DE19603536A1

DE19603536A1 - Valve train for internal combustion engines with a pneumatic closing spring for a gas exchange valve

Info

Publication number: DE19603536A1
Application number: DE19603536A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schulz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: EP0787893A1; DE59606719D1; EP0787893B1; DE19603536C2

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der DE-A 42 14 839 aus.The invention is based on the preamble of claim 1 of DE-A 42 14 839.

Bei diesem bekannten Ventiltrieb ist die als Kolben-/Zylinder-Einheit gestaltete pneumatische Schließfeder über ihren Zylinder in eine Ausnehmung des Zylinder kopfes der Brennkraftmaschine eingepreßt zur Erzielung einer guten Ableitung der beim Komprimieren des eingeschlossenen Gasvolumens entstehenden Wärme.In this known valve train is designed as a piston / cylinder unit pneumatic closing spring over its cylinder into a recess of the cylinder Head of the internal combustion engine pressed in to achieve a good derivation of the heat generated when compressing the enclosed gas volume.

Weiter ist zur Unterstützung der Wärmeableitung für den Zylinder dieser pneumati schen Feder ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise eine Kupfer-Beryllium-Legierung vorgeschlagen.Next is to support the heat dissipation for the cylinder this pneumati spring a material with good thermal conductivity, such as a Copper-beryllium alloy proposed.

Schließlich ist zur zusätzlichen Wärmeableitung der Zylinder der Schließfeder-Ein heit mit einer erheblichen Wandstärke ausgebildet zur Ausbildung von Kühlkanälen zum Durchlauf von aus dem Ventiltrieb ablaufendem Schmieröl.Finally, for the additional heat dissipation of the cylinder, the closing spring is on unit with a considerable wall thickness designed to form cooling channels for the passage of lubricating oil draining from the valve train.

Die vorgenannten Maßnahmen zur Kühlung einer pneumatischen Feder bzw. Schließfeder sind aufwendig. Besonders aufwendig erscheinen diese Maßnahmen bei ventilgesteuerten Schließfedern mit einer minimalen Gasleckage sowie bei einer aus der DE-A 29 49 413 bekannten Bauart von pneumatischen Schließ federn, bei denen das eingeschlossene Gasvolumen bei niedrigen Maschinen drehzahlen zwar jeweils über eine offene Drosselbohrung in gewissem Umfang in einen Speicherraum verdrängt ist, jedoch bei hohen Maschinendrehzahlen auf grund der Drosselung kaum ein Abströmen und damit ein temperaturwirksamer Gasaustausch erfolgt. Dieses drehzahlabhängig drosselbedingt im wesentlichen verhinderte Abströmen von Gas in einen nach außen abgeschlossenen Speicher raum oder gemäß der GB-PS 392 294 in einen in der Gasversorgungsleitung an geordneten Speicher ergibt wie bei einer ventilgesteuerten Schließfeder mit mini maler Leckage eine drehzahlabhängige Veränderung der Schließfeder-Rückstell kräfte bei erheblichem Anfall an Kompressionswärme aufgrund zu kleinen Gasaus tausches. Diese Kompressionswärme kann bei längerem Betrieb in höheren Ma schinendrehzahlen und ungenügender Wärmeabfuhr zu einer härteren bzw. steile ren Federkennlinie der Schließfeder mit nachteiliger Zunahme an Reibleistung im Ventiltrieb führen.The aforementioned measures for cooling a pneumatic spring or Closing springs are expensive. These measures appear to be particularly complex with valve-controlled closing springs with minimal gas leakage as well as with one known from DE-A 29 49 413 type of pneumatic locking springs where the enclosed gas volume at low machines speeds to a certain extent in each case via an open throttle bore a memory space is displaced, but at high machine speeds due to the throttling, there is hardly any outflow and therefore a temperature-effective one Gas exchange takes place. This essentially depends on the throttle prevented gas from flowing into an externally sealed store room or according to GB-PS 392 294 in one in the gas supply line orderly memory results like a valve-controlled closing spring with mini Painter leakage a speed-dependent change in the closing spring reset forces when there is a considerable amount of compression heat due to insufficient gas release exchange. This compression heat can in higher Ma Line speeds and insufficient heat dissipation to a harder or steep Ren spring characteristic of the closing spring with a disadvantageous increase in friction in the Lead valve train.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine pneumatische Schließfeder eines gattungsgemäßen Ventiltriebes eine Kühlanordnung aufzuzeigen, die zum min dest eine in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkte Wärmeabfuhr ermög licht.The invention is based, for a pneumatic closing spring the task of a generic valve train to show a cooling arrangement that min least a heat dissipation effected depending on the machine speed enables light.

Diese Aufgabe ist gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß der Zylinder der Einheit der Schließfeder über einen Außenumfangsabschnitt mindestens im Hubbereich des Feder-Kolbens mit einer kühlmittelführenden Kammer einer flüs sigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine mit Zwangsumlaufkühlung (z. B. Pumpe) in Verbindung steht.This object is achieved according to claim 1 in that the cylinder the unit of the closing spring over an outer peripheral portion at least in Stroke range of the spring piston with a coolant-carrying chamber of a river liquid-cooled internal combustion engine with forced circulation cooling (e.g. pump) in Connection is established.

Der Vorteil der Erfindung ist eine durch die Zwangsumlaufkühlung ständig und ins besondere drehzahlabhängig vom Kühlmittel der Maschine umspülte Schließfeder, wobei die gegebenenfalls in Verbindung mit der Kompressionswärme festgelegte Federkennlinie mittels einer entsprechenden Kühlmittelbeaufschlagung der Schließfeder bestimmt ist.The advantage of the invention is a permanent and insured by forced cooling special closing spring flushed with the coolant of the machine depending on the speed, the one optionally set in connection with the heat of compression Spring characteristic curve by means of an appropriate coolant supply to the Closing spring is determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt Anspruch 2, wonach die Kolben-/Zylinder-Einheit der Schließfeder in einem zwangsumlaufgekühlten Zylin derkopf angeordnet ist. Dieser kann von der Brennkraftmaschine gesondert oder mit dieser gemeinsam gekühlt sein. Weiter umfaßt Anspruch 2, daß die der Anord nung der Schließfeder dienende Ausnehmung eine über den Hubbereich des Fe der-Kolbens sich erstreckende Umfangsnut aufweist für eine mit dem Zylinder ge bildete kühlmittelführende Kammer, die vorteilhafterweise einfach auszubilden ist.An advantageous embodiment of the invention describes claim 2, according to which Piston / cylinder unit of the closing spring in a forced-circulation-cooled cylinder the head is arranged. This can be separate from the internal combustion engine or be chilled with it. Furthermore, claim 2 includes that the arrangement Opening of the closing spring serving a recess over the stroke range of the Fe the piston extends circumferential groove for a ge with the cylinder formed coolant-carrying chamber, which is advantageously easy to train.

Eine im Anspruch 3 beschriebene Weiterbildung der Erfindung ist darauf gerichtet, daß der Zylinder der als ein Einsatz (gemäß EP-Anmeldung Nr. 95111924.7) ge stalteten Kolben-/Zylinder-Einheit der Schließfeder über den Außenumfang mit in der o.g. Umfangsnut benachbarten maschinenseitigen Bereichen angeordneten Dichteinrichtungen zusammenwirkt.A further development of the invention described in claim 3 is directed to that the cylinder as a insert (according to EP Application No. 95111924.7) ge designed piston / cylinder unit of the closing spring over the outer circumference with in the above Arranged circumferential groove adjacent machine-side areas Sealing devices interacts.

Die gemäß der EP-Anmeldung 95111924.7 vorgeschlagene Kolben-/Zylinder-Ein heit der pneumatischen Schließfeder ist als eine gegen die Umgebung dicht ab geschlossene Ein-Kammer-Funktionseinheit gestaltet mit dem Ziel, diese fern vom Einsatzort vor der Montage in die Brennkraftmaschine auf Dichtheit und Funktion prüfen zu können. Um bei der Montage dieses als Funktionseinheit gestalteten Einsatzes dessen Federfunktion nicht infolge Verformung durch im wesentlichen einen vor allem auf Abdichtung gegen das Kühlmittel abgestimmten Preßsitz zu gefährden, sind gemäß Anspruch 3 mit dem Außenumfang des Einsatz-Zylinders zusammenwirkende, maschinenseitig fixierte Dichteinrichtungen vorgeschlagen, wodurch in vorteilhafter Weise ein wesentlich geringerer Preßsitz möglich ist.The piston / cylinder input proposed according to EP application 95111924.7 The pneumatic closing spring is sealed as one against the environment closed single-chamber functional unit designed with the aim of keeping it away from Place of installation before installation in the internal combustion engine for tightness and function to be able to check. To be designed as a functional unit during assembly Use its spring function is not due to deformation by essentially a press fit especially geared towards sealing against the coolant are at risk, according to claim 3 with the outer circumference of the insert cylinder cooperating sealing devices proposed on the machine side, whereby an essentially smaller press fit is advantageously possible.

Schließlich beschreibt Anspruch 4 eine mehrventilige Brennkraftmaschine, die außerhalb ihres Kühlmantels im Zylinderkopf gesondert angeordnete Kühl-Kam mern der Schließfedern durch einen gemeinsamen Kanal verbunden aufweist, der bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine zur Kühlung der Schließfedern mit dem Kühlmantel in Verbindung steht. Mit dieser Ausgestaltung kann der Kühlmantel des Zylinderkopfes gesondert von den Schließfeder-Kühl kammern optimiert werden, wobei mit der Gestaltung des Kanals beispielsweise mit konstantem oder veränderlichem Querschnitt über seine Länge die erfindungs gemäße drehzahlabhängige Kühlung der Schließfeder bzw. Schließfedern erziel bar ist. Finally, claim 4 describes a multi-valve internal combustion engine that outside of their cooling jacket in the cylinder head separately arranged cooling cam has the closing springs connected by a common channel which when using the coolant of the internal combustion engine to cool the Closing springs are connected to the cooling jacket. With this configuration the cooling jacket of the cylinder head can be separated from the closing spring cooling chambers can be optimized, with the design of the channel for example with a constant or variable cross-section over its length the fiction achieve appropriate speed-dependent cooling of the closing spring or closing springs is cash.

Schlußendlich beschreibt Anspruch 5 für gesondert angeordnete Kühl-Kammern für die Schließfedern den Einsatz eines Schmiermittels der Brennkraftmaschine als Kühlmittel, wobei gegebenenfalls die Kühl-Kammern der Schließfedern im Schmiersystem der Brennkraftmaschine angeordnet sind.Finally, claim 5 describes for separately arranged cooling chambers for the closing springs, the use of a lubricant of the internal combustion engine as Coolant, the cooling chambers of the closing springs in the Lubrication system of the internal combustion engine are arranged.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels beschrieben.The invention is based on an exemplary embodiment shown in the drawing game described.

Ein Ventiltrieb 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 2 umfaßt in einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf 3 eine Steuerwelle 4 zur Betätigung eines Ven tils 5 eines Gaswechselkanals 6. Dem Ventil 5 ist eine pneumatische Schließfeder 7 zugeordnet, die als eine Kolben-/Zylinder-Einheit 8 gestaltet in einer maschinen seitigen Ausnehmung 9 angeordnet ist.A valve train 1 of an internal combustion engine 2, not shown, comprises a control shaft 4 for actuating a valve 5 of a gas exchange channel 6 in a liquid-cooled cylinder head 3 . The valve 5 is assigned a pneumatic closing spring 7 , which is configured as a piston / cylinder unit 8 in a machine-side recess 9 .

Der Zylinder 10 der Einheit 8 der Schließfeder 7 ist in Richtung der Steuerwelle 4 zur gleitbeweglichen Aufnahme eines mit einem Steuernocken 11 der Steuerwelle 4 zusammenwirkenden Tassenstößels 12 verlängert, der direkt auf einen Schaft 13 des Gaswechselventils 5 einwirkt. Weiter ist in dem Zylinder 10 ein mit dem Ventil schaft 13 antriebsfest verbundener Kolben 14 angeordnet, der als beweglicher Abschluß einer Kompressionskammer 15 der pneumatischen Schließfeder 7 dient. Die Kompressionskammer 15 steht mit einer gasführenden Versorgungsleitung 16 in Verbindung.The cylinder 10 of the unit 8 of the closing spring 7 is extended in the direction of the control shaft 4 for slidably receiving a cup tappet 12 which interacts with a control cam 11 of the control shaft 4 and which acts directly on a stem 13 of the gas exchange valve 5 . Next in the cylinder 10 with the valve shaft 13 drive-connected piston 14 is arranged, which serves as a movable end of a compression chamber 15 of the pneumatic closing spring 7 . The compression chamber 15 is connected to a gas-carrying supply line 16 .

Vorzugsweise ist die aus Zylinder 10 und Kolben 14 gebildete Schließfeder-Einheit 8 gemäß dem Gegenstand der EP-Anmeldung 95111924.7 als eine gegen die Umgebung dicht abgeschlossene Ein-Kammer-Funktionseinheit gestaltet, um diese vorteilhafterweise fern vom Einsatzort vor der Montage in der Brennkraftmaschine 2 bzw. im Zylinderkopf 3 auf Dichtheit und Funktion prüfen zu können.Preferably, the closing spring unit 8 formed from the cylinder 10 and the piston 14 is designed according to the subject of EP application 95111924.7 as a one-chamber functional unit which is sealed off from the environment in order to advantageously remove it from the place of use prior to installation in the internal combustion engine 2 or to be able to check for tightness and function in the cylinder head 3 .

Ferner kann die Schließfeder 7 entweder gemäß der FR-A 2 529 616 eine gegen über der Versorgungsleitung 16 mittels eines nicht gezeigten Rückschlagventiles verschließbare Kompressionskammer 15 aufweisen oder aber gemäß der DE-A 29 49 413 in Verbindung mit der GB-PS 392 294 eine mit der Versorgungsleitung 16 über eine nicht gezeigte kleine Drosselbohrung ständig kommunizierende Kom pressionskammer 15.Furthermore, the closing spring 7 can either have a compression chamber 15 which can be closed with respect to the supply line 16 by means of a check valve (not shown) or according to DE-A 29 49 413 in conjunction with GB-PS 392 294 either according to FR-A 2 529 616 the supply line 16 via a small throttle bore, not shown, constantly communicating compression chamber 15 .

Zur Erzielung einer in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkten Wärme abfuhr bzw. Kühlung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Zylinder 10 der Schließfeder 7 über einen Außenumfangsabschnitt 17 mindestens im Hubbereich des Feder-Kolbens 14 mit einer kühlmittelführenden Kammer 18 einer flüssigkeits gekühlten Brennkraftmaschine 2 mit vorzugsweise durch eine nicht gezeigte Pumpe bewirkte Zwangsumlaufkühlung in Verbindung steht.In order to achieve a heat dissipation or cooling caused as a function of the machine speed, the invention provides that the cylinder 10 of the closing spring 7 has an coolant-carrying chamber 18 of a liquid-cooled internal combustion engine 2 , preferably by means of a, via an outer peripheral section 17 at least in the stroke range of the spring piston 14 Pump, not shown, causes forced circulation cooling in connection.

Vorzugsweise ist die Kolben-/Zylinder-Einheit 8 der Schließfeder 7 in einem zwangsumlaufgekühlten Zylinderkopf 3 angeordnet, wobei die der Anordnung der Schließfeder 7 dienende Ausnehmung 9 eine über den Hubbereich des Feder-Kol bens 14 sich erstreckende Umfangsnut 19 aufweist, die mit dem Zylinder 10 eine kühlmittelführende Kammer 18 bildet.Preferably, the piston / cylinder unit 8 of the closing spring 7 is arranged in a forced-circulation-cooled cylinder head 3 , the recess 9 serving for the arrangement of the closing spring 7 having a circumferential groove 19 which extends over the stroke range of the spring piston 14 and which engages with the cylinder 10 forms a coolant-carrying chamber 18 .

Weiter zeigt die einzige Figur, daß der Zylinder 10 der als ein Einsatz gemäß der EP-Anmeldung Nr. 95111924.7 gestalteten Kolben-/Zylinder-Einheit 8 der Schließfeder 7 über den Außenumfang mit in der Umfangsnut 19 bzw. der Kammer 18 benachbarten maschinen- bzw. zylinderkopfseitigen Bereichen 20 angeordne ten Dichteinrichtungen 21 vorzugsweise O-Ringen zusammenwirkt.Furthermore, the only figure shows that the cylinder 10 of the piston / cylinder unit 8 of the closing spring 7 , which is designed as an insert according to EP Application No. 95111924.7, extends over the outer circumference with machine or machine 18 adjacent in the circumferential groove 19 or the chamber 18 regions 20 on the cylinder head side arranged sealing devices 21 preferably interacts with O-rings.

Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anordnung der Einheit 8 mit einem gerin geren Preßsitz des Zylinders 10 in der Ausnehmung 9 des Zylinderkopfes 3.This advantageously allows the arrangement of the unit 8 with a narrow press fit of the cylinder 10 in the recess 9 of the cylinder head 3rd

Bei einer mehrventiligen Brennkraftmaschine 2 sind außerhalb ihres Kühlmantels 22 im Zylinderkopf 3 gesondert angeordnete Kühl-Kammern 18 der Schließfedern 7 mittels eines gemeinsamen Kanals 23 verbunden, der bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 2 zur Kühlung der Schließfedern 7 mit dem maschinenseitigen Kühlmantel 22 in Verbindung steht.In a multi-valve internal combustion engine 2 , separately arranged cooling chambers 18 of the closing springs 7 are connected outside their cooling jacket 22 in the cylinder head 3 by means of a common channel 23, which is connected to the machine-side cooling jacket 22 when the coolant of the internal combustion engine 2 is used to cool the closing springs 7 .

Zur Wärmeableitung aus der pneumatischen Schließfeder 7 dient das in der Brennkraftmaschine 2 umlaufende Kühlmittel, vorzugsweise Kühlwasser. Unab hängig vom jeweiligen in der Brennkraftmaschine verwendeten Kühlmittel können Schließfedern 7 in gesondert angeordneten Kühl-Kammern 18 auch mittels Schmieröl der Brennkraftmaschine 2 gekühlt sein, wobei Lager der Steuerwelle 4 jeweils aus einer Kühl-Kammer 18 oder aus dem gemeinsamen Kanal 23 der Kühl- Kammern 18 versorgt sind. Bei dieser Anordnung sind die Kühl-Kammern 18 und der Kanal 23 in das Schmiersystem der Brennkraftmaschine 2 eingebunden.The coolant circulating in the internal combustion engine 2 , preferably cooling water, is used for heat dissipation from the pneumatic closing spring 7 . Regardless of the particular coolant used in the internal combustion engine, closing springs 7 in separately arranged cooling chambers 18 can also be cooled by means of lubricating oil of the internal combustion engine 2 , bearings of the control shaft 4 each from a cooling chamber 18 or from the common channel 23 of the cooling chambers 18 are supplied. In this arrangement, the cooling chambers 18 and the channel 23 are integrated into the lubrication system of the internal combustion engine 2 .

Schließlich kann die Ausnehmung 9 gemäß der einzigen Figur um einen Ringkanal 24 ergänzt sein zum Auffangen und Ableiten von aus der Kompressionskammer 15 über ein nicht gezeigtes Überdruckventil ausgebrachtes Schmieröl.Finally, according to the single figure, the recess 9 can be supplemented by an annular channel 24 for collecting and discharging lubricating oil which is discharged from the compression chamber 15 via a pressure relief valve, not shown.

Claims

1. valve train for internal combustion engines with a pneumatic closing spring for a gas exchange valve,

- The closing spring ( 7 ) arranged in a machine-side recess ( 9 ) as a piston / cylinder unit ( 8 ) is liquid-cooled via its cylinder ( 10 ),

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the cylinder ( 10 ) of the closing spring ( 7 ) via an outer circumferential section ( 17 ) at least in the stroke range of the spring-Kol bens ( 14 ) with a coolant-carrying chamber (circumferential groove 18 ) of a liquid-cooled internal combustion engine ( 2 or cylinder head 3) with forced circulation cooling (e.g. pump) is connected.

2. Valve train according to claim 1, characterized in

- That the piston / cylinder unit ( 8 ) of the closing spring ( 7 ) is arranged in a force-cooled cylinder head ( 3 ), wherein - the arrangement of the closing spring ( 7 ) serving recess ( 9 ) over the stroke range of the spring piston ( 14 ) extends circumferential groove ( 19 ) for a coolant-carrying chamber ( 18 ) formed with the cylinder ( 10 ).

3. Valve train according to claim 1 or 2, characterized in that the Zy cylinder ( 10 ) designed as an insert piston-cylinder unit ( 8 ) of the closing spring ( 7 ) over the outer circumference with in the circumferential groove ( 19 ) or Chamber ( 18 ) adjacent machine-side areas ( 20 ) arranged sealing devices ( 21 , O-rings) cooperates.

4. Valve train according to claims 1 to 3, in particular for a multi-valve internal combustion engine, characterized in that

- That outside of their cooling jacket ( 22 ) in the cylinder head ( 3 ) separately arranged cooling chambers ( 18 ) of the closing springs ( 7 ) are connected by a common channel ( 23 )
- stands when using the coolant of the internal combustion engine (2) to cool the closing springs (7) with the cooling jacket (22) of the internal combustion engine (2) in combination.

5. Valve train according to claim 4, characterized in

- That a lubricant of the internal combustion engine ( 2 ) serves as a coolant for the closing spring (s) ( 7 ), wherein
- If appropriate, the cooling chamber (s) ( 18 ) of the closing spring (s) ( 7 ) in the lubrication system of the internal combustion engine ( 2 ) is or are.