DE19644916A1 - Valve gear in cylinder head of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneten Ventiltrieb mit wenigstens einer obenliegenden Nockenwelle nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine arranged valve train with at least one overhead camshaft according to the preamble-forming features of claim 1.
Derartige Ventiltriebe sind der Fachwelt hinreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Ist es nun erforderlich, in Nockenwel lenlängsrichtung gesehen, zwischen zwei Gaswechselventilen je Zylinder bei spielsweise ein zusätzliches Bauteil wie eine Pumpe-Düse-Anordnung für eine Direkteinspritzung von Kraftstoff anzuordnen, so ist bei vielen der herkömm lichen Ventiltriebe mit Bauraumproblemen zu rechnen. Auch eine alleinige Neigung der Ventile je Zylinder in Nockenwellenlängsrichtung voneinander weg bringt nur bedingt den erhofften Erfolg, da sich dann deren Betätigung als aufwendig erweist. Zum einen kann man hierfür gekröpfte oder kegelige Nocken vorsehen, so wie sie beispielsweise aus der DE-OS 44 10 034 (Fig. 2) hervorgehen. Zum anderen kann man diese schrägstehenden Ventile durch an sich gerade Ventilbetätigungsmittel wie Traversen (siehe DE-OS 43 38 845) betätigen. Jedoch kommt es dann zu einem Eintrag von Querkräften in die betreffenden Gaswechselventile.Valve drives of this type are sufficiently known to the experts and need not be explained in more detail here. If it is now necessary, seen in the longitudinal direction of the camshaft, to arrange an additional component such as a pump-nozzle arrangement for direct fuel injection between two gas exchange valves per cylinder, for example, many of the conventional valve drives are likely to have installation space problems. Even a single inclination of the valves per cylinder in the longitudinal direction of the camshafts only brings the hoped-for success to a limited extent, since their operation then proves to be complex. On the one hand, cranked or tapered cams can be provided for this purpose, as can be seen, for example, from DE-OS 44 10 034 ( FIG. 2). On the other hand, these inclined valves can be actuated by straight valve actuation means such as crossbars (see DE-OS 43 38 845). However, lateral forces are then introduced into the gas exchange valves concerned.
Zugleich kann der Fachmann sich aus der US-PS 53 47 964 eine Anordnung zur Betätigung von schrägstehenden Ventilen entnehmen, jedoch sind diese Ventile nicht in Nockenwellenlängsrichtung, sondern in -querrichtung geneigt. Zum einen ist hier nachteilig keine Direktbetätigung der eben genannten Gas wechselventile vorgeschlagen und zum anderen sind zwei Nockenwellen zur Betätigung der Gaswechselventile einer Zylinderreihe notwendig. Diese Noc kenwellen sind relativ weit von der Zylinderkopfmitte desaxiert, so daß sich diese Maßnahme wieder ungünstig hinsichtlich des Bauraums erweist.At the same time, the person skilled in the art can derive an arrangement from US Pat. No. 5,347,964 remove for actuation of inclined valves, but these are Valves not inclined in the longitudinal direction of the camshaft, but in the transverse direction. Firstly, there is no direct actuation of the gas just mentioned shuttle valves proposed and on the other hand two camshafts Actuation of the gas exchange valves of one row of cylinders necessary. This noc kenwellen are relatively far from the cylinder head center, so that this measure again proves unfavorable in terms of installation space.
Auch sind Lösungen bekannt, bei denen durch Mehrventiltechnik ohnehin am Zylinderkopf mit sehr beengten Bauraumverhältnissen zu rechnen ist und es sich als notwendig erweist, diese dortigen Gaswechselventile schräg zu stellen. Sollen diese nun reibungsarm und direkt betätigt werden, so müßten wiederum die Nocken der betreffenden Nockenwelle gekröpft ausgeführt werden bzw. müßte auf einen aufwendig zu fertigenden Hebeltrieb zurückgegriffen werden.Solutions are also known in which by multi-valve technology anyway Cylinder head with very limited installation space is to be expected and it proves necessary to tilt these gas exchange valves there. If these are now to be operated with little friction and directly, then again the cams of the relevant camshaft are cranked or would have to fall back on a lever drive that is difficult to manufacture.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der vor genannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln der Bauraum im Zylinderkopfbe reich zwischen schrägstehenden Gaswechselventilen erhöht ist und ein ein facher Vorschlag zu deren reibungsarmer Betätigung geschaffen ist.The invention is therefore based on the object of a valve train to create the type mentioned, in which the disadvantages outlined are eliminated are and especially with simple means the space in the cylinder head is increased between angled gas exchange valves and a a technical proposal for their smooth operation has been created.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche sind, welche auch selb ständig schutzfähige Mittel enthalten können.According to the invention, this object is characterized by the features of the Part of claim 1 solved, expedient concretizations of Invention The subject of the following claims, which are also the same may always contain protectable agents.
Dadurch, daß die Nockenfolger bevorzugt als Kegel rollen ausgebildet sind, die beispielsweise in Traversen zur gleichzeitigen Betätigung mehrerer gleichwir kender Ventile eingebaut werden sollen, gelingt es, die zur Bauraumoptimie rung schrägstehenden Gaswechselventile ohne Querkrafteintrag in diese zu betätigen. Bevorzugt sollen dann auch die Führungsmittel wie Säulen im Winkel der Ventile verlaufen. Somit entfällt auch ein aufwendiges kegeliges Schleifen der betreffenden Nocken, wobei eine kegelige Fertigung deren Gegenläufer (Nockenfolgemittel) sich als wesentlich kostengünstiger und fertigungstechnisch einfacher erweist.The fact that the cam followers are preferably designed to roll as a cone For example, in trusses for the simultaneous actuation of several equally kender valves are to be installed, it succeeds in optimizing installation space inclined gas exchange valves without shear force input into them actuate. The guide means such as columns should then preferably also be at an angle of the valves run. This eliminates the need for complex conical grinding of the cams in question, a conical production of their counterparts (Cam follower) proved to be much more cost-effective and manufacturing-related turns out to be easier.
Bevorzugt sollen die Traversen zur gleichzeitigen Betätigung mehrerer gleich wirkender Gaswechselventile senkrecht zur Nockenwellenachse verlaufen, so daß je Zylinderreihe der Brennkraftmaschine lediglich eine Nockenwelle not wendig ist. Nunmehr ist durch die kegelig zueinander stehenden und ladungs wechseltechnisch unterschiedlich wirkenden Gaswechselventile ein ausreichen der Bauraum zwischen diesen geschaffen, um beispielsweise eine Pumpe-Düse- Einheit zur Direkteinspritzung von Kraftstoff oder ähnliches in diesem Bereich zu positionieren. Gleichzeitig gelingt es, bei an sich beengten Platzverhältnissen im Zylinderkopfbereich, die Zahl gleichwirkender Gaswechselventile je Zylinder weiter zu erhöhen, was zu den verbrennungsmotorisch bekannten Vorteilen führt.Preferably, the trusses for the simultaneous actuation of several should be the same acting gas exchange valves run perpendicular to the camshaft axis, so that only one camshaft per cylinder row of the internal combustion engine is agile. Now is due to the conical and charge gas exchange valves with different interchangeability are sufficient the space between them is created, for example, for a pump-nozzle Unit for direct injection of fuel or the like in this area to position. At the same time, it succeeds in tight spaces in the cylinder head area, the number of equivalent gas exchange valves per cylinder further increase, leading to the advantages known from internal combustion engines leads.
Zur Schaffung von weiterem Bauraum im Zylinderkopfbereich ist es auch vorgesehen, die betreffenden Gaswechselventile nicht nur in Nockenwellenrich tung sondern auch senkrecht zur Nockenwellenachse zu neigen.It is also to create more space in the cylinder head area provided the relevant gas exchange valves not only in the camshaft direction tion but also incline perpendicular to the camshaft axis.
Zwar ist es denkbar, den kegeligen Nockenfolger als Gleitabgriff, beispielsweise in der Traverse oder einem Stößel, auszubilden, jedoch ist es insbesondere vorgesehen, diesen als wälzgelagerte Kegelrolle herzustellen. Als Wälzlager bietet sich hier ein bauraumgünstiges Nadellager an, welches auf einem Bolzen fixiert ist.It is conceivable to use the tapered cam follower as a sliding tap, for example in the traverse or a plunger, but it is special provided to produce this as a roller-mounted tapered roller. As a rolling bearing Here, a space-saving needle bearing offers itself, which is on a bolt is fixed.
Wahlweise kann nach der Erfindung die Traverse einenends an sich vom Zylinderkopf erstreckenden Führungssäulen bzw. an Führungsflächen des Zylinderkopfes geführt werden. Insbesondere bei Anwendung der Führungs flächen kann auf eine zusätzliche Verdrehsicherung der Traverse verzichtet werden. Gleichzeitig ist es vorgeschlagen, über die Führungssäulen eine Hy draulikmittelzufuhr aus einem unteren Bereich des Zylinderkopfes zu in den Traversen integrierten Spielausgleichselementen zu schaffen. Selbstverständlich entspricht der Neigungswinkel der Führungsmittel bzw. der Führungsflächen am Zylinderkopf in aller Regel dem der in Längsrichtung des Zylinderkopfes geneig ten Gaswechselventile. Anstatt der hydraulischen Spielausgleichselemente können auch mechanische Spielausgleichsmittel wie Einstellschrauben, -plätt chen etc. verwendet werden.Optionally, according to the invention, the traverse at one end per se Cylinder head extending guide columns or on guide surfaces of the Cylinder head are guided. Especially when using leadership There is no need for an additional anti-rotation lock on the crossbar will. At the same time, it is proposed that a hy Draulic agent supply from a lower area of the cylinder head to the Trusses to create integrated game compensation elements. Of course corresponds to the angle of inclination of the guide means or the guide surfaces on Cylinder head generally inclined in the longitudinal direction of the cylinder head gas exchange valves. Instead of the hydraulic lash adjusters can also use mechanical lash adjusters such as adjusting screws and plates chen etc. can be used.
Da es aufgrund von Toleranzüberlagerungen während der Zylinderkopffertigung und anderem dazu kommen kann, daß am Außenmantel des kegeligen Nocken folgemittels es lediglich zu einem Punkt- bzw. Flächenkontakt zum jeweiligen Nocken kommt, ist es vorgeschlagen, diesen Außenmantel ballig bzw. halbbal lig auszugestalten. Auch ist es denkbar, die Traverse beidendig über Säulen oder ähnliches zu führen.Because it is due to tolerance overlaps during cylinder head manufacturing and other things that can occur on the outer surface of the conical cam as a result, it only makes point or surface contact with the respective one If there is a cam, it is suggested that this outer jacket be spherical or semi-spherical lig design. It is also conceivable to have the traverse on both ends above columns or the like.
Zweckmäßigerweise wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is expediently explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemä ßen Ventiltrieb im Bereich der Gaswechselventile mit verein facht dargestellter Traverse; Figure 1 shows a schematic longitudinal section through an inventive SEN valve train in the area of the gas exchange valves with simplified illustrated crosshead.
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Ventiltrieb nach Fig. 1 mit eingebau ter Pumpe-Düse-Einheit; Fig. 2 is a plan view of the valve train of Figure 1 with built-in pump-nozzle unit.
Fig. 3-5 in drei Ansichten die Traverse; Fig. 3-5 in three views of the crossbar;
Fig. 6 eine an einer Führungsfläche des Zylinderkopfes geführte Tra verse mit halbballigem Nockenfolgemittel und Fig. 6 a guided on a guide surface of the cylinder head Tra verse with half-spherical cam follower and
Fig. 7 eine Ansicht nach Fig. 6 mit balligem Nockenfolger. Fig. 7 is a view of FIG. 6 with a spherical cam follower.
Aus Fig. 1 geht ein Ventiltrieb 1 hervor, der eine obenliegende Nockenwelle 2 aufweist. Diese Nockenwelle 2 besitzt je Zylinder zwei Nocken 3, 4. Dabei wirkt der erste Nocken 3 auf einen Nockenfolger 5 ein, welcher über eine Wälzlagerung 6 (Nadellager) auf einem Lagermittel 7 (Bolzen) gegenüber einer Traverse 8 (hier schematisch im Querschnitt dargestellt) abgestützt ist. Dabei wirkt die in Fig. 1 links dargestellte Traverse 8 beispielsweise auf zwei Ein laßventile 9 ein, deren Verbindungslinie senkrecht zur Nockenwelle 2 verläuft. Der aus der rechten Bildhälfte der Fig. 1 hervorgehende Nockenfolger 10 mit Wälzlagerung 11 und Lagermittel 12 ist wiederum in eine weitere Traverse 13 eingebaut. Diese Traverse 13 beaufschlagt beispielsweise zwei Auslaßventile 14 im Hubsinn.From FIG. 1, a valve train 1 shows that includes an overhead camshaft 2. This camshaft 2 has two cams 3 , 4 per cylinder. The first cam 3 acts on a cam follower 5 , which is supported via a roller bearing 6 (needle bearing) on a bearing means 7 (bolt) with respect to a crossmember 8 (shown schematically in cross section here). The cross member 8 shown on the left in FIG. 1 acts, for example, on two inlet valves 9 , the connecting line of which extends perpendicular to the camshaft 2 . The cam follower 10 shown in the right half of FIG. 1 with roller bearing 11 and bearing means 12 is in turn installed in a further cross member 13 . This traverse 13 acts on two exhaust valves 14 in the lifting direction, for example.
Zur Schaffung eines zwischen den Gaswechselventilen 9, 14 liegenden Baurau mes (siehe auch Fig. 2) sind diese Gaswechselventile 9, 14 derartig in Nocken wellenrichtung voneinander weg geneigt, daß deren Axiallinien sich in nocken ferner Richtung schneiden. Somit ist der Bauraum im Bereich eines Zylinderkop fes 15 deutlich erweitert, so daß zwischen den Gaswechselventilen 9, 14 ein weiteres Bauteil, wie beispielsweise eine Vorrichtung 16 zur Direkteinspritzung von Kraftstoff oder ähnliches, installiert werden kann. Auf diese Vorrichtung 16 soll jedoch an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden. Auch ist eine Applikation weiterer Bauteile wie Zündkerze bzw. doppelte Zündkerze oder ähnliches in diesem Bereich vorgesehen. Da bisherige Traversen zur gleichzeiti gen Betätigung mehrerer Gaswechselventile sich lediglich bei gerader Ventil anordnung anbieten bzw. ansonsten mit großen auf die Gaswechselventile einwirkenden Kippmomenten zu rechnen ist, werden die Nockenfolger 5, 10 kegelig, wie in Fig. l dargestellt, ausgebildet. Eine gedachte Kegelspitze dieser Nockenfolger 5, 10 verläuft dabei auf der Seite des im Zylinder gegenüber liegenden (in Nockenwellenrichtung betrachtet) Gaswechselventils 14 oder 9. Gleichzeitig sollen die Führungsmittel 17 wie Säulen 17a bzw. sich vom Zylin derkopf 15 erstreckende Führungsflächen 17b in ihrem Winkel β' (s. Fig. 6) gleich zu einem Winkel β zwischen einer Orthogonalen zur Nockenwelle 2 und der Neigung des betreffenden Gaswechselventils 9, 14 verlaufen.To create a lying between the gas exchange valves 9 , 14 Baurau mes (see also Fig. 2), these gas exchange valves 9 , 14 are inclined in the camshaft direction away from each other in such a way that their axial lines intersect in the cam distant direction. Thus, the space in the area of a Zylinderkop fes 15 is significantly expanded, so that another component, such as a device 16 for direct injection of fuel or the like, can be installed between the gas exchange valves 9 , 14 . However, this device 16 will not be discussed in more detail at this point. An application of further components such as spark plugs or double spark plugs or the like is also provided in this area. Since previous traverses for the simultaneous actuation of several gas exchange valves are only available with a straight valve arrangement or are otherwise to be expected with large tilting moments acting on the gas exchange valves, the cam followers 5 , 10 are conical, as shown in FIG. 1. An imaginary cone tip of these cam followers 5 , 10 runs on the side of the gas exchange valve 14 or 9 opposite (viewed in the camshaft direction) in the cylinder. Simultaneously, the guide means 17 such as columns 17a or from Zylin The head 15 extending guide surfaces 17 b in its angle β '(s. Fig. 6) is equal to an angle β between a plane perpendicular to the camshaft 2 and the inclination of the respective gas exchange valve 9 , 14 run.
Zur Verringerung der Hertzschen Pressung im Kontaktbereich zwischen den Nocken 3, 4 zu ihren Nockenfolgern 5, 10 ist es weiterhin vorgeschlagen, eine Nockenkontaktfläche 18 der Nockenfolger 5, 10 entweder halbballig (siehe Fig. 6) bzw. vollballig (siehe Fig. 7) herzustellen. In Fig. 6 geht dabei die halbballige Nockenkontaktfläche 18 von einer Stirnseite 19 des Nockenfolgers 5 fallend aus. Denkbar ist es auch, daß die in den Fig. 6, 7 dargestellten Traversen 8, 13 die Form eines Stößels aufweisen.In order to reduce the Hertzian pressure in the contact area between the cams 3 , 4 and their cam followers 5 , 10 , it is furthermore proposed to produce a cam contact surface 18 of the cam followers 5 , 10 either with a half crown (see FIG. 6) or a full crown (see FIG. 7) . In FIG. 6, thereby the halbballige cam contact surface 18 goes from falling from one end face 19 of the cam follower. 5 It is also conceivable that the cross members 8 , 13 shown in FIGS. 6, 7 have the shape of a plunger.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen die Traverse 8 in drei Ansichten (Draufsicht, Seiten ansicht und Querschnitt im Bereich des Nockenfolgers 5). Dabei ist aus Fig. 3 entnehmbar, daß die Traverse 8 einenends eine Bohrung 20 aufweist, über die sie an dem Führungsmittel 17 wie der Säule 17a, welche sich in Nockenrich tung vom Zylinderkopf 15 wegerstreckt, geführt ist. Ausgehend von der Säule 17a werden dabei mit den Gaswechselventilen 9 zusammenwirkende hydrauli sche Spielausgleichsmittel 21 über eine in Längsrichtung der Traverse 8 ver laufende Bohrung 22 mit hydraulischem Mittel versorgt. Gleichfalls geht es aus Fig. 3 hervor, daß der Nockenfolger 5 in Draufsicht auf die Traverse 8 gesehen zwischen den Gaswechselventilen 9 positioniert ist. FIGS. 3 to 5 show the cross member 8 in three views (top view, side view and cross-section in the region of the cam follower 5). It can be seen from Fig. 3 that the cross member 8 has a bore 20 at one end, through which it is guided on the guide means 17 such as the column 17 a, which extends in the cam direction from the cylinder head 15 . Starting from the column 17 a are interacting with the gas exchange valves 9 interacting hydraulic cal compensation means 21 via a ver running in the longitudinal direction of the cross member 8 bore 22 with hydraulic means. Likewise, it is apparent from FIG. 3 that the cam follower 5 is positioned between the gas exchange valves 9 when viewed from above the crossbar 8 .
11
Ventiltrieb
Valve train
22nd
Nockenwelle
camshaft
33rd
Nocken
cam
44th
Nocken
cam
55
Nockenfolger, Kegelrolle
Cam follower, tapered roller
66
Wälzlagerung
Rolling bearing
77
Lagermittel
Storage means
88th
Traverse
traverse
99
Einlaßventil (Gaswechselventil)
Inlet valve (gas exchange valve)
1010th
Nockenfolger, Kegelrolle
Cam follower, tapered roller
1111
Wälzlagerung
Rolling bearing
1212th
Lagermittel
Storage means
1313
Traverse
traverse
1414
Auslaßventil (Gaswechselventil)
Exhaust valve (gas exchange valve)
1515
Zylinderkopf
Cylinder head
1616
Vorrichtung
contraption
1717th
Führungsmittel
Leadership resources
1717th
a Säule
a pillar
1717th
b Führungsfläche
b guide surface
1818th
Nockenkontaktfläche
Cam contact area
1919th
Stirnseite
Face
2020th
Bohrung
drilling
2121
Spielausgleichsmittel
Game compensation means
2222
Bohrung
drilling
2323
Stirnseite
Face
Claims (14)
- - daß die der Nockenwelle (2) je Zylinder zugeordneten Gaswechselventile (9, 14) derartig zumindest in Nockenwellenrichtung voneinander weggeneigt verlaufen, daß deren Axiallinien sich in nockenferner Richtung schneiden und
- - daß eine Lotrechte von einer Nockenkontaktfläche (18) des jeweiligen Nockenfolgers (5 oder 10) zur Axiallinie des beaufschlagten Gaswechselventils (9, 14) unter einem spitzen Neigungswinkel β sich erstreckt.
- - That the camshaft ( 2 ) assigned to each cylinder gas exchange valves ( 9 , 14 ) so inclined away from each other at least in the camshaft direction that their axial lines intersect in the direction remote from the cam and
- - That a perpendicular from a cam contact surface ( 18 ) of the respective cam follower ( 5 or 10 ) to the axial line of the gas exchange valve ( 9 , 14 ) extends at an acute angle of inclination β.
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