EP0023250B1

EP0023250B1 - Ventilsteuermechanismus für Ein- bzw. Auslassventile von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0023250B1
Application number: EP80103049A
Authority: EP
Inventors: Hubert Hitziger
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-07-26
Filing date: 1980-05-31
Publication date: 1983-06-01
Also published as: EP0023250A1; JPS5620710A; JPS6364602B2; DE2930337A1; DE3063592D1; DD152165A1; DK318480A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsteuermechanismus für Ein- bzw. Auslaßventile von Brennkraftmaschinen mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Ventilsteuermechanismus mit einem Steuerhebel der eingangs geschilderten Art ist aus der US-PS 4 132 196 bekannt. Es ist dort nun zwar schon ein ringförmiger Ölverteilerkanal vorgesehen, der in zwei getrennte Kammern unterteilt. Von jeder dieser beiden Kammern zweigt ein Ölverteilerkanal ab. Die Verbindung zwischen den Öldurchlaßbohrungen in der Lagerbuchse und den beiden Kammern ist ständig hergestellt, so daß an den Schmierstellen auch ständig Schmiermittel ansteht. Diese Schmiermittel tritt an den Schmierstellen mehr oder weniger stark behindert, d.h. In mengenmäßig unkontrollierter Weise aus, so daß Ölverluste nicht zu vermeiden sind.
Es ist nun zwar aus der US-PS 3 021 826 auch schon ein Ventilsteuerrnechanismus bekannt, bei dem den Lagerstellen am Steuerhebel Schmieröl nur in einer bestimmten Stellung derselben zugeführt werden kann. Das zugeführte Schmieröl kann jedoch auch bei dieser bekannten Anordnung an den Schmierstellen mehr oder minder stark gedrosselt aus den Lagerspalten austreten, so daß größere Ölveriuste am Ort der Schmierung und außerdem eine relativ große Verschmutzung im Zylinderkopfdeckel auftritt. Darüber hinaus sind Wartungs- und Einstellmaßnahmen bei laufendem Motor infolge des austretenden und unkontrolliert umherspritzenden Schmieröles praktisch nicht bzw. nur unter Inkaufnahme dieses Umstandes durchführbar. Darüber hinaus ist bei dieser bekannten Lösung auch keine befriedigende Schmierung am Ort der Betätigung der Ventilstößel erzielbar, da für die Schmierung dieser Betätigungsflächen praktisch nur das am Lager des Ventilbetätigungselementes austretende und außen am Betätigungskörper in unkontrollierter Weise ablaufende Lecköl verwendet wird. Es ist zu bezweifeln, ob diese Zufallschmierung den Anforderungen hinsichtlich Langlebigkeit eines derartigen Ventilsteuermechanismus gerecht wird.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen Ventilsteuermechanismus zu schaffen, bei dem die sich an den miteinander zusammenwirkenden Flächen der die Kraft und Bewegung zum und vom Steuerhebel übertragenden Lagerelemente befindlichen Schmierstellen taktweise in Abhängigkeit von der Steuerhebelbewegung mit exakt dosierten Schmierölmengen versorgbar sind. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Ventilsteuermechanismus entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen desselben sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des ringförmigen Ölverteilerkanales in eine obere Ölverteilerkammer und eine untere Ölverteilerkammer sowie Ankoppelung der zu den einzelnen Schmierstellen führenden Ölverteilerbohrungen an die obere Ölverteilerkammer ist gewährleistet, daß letztere nur in einer Stellung des Steuerhebels bei geöffneten Ventilen an die Schmierölversorgung angeschlossen und mit Schmieröl auffüllbar sind. In dieser Stellung des Steuerhebels kann das in die Ölverteilerbohrungen eingespeiste Schmieröl jedoch nicht an den Schmierstellen austreten, da die miteinander zusammenwirkenden Flächen der die Kraft und Bewegung zum und vom Steuerhebel übertragenden Lagerelemente unter Verschließung der Schmierölaustrittsöffnungen infolge des Gegendruckes der geöffneten Ventile sowie der nockenbetätigten Schubstange und unter einer wesentlich über dem Schmieröldruck liegenden Pressung satt aneinander anliegen. Die in den Ölverteilerbohrungen befindliche Schmierölmenge kann erst In der Stellung des Steuerhebels, nämlich bei geschlossenen Ventilen und nicht betätigter Schubstange an den Lagerspalten der in diesem Falle nicht mehr druckbelasteten Lagerelemente aus den nun offenen Ölverteilerbohrungen austreten. Hierdurch ist gewährleistet, daß jeder Schmierstelle nur eine exakt dosierte Schmierölmenge zuführbar und daher gegenüber bekannten Ventilsteuermechanismen eine erhebliche Schmierölverbrauchsreduzierung erzielbar ist. Außerdem ist durch die geringen, exakt dosierten Schmierölmengen an den einzelnen Schmierstellen ein unkontrolliertes Austreten von Schmieröl weitgehend verhindert, so daß Wartungs- und Einsiellmaßnahmen jederzeit auch bei laufendem Motor durchführbar sind.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch Teile eines Ventilsteuermechanismus bei geschlossenen Ventilen,
Fig. 2 die Teile des in Fig. 1 gezeigten Ventilsteuermechanismus in einer Stellung bei offenen Veritilen.

Gleiche oder einander ähnliche Bauteile oder Teile hiervon sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in den Figuren gezeigte Ventilsteuermechanismus dient zu Betätigung von zwei Auslaßventilen 1 und 2 einer Brennkraftmaschine. Die beiden nicht dargestellten Einlaßventile der Brennkraftmaschine sind durch einen mit diesem baugleichen oder ähnlich ausgebildeten Ventilsteuermechanismus betätigbar. Der dargestellte Ventilsteuermechanismus besteht aus zwei Steuerhebeln 3 und 4, von denen jeder eine Lagerbohrung 5 mit fest eingesetzter Lagerbuchse 6 aufweist und mittels dieser schwenkbar auf einer Lagerachse 7 angeordnet ist. Die beiden Lagerachsen 7 sind jeweils ortsfest an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine und dort an nicht dargestellten Lagerböcken befestigt. Der erste Steuerhebel 3 besitzt räumlich -beabstandet von der Lagerachse 7 einen. fest in einer Bohrung eingesetzten Lagerzapfen 8 mit gewölbter Lagerfläche 9, an deren Außenform eine Lagerschale 10 angepaßt ist, die stimseitig an einer Schubstange 11 angeordnet ist. Letztere wirkt mit einer nicth dargestellten Nockenwelle, zusammen und ist durch einen Nocken derselben axial zur Verschwenkung des Steuerhebels 3 auslenkbar. Darüber hinaus ist am ersten Steuerhebel 3 ein weiterer Lagerzapfen 12 angeordnet, der ebenfalls räumlich von der Lagerachse 7, dem Lagerzapfen 8 jedoch gegenüberliegend beabstandet, in einer Aufnahmebohrung befestigt ist. Dieser Lagerzapfen 12 besitzt eine kugelförmige Lagerfläche 13, an deren Außenform eine mit dieser zusammenwirkende Lagerschale einer Kalotte 14 angepaßt ist, die mit einer der Lagerschale gegenüberliegenden Stirnfläche 15 mit einer Stirnfläche am Ventilstößei 16 des Ausiaßventiles 1 zur Betätigung desselben zusammenwirkt. Neben dem zweiten Kugelzapfen 12 ist in größerem Abstand von der Lagerachse 7 am Steuerhebel 3 noch ein dritter Lagerzapfen 17. in einer Bohrung fest eingesetzt. Dieser dritte Lagerzapfen 17 besitzt ebenfalls eine kugelförmige Lagerfläche 18, an die eine mit ihr zusammenwirkende Lagerschale einer Kalotte 19 angepaßt ist. Letztere ist mit einer der Lagerschale gegenüberliegenden Gleitfläche 20 querbeweglich auf einer zugehörigen Gleitfläche am zweiten Steuerhebel 4 gelagert. Der Lagerzapfen 17 und die Kalotte 19 dienen zur Bewegungsübertragung vom ersten Steuerhebel 3 bei Verschwenkung desselben durch die Schubstange 11 auf den zweiten Steuerhebel 4, mithin zu dessen synchroner Verschwenkung um dessen Lagerachse 7. In einer Bohrung des zweiten Steuerhebels 4 ist ein Lagerzapfen 21 befestigt, der im wesentlichen gleich ausgebildet ist wie der zweite Lagerzapfen 12 am ersten Steuerhebel 3 und eine kugelförmige Lagerfläche 22 besitzt, an deren Außenform eine Lagerschale einer Kalotte 23 angepaßt ist. Letztere ist um den Kugelzapfen verschwenkbar und wirkt mit einer der Lagerschale gegenüberliegenden Stirnfläche 24 auf eine Stirnfläche am Ventilstößol 25 des zweiten Auslaßventiles 2 zu dessen Betätigung ein.
Die Lagerelemente am jeweiligen Steuerhebel 3 bzw. 4 sowie die Flächen der die Kraft und Bewegung zum und vom jeweiligen Steuerhebel übertragenden Lagerelemente sind durch die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Schmiereinrichtung mit Schmieröl versorgbar. Jede der beiden Lagerachsen besitzt eine zentrale, eingangsseitig an eine nicht dargestellte Schmierölversorgung angeschlossene Zulaufbohrung 26 und einen hiervon abzweigenden, radial zu ihrer Umfangsfläche führenden Zulaufkanal 27. Darüber hinaus ist in jedem der beiden Steuerhebel 3 und 4 ein ringförmiger Ölverteilerkanal in eine obere Ölverteilerkammer 28 sowie eine räumlich von dieser getrennte untere Ölverteilerkammer 29 aufgeteilt. Die beiden Ölverteilerkammern 28, 29 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine an zwei Umfangsstellen durch Stege 30 und 31 unterbrochene Radialnut in der Lagerbuchse 6 gebildet und außen jeweils durch die Wand der zugehörigen Lagerbohrung 5 im Steuerhebel 3 bzw. 4 begrenzt. Von jeder oberen Ölverteilerkammer 28 führt jeweils wenigstens eine Schmierbohrurrg 32 und von jeder unteren Ölverteilerkammer 29 jeweils wenigstens eine Schmierbohrung 33 durch die Lagerbuchse 6 zur jeweiligen Lagerachse 7; außerdem führt von der jeweiligen oberen Ölverteilerkammer 28 eine Durchlaßbohrung 34 sowie von der jeweiligen unteren Ölverteilerkammer 29 eine Durchlaßbohrung 35 durch die Lagerbuchse 6 zur jeweiligen Lagerachse 7. Darüber hinaus führen jeweils nur von der oberen Ölverteilerkammer 28 abzweigende Ölverteilerbohrungen 36 durch den Steuerhebel und die daran angeordneten Lagerzapfen und münden mit ihren Austrittsöffnungen an den verschiedenen Schmierstellen ein, die sich an den vorstehend beschriebenen, miteinander zusammenwirkenden Flächen der die Kraft und Bewegung zum und vom Steuerhebel 3 bzw. 4 übertragenden Lagerelemente befinden. Um einen Schmieröldurchtritt von den Lagerschalen der drei Kalotten 14, 19 und 23 zu den Schmierstellen an deren gegenüberliegenden Stirnflächen 15, 20 und 24 sowie an den Stirnflächen der beiden zu betätigenden Ventilstößel 16, 25 und der Gleitfläche am zweiten Steuerhebel 4 zu ermöglichen, ist in jeder Kalotte 14, 19 und 23 eine Durchlaßbohrung 37 eingeformt.
Die beiden Durchlaßbohrungen 34 und 35 zur oberen bzw. unteren Ölverteilerkammer 28 bzw. 29 sind nun derart in Bezug auf den Zulaufkanal 27 in der Lagerachse 7 angeordnet, daß die untere Ölverteilerkammer 29 und damit deren wegführende Schmierbohrungen 33 in jeder Stellung der Steuerhebel 3 bzw. 4 über die Durchlaßbohrung 35 an den Zulaufkanal 27 in der jeweiligen Lagerachse 7 und damit an die Schmierölversorgung angeschlossen ist, während die obere Ölverteilerkammer 28 mit den von ihr wegführenden Schmierbohrungen 32 und Olverteilerbohrungen 36 nur in jener Stellung der Steuerhebel 3 bzw. 4 bei offenen Ventilen 1 und 2- entsprechend Fig. 2-über die Durchlaßbohrung 34 an den Zulaufkanal 27 in der jeweiligen Lagerachse 7 und damit an die Schmierölversorgung angeschlossen sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind in geöffneter Stellung der Ventile 1 und 2 die Austrittsöffnungen der Ölverteilerbohrungen 36 an den Schmierstellen durch die dort infolge der Krafteinwirkung der Schubstange 11 sowie der beiden Ventilstößel 16 und 25 an den miteinander gepaarten Lagerflächen herrschenden Flächenpressungen verschlossen, so daß kein Schmieröl an die betreffenden Schmierstellen austreten kann und die Ölvertellerbohrungen 36 sowie die Durchlaßbohrungen 37 in den drei Kalotten 14, 19 und 23 in dieser Phase nur mit Drucköl aufgefüllt werden. Außerdem werden in dieser Phase über die von der oberen Ölverteilerkammer 28 wegführenden Schmierbohrungen 32 die miteinander gepaarten Lagerflächten an der Lagerbuchse 6 und der zugehörigen Lagerachse 7 mit Drucköl versorgt.
Nach dem Schließen der Ventile, mithin nach einem Übergang der Teile des Ventilsteuermechanismus von einer Stellung gemäß Fig. 2 nach einer Stellung gemäß Fig. 1, sind die besagten Flächenpressungen an den miteinander zusammenwirkenden Lagerteilen wegen des in Fig. 1 mit S bezeichneten Ventilspieles nicht mehr vorhanden, so daß sich das in den Ölverteilerbohrungen 36 sowie den Durchlaßbohrungen 37 der Kalotten 14, 19, 23 gespeicherte Schmieröl infolge der in dieser Phase wieder von der Schmierölversorgung abgetrennten Durchlaßbohrung 34 entspannt. Diese Entspannung ist mit einer kleinen Volumenausdehnung des aufgespeicherten Schmieröles verbunden, die bewirkt, daß geringe Ölmengen, die einerseits zur Schmierung ausreichen, andererseits aber kein Spritzen verursachen, an den einzelnen Schmierstellen austreten und sich in die Spiel-Spalte S zwischen den Flächen der miteinander gepaarten Lagerelemente verteilen. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung der Teile des Ventiisteuermechanismus ist nur die untere Olvertellerkammer 29 über die Durchlaßbohrung 35 an die Ölversorgung angeschlossen, so daß in dieser Phase Schmieröl über die abzweigenden Schmierbohrungen 33 an die miteinander gepaarten Flächen der Lagerbuchse 6 und der Lagerachse 7 gelangt. Die resultierende Abtriebskraft des eindringenden Schmieröles überlagert sich dabei der Gewichtskraft des jeweiligen Steuerhebels 3 bzw. 4, wenn, wie im vorliegenden Falle, die Abtriebskraft des eintretenden Schmieröles etwa zehnmal so groß ist wie die Gewichtskraft, so ist diese Kraft in der Lage, eine Pumpbewegung des Steuerhebels anzuregen. Die untere Ölverteilerkammer 29 stellt in dieser Phase demnach eine Ölquelle zur Ölversorgung des Lagers zwischen Lagerwelle und Lagerbuchse dar. Bei Umschlagen der Lagerbelastung-im vorliegenden Falle bei Öffnen der Ventile 1 und 2-wird aus der Ölquelle eine Ölsenke, da das zwischen Lagerwelle und Lagerbuchse befindliche Öl nur durch die Schmierbohrungen 33 in die untere Ölvertellerkammer 29 abgedrängt werden kann. Der Druck beim Zurückdrängen des Schmieröles in die Olverteilerkammer steigt logarithmisch an und erreicht rasch sehr hohe Werte, wodurch eine Rückstromsperre gegeben ist. Hierdurch ist eine gesicherte Tragfähigkeit des Lagers für den jeweiligen Steuerhebel gewährleistet.
Der vorstehend beschriebene Schmierzykuls wiederholt sich bei jedem Öffnen bzw. Schließen der Ventile.

Claims

1. Ventilsteuermechanismus für Ein- bzw. Auslaßventile (1, 2) von Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Steuerhebel (3, 4), der eine Lagerbohrung (5) mit fest eingesetzter Lagerbuchse (6) aufweist und über diese schwenkbar auf einer Lagerachse (7) angeordnet ist, die eine an eine Schmierölversorgung angeschlossene Zulaufbohrung (26) und wenigstens einen hiervon abzweigenden Zulaufkanal (27) besitzt, der über Durchlaßbohrungen (34, 35) der Lagerbuchse (6) und einen ringförmigen, aus zwei getrennten Kammern bestehenden Ölverteilerkanal an mehrere von diesem abzweigende, zu verschiedenen Schmierstellen führende und in letztere mit Austrittsöffnungen einmündende Ölverteilerbohrungen (36) angeschlossen ist, welche Schmierstellen sich an miteinander zusammenwirkenden Flächen (9, 10, 13, 18, 20, 22) der die Kraft und Bewegung zum und vom Steuerhebel (3, 4) übertragenden Lagerelemente (8, 11, 12, 14, 17, 19, 21, 23) befinden, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ölverteilerkanal in eine obere Ölverteilerkammer (28), von der die zu den Schmierstellen führenden Ölverteilerbohrungen (36) abzweigen, und eine räumlich von dieser getrennte untere Ölverteilerkammer (29) aufgeteilt ist, von denen durch die Lagerbuchse (6) jeweils wenigstens eine Schmierbohrung (32, 33) sowie eine Durchlaßbohrung (34, 35) zur Lagerachse (7) wegführt, derart, daß die obere Ölverteilerkammer (28) nur in der Stellung des Steuerhebels (3, 4) bei offenen Ventilen (1, 2), mithin bei verschlossenen Austrittsöffnungen an den Schmierstellen, die untere Ölverteilerkammer (29) hingegen ständig über den Zulaufkanal (27) der Lagerachse (7) an die Schmierölversorgung angeschlossen ist.

2. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ölverteilerkammern (28, 29) durch eine, an zwei Umfangsstellen durch Stege (30, 31) unterbrochene Radialnut in der Lagerbuchse (6) gebildet und außen durch die Wand der Lagerbohrung (5) im Steuerhebel (3, 4) begrenzt sind.

3. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schmierenden, Kraft und Bewegung zum und vom Steuerhebel (3, 4) übertragenden Flächen (9, 13, 22) an wenigstens einem Lagerzapfen (8, 12, 17, 21) und einem mit diesem zusammenwirkenden Kraft- und Bewegungsübertragungselement (11, 14, 16, 19, 23, 25) zur Ventilbetätigung angeordnet sind.

4. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zweier auf je einer Lagerachse (7) angeordneter, getrieblich aneinander gekoppelter Steuerhebel (3, 4) ein erster Lagerzapfen (8) am ersten Steuerhebel (3) lagerseitig gepaart ist mit einer Lagerschale (10) an einer nockenbetätigten Schubstange (11), je ein Lagerzapfen (12, 21) am ersten und zweiten Steuerhebel (3 bzw. 4) lagerseitig gepaart ist mit einer Lagerschale einer mit einer weiteren zu schmierenden Stirnfläche (15, 24) auf einen Ventilstößel (16, 25) einwirkenden Kalotte (14, 23), ein weiterer Lagerzapfen (17) am ersten Steuerhebel (3) gepaart ist mit einer Lagerschale einer am zweiten Steuerhebel (4) beweglich angeordneten Kalotte (19), und daß die Gleitflächen (9, 13, 18) der drei Lagerzapfen (8, 12, 17) am ersten Steuerhebel (3) sowie deren zugehörige Lagerschalen über Ölverteilerbohrungen (36) im ersten Steuerhebel (3) sowie die Gleitfläche (22) am Lagerzapfen (21) des zweiten Steuerhebels (4) und dessen zugehörige Lagerschale über Ölverteilerbohrungen (36) im zweiten Steuerhebel (4) mit Schmieröl versorgbar sind.

5. Ventilsteuermechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale und die dieser gegenüberliegende Stirnfläche (15, 20; 24) der jeweiligen Kalotte (14, 19, 23) durch eine Öldurchlaßbohrung (37) miteinander verbunden sind, die nur in. der Stellung des Steuerhebels (3, 4) bei offenen Ventilen (1, 2) an die durch den zugehörigen Lagerzapfen (12, 17, 2.1) führende Ölverteilerbohrung (36) angeschlossen mit Schmieröl füllbar ist und diese raummäßig begrenzte Ölmenge in der Stellung des Steuerhebels (3, 4) bei geschlossenen Ventilen (1, 2) in den Ventilspiel-Spalt (S) zwischen die Stirnfläche (15, 24) an der jeweiligen Kalotte (14,19,23) und Stirnfläche am Ventilstößel (16, 25) bzw. Gleitfläche am zweiten Steuerhebel (4). abgibt.