EP0655102B1 - Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare hubventile - Google Patents

Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare hubventile Download PDF

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EP0655102B1
EP0655102B1 EP93915647A EP93915647A EP0655102B1 EP 0655102 B1 EP0655102 B1 EP 0655102B1 EP 93915647 A EP93915647 A EP 93915647A EP 93915647 A EP93915647 A EP 93915647A EP 0655102 B1 EP0655102 B1 EP 0655102B1
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valve
tappets
crossbar
cam
valves
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Dieter Reitz
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Stellantis Espana SL
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Adam Opel GmbH
General Motors Espana SL
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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L1/143—Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
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    • F01L1/25—Hydraulic tappets between cam and valve stem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • 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
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    • 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 valve train for at least two simultaneously actuable lift valves for the charge change of an internal combustion engine, in which each lift valve of the valve group to be operated simultaneously has its own bucket tappet and its own valve spring and on the bottoms of these bucket tappets there is a common crossbeam secured against displacement whose surface facing away from the tappets acts on a cam of a camshaft.
  • Such a valve train is described with FR-A-26 57 669.
  • the crossbar is provided with pin-like projections which engage in central recesses on the bottom of the cup tappet and thus secure the crossbar against lateral displacement by the control cam.
  • Such an embodiment requires a reinforced base on the tappets, so that their weight is increased disadvantageously. Standardized bucket tappets with a flat bottom cannot be used for this.
  • DE 40 39 075 describes a valve train in which a common tappet guided in the cylinder head is provided for the valves to be operated together and which contains a valve clearance compensation element for each of the valves assigned to it.
  • the valve clearance compensation elements are hydraulically connected to each other by bores and are supplied by a central pressure medium chamber.
  • Such a cup tappet which extends over several valves, is very expensive to manufacture. Ready-made parts cannot be used.
  • Such a tappet cannot be provided with a circular guide for reasons of space. Rather, an oval shape of the guide has to be used, which makes both the manufacture of the cylinder head and that of the valve lifter more expensive.
  • valve train in which a common yoke-like valve tappet is proposed for the purpose of reducing the dimensions for several valves, which is acted upon by a return spring common to the valves surrounding their stems, is described in DE-OS 33 44 324.
  • a special bolt is provided in the cylinder head.
  • special manufacturing expenses are required for both the valve lifter and the cylinder head.
  • standardized tappets cannot be used, so that the manufacturing effort of such a valve train is very expensive.
  • the common valve spring for several valves also blocks the space that z. B. in a diesel engine with direct injection for the injector is required, ie that this valve train is not applicable to every type of engine.
  • the invention has for its object to provide a valve train of the type described above, in which largely standardized components can be used, which leaves sufficient space for an injection nozzle or the like to be arranged centrally to the cylinder and which requires less weight of the moving masses compared to known designs .
  • this object is achieved in that the crossbeam rests with flat support surfaces on the flat bottoms of the cup tappets and engages with a contour which rises from the plane of the support surfaces between the outer peripheries of the cup tappets.
  • the control cam can act directly on the crossbeam by placing the camshaft above the lift valves; However, it can also act on the crossbar with the interposition of a rocker arm if the camshaft is located to the side of the Lift valves is arranged.
  • valve train according to the invention is also very economical to manufacture.
  • a cylinder head 1 of an internal combustion engine is placed on a cylinder block, not shown, in which reciprocating pistons 2 slide within cylinders and seal a working space of different volumes.
  • Gas exchange ducts lead to the work area, namely inlet ducts 3, 4 and exhaust ducts (not shown).
  • the inlet channels 3, 4 are closed or released by two lift valves 5, 6.
  • the exhaust gas duct, not shown, is also controlled by two lift valves.
  • Each of the lift valves 5, 6 is assigned a bucket tappet 7, 8 or 7 ', 8', in which, in a manner known per se, a hydraulically acting compensating element 9, 10 is provided to compensate for the valve clearance.
  • the compensating elements 9, 10 are supplied from an oil channel 11 in the cylinder head 1 through holes 12, 13 oil.
  • the control cam 18, 18 'of the camshaft 19 runs onto the surface 17 of the crossbar 14.
  • the crossbar 14 transmits the movement taken over by the control cams 18, 18 'to the tappets 7, 8 and 7', 8 ', of which they are transmitted to the lift valves 5, 6 in a manner known per se via the compensating elements 9, 10.
  • the crossbeams 14 remain with their contact surfaces 15 in full contact on the flat bottoms of the tappets 7, 8 and 7 ', 8'. A tilting of the crossbeams 14, as indicated in FIG.
  • the invention can also be used in internal combustion engines with three valves per cylinder, by z. B. only for two intake valves a crossbar is provided while the exhaust valve is acted upon directly by the cam in the usual manner.
  • the invention can also be used for internal combustion engines with more than four valves per cylinder, in that a crossbar is then placed over a group of three or more tappets and associated valves and this is acted upon by a cam.
  • the action of the cam on the crossbeam can also take place via a rocker arm, so that the camshaft can be arranged laterally next to the lift valves.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare Hubventile für den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine, bei der jedem Hubventil der gleichzeitig zu betätigenden Ventilgruppe ein eigener Tassenstößel und eine eigene Ventilfeder zugeordnet sind und auf den Böden dieser Tassenstößel ein gemeinsamer gegen Verschieben gesicherter Querbalken aufliegt, auf dessen den Tassenstößeln abgewandten Fläche ein Steuernocken einer Nockenwelle einwirkt.
  • Ein derartiger Ventiltrieb ist mit FR-A-26 57 669 beschrieben. Der Querbalken ist dabei mit zapfenartigen Vorsprüngen versehen, die in zentrische Vertiefungen am Boden der Tassenstößel eingreifen und so den Querbalken gegen seitliches Verschieben durch den Steuernocken sichern. Eine solche Ausführung erfordert aber einen verstärkten Boden an den Tassenstößeln, so daß deren Gewicht nachteilig erhöht wird. Standardisierte Tassenstößel mit ebenen Boden sind dafür nicht einsetzbar.
  • Ein weiterer Ventiltrieb der genannten Art ist mit US-PS 1 639 874 bekanntgeworden, bei dem der Querbalken mit Öffnungen über axiale Zapfen am Boden der Tassenstößel greift und mittels Schrauben fest mit den Tassenstößeln verbunden ist. Nachteilig ist bei einer solchen Ausführung das gegenüber üblichen Tassenstößeln erhöhte Gewicht der beweglichen Massen des Ventiltriebes sowie die Gefahr von Verspannungen zwischen den durch den Querbalken starr verbundenen Tassenstößeln infolge der im Motorbetrieb ständig veränderten Wärmebelastungen. Auch hier sind die üblichen mit ebenen Boden versehenen Tassenstößel nicht einsetzbar und es müssen Sonderanfertigungen benutzt werden.
  • Mit DE 40 39 075 ist ein Ventiltrieb beschrieben, bei dem für die gemeinsam zu betätigenden Ventile ein gemeinsamer im Zylinderkopf geführter Tassenstößel vorgesehen ist, der für jedes der ihm zugeordneten Ventile ein Ventilspielausgleichselement enthält. Die Ventilspielausgleichselemente sind durch Bohrungen hydraulisch miteinander verbunden und werden von einer zentralen Druckmittelkammer versorgt.
  • Ein derartiger sich über mehrere Ventile erstreckender Tassenstößel ist in der Herstellung sehr aufwendig. Auf fertig konfektionierte Teile kann dabei nicht zurückgegriffen werden. Aus Raumgründen kann ein solcher Tassenstößel auch nicht mit einer kreisrunden Führung versehen sein. Es muß vielmehr auf eine ovale Form der Führung zurückgegriffen werden, was sowohl die Fertigung des Zylinderkopfes als auch die des Ventilstößels verteuert.
  • Ein weiterer Ventiltrieb, bei dem zwecks Verringerung der Abmessungen für mehrere Ventile ein gemeinsamer jochartiger Ventilstößel vorgeschlagen wird, der von einer den Ventilen gemeinsamen ihre Schäfte umschließenden Rückstellfeder beaufschlagt ist, ist mit DE-OS 33 44 324 beschrieben. Zur Führung dieses Ventilstößels ist ein besonderer Bolzen im Zylinderkopf vorgesehen. Auch hier bedarf es besonderer Fertigungsaufwendungen sowohl für den Ventilstößel als auch für den Zylinderkopf. Auf standardisierte Tassenstößel kann bei einer derartigen Konstruktion nicht zurückgegriffen werden, so daß der Fertigungsaufwand einen solchen Ventiltrieb stark verteuert. Die für mehrere Ventile gemeinsame Ventilfeder versperrt darüber hinaus den Bauraum, der z. B. bei einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung für die Einspritzdüse erforderlich ist, d. h. daß dieser Ventiltrieb nicht für jede Brennkraftmaschinenart anwendbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem weitestgehend standardisierte Bauteile Anwendung finden können, der ausreichend Bauraum für eine zentral zum Zylinder anzuordnende Einspritzdüse oder dergleichen freiläßt und der gegenüber bekannten Ausführungen mit geringerem Gewicht der bewegten Massen auskommt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Querbalken mit ebenen Auflageflächen auf den ebenen Böden der Tassenstößel aufliegt und mit einer sich aus der Ebene der Auflageflächen abhebenden Kontur zwischen die äußeren Umfänge der Tassenstößel greift.
  • Der Steuernocken kann unmittelbar auf den Querbalken einwirken, indem die Nockenwelle oberhalb der Hubventile angeordnet wird; er kann jedoch auch unter Zwischenschaltung eines Kipphebels auf den Querbalken einwirken, wenn die Nockenwelle seitlich neben den Hubventilen angeordnet ist.
  • Bei einem Ventiltrieb dieser Art können handelsübliche Tassenstößel mit den üblichen hydraulischen Ventilspielausgleichselementen sowie handelsübliche Ventilfedern verwendet werden. Der über den Tassenstößeln liegende Querbalken kann in einfacher Weise so geformt werden, daß ausreichend Bauraum für eine zentrale Einspritzdüse oder dergleichen verbleibt. Es hat sich gezeigt, daß der Querbalken lediglich gegen seitliches Verschieben auf den Tassenstößeln gesichert werden muß, um die Funktion zu gewährleisten. Ein Kippen oder Kanten des Querbalkens auf den Tassenstößeln, z. B. infolge des Auswanderns der Nockenberührungslinie, tritt im Motorbetrieb nicht ein. Damit kann überraschenderweise auf jede Art Führung des Querbalkens in Betätigungsrichtung verzichtet werden. Da der Zylinderkopf somit lediglich mit den üblichen kreisrunden Führungen für die Tassenstößel versehen werden muß, die Tassenstößel selbst sowie die Ventilfedern aus vorhandenen großen Serien entnommen werden können und die Querbalken sehr einfach herstellbar sind, ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb auch sehr wirtschaftlich herstellbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb;
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf den Ventiltrieb nach Figur 1;
    Fig. 3
    einen Querbalken des Ventiltriebes nach Figur 1, aufliegend auf zwei Tassenstößeln, in perspektivischer Ansicht;
    Fig. 4
    ein Schema der auf den Querbalken wirkenden Kräfte während des Motorbetriebes.
  • Ein Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine ist auf einem nicht dargestellten Zylinderblock aufgesetzt, in welchem Hubkolben 2 innerhalb von Zylindern gleiten und einen Arbeitsraum unterschiedlichen Volumens abdichten. Zu dem Arbeitsraum führen Gaswechselkanäle, nämlich jeweils Einlaßkanäle 3, 4 sowie nicht dargestellte Abgaskanäle. Die Einlaßkanäle 3, 4 werden von zwei Hubventilen 5, 6 verschlossen oder freigegeben. Gleichfalls von zwei Hubventilen wird der nicht dargestellte Abgaskanal gesteuert. Jedem der Hubventile 5, 6 ist ein Tassenstößel 7, 8 bzw. 7', 8' zugeordnet, in welchem in an sich bekannter Weise ein hydraulisch wirkendes Ausgleichselement 9, 10 zum Ausgleich des Ventilspiels vorgesehen ist. Den Ausgleichselementen 9, 10 wird von einem Ölkanal 11 im Zylinderkopf 1 durch Bohrungen 12, 13 Öl zugeführt. Über den Tassenstößeln 7, 8 der beiden den Einlaßkanal 3, 4 steuernden Hubventile 5, 6 sowie über den Tassenstößeln 7', 8' der nicht dargestellten Hubventile des Auslaßkanals liegt jeweils ein Querbalken 14. Jeder der Querbalken 14 liegt mit ebenen Auflageflächen 15 auf den Böden von gemeinsam zu betätigenden Tassenstößeln 7 und 8 bzw. 7' und 8' auf. Zwischen den Auflageflächen 15 eines jeden Querbalkens 14 befindet sich eine hervorspringende Kontur 16, welche zwischen die von einem Querbalken 14 beaufschlagten Tassenstößel 7, 8 bzw. 7', 8' greift. Die den Tassenstößeln 7, 8; 7', 8' abgewandte Seite der Querbalken 14 bildet eine durchgehend ebene Fläche 17, auf welche ein Steuernocken 18 einer Nockenwelle 19 einwirkt. Ventilfedern 20, 21, welche die Hubventile 5, 6 in Schließstellung bringen, halten die Hubventile 5, 6, die dazugehörigen Tassenstößel 7, 8 sowie den darauf liegenden Querbalken 14 mit dem Steuernocken 18 in Wirkverbindung.
  • Während des Betriebes der Brennkraftmaschine läuft der Steuernocken 18, 18' der Nockenwelle 19 auf die Fläche 17 des Querbalkens 14 auf. Der Querbalken 14 überträgt die vom Steuernocken 18, 18' übernommene Bewegung auf die Tassenstößel 7, 8 bzw. 7', 8', von denen sie über die Ausgleichselemente 9, 10 in an sich bekannter Weise auf die Hubventile 5, 6 übertragen werden. Die Querbalken 14 verbleiben dabei mit ihren Auflageflächen 15 in satter Auflage auf den ebenen Böden der Tassenstößel 7, 8 bzw. 7', 8'. Ein Kippen der Querbalken 14, wie es in Figur 4 angedeutet ist, kann nicht eintreten, da die von den Ventilfedern 20, 21 aufgebrachten Schließkräfte FS1 und FS2 in Verbindung mit der Geometrie der Tassenstößel 7, 8 und des Querbalkens 14 stets so wirken, daß auch bei dem funktionsbedingten seitlichen Auswandern des Angriffspunktes der vom Steuernocken 18 wirkenden Nockenkraft FN stets ein sicheres Gleichgewicht erhalten bleibt. Die stabile Lage des Querbalkens 14 auf den Tassenstößeln 7, 8 bleibt auch dann erhalten, wenn die Schließkräfte FS1 und FS2 infolge von Reibkraftdifferenzen unterschiedlich sein sollten.
  • Natürlich kann die Erfindung auch Anwendung finden bei Brennkraftmaschinen mit drei Ventilen pro Zylinder, indem dann z. B. lediglich für zwei Einlaßventile ein Querbalken vorgesehen wird, während das Auslaßventil in üblicher Weise direkt vom Nocken beaufschlagt ist. Auch für Brennkraftmaschinen mit mehr als vier Ventilen pro Zylinder ist die Erfindung anwendbar, indem dann ein Querbalken über eine Gruppe von drei oder mehr Tassenstößeln und dazugehörige Ventile gelegt ist und dieser von einem Nocken beaufschlagt wird. Auch kann die Einwirkung des Nockens auf den Querbalken über einen Kipphebel erfolgen, so daß die Nockenwelle seitlich neben den Hubventilen angeordnet werden kann.
  • Es gelingt somit, mit einfachen Mitteln und unter Verwendung handelsüblicher Tassenstößel, die auch mit hydraulischen Ausgleichselementen ausgerüstet sein können, eine Mehrventilbetätigung von einem Nocken her zu realisieren. Damit kann eine Brennkraftmaschine mit drei, vier oder mehr Ventilen pro Zylinder relativ kostengünstig hergestellt werden. Die Masse der betätigten Ventiltriebsteile kann gegenüber bekannten vergleichbaren Ausführungen verringert werden.

Claims (3)

  1. Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare Hubventile für den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine, bei der jedem Hubventil (5, 6) der gleichzeitig zu betätigenden Ventilgruppe ein eigener Tassenstößel (7, 8; 7', 8') und eine eigene Ventilfeder (20, 21) zugeordnet sind und auf den Böden dieser Tassenstößel (7, 8; 7', 8') ein gemeinsamer gegen Verschieben gesicherter Querbalken (14) aufliegt, auf dessen den Tassenstößeln (7, 8; 7', 8') abgewandten Fläche (17) ein Steuernocken (18, 18') einer Nockenwelle (19) zwischen den Ventilachsen einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Querbalken (14) mit ebenen Auflageflächen (15) auf den ebenen Böden der Tassenstößel (7, 8; 7', 8') aufliegt und mit einer sich aus der Ebene der Auflageflächen (15) abhebenden Kontur (16) zwischen die äußeren Umfänge der Tassenstößel (7, 8; 7', 8') greift.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (18, 18') direkt auf den Querbalken (14) einwirkt.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken unter Zwischenschaltung eines Kipphebels auf den Querbalken (14) einwirkt.
EP93915647A 1992-08-13 1993-07-21 Ventiltrieb für zumindest zwei gleichzeitig betätigbare hubventile Expired - Lifetime EP0655102B1 (de)

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PCT/DE1993/000640 WO1994004797A1 (de) 1992-08-13 1993-07-21 Ventiltrieb für zimindest zwei gleichzeitig betätigbare hubventile

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EP (1) EP0655102B1 (de)
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KR (1) KR100235781B1 (de)
CN (1) CN1039049C (de)
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