DE19801866C2 - Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ein- und zwei Auslaßventilen pro Zylinderkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuervorrichtung für eine Hubkolben- Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Ein- und zwei Auslaßventilen pro Zylinderkopf, bei welcher mindestens zwei Ventile gemeinsam von je einem Kipphebel betätigbar sind.

Bekanntlich wird der Ein- und Auslaß eines Brennraumes einer derartigen Brennkraftmaschine durch Ventile, die durch Nocken über Stößel, Stößelstangen und Kipphebel oder über Kipp- und Schwinghebel oder unmittelbar vom Nocken betätigt werden, gesteuert. Bei oben gesteuerten Motoren liegen Ventile (hängende Ventile) und Gaswege oberhalb einer Ebene, die auf dem im oberen Totpunkt sich befindlichen Kolben aufliegt. Bei oben liegender Nockenwelle kann das jeweilige Ventil über Schwinghebel oder Tassenstößel direkt von der Nockenwelle geöffnet werden.

Die Kipphebel sind bereits in einer Vielzahl verschiedener Ausführungsformen angeordnet worden, wobei diese Anordnung um so komplizierter wird, je mehr Ventile zu betätigen sind.

Bei einer nach der DE 11 79 764 B bekannten Ventilsteuervorrichtung wird ein Ventilpaar mittels eines Querhauptes gemeinsam betätigt. Dabei sind die einem Zylinderkopf zugeordneten Kipphebel auf einer gemeinsamen Schwenkachse angeordnet. Die Betätigung aller Kipphebel erfolgt durch eine längs der Brennkraftmaschine angeordneten Steuerwelle und durch Stoßstangen. Die Kipphebel wirken auf die Querhäupter mittig ein, wobei die gleichsinnig wirkenden Arme der Kipphebel ungleich lang sind.

Obwohl durch diese bekannten Maßnahmen eine verschleißfeste Ventilsteuervorrichtung erreicht wurde, sind doch mehrere bewegte Teile (Kipphebel, Schwenkachse, Querhaupt) für den Ventiltrieb eines Ventilpaares erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilsteuervorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und für den Ventiltrieb mittels Kipphebel keine zusätzlichen Teile in der Kraftübertragungskette vom Kipphebel zu den gemeinsam zu betätigenden Ventilen benötigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Querhaupt (Ventiljoch) zur gemeinsamen Betätigung mehrerer Ventile überflüssig ist und so eine Einsparung an bewegten Teilen für einen gattungsbildenden Ventiltrieb erreicht wurde.

Durch den einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Ventilsteuervorrichtung sind wesentlich kürzere Montagezeiten als bisher möglich.

Durch den Verzicht von Schwenkachsen für die Kipphebel sind für die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung kostensparende Lagerstellen gefunden worden.

Vorteilhafterweise sind die Lagen der Lagerabstützpunkte mittels Druckstücken für die Kipphebel so gewählt, daß eine zumindest nahezu gleichmäßige Kraftverteilung auf die Lagerstellen gegeben ist.

Günstige Verhältnisse für eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die Lagerstellen ergeben sich, wenn die Verbindungsebene der jeweiligen Lagerabstützpunkte eines jeden Kipphebels den Hauptkraftangriffspunkt des jeweiligen Kipphebels umfasst und die Abstände x bzw. y zwischen dem Hauptkraftangriffspunkt und den Lagerabstützpunkten etwa gleich groß sind.

Eine geeignete Form sowie die Lage der Lagerabstützpunkte eines erfindungsgemäßen Kipphebels ist vorteilhafterweise mittels der Methode der Finiten Elemente (FEM) bestimmbar.

Die FEM, d. h. die Methode der endlich großen Elemente, ist bekanntlich ein leistungsfähiges Verfahren zur numerischen Lösung von Festigkeitsproblemen aller Art im elastischen und plastischen Bereich. Die zu berechnende Struktur wird in passende Elemente aufgeteilt, die über Knotenpunkte miteinander verknüpft sind. Auf diese Weise ergibt sich unter Beachtung der maßgeblichen Materialgesetzte (z. B. Hooksches Gesetz) auf numerischem Wege die Form der zu berechnenden Struktur.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilsteuervorrichtung ist bei einem Mehrventil-Kurzkanal-Querstrom- Zylinderkopf erreichbar. Wärme und Strömungsverluste durch lange Kanäle sind dort durch die erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung vermeidbar. Des Weiteren ist ein hydraulischer Ventilspielausgleich leicht realisierbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Im übrigen ist die Erfindung, wie in den vorstehenden Ausführungen bereits angedeutet, nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, selbstverständlich sind andere Formen von Kipphebeln, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweisen, denkbar.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ventilsteuervorrichtung,

Fig. 2: eine schematische Seitenansicht auf die Anordnung gemäß der Fig. 1 und

Fig. 3: die Ventilsteuervorrichtung von Fig. 2 nach der Linie III-III.

Die im Ausführungsbeispiel gezeigte Ventilsteuervorrichtung ist für eine mit Selbstzündung arbeitende große Hubkolben-Brennkraftmaschine in V- oder L- Bauweise bestimmt, die beispielsweise als Hauptantriebsmotor für seegehende Schiffe oder als stationärer Dieselmotor für Kraftwerksanlagen Verwendung findet.

Die dargestellte Vorrichtung weist einen mit 1 angedeuteten Zylinderkopf mit zwei Einlaß- 2a, 2b und zwei Auslaßventilen 3a, 3b auf, welche paarweise in zur Längsmittelebene des Zylinderkopfes 1 parallelen oder senkrechten Ebenen angeordnet sind. Zur paarweisen Betätigung der Ventile 2 bzw. 3 sind zwei Kipphebel 4 und 5 vorgesehen.

Die Kipphebel 4 und 5 sind einstückig und gabelartig ausgebildet und weisen einerseits für jedes im Satz der gemeinsam zu betätigenden Ventile 2a und 2b, bzw. 3a und 3b jeweils einen fingerartigen Arm 6a und 6b, bzw. 7a und 7b, der mit den zu betätigenden Ventilen 2a oder 2b, bzw. 3a oder 3b in Wirkverbindung steht, und andererseits jeweils einen Hebelarm 8 bzw. 9 auf, der indirekt von einer Steuerwelle beaufschlagbar ist. D. h. beide Kipphebel 4, 5 werden ausgehend von einer nicht gezeigten Steuer- bzw. Nockenwelle durch jeweils eine Stoßstange 20 (Fig. 2) bewegt. Selbstverständlich ist auch eine direkte Betätigung der Hebelarme 8 und 9 durch eine Steuer- bzw. Nockenwelle denkbar.

Beide Kipphebel 5, 4 sind jeweils mittels zweier Lagerabstützpunkte 10a, 10b, bzw. 11a, 11b schwenkbar auf dem Zylinderkopf 1 gelagert.

Die jeweils gleichsinnig wirkenden Arme 6a und 6b, bzw. 7a und 7b der beiden Kipphebel 4 und 5 sind ungleich lang und in der Form unsymmetrisch ausgeführt, so daß sie keine räumliche Überdeckung mit den gleichsinnig wirkenden Armen des jeweils anderen Kipphebels aufweisen.

Die Lagen der Abstützpunkte 10 und 11 für die Kipphebel 5 und 4 sind so gewählt, daß eine nahezu gleichmäßige Kraftverteilung auf die Lagerstellen gegeben ist. Dazu sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kipphebel derart ausgeführt, daß die Verbindungsebenen 30, 31 der Lagerabstützpunkte 10, 11 eines jeden Kipphebels 5, 4 den Hauptkraftangriffspunkt 16, 15 des jeweiligen Kipphebels 5, 4 umfassen und die Abstände x bzw. y zwischen den Hauptkraftangriffspunkten 15 bzw. 16 und den Lagerabstützpunkten 11a, 11b bzw. 10a, 10b etwa gleich groß sind.

Gemäß der Fig. 2 werden die Bewegungen der ventilseitigen Kipphebelarme 6, 7 in bekannter Weise durch Druckstücke 12, 13 in Form von Kugelbolzen und Kugelkalotten auf die Schaftenden der Ventile 2, 3 übertragen.

Die Lagerabstützpunkte 10, 11 der Kipphebel 5, 4 auf dem Zylinderkopf 1 sind ebenfalls mittels Druckstücken in Form von Kugelbolzen und Kugelkalotten realisiert.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Stabilisierung der Kipphebel 4, 5 auf dem Zylinderkopf 1 mit einer Kopfplatte 40 versehen sein, die einerseits fest mit dem Zylinderkopf 1 verschraubt ist und andererseits die Kipphebel 4 und 5 mittels der Kugelbolzen und -kalotten lagert.

Fig. 3 zeigt nochmals die beispielhaft ausgeführte Ventilsteuervorrichtung von Fig. 2 nach der Linie III-III, deren Darstellung durch die Bezugszeichen gemäß der Fig. 1 und 2 selbsterklärend sein dürfte.

Claims (5)

1. Ventilsteuervorrichtung für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Ein- und Auslaßventilen (2a, 2b; 3a, 3b) pro Zylinderkopf (1), welche getrennt nach Einlaß und Auslaß in zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine parallelen oder senkrechten Ebenen angeordnet sind, wobei die Ein- und Auslaßventile jeweils gemeinsam mittels eines Kipphebels (4, 5) betätigbar sind und die Betätigung aller Kipphebel ausgehend von einer längs der Brennkraftmaschine angeordneten Steuer- bzw. Nockenwelle mittels jeweils einer Stossstange (20) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Satz von gemeinsam betätigbaren Ventilen (2a, 2b, bzw. 3a, 3b) jeweils ein einstückiger, gabelartig ausgebildeter Kipphebel (4, bzw. 5) vorgesehen ist, der einerseits mit jeweils einem fingerartigen Arm (6a, 6b bzw. 7a, 7b) mit einem der gemeinsamen betätigbaren Ventile (2a, 2b; 3a, 3b) und andererseits mit einem Hebelarm (8 bzw. 9) über die Stossstange (20) mit der Steuerwelle in Wirkverbindung steht und mittels mindestens zweier Lagerabstützpunkte (11a, 11b bzw. 10a, 10b) schwenkbar auf dem Zylinderkopf (1) gelagert ist, und daß die gleichsinnig wirkenden fingerartigen Arme (6a, 6b bzw. 7a, 7b) ungleich lang und in der Form unsymmetrisch ausgeführt sind, so daß die Anordnung der Kipphebel (4, 5) auf dem Zylinderkopf (1), in der Draufsicht des Zylinderkopfes (1) gesehen, eine räumliche Überdeckung der gleichsinnig wirkenden Arme (6) eines Kipphebels (4) mit den gleichsinnig wirkenden Armen (7) des jeweils anderen Kipphebels (5) ausschließt.

2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der Lagerabstützpunkte (11, 10) mittels Druckstücken für die Kipphebel (4, 5) so gewählt sind, daß eine zumindest nahezu gleichmäßige Kraftverteilung auf die Lagerstellen gegeben ist.

3. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsebene (31, 30) der Lagerabstützpunkte (11a, 11b; 10a, 10b) eines jeden Kipphebels (4, 5) den Hauptkraftangriffspunkt (15 bzw. 16) des jeweiligen Kipphebels (4, bzw. 5) umfasst und die Abstände (x bzw. y) zwischen dem Hauptangriffspunkt (15 bzw. 16) und den Lagerabstützpunkten (11a, 11b bzw. 10a, 10b) etwa gleich groß sind.

4. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Kipphebel (4, 5) mittels der Methode der Finiten Elemente (FEM) bestimmt ist.

5. Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung für einen Mehrventil-Kurzkanal- Querstrom-Zylinderkopf.