsformen unterschiedlichen Höhenlagen der Stirnflächen (10, 11) angepasst sind und dass die Stützflächen (12, 13) so weit innerhalb der Brücke (14) angeordnet sind, dass die Brücke (14) seitliche Führungsflächen (15, 16) aufweist, die den Außenwänden der Ventilschäfte (4, 5) benachbart sind, wobei die Stirnflächen (10, 11) und/oder die Stützflächen (12, 13) eine Mittelfläche (24, 25) aufweisen, die im Wesentlichen eben und bei derselben Höhenlage der Stirnflächen rechtwinklig zu den Achsen der Ventilschäfte (4, 5) ausgeführt sind und dass zumindest einseitig, an die Mittelflächen (24, 25) anschließend, Zylindermantelsegmente (26, 27) angearbeitet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, die mittels zumindest eines Pleuels zumindest einen Kolben führt, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf abgedeckten Zylinder angeordnet ist und im Zylinderkopf mehrere Gaswechselventile geführt sind und zumindest zwei Gaswechselventile paarweise mittels einer Brücke betätigbar sind, wobei die Brücken mit Kipphebeln in Wirkverbindung stehen, die von einer mit der Kurbelwelle drehverbundenen Nockenwelle betätigbar sind. Aus der AT 001 617 U1 ist eine Ventilbetätigungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Brücke und einem separaten Stößel bekannt.
Eine derartige gattungsbildende Hubkolbenbrennkraftmaschine ist aus der EP 0 586 884 B1 bekannt. Bei dieser Ausgestaltung sind die Brücken an Stößeln befestigt, die in einem Bauteil des Zylinderkopfes gelagert sind. Aus diesem Grund muss die Brücke zumindest mit einem der Gaswechselventile über eine Einstellschraube verbunden sein, um einen Spielausgleich vornehmen zu können. Im Stößel integriert ist weiterhin eine hydraulische Spielausgleichsvorrichtung, da der Kipphebel direkt, ohne andere Einstellmöglichkeiten, mit der Nockenwelle in Wirkverbindung steht.
Diese Ausgestaltung ist aufwendig in der Herstellung und Wartung, wobei trotz hydraulischer Spielausgleichsvorrichtung eine mechanische Einstellung der Stellschraube an der Brücke erfolgen muss.
Es ist weiterhin bekannt, DE 198 36 906 A1 , eine Brücke für zwei Ventile vorzusehen, die an einer im Zylinderkopf befestigten Stange geführt ist. Zum Ausgleich der Ventilspiele sind dort zwei Spielausgleichsvorrichtungen, je eine zu jedem Gaswechselventil, in der Brücke angeordnet, wobei der Kipphebel mittels Rollen mit der Brücke und dem Nocken in Wirkverbindung steht. Bei dieser Ausgestaltung fällt zwar das mechanische Spieleinstellen mit Schraubschlüssel und dergleichen weg, dafür sind aber zwei hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtungen vorgesehen, so dass auch diese Ausgestaltung aufwendig ist.
Beiden Ausführungen ist gemeinsam, dass die Brücke in aufwendiger Weise an einem festen Bauteil geführt ist und dass zum Ausgleich der Ventillängen zumindest an einem Ventil eine mechanische oder hydraulische Ventilspieleinstellung und zum Spielausgleich am Ventiltrieb an dem Kipphebel oder am zweiten Ventil eine zweite Einstellmöglichkeit erforderlich ist.
Des Weiteren besteht keine Möglichkeit, eines der Gaswechselventile ohne Mitbetätigung des anderen Gaswechselventils zu öffnen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die gattungsbildende Hubkolbenbrennkraftmaschine dahingehend zu verbessern, dass die Betätigungsvorrichtung der Gaswechselventile einfacher ausgestaltet ist, dass pro Bauteilgruppe, Kipphebelbrücke und Gaswechselventile, nur eine Spielausgleichsvorrichtung erforderlich ist. Weiterhin sollen die Berührungsflächen zwischen der Brücke und den Gaswechselventilen so ausgebildet sein, dass sie dauerhaltbar sind. Darüber hinaus soll noch die Möglichkeit geschaffen werden, eines der Gaswechselventile, die von einer Brücke betätigt werden, unabhängig vom anderen zu betätigen, insbesondere zu öffnen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brücke ist dabei nicht mehr durch irgendein Bauteil am Zylinderkopf geführt, sondern ist unmittelbar durch die Ventilschäfte einerseits und durch den Kipphebel andererseits, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Wälzkörpers oder eines Kugelfußes, geführt. Dabei sind die Stützflächen an der Brücke so weit in die den Ventilschäften zugewandten Flächen eingearbeitet, dass Führungsflächen zwischen der Brücke und den Ventilschäften entstehen, die eine Führung der Brücke in alle Richtungen der Ebene quer zu den Ventilschäften sicherstellt. Dies erfolgt zum einen dadurch, dass die Führungsfläche, die mit dem einen Ventilschaft in Wirkverbindung steht, als Zylinderwandfläche ausgebildet ist, so dass dort bereits eine Führung der einen Seite der Brücke in beide Horizontalrichtungen gegeben ist. Bei der Stützfläche, die mit dem zweiten Ventilschaft in Wirkverbindung steht, sind zur sicheren Führung nurmehr seitliche Führungsflächen erforderlich, um eine vollständige Führung der Brücke sicherzustellen.
Durch Toleranzen der Ventilfedern, unterschiedliche Längen der Gaswechselventile usw. sowie einen möglichen außermittigen Angriff der Kipphebelkraft entstehen unterschiedliche Höhenlagen der Ventilschäfte, so dass sich die Brücke quer zu ihrer Längsachse schräg stellen kann.
Wird die Hubkolbenbrennkraftmaschine weiterhin als Fahrzeugmotor benutzt, so soll ein Auslassventil zur Motorbremswirkung zeitweise offen gelassen werden, wobei eine weitere Schrägstellung der Brücke erfolgt. Da in aller Regel die Stirnflächen der Ventilschäfte und die Stützflächen der Brücke eben und rechtwinklig zur Ventilachse ausgeführt sind, kommt es an den benachbarten Flächen zu Kantentrag. Dieser Kantentrag verursacht Spannungskonzentrationen, wobei die Spannung ein Mehrfaches der normalen Flächenpressung erreichen kann und Brüche zu befürchten sind. Aus diesem Grund wird weiterhin vorgeschlagen, dass erfindungsgemäß die Stützflächen der Brücke in ihrer Querschnittsform parallel zur Längsachse der Brücke so ausgebildet sind, dass die Querschnittsformen unterschiedlichen Höhenlagen der Stirnflächen der Ventilschäfte angepasst sind. Dies erfolgt in erfindungsgemäß dadurch, dass insbesondere die Stützflächen eine Mittelfläche aufweisen, die im Wesentlichen eben und rechtwinklig zur Achse der Gaswechselventile ausgeführt ist und dass zumindest auf einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten der Mittelfläche, an diese anschließend ein Zylindermantelsegment angeordnet ist, das sich tangential und unterbrechungsfrei an die Mittelfläche anschließt. Dabei wird der Radius des Zylindermantels so gewählt, dass die zulässige Flächenpressung des gewählten Werkstoffes der Brücke nicht überschritten ist.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Unteransprüche und auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Schnitt durch eine Brücke zur Betätigung von Gaswechselventilen,
2 eine vergrößerte Darstellung der Endbereiche von Ventilschäften mit Schnitt durch die Brücke und
3 eine Ansicht gemäß 2 mit schräg gestellter Brücke.
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, in dem Gaswechselventile 2 und 3 geführt sind. Die Gaswechselventile beherrschen den Querschnitt der Gaswechselkanäle. Die Gaswechselventile 2 und 3 haben Ventilschäfte 4 und 5, die im Zylinderkopf geführt sind. An den Ventilschäften 4 und 5 greifen Federteller 6 und 7 an, die durch Druckfedern 8 und 9 belastet sind, so dass die Gaswechselventile 2 und 3 durch die Kräfte der Druckfedern 8 und 9 in Schließstellung gehalten werden. Die Ventilschäfte 4 und 5 weisen Stirnflächen 10 und 11 auf, die rechtwinklig zur Achse der Ventilschäfte ausgeführt und eben ausgebildet sind. An die Stirnflächen 10 und 11 schließen sich Stützflächen 12 und 13 an, die Bestandteil einer mit 14 bezeichneten Brücke sind. Die Stützflächen 12 und 13 sind, von den Ventilschäften 4 und 5 aus gesehen, in die Brücke eingearbeitet, so dass sich Führungsflächen 15 und 16 ergeben. Die Brücke 14 hat auf ihrer den Ventilschäften 4 und 5 abgewandten Seite eine Fläche, an der ein Kugelfuß 17 angreift, der an einem mit 18 bezeichneten Kipphebel befestigt ist. Der Kipphebel ist auf einer Achse 19, die am Zylinderkopf 1 nicht näher dargestellt befestigt ist, gelagert. Auf der dem Kugelfuß 17 gegenüberliegenden Seite des Kipphebels 18 ist eine Stellschraube 20 zum Ausgleich des Spiels zwischen der Brücke 14 einerseits und den Ventilschäften 4 und 5 sowie dem Kugelfuß 17 andererseits eingebaut, die mit einer Stößelstange 21 in Wirkverbindung steht, die, nicht näher dargestellt, durch Nocken einer Nockenwelle in Längsrichtung der Stößelstange 21 bewegt wird. Die Brücke 14 weist auf der der Stützfläche 12 gegenüberliegenden Seite eine Kontaktfläche 22 auf, die mit einem mit 23 bezeichneten Stellelement in Wirkverbindung treten kann. Bewegt sich das freie Ende des Stellelements 23 in Richtung zur Kontaktfläche 22, so kippt es bei hinreichender Stellbewegung die Brücke 14 und öffnet dabei unabhängig von der Öffnung der Gaswechselventile 2 und 3 durch den Kipphebel 18 das Gaswechselventil 2, wodurch eine zusätzliche Bremswirkung der Hubkolbenbrennkraftmaschine geschaltet wird. Die Vorgänge der Motorbremswirkung werden in dieser Anmeldung nicht ausgeführt, da es hier nur um das zusätzliche Öffnen des Gaswechselventils 2 durch das Stellelement 23 geht.
Aus den vergrößerten Darstellungen der Enden der Ventilschäfte 4 und 5 und der Brücke 14 in den 2 und 3 ist erkennbar, dass die Stützflächen 12 und 13 parallel zu den Stirnflächen 10 und 11 angeordnet sein können (2) und dass diese Flächen sich auch schräg zueinander befinden können (3). Die Stützflächen 12 und 13 weisen dabei Mittelflächen 24 und 25 auf, an die sich einseitig tangential ohne Unterbrechung Zylindermantelsegmente 26 und 27 anschließen. Es können selbstverständlich auf beiden Seiten der Mittelflächen 24 und 25 Zylindermantelsegmente 26 und 27 vorgesehen sein. Ist dies nicht der Fall, erstrecken sich die Mittelflächen 24 und 25 auf der den Zylindermantelsegmenten 26 und 27 gegenüberliegenden Seite über die gesamten Stützflächen 12 und 13, so dass es sich um auf einer Seite vergrößerte Flächen handelt.
Die 2 und 3 zeigen, dass, unabhängig von der Schrägstellung der Stützflächen 12 und 13 zu den Stirnflächen 10 und 11, eine hinreichende Druckfläche zur Verfügung steht, so dass mit Hilfe der Zylindermantelsegmente Kantentrag und Spannungskonzentrationen vermieden werden. Dabei wird der Radius der Zylindermantelsegmente so gewählt, dass immer eine hinreichende Stützfläche zur Verfügung steht. Die Zylindermantelsegmente 26 und 27 werden in vorteilhafter Weise durch Prägen der Stützflächen 12 und 13 gebildet.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2, 3: Gaswechselventile
4, 5: Ventilschäfte
6, 7: Federteller
8, 9: Druckfedern
10, 11: Stirnflächen
12, 13: Stützflächen
14: Brücke
15, 16: Führungsflächen
17: Kugelfuß
18: Kipphebel
19: Achse
20: Stellschraube
21: Stößelstange
22: Kontaktfläche
23: Stellelement
24, 25: Mittelflächen
26, 27: Zylindermantelsegmente

Claims

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, die mittels zumindest eines Pleuels zumindest einen Kolben führt, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf (1) abgedeckten Zylinder angeordnet ist und im Zylinderkopf (1) mehrere Gaswechselventile (2, 3) geführt sind und zumindest zwei Gaswechselventile (2, 3) paarweise mittels einer Brücke (14) mit Kipphebeln (18) in Wirkverbindung stehen, die von einer mit der Kurbelwelle drehbaren Nockenwelle betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (14) einerseits unmittelbar nur an den Ventilschäften (4, 5) abgestützt ist und andererseits nur mit dem Kipphebel (18), unter Zwischenschaltung eines Wälzkörpers oder eines Kugelfußes (17), in Wirkverbindung steht, dass die Stirnflächen (10, 11) der Ventilschäfte (4, 5) und/oder die den Stirnflächen (10, 11) benachbarten Stützflächen (12, 13) an der Brücke (14) in ihren Querschnittsformen parallel zur Längsachse der Brücke (14) so ausgebildet sind, dass die Querschnittsformen unterschiedlichen Höhenlagen der Stirnflächen (10, 11) angepasst sind und dass die Stützflächen (12, 13) so weit innerhalb der Brücke (14) angeordnet sind, dass die Brücke (14) seitliche Führungsflächen (15, 16) aufweist, die den Außenwänden der Ventilschäfte (4, 5) benachbart sind, wobei die Stirnflächen (10, 11) und/oder die Stützflächen (12, 13) eine Mittelfläche (24, 25) aufweisen, die im Wesentlichen eben und bei derselben Höhenlage der Stirnflächen rechtwinklig zu den Achsen der Ventilschäfte (4, 5) ausgeführt sind und dass zumindest einseitig, an die Mittelflächen (24, 25) anschließend, Zylindermantelsegmente (26, 27) angearbeitet sind.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindermantelsegmente (26, 27) als Kreiszylindersegmente ausgebildet, tangential und unterbrechungsfrei an die Mittelflächen (24, 25) anschließend ausgeführt sind, und dass die Mittelachsen der Radien der Zylindermantelsegmente (26, 27) in Verlängerung der Achsen der Ventilschäfte (4, 5), vorzugsweise versetzt zu diesen, auf der den Ventilschäften (4, 5) abgewandten Seite der Brücke (14) angeordnet sind.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien der Zylindermantelsegmente (26, 27) so gewählt sind, dass die zulässige Flächenpressung des Werkstoffes der Brücke (14) nicht überschritten ist.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (15) der Brücke (14) im Bereich eines Ventilschaftes (4 oder 5) als Zylinderwandfläche ausgeführt ist und die Führungsfläche (16) im Bereich des anderen Ventilschaftes (5 oder 4) vorzugsweise ein Zylinderwandflächensegment und anschließende, eben und parallel ausgeführte Flächen aufweist, die in Längsrichtung der Brücke (14) ausgerichtet sind und bis zu deren Rand reichen.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (12, 13), insbesondere die Zylindermantelsegmente (26, 27), durch Prägen hergestellt sind.
Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der einen Stützfläche (12) abgewandten Seite der Brücke (14), deren Führungsfläche (15) als Zylinderwandfläche ausgebildet ist, eine Kontaktfläche (22) vorgesehen ist, die von einem Stellelement (23) derart belastbar ist, dass das mit der Stützfläche (12) in Wirkverbindung stehende Gaswechselventil (2) in Teiloffenstellung zur Erzeugung einer Motorbremswirkung bewegbar ist und dass das Gaswechselventil (2) ein Auslassventil eines Paares von Auslassventilen ist.