DE1181490B

DE1181490B - Device for driving V-shaped valves of internal combustion engines hanging in the cylinder head

Info

Publication number: DE1181490B
Application number: DEB57624A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Apfelbeck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1960-04-27
Filing date: 1960-04-27
Publication date: 1964-11-12

Description

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.Device for driving V-shaped valves hanging in the cylinder head of internal combustion engines The invention relates to a device for driving of internal combustion engine valves hanging in a V-shape in the cylinder head one arranged laterally next to the cylinder essentially parallel to the cylinder axis and camshafts driven directly or indirectly by the crankshaft, in particular a vertical shaft, at its end on the cylinder head side radially directed control cams carries, which via intermediate links such as tappets, push rods, rocker arms and rocker arms, with the valves in a non-positive connection ensured by valve springs stand, with one movably mounted on the cylinder head on each of the control cams Guide member, such as tappets, rocker arms or rocker arms, and on the valves, respectively support a rocker arm, which is also mounted on the cylinder head.

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.Valve actuators of this type stand out from the usual ones Vertical shaft designs with overhead camshafts characterized by the fact that only a single one Bevel gear pair is required to drive the control cam. This will cause the otherwise very high manufacturing costs for a vertical shaft drive other valve drives, z. B. with duck-lying camshaft, bumpers and rocker arms or with overhead, camshaft driven by chain gears, practically equivalent. The known However, have designs of the type of valve actuators mentioned at the outset a cumbersome and sometimes unreliable design that does not require high engine speeds allows.

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.In a known embodiment of the type mentioned are between Cam and valve stem with wide bearings, each with its shaft at both ends levered rocker arms used to control valve control movements from the Cams to the valve stems each provided with two angular deflections Take a detour. These rocker arms must be made very heavy for this purpose, so that one of the main advantages of the vertical shaft drive, namely the least amount of back and forth movement Masses, in turn, is largely lost. In addition, these rocker arms have elasticity in their power transmission, which is detrimental to the valve timing.

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.The invention is based on the object of overcoming these disadvantages and from the control cams to the valve stems one - as far as possible - straight To create force curve or course of the transmission members, so that this is easy and can be carried out easily and thus the small reciprocating Masses in the valve drive the use of high engine speeds and high acceleration values allow in the valve movement. In addition, the structure of the control device take place in such a way that if necessary a single common one for the inlet and outlet valves Control cam can be used. Furthermore, a rate-saving arrangement is all Control parts part of the object of the invention.

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.The invention consists in; that in each case the two pressure transmission points or the centers of gravity of the pressure transfer surfaces of all tilting and possibly Rocker arms in a manner known per se in a plane perpendicular to the respective one Bearing axis and that the perpendicular to the respective valve stem, planes that intersect in the area of its upper end and are inclined to the cylinder axis lying bearing axes of the rocker arms supported on the valves to the side the control cam are inclined towards and with each other in a likewise known manner form an angle open to this side, in such a way that the first determined Levels of the rocker arm the associated guide member in the area of the associated Cut the control cam facing away from the pressure transmission surface.

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.This design and arrangement of the reciprocating parts of the valve drive, the areas of which transferring the driving forces all lie in one plane, do not result in any side components or bending moments. All parts are only loaded by compressive forces and can be built very easily. It - also arise no elastic distortions, so that this advantage of the high accuracy of the control valve is maintained by means of vertical shaft. Valve control devices with camshafts to the side of the cylinder are already known, in which the force is transmitted from the cams to the valves with rocker arms and possibly additional tappets without side components, since there all the pressure transmission surfaces of the intermediate links are in a plane perpendicular to the bearing axes of the valves attacking rocker arms. However, these designs are not applicable to V-shaped hanging valves.

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.Another feature of the invention is that in per se known Way, only one control cam is provided for two valves, because the inventive Arrangement leaves an angular dimension of the distance between the support points on the control cam to which the common control of the intake and exhaust valves of a cylinder made possible by a single control cam. This further simplifies the production, the overall height is reduced and is also a floating storage of the control cam on the free end of the camshaft or a narrow bearing spacing executable, which is beneficial to the rigidity of the control parts.

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.A particularly advantageous embodiment of the invention results when using rocker arms as guide links and push rods for the drive the rocker arm from the fact that for both rocker arms of a two-valve cylinder head only one bearing axis is provided. The rocker arms have a length an approximately right-angled position of the rocker arms and push rods to each other results. The possibility of the control cam (s) on the free end of the camshaft to be detachably attached, allows the quick exchange of the same, which for example at sporting events the adjustment to different route conditions allows.

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.In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment shown, namely shows F i g. 1 is a plan view of a cylinder head of a Four-stroke internal combustion engine with a drive for V-shaped hanging valves, F i G. 2 is a partial view of a rocker arm in the direction of its axis with the subsequent Parts of a valve stem and a push rod according to FIG. 1 and F i g. 3 one Partial section of the valve drive according to FIG. 1 in a plane through the engine cylinder vertical axis and bevel axis.

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.On the cylinder head 1 of a four-stroke internal combustion engine with valves 2, 3 arranged hanging in a V-shape, a rocker arm 4, a length-adjustable push rod 5 and a rocker arm 6 are arranged to control the same. The end of the vertical shaft 10 driven by the crankshaft (not shown) via an intermediate shaft 7 by means of a bevel gear pair 8, 9, which is located on the cylinder head 1 , carries a control cam 11. This is in drive connection with the rocker arms 6. The side of the rocker arm 6 facing away from the control cam 11 is each provided with a ball socket 6 ″, into which a pressure rod 5 engages with its spherical end and is guided in this way. The other, likewise spherical end of the pressure rod 5 is supported against a ball socket 4 ' of the one rocker arm 4 , the second lever end with a rolling surface 4 "presses on the front end of the valve stems 2 ', 3' when the respective valve opens against the closing force of the valve spring 12 as soon as the control cam 11 via the rocker arm 6 and the one Push rod 5 initiates the valve movement. In order to achieve a light and simple structure of the valve control parts, the prerequisite for the use of high engine speeds and acceleration values to achieve large valve timing cross-sections, the reciprocating transmission elements, rocker arm 6, rocker arm 4 and push rod 5, with their force-transmitting areas, are each in one Level El, E2 arranged. These levels are determined by the axes A 1, A., the valve stems 2 ', 3' and the center points Ml, -M. = The ball sockets 6 "of the rocker arms 6 when the rocker arms are positioned within their ranges of motion Deviations of the points Ml and M, from these planes are insignificantly small because of the right-angled position of the rocker arms 6 in relation to the push rods 5 located in the planes El, E2, so that the side components resulting at the rocker arms as a result of the displacement of the push rod end points Ml, M2 The short push rods 5 and the small rocker arms 4 are therefore very light and simple. The rocker arms essentially only consist of a short bearing tube 13 and a flat web 14 on which the ball socket 4 ' and the rolling surface 4 " are appropriate. The web 14 is arranged in the plane E1 or E2. To mount the rocker arm 4, bearing blocks 13 'are cast on the cylinder head 1, which are provided with bores which run perpendicular to these planes and receive the bearing bolts 15, corresponding to the inclined position of the planes E1, E2. On the other hand, the axes of the bearing pins 15 are again arranged in planes E3 (FIG. 2) which run at right angles to the valve stems 2 ', 3' and intersect the valve stems in the region of their upper ends. This ensures that the rolling surfaces 4 ″ of the rocker arms 4 only perform slight radial movements on the end face of the valve stems when the valve is actuated.

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.The upright shaft 10 is inclined at an angle 17 at an angle 17 in relation to the axis 16 'of the motor cylinder 16 to enable short push rods 5 (FIG. 3). The bearing axis 6 'of the rocker arms 6 is also fastened in the cylinder head 1 at the same angle, which results in a parallel position of the surface of the control cam 11 to the contact surfaces of the rocker arms on the latter. The rocker arms 6 are made very slim between their bearing end on the bolt 6 'and the end receiving the ball sockets 6 ", so that only small reciprocating masses result here, especially since these levers are also only subjected to tensile and compressive forces.

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.The valve control according to the invention is particularly suitable for engines with individually arranged cylinders, such as single-cylinder, two-cylinder boxer, two-cylinder V and radial engines. However, it can also be applied to motors with in-line arrangements apply the cylinder. There is also the option of several stationary camshafts e.g. to connect with each other by chain or gear transmission and z. B. by a vertical shaft that can also carry cams itself; - to drive: at Boxer engines and flat-angled V-engines are even able to to use a continuous vertical shaft for two opposing cylinders, which is driven by a pair of bevel gears and possibly at an angle to the cylinder axes runs.

Claims

Claims: 1. Device for driving V-shaped in the cylinder head overhead valves of internal combustion engines, one of which is essentially parallel to the cylinder axis laterally next to the cylinder and from the crankshaft directly or indirectly driven camshaft, in particular a vertical shaft, at its end on the cylinder head side carries radially directed control cams, which over Intermediate links, such as tappets, push rods, rocker arms and rocker arms, with the valves are in frictional connection guaranteed by valve springs, whereby a guide member movably mounted on the cylinder head on each of the control cams, such as tappets, rocker arms or rocker arms, and one on each of the valves support rocker arms mounted on the cylinder head, characterized in that in each case the two pressure transfer points or the centers of gravity of the pressure transfer areas all rocker arms and optionally rocker arms in a known manner in one Plane are perpendicular to the respective bearing axis and that the in perpendicular to respective valve stem extending, this intersecting in the area of its upper end, to the cylinder axis inclined planes of the bearing axes on the valves supporting rocker arms are inclined towards the side of the control cam and in the same way as is known, form an angle with one another that is open towards this side, in such a way that that the first determined levels of the rocker arm the associated guide member in the area cut the pressure transmission surface facing away from the associated control cam.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in per se known Way, only one control cam (11) is provided for two valves (2, 3).

3. Device according to claim 1 or 2, with rocker arms as guide links and push rods for Drive of the rocker arm, characterized in that one for both rocker arms (6) Two-valve cylinder head (1) only one bearing axis (6 ') is provided, the Rocker arms in a known manner have a length that is approximately right-angled Position of the rocker arms and push rods (5) to each other results.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in per se known Way of the control cam or the control cam (11) on the end of the camshaft (10) releasably attached is or are. Considered publications: German Patent Specifications No. 104 770, 287 877, 419 740; British Patent Nos. 229 033, 311037, 405 384, 695 546; U.S. Patent No. 1636,213; Motor-Rundschau, 1951, p. 49; W.-D. B. e n s i n g e r, the control of the gas exchange in high-speed combustion engines, Berlin 1955, p. 28.