DE3106542A1

DE3106542A1 - Ventiltrieb eines viertakt-hubkolben-verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3106542A1
Application number: DE19813106542
Authority: DE
Inventors: Hermann 3180 Wolfsburg Krüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-02-21
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1982-10-28

Description

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3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3043
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Ventiltrieb eines Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotors

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventiltrieb eines Viertalct-Hubkolben-Verbrertnungsmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ventiltriebe von Verbrennungsmotoren, bei denen die Ein- und Auslaßventile zwangsgeöffnet und unter der Wirkung von Ventilfedern geschlossen werden, werden üblicherweise so ausgelegt, daß auch

dreh bei kurzzeitigem überschreiten der Auslege-Höchstbetriebs^ahl des Motors jederzeit durch Wirkung der Federkraft ein Schließen der Ventile unter Beibehaltung des Kraftschlusses im Ventiltrieb erfolgt. Eine Kollision zwischen Ventil und Arbeitskolben wird auf diese Weise vermieden.

Diese Auslegung hat den Vorteil einer zuverlässigen Funktion auch bei Überschreiten der Höchstbetriebsdrehzahl, während auf der anderen Seite infolge der Verwendung einer Ventilfeder mit sehr hohen Betriebsfederkräften hohe Reibleistungen und eine starke mechanische

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Beanspruchung des Ventiltriebes die Folge sind.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die Reibleistung des Yentiltriebes und seine Beanspruchung nach Möglichkeit herabzusetzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des. Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß sollen also die Federkräfte der 'Ventilfedern so weit gesenkt werden, daß die Funktion des Ventiltriebes zwar im überwiegenden Betriebsdrehzahlbereich des Motors weitgehend gewährleistet ist, Jedoch keine oder nur eine minimale Federkraftreserve für tiberdrehzahlen vorhanden ist. Für den F_all auftretender tJberdrehzahlen soll dann durch geeignete Maßnahmen eine Zerstörung oder bleibende Schädigung des Motors durch eine Kollision von Ventilen und Kolben vermieden werden.

Bei der Erfindung wird dabei von einem Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotor ausgegangen, bei dem die Ventile üblicherweise so angeordnet sind, daß sie sich längs einer Achse bewegen, die im wesentlichen parallel zur Zylinder- und Arbeitskolbenachse verläuft. Bei einem solchen Motor öffnet üblicherweise das Einlaßventil im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens und schließt im oder kurz nach dem unteren Totpunkt des Kolbens. Das Auslaßventil öffnet dagegen· etwa im oder kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens und schließt nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens. Da aber einerseits nur das Ventilschließen durch die Ventilfederkraft bewirkt wird, andererseits eine Kollision zwischen Kolben und Ventil nur in der Mähe des oberen Totpunktes des Kolbens erfolgen kann, ist eine Kollisionsgefahr infolge der schwächeren Ventilfedern nur im Bereich des Auslaßventilschliefens möglich.

Die Einlaßventilfeder kann demnach bei Inkaufnahme eines aufgehobenen Kraftschiusses im Überdrehzahlbereich ohne Kollisic-nsgefahr mit einer schwächeren Ventilfeder ausgerüstet werden. Es wird sogar vorgeschlagen, die ftinlaßventilfeder so schwach auszuführen, daß bereits im höheren Betriebsdrehzahlbereich vor Erreichen der Auslegehöchstdrehzahl der Kraftschluß im Ventiltrieb aufgehoben wird. Die Folge dieses

aufgehobenen Krafi- Schluss es wäre ein verspätetes Schließen des Einlaßventils, was bei höheren Drehzahlen einen günstigen Effekt auf die Zylinderfüllung durch den bekannten Wachladeeffekt hat.

Um eine Schädigung des Motors durch Kollision des Auslaßventils mit dem Kolben im Bereich des Auslaßventilschließens bei schwacher Auslaßventilfederkraft und Überdrehzahl zu vermeiden, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, das Auslaßventil an der dem Kolben zugewandten Ventiltelüerseite mit einem Anschlagnocken zu versehen. Dieser Anschlagnocken soll konzentrisch zur Ventilachse und in der Weise aus der Tent il teil er ebene hervorstehend angeordnet sein, daß bei einer Kollision des Yentils mit dem Kolben der letztere nur den Anschlagnocken beruht und dabei das Auslaßventil ohne Verformung des Ventiltellers und ohne Verkanten in der !Führung zentrisch in die Schließposition zurückschiebt.

In der Zeichnung ist anhand eines Längsschnittes durch das Oberteil eines Zylinders und den Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei ist mit 1 der Arbeitszylinder und mit 2 ein darin gleitender Kolben bezeichnet, der gegenüber dem unter Zwischenschaltung einer Zylinderkopfdichtung 4 auf dem Zylinder 1 befestigten Zylinderkopf 3 einen Arbeitsraum 5 mit veränderlichem Volumen einschließt. In der in der Zeichnung gezeigten Stellung steht der Kolben 2 in seiner oberen Tbtpunktlage, in der der Arbeitsraum 5 sein kleinstes Volumen einnimmt.

Mit 6 ist ein in den Arbeitsraum 5 einmündender Auslaßkanal bezeich-' net, der durch ein Auslaßventil 7 gesteuert wird. Dieses Auslaßventil 7 ist als herkömmliches Tellerventil mit einem an einem Ventilsitzring 9 ^zur gasdicht verschließenden Anlage kommenden Ventilteller 8 ausgebildet, das unter Zwischenschaltung eines Tassenstößels von einer mit Nocken 11 versehenen Nockenwelle 10 entgegen der Wirkung einer Ventilfeder 13 betätigt wird. Dabei erfolgt die Öffnung des Auslaßventils 7 zwangsweise durch den auf den Tassenstößel einwirkenden Nocken 11 der Nockenwelle etwa im oder kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens, während das Schließen des Auslaßventils nahe

dem oberen Totpunkt des Kolbens durch die Ventilfeder 13 erfolgt.

Das Einlaßventil und sein Antrieb ist in etwa ebenno aufgebaut; lediglich erfolgt dort das Öffnen im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens und das Schließen im oder kurz nach dem unteren Totpunkt des Kolbens. TTm nun die in dem Ventiltrieb auftretende Reibleistung und seine mechanische Beanspruchung herabzusetzen, sollen die das Schließen der Ventile besorgenden Ventilfedern gegaiüber den herkömmlichen Ventiltriebsauslegungen wesentlich schwächer bemessen sein und zwar so, daß im Bereich der Auslegebetriebsdrehzahl der Kraftschluß zwischen dem Nocken und dem Ventilschaft bzw. dem Tassenstößel 12 aufgehoben wird. Dabei können die den Einlaßventilen zugeordneten Ventilfedern sogar so weit geschwächt werden, daß dieser Kraftschluß noch vor Erreichen der Auslegehö'chstdrehzahl aufgehoben wird, wodurch das Schließen der Einlaßventile mit £;teigender Drehzahl automatisch nach später verschoben wird, was wegen eines dadurch bewirkten Nachladeeffektes eine höhere Zylinderfüllung, mit dem daraus resultierenden Leistungsgewinn zur Folge hat.

Während bei den Einlaßventilen die Gefahr der Kollision der Ventile mit dem Kolben nicht besteht, ist diese bei den Auslaßventilen zu berücksichtigen. Da diese Ventile in der Nähe des oberen Totpunktes des Kolbens schließen, ist hier bei Schwächung der Ventilfeder ein Zusammenstoß zumindest bei Überdrehzahlen, bei denrn der Kraftschluß der Ventilfedern nicht mehr ausreicht, nicht auszuschließen. TJm dabei jedoch eine Beschädigung des Ventiltriebes nach Möglichkeit zu vermeiden, sollen zumindest die Auslaßventile auf der dem Kolben zugewandten Seite des Ventiltellers einen konzentrisch vorstehenden Anschlagnocken 14 aufweisen. Venn darüberhinaus die mit diesem Anschlagnocken zusammenwirkenden Flächen des Bodens des Kolbens 2, die in der Zeichnung durch eine Schraffur I5 angedeutet sind, eine erhöhte Schlag- und Verschleißfestigkeit aufweisen, dann kann bei einer Kollision des Auslaßventils 7 mit dem Kolben 2 sichergestellt werden, daß der von dem Kolben auf das Ventil ausgeübte Rückstoß zentrisch erfolgt, so daß eine Verkantung und damit eine Beschädigung der Führung oder des Ventiltellers weitgehend vermieden wird.

Um ein dichtes Schließen der Ventile zu erreichen und ein Nachspringen der Ventile nach dem Schließen zu vermeiden, dürfen die Federkräfte der Ventilfedern 15 natürlich bestimmte Schließkräfte nicht unterschreiten. So kann es zweckmäßig sein, eine relativ flache Ventilfederkennlinie vorzusehen und darüberhinaus geeignete Nockenablauframpen vorzusehen, um von vornherein das Aufsetzen der Ventile möglichst weich zu gestalten. Auch können zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen, beispielsweise durch eine geeignete Formgebung mit -genügend breiten Berührungsflächen im Ventilsitzbereich zweckmäßig sein, um die Beanspruchung nach Möglichkeit zu reduzieren. TJm Schäden auf der Seite des Kolbenbodens zu vermeiden, kann dieser in dem bei Überdrehzahl zu erwartenden Berührungsbereich mit dem Anschlagnocken in besonderer Veise gehärtet werden, so daß die Schlag- und Verschleißfestigkeit erhöht ist.

Leerseite

Claims

O L K £ Vv L· G E K Vv E R K

■ KTIEN3ESELISCHAFT

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 3043
1₇O2pt-we-sch

ANSPRÜCHE

./ Ventiltrieb eires Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotors mit Ein- und Auslaßventilen, die im wesentlichen parallel zur Achse der dem Motor zugeordneten Zylinder angeordnet sind, durch Nockensteuerung geöffnet und unter der Wirkung von Ventilfedern geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfedern (13) hinsichtlich ihrer Federkraft so bemessen sind, daß im Bereich der maximalen Betriebsdrehzahl die Ventilschließbeschleunigung zumindest zeitweise kleiner als die sich aus der Nockenablaufflanke ergebende Ventilschließbeschleunigung ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaßventilen zugeordneten Ventilfedern so bemessen sind, daß vor Erreichen der maximalen Betriebsdrehzahl die Ventilschließbeschleunigung zumindest zeitweise kleiner als die sich aus der Nockenablaufflanke ergebende Ventilschließbeschleunigung ist.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Auslaßventilen (7) zugeordneten Ventilfedern (13) so bemessen sind, daß bei Drehzahlen wenig oberhalb der maximalen Betriebsdrehzahl die Vfcntilschließbeschleunigung zumindest zeitweise kleiner als die' sich aus der Nockenablaufflanke ergebende Ventilschließbeschleunigung ist.
4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Auslaßventile (7) auf der dem Kolben (2) zugewandten Seite des Tentiltellers (δ) konzentrisch vorstehende Anschlagnocken (I4) aufweisen.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Böden der Kolben (2) des Verbrennungsmotors mit den Anschlagnocken (14) zusammenwirkende Anschlagflächen (15) niit erhöhter Schlag- und Verschleißfestigkeit aufweisen.