DE2014575A1 - Ventilsteuerungsanordnung - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft 23. März 1970

Stuttgart-Untertürkheim Palm 82t2A

V ent ilsteuerungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung^anordnung für Brennkraftmaschinen mit einer obenliegenden Nockenwelle und je Ventil einem zwischen dieser und dem Ventil angeordneten Schwinghebel, der am Zylinderkopf mittels eines Kugelgelenkes abgestützt ist, sowie mit einer in dessen Bereich angeordneten Feder.

Solche bekannten Ventilsteuerungsanordnungen zeichnen sich durch verhältnismäßig kleine bewegte Massen und einen entsprechend geringen Bauaufwand aus und sind zudem sehr · steif, weshalb hohe Beschleunigungen zugelassen werden können. Nachteilig ist jedoch noch, daß das je nach den Betriebs- | bedingungen mehr oder weniger große Ventilspiel beim Lauf des Motors verhältnismäßig starke Geräusche verursacht und an den Berührungsstellen der Übertragungsteile entsprechend hohe Beanspruchungen auftreten. Bis zum KraftSchluß der zu übertragenden Ventilöffnungskraft muß bekanntlich zunächst das freie Lager- und Ventilspiel überwunden werden, woraufhin bei kraftschlüssiger Berührung schlagartig die gesamte Ventil- · Öffnungskraft übertragen werden muß, die sich aus der Ventilfederkraft ,den Beschleuniguhgskräften und den Gaskräften zusammensetzt. Zwar soll die genannte Feder den Schwinghebel gegen den Kugelgelenkbolzen andrücken und das dortige Spiel vermeiden;. abgesehen davon, daß die bekannte, als Zugfeder

109 842/0804

20U575

- 2 - Daim 8242/H

ausgebildete Feder lediglich an dieser einen Gelenkstelle spielausgleichend wirken kann, bleibt sie ohne Einfluß auf die vorgenannten Kraftübertragungsverhältnisse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mangel zu vermeiden und den bisher aufgetretenen starken Geräuschen und entsprechenden Beanspruchungen durch eine neue, möglichst einfache Maßnahme zu begegnen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Feder der eingangs genannten Ventilsteuerungsanordnung zwischen dem Kugelgelenk und dem Zylinderkopf angeordnet ist und aus mindestens zwei zusammenwirkenden Tellerfedern besteht, die bei geschlossenem Ventil gemeinsam auf eine etwa 1/3 bis 2/3 der Ventilfeder-Vorspannkraft betragende Vorspannkraft zusammengedrückt sind.

Bei einer solchen Ausbildung der Ventilsteuerung bleiben die Kraftübertragungsteile infolge der genannten, beträchtlichen Vorspannung sämtlich ständig spielfrei. Außerdem tritt in der Kraftübertragung vor jeder Ventileröffnung nur noch P ein beträchtlich kleinerer Kraftsprung als bisher auf, der der Differenz der Vorspannkraft und der vorgenannten Ventiiöffnungskraft entspricht. Schließlich wird auch die Schließbewegung des Ventils unmittelbar vor dem Aufsitzen des Ventils dadurch gedämpft, daß der Schließkraft der Ventilfeder im letzten Augenblick die Vorspannkraft der genannten Tellerfedern entgegenwirkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung geht die Kennlinie der Tellerfedern im Bereich deren Blockwegzusammenpressung annähernd in die Kennlinie der Ventilfeder über, wodurch eine optimale Verminderung des vorgenannten KraftSprunges während der Kraftübertragung herbeigeführt werden kann.

1098Λ2/080Λ

- 3 - Daim 82»+2/4

Weitere, ebenfalls bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen Maßnahmen zur Sicherstellung einer wirksamen Öehmierung an den Zusammenwirkungsstellen des Schwinghebels mit der Nockenwelle und dem Ventil selbst im Augenblick des Anlaufens des Motors, um so auch in diesem ersten Augenblick des .Motorbetriebs etwa störende Geräusche und durch eine etwa fehlende Schmierung hervorgerufene Abnutzungen auf jeden Fall zu vermeiden.

Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ventilsteuerungsanordnung.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht j es zeigen: ■'"'-_■

Fig. 1 eine ersteAusführungsform der Ventilsteuerungsanordnung in einem axial zum Ventil und zugleich in der Ebene des zugeordneten Schwinghebels -geführten Schnitt;

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 in einem Teilschnitt nach der Linie II-II der Fig, I;

■■■ ■ ^:

Fig. 3 dieselbe Anordnung in einer Teilansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig. 1;

Fig. 4 ein die am Schwinghebel der Anordnung gemäß Fig. 1 zu Beginn einer Ventilbetätigung auftretenden Kräfte veranschaulichendes Diagramm\

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Ventilsteuerungsanordnung in einem der Fig. 1 ähnliehen Teilschnitt.

Die, in Fig. 1 dargestellte Ventilsteuerung ist an einer Viertaktbrennkraftmaschine vorgesehen, von 4erinFig. 1

109 64 2/0804

20H575

Daim 8242A

der Zylinderkopf 1, ein einlaßseitiges Ventil 2 und außer den nachstehend näher beschriebenen Ventilsteuerungsteilen noch eine Haube 3 sichtbar ist. Das Ventil 2 wird durch Ventilfedern *+ und 5 in seine dargestellte Schließstellung vorgespannt, die in üblicher Weise den Ventilschaft umgeben und einerseits über einen Federteller 6 am Zylinderkopf 1 und anderseits an einem am freien Ende des Ventilschaftes in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise festgelegten Federteller 7 abgestützt sind. Der Federteller 7 nimmt vor der Stirnfläche des Ventilschaftes in einer entsprechenden axialen Ausnehmung 8 ein übliches Druckstück 9 auf, welches an zwei gegenüberliegenden Stellen nach außen hochgezogene Lappen 10 aufweist, die ein seitliches Abwandern eines zur Ventilbetätigung dienenden Schwinghebels 11 verhindern.

Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, weist der Federteller um das Druckstück 9 herum einen dasselbe nach oben überragenden hülsenartigen Ansatz 12 auf, dessen Höhe jedoch etwas kleiner als diejenige der Lappen 10 ist, so daß die Schwingbewegungen des Schwinghebels 11 dadurch nicht beeinträchtigt werden. Der von einer obenliegenden Nockenwelle 13 her betätigbare Schwinghebel 11 weist an seiner Lagerstelle einen Kugelkopf 14 auf, über den er in einer zugeordneten Kugelpfanne 15 eines Führungsbolzens 16 gelagert ist. Der Führungsbolzen 16 ist über sein gegenüber der Kugelpfanne 15 auf einen kleineren Durchmesser abgesetztes freies Ende 17 in einer Hohlschraube 18 verschiebbar geführt, die ihrerseits in eine in den Zylinderkopf 1 eingeschraubte Gewindebüchse mit einstellbarer Eingriffstiefe eingeschraubt ist. Der Führungsbolzen 16 weist eine axiale Bohrung 19 auf und auch der Schwinghebel 11 ist mit einer durch die Mitte des Kugelkopfes 14 verlaufenden Bohrung 20 versehen, die bei der dargestellten Schließstellung des Ventils 2 mit der Bohrung 19 fluchtet.

109842/0804

- 5 - Paint «2*2/«*

Bei der dargestellten geneigten Ventilanordnung liegt die schwinghebelseitige Anschlagfläche des Druckstückes 9 noch unterhalb der durch die unterste Stelle des äußeren Randes des Ansatzes 12 verlaufenden Horizontalen. - ■

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, ist das an die Kugelpfanne 15 anschließende Ende 19 des Führungsbolzens 16 von zwei Tellerfedern 21 umgeben, die einerseits an der Kugelpfanne 15 und anderseits an der Hohlschfäübe 18 abgestützt sind. Die beiden Tellerfedern 21 sind auf das Ende 17 des Fuhfungsbolzens 16 spiegelbildlich zueinander aufgereiht und liegen damit sowohl λ gegenseitig als auch art den beiden Äbstützstellen dicht an. . ~

Der Schwinghebel 11 weist im Bereich der Anlägefläche 22 am zugeordneten Nöekeh 13ä der Nockenwelle 13 einen diese Fläche umgebenden Ringkörper 23 auf, der um die Anlagefläche 22 herum einen nach oben gefiohteteft Rand 2·+ bildet; vgl. auch Fig. 2.

Wie aus Fig. 1 ebenfalls ersichtlich ist, ist in der Haube 3 an einef oberen Stelle noch eine Ölzuführungsleitüng 25 angeordnet, aus der beim Betrieb der Brerinkraftmaschine Spritzöl in üblichef* nicht besöttdefS dargestellter Weise in der* Bereich der Nocken 13ä der Nockenwelle- 13 und damit auch in den Bereich des dargestellten Schwinghöbeis 11 und in die Ausnehmung 8 des Federtellöfs 7 ausgespritzt wird* S

Die Tellerfedefn 21 erzeugen gemeinsam eine Vorspannkräft, die bäi kalt ei* BfennkraftmäsGhiiie etwa 1/3 und bei voll belastet er Bfe^nkraftmasehine etwa 2/3 def Ventilfedef-VofSpannkraft betfägt. Infolgedessen .ergibt" Sich beim Betrieb def Bfennkfäftöiäschine am Schwinghebel 11 in Abhängigkeit von der Nockenweilendrehüng <aih KmStVerlauf, wie er in Fig* I dargestellt ist. Wähfend bei den bisher Üblichen Ventilsteuerungen die Steuerüngsteile in Beginn def Ventileröffnung von einef praktisch 0 betfägenden VorSpannkraft schlagartig auf die VofSpänhkraft der Ventilfedern gespannt wurden» wodurch

109842/0804

- 6 - Daim 8242A

nach Überwindung der üblichen Lagerspiele entsprechende Klappergeräusche und Schlagbeanspruchungen verursacht wurden, besteht bei der beschriebenen Ventilsteuerung kein freies Spiel mehr und die Steuerungsteile werden im Augenblick der Ventileröffnung auch nur um etwa die Hälfte mehr als vorher gespannt. In Fig. 4· veranschaulicht die gestrichelt dargestellte Kurve 26 den Kraftverlauf am Schwinghebel 11 bei kalter Brennkraftmaschine und entsprechend späterem Einsatz der Ventileröffnung, während die ausgezogen dargestellte Kurve 27 den entsprechenden Kraftverlauf bei voll belasteter Brennkraftmaschine veranschaulicht. Die in Fig. 4- linken waagerechten Zweige der Kurven 26 und 27 veranschaulichen die Vorspannung durch die Tellerfedern 21, während die nach rechts anschließenden, steil nach oben gerichteten und bei ihrer Blockweg-Zusammenpressung annähernd in die Kennlinie der Ventilfedern H und 5 übergehenden Zweige die jeweilige weitere Zusammendrückung der Tellerfedern 21 veranschaulichen. Erst nach Erreichen dieser Blockstellung beginnt die Ventileröffnung mit einer entsprechenden Zusammendrückung der Ventilfedern 4 und 5. Ganz entsprechende, jedoch umgekehrte Verhältnisse liegen beim SchließVorgang des Ventils vor, weshalb hier von im wesentlichen wiederholenden weiteren Erläuterungen abgesehen werden kann.

Zu beachten ist ferner, daß das aus der ölzuführungsleitung 25 ausgespritzte Spritzöl die Möglichkeit hat, sowohl die Hohlräume des Ringkörpers 23 und der Ausnehmung 8 des Federtellers auszufüllen als auch in die Bohrungen 20 und 19 des Schwinghebels 11 und des Führungsbolzens 16 einzudringen, so daß die an diesen Stellen befindlichen Räume auch bei stillstehender Brennkraftmaschine mit öl angefüllt sind. Es ist deshalb nicht nur beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine entsprechende Schmierung, beispielsweise auch des Führungsbolzens 16

109842/0804

20H575

in der Hohlschraube 18 und des Kugelkopfes IM--in.der Kugelpfanne 15 gewährleistet, sondern eine gleiche wirksame Schmierung steht bereits beim Anfahren der Brennkraftmaschine zur Verfügung. Infolgedessen sind schon beim Anlauf der Maschine Klappergeräusche und ein Trockenlauf der Ventilsteuerungsteile mit entsprechenden Abnutzungserscheinungen ausgeschlossen.

Die in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Ventilsteuerung unterscheidet sich von der bereits beschrie- | benen lediglich dadurch, daß die verschiebbare Lagerung des Führungsbolzens 16 in der Hohlschraube 18 zugleich zu einem zusätzlichen üblichen hydraulischen Spielausgleich ausgenutzt ist. Zu diesem Zweck ist der in der Hohlschraube 18 unter dem Führungsbolzen 16 befindliche Raum als Druckraum der Spielausgleichsvorrichtung ausgebildet und über ein übliches Rückschlagventil 29 an eine Drucköl-Zuführungsleitung 30 angeschlossen. Die bekannte Wirkungsweise solcher Spielausgleichsvorrichtungen bedarf hier keiner wiederholenden Erläuterung. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß das im Druekraum 28 zur Verfügung stehende öl nicht nur zur Schmierung des in der Hohlschraube 18 geführten Endes 17 des Füh- ζ rungsbolzens 16 und durch die Bohrung 19 zur Schmierung des ' Kugelgelenkes dient, dessen Kugelkopf 1Ί somit keine Durchbohrung mehr benötigt, sondern daß das öl auch den durch die Tellerfedern 21 um den Führungsbolzen 16 herum eingeschlossenen Ringraum ausfüllt und auch dort für eine reichliche Schmierung und gedämpfte Federwirkung sorgt.

Es weisen zwar auch die bekannten hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtüngen Federn auf, die bei geschlossenem Ventil den Druekraum bis zu einem ausgeglichenen Spiel der Steuerung st eile vergrößern und dadurch eine entsprechende Auffüllung des Druckraumes mit öl zulassen. Diese bekannten Federn

1098A2/080A" '

2QH575

- 8 - Daim 8242/4

sind aber lediglich so bemessen, daß sie den Spielausgleich mit entsprechend schwachen Federkräften bewirken können, die in der Regel bei 1,0 kp/nun liegen und selbst bei den kräftigsten Schraubenfederausführungen etwa 3,0 kp/nun nicht übersteigen. Demgegenüber liegt die Kennlinie der hier betroffenen Tellerfedern etwa bei 30 kp/mm, wodurch erst die beschriebene wesentliche Vorspannkraft ermöglicht wird. In Fig. U ist der bestehende Unterschied aus der zusätzlich strichpunktiert eingezeichneten Kennlinie 31 der Feder einer üblichen Spielausgleichsvorrichtung ersichtlich.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. So könnten beispielsweise die gemäß Fig. 5 außerhalb des Druckraumes einer Spielausgleichsvorrichtung angeordneten Tellerfedern auch innerhalb des Druckraumes dieser Vorrichtung angeordnet und mehrere Tellerfedern unterschiedlicher Dicke in an sich bekannter Weise zu einer Federanordnung mit progressiver Kennlinie vereinigt sein, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

109842/08 04

Claims (12)

- 9 - . Daim 8242/4

1.JVentilsteuerungsanprdnung für Brennkraftmaschinen mit einer

jenliegenden Nockenwelle und je Ventil einem zwischen dieser und dem Ventil angeordneten Schwinghebel, der am Zylinderkopf mittels eines Kugelgelenkes abgestützt ist, sowie mit einer in dessen Bereich angeordneten Feder, dadurch gekennzeichnet, i daß die Feder zwischen dem Kugelgelenk (14, 15) und dem Zylinderkopf (1) angeordnet ist und aus mindestens zwei zusammenwirkenden Tellerfedern (21) besteht, die bei geschlossenem Ventil (2) gemeinsam auf eine etwa 1/3 bis 2/3 der Ventilfeder-Vorspannkraft betragende Vorspannkraft zusammengedrückt sind. . '

2« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie (Kurven 26 und 27) der Tellerfedern (21) im Bereich deren Bloekweg-Zusammenpressung annähernd in die Kennlinie der Ventilfeder (M-, 5) übergeht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tellerfedern (21) unterschiedlicher Dicke in an sich bekannter Weise zu einer Federanordnung mit progressiver Kennlinie vereinigt sind,

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinghebel (11) im Bereich der in an sich bekannter Weise mit Spritzöl beaufschlagten Anlagefläche (22) des Steuernockens einen diese Fläche umgebenden, nach oben gerichteten Rand (24) aufweist.

20H575

5. Anordnung nach Anspruch ·+, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (24-) Bestandteil eines an den Schwinghebel (11) angeformten Ringkörpers (23) ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in an sich bekannter Weise in einer schwinghebelseitigen Ausnehmung (8) ein mit Spritzöl beaufschlagtes Druckstück (9) aufnehmender Federteller(7) des Ventils (2) um das Druckstück (9) herum einen dasselbe nach oben überragenden hülsenartigen Ansatz (12) aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer geneigten Ventilanordnung die schwinghebelseitige Anschlagfläche des Druckstückes (9) unterhalb der durch die unterste Stelle des äußeren Randes des Ansatzes (12) verlaufenden Horizontalen und damit unterhalb des durch das Spritzöl gebildeten ölspiegels liegt.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern (21) zugleich eine an sich bekannte, am Kolben (Führungsbolzen 16) einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung angreifenden Vorspannfederanordnung bilden; Fig. 5.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern (21) zwischen der äußeren Stirnseite eines den Kolben (Führungsbolzen 16) aufnehmenden Zylinders (Hohlschraube 18) und einer äußeren Ringschulter des Kolbens (Führungsbolzen 16) angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenk-Lagerstelle an den Druekraum (28) der

109842/08 tH

- 11 - Daim 8242/4

Spielausgleichsvorrichtung über eine Durchbohrung (19) des Kolbens (Führungsbolzen 16) angeschlossen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinghebel (11) mit einem Kugelkopf (14) in eine Kugelpfanne (15) des Kolbens (Führungsbolzen 16) eingreift.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch |j gekennzeichnet, daß der Druckraum (28) der Spielaüsgleichs- ^: vorrichtung in an sich bekannter Weise an seinem dem Kolben (Führungsbolzen 16) abgelegenen Grunde über ein Rückschlagventil (29) an eine Druckölleitung (30) der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

109842/0804