DE3516992A1

DE3516992A1 - Nockentrieb fuer luftverdichtende, selbstzuendende hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3516992A1
Application number: DE19853516992
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing. Schützen am Gebirge Kauer
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3516992C2; JPS60252161A; BG60258B1; AT391165B; ATA168084A; BG60258B2; US4602604A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-Ing. K. Scftisschke

8000 München 40, Elisabsthstr. 34

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nockentrieb für eine luftverdichtende, selbstzündende Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit je einem jedem Zylinder zugeordneten, aus Pumpe und Düse bestehenden Einspritzaggregat, das über einen Kipphebel und eine in diesem gelagerte Druckrolle durch eine in Zylinderkopf-Querwänden zwischen den Zylindern gelagerte Nockenwelle betätigbar ist, wobei auf der Nockenwelle neben jedem Einspritznocken Steuernocken für die Gaswechselventile angeordnet und einerseits im Zylinderkopf schwenkbar gelagerte, anderseits an den Gaswechselventilen gegebenenfalls über Zwischenstücke angreifende und zylindrisch gekrümmte Anlageflächen für die Steuernocken aufweisende Schlepphebel vorgesehen sind.

Ein Nockentrieb dieser Art ist bereits bekannt (Gnadt "Einspritzung bei Otto- und Dieselmotoren", Bartsch-Verlag 1978, Seite 282). Dabei sind die Schlepphebel um eine zum Nockenwellenmittel paralMe Achse schwenkbar und besitzen eine rollenartig ausgebildete, gekrümmte Anlagefläche für den Steuernocken sowie eine Nase mit einer Zylinderfläche, die über ein Zwischenstück nach Art eines Tassenstößels am Schaft des Gaswechselventils angreift. Beim Einspritzvorgang in einem Zylinder wirkt die von der Kipphebeldruckrolle auf den Einspritznocken gerichtete Kraft ungefähr in einer durch das Nockenwellenmittel und die Druckrollenachse bestimmten Ebene und verformt die Nockenwelle

durch die auftretenden Biegemomente in dieser Ebene. Nachteilig ist nun, daß je nach Zündfolge bei dem oder den unmittelbar benachbarten Zylindern an den Steuernocken gleichzeitig mit der Einspritzkraft beim gerade mit der Einspritzung beaufschlagten Zylinder auf Grund der Beschleunigung des Ventilgestänges Kräfte entstehen, die wegen der Lage des Krümmungsmittelpunktes der Anlagefläche der Schlepphebel fast in der gleichen Ebene wie die Einspritzkraft wirken und daher die Nockenwellendurchbiegung verstärken. Die Beschleunigungskraft an jedem Steuernocken verläuft ja durch den Krümmungsmittelpunkt der Anlagefläche des Schlepphebels und den jeweiligen Berührungspunkt zwischen Anlagefläche und Steuernocken, wobei der Berührungspunkt während der Beschleunigungsphase in die an den Nockengrundkreis anschließenden Flankenbereiche des Nockens wandert. Infolge der durch die Durchbiegung der Nockenwelle entstehenden Schrägstellung der Erzeugenden jedes Steuernockens kann es zu einer überbeanspruchung in der Berührungsfläche zwischen Steuernocken und Anlagefläche am Schlepphebel kommen, was erhöhten Verschleiß und innerhalb kurzer Zeit die Zerstörung dieser Steuerungsteile zur Folge hat. Bei der bekannten Zylinderkopfausbildung ist ein Vorkammer-Brennverfahren vorgesehen, das nur mäßige Einspritzdrücke zur Folge hat, weshalb auch die Nockenwellendurchbiegung verhältnismäßig gering ist. Der geschilderte Nachteil tritt aber insbesondere bei Dieselmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung auf, bei denen Einspritzaggregate mit sehr hohen Einspritzdrücken und dementsprechend hohen Kräften auf die Einspritznocken zum Einsatz kommen, um die gewünschte Kraftstoffaufbereitung für eine optimale Verbrennung zu erzielen. Damit ergeben sich unzulässig große Nockenwellendurchbiebungen. Man könnte zwar entsprechend groß dimensionierte Nockenwellen verwenden,

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doch bringt dies zusätzlichen Materialaufwand mit sich und erfördert eine Vergrößerung verschiedener Abmessungen im Bereich des Zylinderkopfes.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockentrieb der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem die Durchbiegung der Nockenwelle und damit die Beanspruchung der Steuernocken sowie der mit diesem zusammenwirkenden Schlepphebel verringert ist, der Material- und Platzaufwand für die Nockenwelle dennoch aber niedrig gehalten werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Verbindungslinie zwischen dem Krümmungsmittelpumtt der Anlagefläche Jedes Schlepphebels und dem jeweiligen Berührungspunkt dieser Anlagefläche mit dem Steuernocken bei Anlage des Schlepphebels im Bereich der für die Ventilbeschleunigung vorgesehenen Nockenflanke mit einer durch das Nockenwellenmittel und die Achse der Druckrolle des Kipphebels für das Einspritzaggregat des jeweils benachbarten Zylinders gelegten Ebene einen Winkel 06 von mehr als 30° einschließt.

Wenn also die Einspritzung bei einem bestimmten Zylinder der Hubkolben-Brennkraftmschine in Reihenbauart gerade im Gange ist und die von den Lagern in den Zylinderkopf -Querwänden gestützte Nockenwelle eine entsprechende Durchbiegung erfährt und wenn bei einem unmittelbar benachbarten Zylinder z.B, gerade das Auslaßventil öffnet, also die Beschleunigungskräfte im Ventilgestänge über den im Beschleunigungsbereich oder sogar im Beschleunigungsmaximum der Nockenflanke anliegenden Schlepphebel im Sinne einer Verstärkung der Nockenwellendurchbiegung auf den Steuernocken wirken, so kann durch die aus der erfindungsgemäßen Neigung der durch die Verbindungslinie zwischen dem Krümmungsmittelpunkt der Anlagefläche des Schlepphebels und deren Berührungspunkt mit dem Steuernocken folgenden

Richtung der Beschleunigungskraft gegenüber der Biegeebene der Nockenwelle aus der Einspritzkraft nur eine kleinere Komponente der Beschleunigungskraft im Sinn einer Verstärkung der Nockenwellendurchbiegung wirksam werden, was diese Biegung insgesamt verringert und zu einer genaueren Ventilbewegung führt. Es erübrigt sich damit die Anwendung besonders dicker und steifer, demnach im Material- und Platzaufwand ungünstiger Nockenwellen. Außerdem wird eine allfällige Gefahr eines Eindrückens des Randes der Nockenkontur in die Anlagefläche des Schlepphebels dadurch verringert, daß die Verschwenkung der Steuernocken-Erzeugenden nicht im vollen Maß gegen die jeweilige Erzeugende der Anlagefläche im Berührungsbereich erfolgt, so daß die beiden Erzeugenden schließlich einen, in der Biegeebene der Nockenwelle gemessen, kleineren Winkel miteinander einschließen.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Erfindung wird dadurch erzielt, daß die Schlepphebel in an sich bekannter Weise an einem Ende mit einer Kugelpfanne auf einem Kugelkopf im Zylinderkopf gelagert sind und am anderen Ende eine kugelige Druckfläche besitzen, wobei die kugelige Druckfläche mit einer an einem auf dem Ventilschaft sitzenden Zwischenstück vorgesehenen Planfläche zusammenwirkt und am Zwischenstück beiderseits des Schlepphebelendes Führungsflächen für dieses Ende angeordnet sind. Bei einer solchen Ausbildung kann nämlich der Schlepphebel den eventuell verbleibenden Formänderungen der Nockenwelle soweit folgen, daß Kantenpressungen ganz vermieden werden, weil der Schlepphebel um eine durch den Mittelpunkt der Kugelpfanne und den der kugeligen Druckfläche verlaufende Achse kippen kann. Die Führungsflächen verhindern ein seitliches Herauswandern des ventilseitigen Schlepphebelendes.

Es ist zwar schon ein Ventiltrieb bekannt geworden, der auch ein Kippen des Schlepphebels aus seiner Betätigungs-

ebene heraus zuläßt (DE-OS 3 210 165). Dabei ist aber am ventilseitigen Ende des Schlepphebels ein Bolzen mit Kugelkopf vorgesehen, der in einer Kugelpfanne eines auf dem Ventilschaft quer verschiebbaren Zwischenstückes ruht. Wegen der in der Auflagefläche zwischen dem Zwischenstück und dem Ventilschaft sowie in der Kugelpfanne auftretenden Reibungskräfte kann es aber in Anbetracht der verhältnismäßig kleinen Auflagefläche während der Ventilbewegung zu einer Kippneigung des Zwischenstückes und damit zu Ungenauigkeiten in der Ventilsteuerung kommen. Außerdem ist der Schwerpunkt des Schlepphebels und seine Anlagefläche am Steuernocken weit von der durch die Mittelpunkte der Kugelpfannen verlaufenden Kippaehse entfernt, so daß ein ausreichendes Kippen der Schlepphebel zur Anpassung an die Biegelinie der Nockenwelle bei hohen Drehzahlen in Frage gestellt ist. Demgegenüber ist das Trägheitsmoment des erfindungsgemäßen Schlepphebels um die Kippachse klein, weil das ventilseitige Ende unter Verzicht auf einen gesonderten Bolzen mit Kugelkopf selbst die kugelige Druckfläche trägt. Der Schlepphebel kann also leicht den Formänderungen der Nockenwelle folgen.

Die Zeichnung zeigt als AusfUhrungsbeispiel den Oberteil einer luftverdichtenden, selbstzündenden Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Nockentrieb im Vertikalschnitt durch ein Gaswechselventil. Der Zylinderkopf 1 eines Dieselmotors in Reihenbauart weist Querwände 2 auf, in denen die Nockenwelle gelagert ist. Die Nockenwelle 3 wdst sogenannte Einspritznocken 4 auf, die über je einen Kipphebel 5 ein aus Pumpe und Düse bestehendes Einspritzaggregat 6 für jeden Zylinder betätigen. In den Kipphebeln 5 sind Druckrollen 7 gelagert, die mit den Steuernocken 4 zusammenwirken. Neben jedem Steuernocken 4 sind auf der Nocken-

welle 3 Steuernocken 8 für die Gaswechselventile angeordnet. Mit diesen Steuernocken 8 arbeiten Schlepphebel 9 zusammen, die an einem Ende mit einer Kugelpfanne 10 auf einem im Zylinderkopf 1 liegenden Kugelkopf 11 gelagert sind und am anderen Ende eine kugelige Druckfläche 12 besitzen. Die kugelige Druckfläche 12 wirkt mit einem planflächigen Zwischenstück 13 zusammen, das auf dem Schaft 14 des betreffenden Gaswechselventils sitzt. Das Zwischenstück 13 ist beiderseits des Schlepphebelendes mit Führungsflächen 15 ausgestattet.

Erfindungsgemäß schließt nun die Verbindungslinie V zwischen dem Krümmungsmittelpunkt M1 der Anlagefläche 9¹ des Schlepphebels 9 und dem jeweiligen Berührungspunkt P dieser Anlageflache 9¹ mit dem Steuernocken im Bereich der für die Ventilbeschleunigung vorgesehenen ttockenflanke mit der durch das Nockenwellenmittel M und die Achse der Druckrolle 7 des Kipphebels 5 für das Einspritzaggregat 6 des jeweils benachbarten Zylinders gelegten Ebene E einen Winkel ^ ein, der mehr als 30° beträgt.

Patentanwälte Dipl.-Ing. BEder Dip!.-!ng. K. Schieschke

München 40, Eüsabethstr. 34

Claims

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STEYR-DAIMLER-PUCH AKTIENGESELLSCHAFT ÖSTERREICH
Wien

Nockentrieb für eine luftverdichtende, selbstzündende Hubkolben-Brennkraftmaschine

Patentansprüch

fr.)· Nockentrieb für eine luftverdichtende, selbstzündende Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit je einem jedem Zylinder zugeordneten, aus Pumpe und Düse bestehenden Einspritzaggregat, das über einen Kipphebel und eine in diesem gelagerte Druckrolle durch eine in Zylinderkopf-Querwänden zwischen den Zylindern gelagerte Nockenwelle betätigbar ist, wobei auf der Nockenwelle neben jedem Einspritznocken Steuernocken für die Gaswechselventile angeordnet und einerseits im Zylinderkopf schwenkbar gelagerte, anderseits an den Gaswechselventilen gegebenenfalls über Zwischenstücke angreifende und zylindrisch gekrümmte Anlageflächen für die Steuernocken aufweisende Schlepphebel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie (V) zwischen dem Krümmungsmittelpunkt (MT) der Anlage fläche (.9') jedes Schlepphebels (9) und dem jeweiligen Berührungspunkt (P) dieser Anlagefläche (9¹) mit dem Steuernocken (8) bei Anlage des Schlepphebels (9) im Bereich der für die Ventilbeschleunigung vorgesehenen Nockenflanke mit einer durch das Nockenwellenmittel (M) und die Achse der Druckrolle (7) des Kipphebels (3) für das Einspritzaggregat (6) des jeweils benachbarten Zylinders gelegten Ebene (E) einen Winkel (°^ ) von mehr als 30° einschließt.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlepphebel (9) in an sich bekannter Weise an einem Ende mit einer Kugelpfanne (10) auf einem Kugelkopf (11) im Zylinderkopf (1) gelagert sind und am anderen Ende eine kugelige Druckfläche (12) besitzen, wobei die kugelige Druckfläche (12) mit^einer an einem auf dem Ventilschaft (14) sitzenden Zwischenstück (13) vorgesehenen Planfläche zusammenwirkt und am Zwischenstück (13) beiderseits des Schlepphebelendes Führungsflächen (15) für dieses Ende angeordnet sind.

Patentanwälte

Dipl.-Ing. E. Eder

Dipl.-!ng. K. Schisschke

KODO München 4Q, Eiisabethstr. 34