EP0503145B1 - Anordnung eines Stössels zur Betätigung zumindest zweier Hubventile - Google Patents

Anordnung eines Stössels zur Betätigung zumindest zweier Hubventile Download PDF

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EP0503145B1
EP0503145B1 EP91120682A EP91120682A EP0503145B1 EP 0503145 B1 EP0503145 B1 EP 0503145B1 EP 91120682 A EP91120682 A EP 91120682A EP 91120682 A EP91120682 A EP 91120682A EP 0503145 B1 EP0503145 B1 EP 0503145B1
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cam
bearing
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    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245—Hydraulic tappets
    • F01L1/25—Hydraulic tappets between cam and valve stem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine with a camshaft mounted in camshaft bearings and with at least one tappet which actuates at least two lift valves under the action of at least one cam of the camshaft.
  • a valve train for at least two simultaneously operable valves of an internal combustion engine is known.
  • two cams act on a valve tappet common to both valves.
  • a camshaft bearing is not shown in this document, but if the camshaft bearing were arranged adjacent to the tappet, as is customary, a relatively long camshaft section would remain between the camshaft bearing points and would be exposed to the rather high valve actuation forces without support.
  • the tappet interacts with at least one cam, on the side of which a camshaft bearing is provided. Since a tappet for the actuation of two valves is relatively wide, are also in In this case, camshaft bearing points provided on the side of the tappet are spaced relatively far apart.
  • the object of the invention is therefore to show measures by means of which the bending load of the camshaft described above can be kept low with an advantageous design.
  • the tappet is supported on the camshaft in the cam base circle phase essentially only in the area of the camshaft bearing.
  • the camshaft bearing can be provided between two cams, or in one embodiment with cams central with respect to the tappet, the camshaft bearings can be provided on the side of this cam. In both cases, however, this or the camshaft bearings are provided so close to the cam that there is no excessive bending stress on the camshaft.
  • the camshaft bearings overlap at least partially with the tappet in a projection.
  • the tappet surface is part of this camshaft bearing in this base circle phase.
  • the lateral forces on the tappet are also kept low when the tappet surface is formed by a roller in the cam area.
  • a roller advantageously also allows particularly pronounced valve lift profiles.
  • Appropriate oil supply channels can be provided in the tappet for lubricating this roller.
  • These oil supply channels can also supply play compensation elements, which can be integrated in the tappet in a number corresponding to the valves to be actuated. It is possible to supply the oil supply channels from the underside of the tappet, but alternatively, in the case of a tappet according to the invention, supply via the camshaft is also possible in a particularly advantageous manner.
  • an oil transfer hole in the tappet surface in the bearing area which also ensures optimal ventilation of the lubricating oil.
  • an oil outlet hole in the camshaft is diametrically opposite the tappet.
  • Two stroke valves 2 are mounted in a known manner in a cylinder head 1 of an internal combustion engine, which is only shown in fragments. These lift valves 2 are actuated by one or more cams 4 machined out of a camshaft 3 with the interposition of a tappet 5.
  • camshaft bearings 6 are worked out of the camshaft and from the cylinder head 1, of which FIGS. 1 to 5 only one is shown at a time. 2 and 4, the lower half of the camshaft bearing 6 is essentially formed by the cylinder head 1, while a bearing bracket 7 screwed to the cylinder head 1 is provided for the upper half.
  • the tappet surface 8 in the area of the camshaft bearing 6 has essentially the same shape as in the areas interacting there with the two cams 4 provided.
  • the tappet surface 8 is spherical in shape transversely to the axis of the camshaft 3. This results in small emigration movements, so that the plunger 4 can be made compact.
  • the tappet only bears against the camshaft 3 in the region of the camshaft bearing 6 during the cam base circle phase. As a result, the friction loss between the cams 4 and the plunger 5 are significantly reduced.
  • the tappet surface 8 in the area of the camshaft bearing is completely adapted to the contour of the bearing shell machined out of the cylinder head 1.
  • this design represents an optimized mounting and, moreover, it permits the oil supply via the camshaft 3, which will be explained later.
  • the plunger 5 is actuated by means of a single cam 4.
  • the tappet 5 itself carries a roller 9 which cooperates with the cam 4 and on the side of which the two areas of the tappet surface 8 are located, which are part of two camshaft bearings 6.
  • each plunger 5 has an essentially rectangular plan and is on the shoulders 15 and with its central web area 16 Bock of the machined out of the cylinder head 1 camshaft bearing 6.
  • this enables the plunger to be guided in a slot, as it were. This results in an anti-rotation device with an advantageous reduction in the torsional loads that occur.
  • play compensation elements 10 are also arranged in the plunger 5, which are supported on the shafts of the lift valves 2 on the other hand.
  • the design according to FIG. 6 with an additional roller 9 requires only slightly more space.
  • the play compensation elements 10 must be supplied with a suitable hydraulic medium in the form of the lubricating oil of the internal combustion engine.
  • 5 oil supply channels 11 are provided in the plunger.
  • these oil supply channels are supplied via oil channels 12 in the cylinder head 1.
  • the oil supply takes place via an oil transfer bore 13 provided in the tappet surface 8 in the region of the camshaft bearing.
  • the camshaft 3 has an oil outlet bore 14 in the region of the camshaft bearing 6, which the tip of the cam 4 assigned to this tappet 5 lies essentially diametrically opposite. This ensures when the plunger 5 is lifted. H. if the camshaft bearing 6 is not closed, only small amounts of leakage oil emerge from the camshaft bearing 6, since the oil outlet bore 14 is then in the region of the bearing bracket 7.
  • the essence of the invention is to arrange a plunger for actuating at least two lift valves so that in the cam base circle phase the tappet surface is part of a camshaft bearing.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer in Nockenwellen-Lagern gelagerten Nockenwelle, sowie mit zumindest einem Stößel, der unter Einwirkung zumindest eines Nockens der Nockenwelle zumindest zwei Hubventile betätigt.
  • Aus der DE 33 44 324 A1 ist ein Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare Ventile einer Brennkraftmaschine bekannt. Dort wirken zwei Nocken auf einen für beide Ventile gemeinsamen Ventilstößel ein. Ein Nockenwellen-Lager ist in dieser Schrift nicht gezeigt, würde jedoch das Nockenwellen-Lager wie allgemein üblich benachbart zum Stößel angeordnet, so bliebe zwischen den Nockenwellen-Lagerstellen ein relativ langer Nockenwellenabschnitt, der unabgestützt den ziemlich hohen Ventilbetätigungskräften ausgesetzt ist. Die gleiche Problematik stellt sich bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ein, wonach der Stößel mit zumindest einem Nocken zusammenwirkt, seitlich dessen je ein Nockenwellen-Lager vorgesehen ist. Da ein Stößel zur Betätigung zweier Ventile relativ breit baut, sind auch in diesem Falle seitlich des Stößels vorgesehene Nockenwellen-Lagerstellen relativ weit voneinander beabstandet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer die oben beschriebene Biegebelastung der Nockenwelle bei vorteilhafter konstruktiver Ausführung gering gehalten werden kann.
    Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß sich der Stößel in der Nockengrundkreisphase im wesentlichen nur im Bereich des Nockenwellen-Lagers an der Nockenwelle abstützt. Dabei kann das Nockenwellen-Lager zwischen zwei Nocken vorgesehen sein, oder es können bei einer Ausführungsform mit bezüglich des Stößels zentralem Nocken die Nockenwellen-Lager seitlich dieses Nockens vorgesehen sein. In beiden Fällen jedoch ist das bzw. sind die Nockenwellen-Lager so nahe am Nocken vorgesehen, daß keine übermäßige Biegebelastung der Nockenwelle auftritt. Dabei überschneiden sich die Nockenwellen-Lager in einer Projektion zumindest teilweise mit dem Stößel. Um nun zumindest in der Nockengrundkreisphase ein im wesentlichen geschlossenes Nockenwellen-Lager zu schaffen, ist in dieser Grundkreisphase die Stößeloberfläche Bestandteil dieses Nockenwellen-Lagers. Alternativ wäre es zwar möglich, ohne Einbindung eines Stößels ein vollständig geschlossenes Lager zu schaffen, jedoch wären hierfür aufwendig gestaltete, mehrteilige Lagerbrücken erforderlich, die mit der erfindungsgemäßen Gestaltung entbehrlich sind bzw. deutlich vereinfacht ausgebildet werden können.
  • Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Ansprüche 2 bis 6.
  • So werden die Reibleistungsverluste gering gehalten, wenn sich der Stößel in der Nockengrundkreisphase ohne Kontakt mit den Nocken im wesentlichen im Bereich des Nockenwellen-Lagers an der Nockenwelle abstützt. Eine im Nockenbereich quer zur Nockenwellenachse ballig ausgebildete Stößeloberfläche ermöglicht aufgrund der daraus resultierenden geringen Auswanderung der Nocken-Aufstützlinie eine äußerst kompakte Stößelgestaltung, die durch einen im wesentlichen rechteckigen Grundriß weiter gesteigert wird.
  • Die Seitenkräfte auf den Stößel werden aber auch dann gering gehalten, wenn die Stößeloberfläche im Nockenbereich durch eine Rolle gebildet wird. Vorteilhafterweise erlaubt eine derartige Rolle auch besonders ausgeprägte Ventilhubverläufe. Zur Schmierung dieser Rolle können im Stößel entsprechende Ölzufuhrkanäle vorgesehen sein. Diese Ölzufuhrkanäle können auch Spielausgleichselemente versorgen, die in einer den zu betätigenden Ventilen entsprechenden Anzahl in den Stößel eingebunden sein können. Möglich ist eine Versorgung der Ölzufuhrkanäle von der Stößelunterseite her, alternativ ist bei einem erfindungsgemäßen Stößel in besonders vorteilhafter Weise jedoch auch eine Versorgung über die Nockenwelle möglich. Da das durch den Stößel mitgebildete Nockenwellen-Lager ebenfalls geschmiert werden muß, empfiehlt es sich, in der Stößeloberfläche im Lagerbereich eine Ölübertrittsbohrung vorzusehen, wodurch zugleich eine optimale Entlüftung des Schmieröles eintritt. Zur Minimierung des Öldruckverlustes bei vom Nockenwellen-Lager abgehobenem Stößel liegt eine Ölaustrittsbohrung in der Nockenwelle dem Stößel diametral gegenüber.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. So zeigt
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch eine erste Anordnung eines Stößels zur Betätigung zweier Hubventile,
    Fig. 2
    den Schnitt A-A aus Fig. 1,
    Fig. 3
    die Ansicht X aus Fig. 1,
    Fig. 4
    einen Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels,
    Fig. 5
    den Schnitt B-B aus Fig. 4, sowie
    Fig. 6
    den Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels.
  • In einem nur bruchstückhaft dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine sind zwei Hubventile 2 in bekannter Weise gelagert. Betätigt werden diese Hubventile 2 von einem oder mehreren aus einer Nockenwelle 3 herausgearbeiteten Nocken 4 unter Zwischenschaltung eines Stößels 5. Zur Lagerung der Nockenwelle 3 sind aus der Nockenwelle sowie aus dem Zylinderkopf 1 Nockenwellen-Lager 6 herausgearbeitet, von denen in den Figuren 1 bis 5 jeweils nur eines dargestellt ist. Gemäß den Fig. 2 und 4 wird die untere Hälfte des Nockenwellen-Lagers 6 im wesentlichen durch den Zylinderkopf 1 gebildet, während für die obere Hälfte ein mit dem Zylinderkopf 1 verschraubter Lagerbügel 7 vorgesehen ist.
  • Bestandteil des Nockenwellen-Lagers 6 ist in der Nockengrundkreisphase - dies ist das Stadium, in dem die Hubventile 2 geschlossen sind und der Nocken 4 mit seinem Kreisbogenabschnitt auf dem Stößel 5 abwälzt - die Oberfläche 8 des Stößels 5. Diese Maßnahme erhält den erforderlichen Bauraum und Bauaufwand gering und trägt darüber hinaus erheblich zur Stabilisierung der Nockenwelle 3 bei.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 weist die Stößeloberfläche 8 im Bereich des Nockenwellen-Lagers 6 im wesentlichen die gleiche Form auf wie in den dort mit den zwei vorgesehenen Nocken 4 zusammenwirkenden Bereichen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Stößeloberfläche 8 quer zur Achse der Nockenwelle 3 ballig ausgebildet. Daraus resultieren geringe Auswanderungsbewegungen, so daß der Stößel 4 kompakt bauend ausgebildet werden kann. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt der Stößel während der Nockengrundkreisphase lediglich an der Nockenwelle 3 im Bereich des Nockenwellen-Lagers 6 an. Hierdurch werden die Reibleistungsverluste zwischen den Nocken 4 sowie dem Stößel 5 erheblich reduziert.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 ist die Stößeloberfläche 8 im Bereich des Nockenwellen-Lagers hingegen vollkommen an die Kontur der aus dem Zylinderkopf 1 herausgearbeiteten Lagerschale angepaßt. Diese Ausbildung stellt zum einen eine optimierte Lagerung dar und erlaubt darüber hinaus die später noch erläuterte Ölzufuhr über die Nockenwelle 3.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird der Stößel 5 mittels eines einzigen Nockens 4 betätigt. Der Stößel 5 selbst trägt eine mit dem Nocken 4 zusammenwirkende Rolle 9 seitlich derer die beiden Bereiche der Stößeloberfläche 8 liegen, die Bestandteil zweier Nockenwellen-Lager 6 sind.
  • Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, besitzt jeder Stößel 5 einen im wesentlichen rechteckigen Grundriß und ist mit Absätzen 15 sowie mit seinem mittleren Stegbereich 16 am Bock des aus dem Zylinderkopf 1 herausgearbeiteten Nockenwellen-Lagers 6 geführt. Dies ermöglicht neben einer besonders kompakten Bauweise, den Stößel quasi in einem Schlitz zu führen. Hierdurch ergibt sich eine Verdrehsicherung bei vorteilhafter Reduzierung der auftretenden Torsionsbelastungen. Zur Unterstützung der kompakten Bauform sind beispielsweise auch Spielausgleichselemente 10 im Stößel 5 angeordnet, die sich andererseits an den Schäften der Hubventile 2 abstützen. Nur geringfügig mehr Raum benötigt darüber hinaus die Ausbildung nach Fig. 6 mit einer zusätzlichen Rolle 9.
  • Die Spielausgleichselemente 10 müssen mit einem geeigneten Hydraulikmedium in Form des Schmieröls der Brennkraftmaschine versorgt werden. Hierzu sind im Stößel 5 Ölzufuhrkanäle 11 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 werden diese Ölzufuhrkanäle über Ölkanäle 12 im Zylinderkopf 1 versorgt. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4, 5 erfolgt die Ölversorgung über eine in der Stößeloberfläche 8 im Bereich des Nockenwellen-Lagers vorgesehene Ölübertrittsbohrung 13. Zur Versorgung dieser Ölübertrittsbohrung 13 weist die Nockenwelle 3 im Bereich des Nockenwellen-Lagers 6 eine Ölaustrittsbohrung 14 auf, die der Spitze des diesem Stößel 5 zugeordneten Nockens 4 im wesentlichen diametral gegenüberliegt. Dies gewährleistet bei abgehobenem Stößel 5, d. h. bei nicht geschlossenen Nockenwellen-Lager 6, daß nur geringe Leckölmengen aus dem Nockenwellen-Lager 6 austreten, da sich dann die Ölaustrittsbohrung 14 im Bereich des Lagerbügels 7 befindet.
  • Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind auch davon abweichende Varianten möglich, die unter den Inhalt der Patentansprüche fallen. Das Wesen der Erfindung liegt jedoch darin, einen Stößel zur Betätigung zumindest zweier Hubventile so anzuordnen, daß in der Nockengrundkreisphase die Stößeloberfläche Bestandteil eines Nockenwellen-Lagers ist.

Claims (6)

  1. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer in Nockenwellen-Lagern (6) gelagerten Nockenwelle (3), sowie mit zumindest einem Stößel (5), der unter Einwirkung zumindest eines Nockens (4) der Nockenwelle (3) zumindest zwei Hubventile (2) betätigt,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stößel (5) in der Nockengrundkreisphase im wesentlichen nur im Bereich des Nockenwellen-Lagers (6) an der Nockenwelle (3) abstützt.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenwellen-Lager (6) zwischen zwei auf den Stößel (5) einwirkenden Nocken (4) vorgesehen ist.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stößeloberfläche (8) im Nockenbereich quer zur Nockenwellenachse ballig ausgebildet ist.
  4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stößeloberfläche (8) im Nockenbereich durch eine Rolle (9) gebildet wird.
  5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen rechteckige Stößel (5) mit Flächenbereichen (Absätze 15, Stegbereich 16) im aus dem Zylinderkopf (1) herausgearbeiteten Bock des Nockenwellen-Lagers (6) geführt ist.
  6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Stößel (5) hydraulische Spielausgleichselemente (10) und Ölzufuhrkanäle (11) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ölzufuhrkanäle (11) von einer Ölübertrittsbohrung (13) im Bereich des Nockenwellen-Lagers (6) versorgt werden, wobei eine Ölaustrittsbohrung (14) in der Nockenwelle (3) der zugeordneten Nockenspitze im wesentlichen diametral gegenüberliegt.
EP91120682A 1991-03-13 1991-12-02 Anordnung eines Stössels zur Betätigung zumindest zweier Hubventile Expired - Lifetime EP0503145B1 (de)

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EP0503145A1 EP0503145A1 (de) 1992-09-16
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