DE10235400A1 - Cylinder head for an internal combustion engine with a variable stroke valve train - Google Patents

Cylinder head for an internal combustion engine with a variable stroke valve train Download PDF

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Abstract

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb (2), mit einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') von einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist, wobei die Kulisse (5) am Zylinderkopf (1) angeordnet ist. DOLLAR A Aufgrund der vorgeschlagenen Ausgestaltung des hubvariablen Ventiltriebes wird für den hubvariablen Ventiltrieb eine höchste Steifigkeit erreicht.Cylinder head (1) for an internal combustion engine with a variable-stroke valve train (2), with a swivel lever (3), which on the one hand has a roller element (4) with an oscillation pivot point (4 ') on a slide track (5'), a slide (5) and on the other hand with a control track (6) on an intermediate element (7) to a gas exchange valve (8) without play, the swivel lever (3) for adjusting the stroke between the support points on the one hand by a cam (9) of a camshaft (9 ') against a force A spring (10) can be pivoted in a controlled manner and, on the other hand, the pivot point (4 ') can be displaced in a controlled manner by an adjusting device (11) for adjusting the lifting height parallel to the slide track (5'), the slide (5) being arranged on the cylinder head (1). DOLLAR A Due to the proposed design of the variable stroke valve train, the highest degree of rigidity is achieved for the variable valve train.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a cylinder head for one Internal combustion engine with a stroke variable valve train according to the features in the preamble of claim 1.

Sie geht von der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 101 23 186 aus. In dieser ist eine Ventiltriebsvorrichtung zur variablen Hubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine beschrieben. Bei der Ventiltriebsvorrichtung steht das Gaswechselventil unter Zwischenschaltung eines Übertragungselementes mit einer um eine Drehachse beweglichen Rolle in Wirkverbindung mit einer, eine Leerhubkurve und eine Hubkurve umfassenden Steuerbahn, die in einem Endbereich eines zur Hubbetätigung des Gaswechselventils von einem Nocken einer Nockenwelle gesteuerten Schwenkhebels angeordnet ist. Der mittels einer Feder über eine Rolle dem Nocken spielfrei zugeordnete Schwenkhebel ist andernends zur variablen Hubverstellung des Gaswechselventils über einen mittels einer Verstelleinrichtung gesteuert lageveränderbaren und fixierbaren Schwingdrehpunkt längs einer Kreisbahn abgestützt. Zur Erzielung einer rein rotatorischen Bewegung bzw. reinen Schwenkbewegung des Schwenkhebels um seinen Schwingdrehpunkt bei einem reduzierten Hub des Gaswechselventils ist eine, an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kreisbahn als Kulisse mit einem Radius „R" um die Drehachse der Rolle des Übertragungselementes zur gesteuerten lageveränderbaren Abstützung des Schwenkhebels vorgesehen.It is based on the as yet unpublished German patent application DE 101 23 186 out. In this a valve drive device for variable stroke adjustment of a gas exchange valve of an internal combustion engine is described. In the valve drive device, the gas exchange valve is in operative connection with a control element with a roller movable about an axis of rotation with a control path comprising an idle stroke curve and a stroke curve, which is arranged in an end region of a pivot lever controlled by a cam of a camshaft for actuating the gas exchange valve. The pivot lever, which is assigned to the cam without play by means of a spring via a roller, is supported on the other side along a circular path for variable stroke adjustment of the gas exchange valve via a pivoting pivot point which can be controlled and adjusted by means of an adjusting device. In order to achieve a purely rotary movement or pure pivoting movement of the pivoting lever about its pivot point with a reduced stroke of the gas exchange valve, a circular path arranged on a housing part of the internal combustion engine is used as a backdrop with a radius “R” around the axis of rotation of the roller of the transmission element for controlled, position-adjustable support of the pivot lever provided.

Ausschlaggebend für die Qualität eines gattungsgemäßen hubvariablen Ventiltriebs ist die Spielfreiheit des Schwenkhebels, sowie eine hohe Steifigkeit der einzelnen Bauelemente.Decisive for the quality of a generic stroke variables Valve train is the backlash of the swivel lever, as well as a high rigidity of the individual components.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kulisse möglichst steif in den hubvariablen Ventiltrieb zu integrieren.Object of the present invention it is therefore the setting as possible can be rigidly integrated into the variable valve train.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the Feature in the characterizing part of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu einer hohen Steifigkeit der gesamten Ventiltriebsanordnung. Darüber hinaus bietet die Anordnung der Kulisse direkt am Zylinderkopf günstige Montagebedingungen sowie eine hohe mechanische Bearbeitungsgenauigkeit für den gesamten Ventiltrieb bei der Fertigung.The configuration according to the invention leads to a high rigidity of the entire valve train arrangement. Furthermore the arrangement of the backdrop directly on the cylinder head offers favorable installation conditions as well as high mechanical processing accuracy for the whole Valve train in production.

Eine Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 beinhaltet zwei technologische Varianten der Montage der Kulisse am Zylinderkopf. So bietet die Variante einer lösbaren Verbindung, wie z.B. einer Schraubverbindung, vor allem fertigungstechnische Vorteile in Bezug auf Kosten und Einfachheit bei der Herstellung des Gesamtsystems. Demgegenüber bietet die Variante des Eingießens der Kulisse in den Zylinderkopf eine noch höhere fertigungstechnische Präzision, da die Endbearbeitung nach dem Eingießen erfolgt.An embodiment according to claim 2 includes two technological variants of installing the backdrop on the cylinder head. The variant of a detachable connection, e.g. a screw connection, especially manufacturing advantages in Regarding costs and simplicity in the production of the overall system. In contrast, offers the variant of pouring the backdrop in the cylinder head an even higher manufacturing precision, because the finishing is done after pouring.

Die Maßnahmen gemäß der Patentansprüche 3 und 4 reduzieren nochmals in vorteilhafter Weise die Herstellkosten. Die Anzahl der Einzelbauteile wird durch diese Maßnahme verringert sowie die Montage am bzw. das Eingießen im Zylinderkopf erleichtert.The measures according to claims 3 and 4 further reduce the manufacturing costs in an advantageous manner. This measure reduces the number of individual components as well as assembly on or pouring into the cylinder head.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 reduziert ebenfalls die Herstellkosten bzw. den Montageaufwand und somit die Montagekosten.The design according to claim 5 also reduces manufacturing costs and assembly costs and thus the assembly costs.

Die Herstellmöglichkeiten der Kulisse gemäß Patentanspruch 6 gewährleisten beim Betrieb des hubvariablen Ventiltriebs gute Verschleißeigenschaften, da die Kulisse aus einem härteren Material gefertigt wird als der Zylinderkopf. Darüber hinaus ist die Herstellung als Sinterbauteil kostengünstig und in Bezug auf das ausgewählte Material für optimale Verschleißfestigkeit auslegbar.The manufacturing possibilities of the backdrop according to claim 6 ensure good wear properties when operating the variable stroke valve train, because the backdrop from a tougher one Material is manufactured as the cylinder head. Furthermore is the production as a sintered component inexpensive and in terms of selected Material for optimal wear resistance interpretations.

Bei der Ausführung gemäß Patentanspruch 7 entfallen separate Schmiermittelleitungen, wodurch die Herstellkosten des Zylinderkopfes nochmals wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus wird aufgrund der hochintegrierten Bauweise Bauraum eingespart sowie das Gewicht des Zylinderkopfes reduziert.In the execution according to claim 7 omitted separate lubricant lines, which reduces the manufacturing costs of the Cylinder head can be significantly reduced again. Furthermore construction space is saved due to the highly integrated design as well the weight of the cylinder head is reduced.

Bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 übernimmt die Kulisse nicht nur die Aufgabe der Führung des Schwenkhebels sondern auch noch die Aufgabe der axialen Führung des Schwenkhebels. Weitere separate axiale Führungselemente können somit entfallen.In a configuration according to claim 8 takes over the backdrop not only the task of guiding the swivel lever but also also the task of axially guiding the pivot lever. Further separate axial guide elements can thus omitted.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.The invention is described below of a preferred embodiment closer in two figures explained.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines hubvariablen Ventiltriebes, 1 shows the schematic structure of a variable stroke valve train,

2 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf eine in einem Zylinderkopf eingegossene Kulisse. 2 shows a three-dimensional plan view of a backdrop cast in a cylinder head.

Für die selben Bauteile in 1 und 2 gelten dieselben Bezugszeichen.For the same components in 1 and 2 the same reference numerals apply.

1 zeigt einen hubvariablen Ventiltrieb 2, der in einem ansatzweise dargestellten Zylinderkopf 1 angeordnet ist. Der hubvariable Ventiltrieb 2 besteht im Wesentlichen aus einem Schwenkhebel 3, mit einem Rollenelement 4 und einem Schwingdrehpunkt 4', sowie einer Kulisse 5 mit einer Kulissenbahn 5', einem Zwischenelement 7, einem Gaswechselventil 8, einem Nocken 9, der auf einer Nockenwelle 9' angeordnet ist sowie einer Feder 10 und einer Verstelleinrichtung 11. Die Kulisse 5 ist ortsfest in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Der Schwenkhebel 3 stützt sich einerseits über das Rollenelement 4 auf der Kulissenbahn 5' der Kulisse 5 ab und andererseits mit einer. Steuerbahn 6, die aus einer Leerhubkurve 6' und einer Hubkurve 6'' besteht, auf dem Zwischenelement 7 ab. Das Zwischenelement 7 ist ein Rollenschlepphebel, dessen Rolle um eine Drehachse 12 drehbar ist. Die Drehachse 12 ist gleichzeitig der Mittelpunkt der Kulissenbahn 5' in einer Nullhubstellung. Das Zwischenelement stützt sich einerseits von der Drehachse 12 auf einem Spielausgleichselement 14, hier einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement, und andererseits auf dem Gaswechselventil 8 ab. Zwischen der Steuerbahn 6 und dem ersten Rollenelement 4 ist an den Schwenkhebel 3 ein weiteres Rollenelement 13 angeordnet. Dieses steht in Wirkverbindung mit dem Nocken 9. Bei Drehung der Nockenwelle 9' schwenkt der Schwenkhebel 3 und drückt mit seiner Hubkurve 6" das Gaswechselventil in eine nicht näher dargestellte Öffnungsstellung weg. Das erste Rollenelement 4 ist neben der Abstützung auf der Kulissenbahn 5' weiter an einer Verstelleinrichtung 11 abgestützt, mit der der Schwingdrehpunkt 4' des ersten Rollenelements 4 parallel zur Kulissenbahn 5' verschoben werden kann. Eine derartige Verschiebung bewirkt eine Veränderung des Ventilhubes. 1 shows a variable stroke valve train 2 , which is shown in a rudimentary cylinder head 1 is arranged. The variable stroke valve train 2 consists essentially of a swivel lever 3 , with a roller element 4 and a swing pivot 4 ' , as well as a backdrop 5 with a backdrop 5 ' , an intermediate element 7 , a gas exchange valve 8th , a cam 9 that on a camshaft 9 ' is arranged as well as a spring 10 and an adjustment device 11 , The scenery 5 is stationary in the cylinder head 1 cast. The swivel lever 3 is supported on the one hand by the roller element 4 on the backdrop 5 ' the backdrop 5 now and then with a. control track 6 that from an idle stroke curve 6 ' and a stroke curve 6 '' consists on the intermediate element 7 from. The intermediate element 7 is a roller rocker arm, its roller around an axis of rotation 12 is rotatable. The axis of rotation 12 is also the center of the backdrop 5 ' in a zero stroke position. The intermediate element is supported on the one hand by the axis of rotation 12 on a game compensation element 14 , here a hydraulic valve lash adjuster, and on the other hand on the gas exchange valve 8th from. Between the control lane 6 and the first roller element 4 is on the swivel lever 3 another role element 13 arranged. This is in operative connection with the cam 9 , When the camshaft rotates 9 ' pivots the swivel lever 3 and pushes with its stroke curve 6 " the gas exchange valve in an open position, not shown. The first role element 4 is next to the support on the backdrop 5 ' continue on an adjustment device 11 supported with which the swing pivot 4 ' of the first roller element 4 parallel to the backdrop 5 ' can be moved. Such a shift causes a change in the valve lift.

2 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf die in einem Zylinderkopf 1 eingegossene Kulisse 5 mit der Verstelleinrichtung 11, auf der sich das erste Rollenelement 4 einerseits und auf der Kulissenbahn 5' andererseits abstützt. Dargestellt ist eine in Nockenwellenachsrichtung versetzte doppelte Anordnung, von der aber nur auf die dem Leser zugewandte Anordnung näher eingegangen wird. Ferner ist in etwa mittig im Schwenkhebel 3 das zweite Rollenelement 13 erkennbar, welches sich auf dem Nocken 9 der geschnitten dargestellten Nockenwelle 9' abstützt. 2 shows a three-dimensional plan view of the in a cylinder head 1 cast backdrop 5 with the adjustment device 11 on which the first roller element 4 on the one hand and on the backdrop 5 ' on the other hand supports. A double arrangement offset in the camshaft axial direction is shown, but only the arrangement facing the reader will be discussed in more detail. It is also approximately in the center of the swivel lever 3 the second role element 13 recognizable which is on the cam 9 the camshaft shown in section 9 ' supported.

Um eine möglichst große Steifigkeit im hubvariablen Ventiltrieb 2 zu erreichen, ist die Kulisse 5 direkt in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Sie ist somit integraler Bestandteil des Zylinderkopfes 1. In anderen Ausführungen ist statt des Eingießens auch eine lösbare Verbindung, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, denkbar.For the greatest possible rigidity in the variable stroke valve train 2 to achieve is the backdrop 5 directly into the cylinder head 1 cast. It is therefore an integral part of the cylinder head 1 , In other embodiments, a releasable connection, such as a screw connection, is also conceivable instead of the casting.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kulisse 5 aus einem Sintermaterial hergestellt, sie kann aber auch durch Schmieden oder durch Gießen produziert werden. Der Zylinderkopf 1 besteht vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung.In the present embodiment, the backdrop 5 made from a sintered material, but it can also be produced by forging or casting. The cylinder head 1 consists preferably of a light metal alloy.

Ferner ist es möglich mehrere Kulissen 5 zu einem nicht dargestellten Kulissenblock zusammenzufassen. Dieser Kulissenblock dient entweder für einen Zylinder der nicht dargestellten Brennkraftmaschine oder für sämtliche Zylinder gleichzeitig als Kulisse 5. Auch die Kulissenblöcke können geschmiedet, gegossen oder gesintert sein. Die Befestigung in dem Zylinderkopf 1 ist analog der Befestigung einer einzelnen Kulisse 5 im Zylinderkopf 1.It is also possible to have multiple scenes 5 summarize to a backdrop block, not shown. This backdrop block serves either for a cylinder of the internal combustion engine, not shown, or for all cylinders simultaneously as a backdrop 5 , The backdrop blocks can also be forged, cast or sintered. The attachment in the cylinder head 1 is analogous to the attachment of a single backdrop 5 in the cylinder head 1 ,

In weiteren Ausführungsvarianten können direkt in die Kulissen 5 bzw. Kulissenblöcke Schmiermittelkanäle integriert werden, wodurch externe, bzw. separate Schmiermittelleitungen entfallen können. Darüber hinaus können die Kulissen 5, bzw. Kulissenblöcke auch derart ausgestaltet sein, dass sie gleichzeitig als axiale Führung für den Schwenkhebel 3 fungieren.In other versions, you can look directly into the scenery 5 lubrication channels are integrated, which means that external or separate lubricant lines can be omitted. In addition, the backdrops 5 , or link blocks can also be designed such that they simultaneously as an axial guide for the pivot lever 3 act.

11
Zylinderkopfcylinder head
22
Hubvariabler VentiltriebHubvariabler valve train
33
Schwenkhebelpivoting lever
44
Erstes Rollenelementfirst roller element
4'4 '
SchwingdrehpunktSwing fulcrum
55
Kulissescenery
5'5 '
Kulissenbahnlink path
66
Steuerbahncontrol track
6'6 '
LeerhubkurveLeerhubkurve
6''6 ''
Hubkurvestroke curve
77
Zwischenelementintermediate element
88th
GaswechselventilGas exchange valve
99
Nockencam
9'9 '
Nockenwellecamshaft
1010
Federfeather
1111
Verstelleinrichtungadjustment
1212
Drehachseaxis of rotation
1313
Zweites Rollenelementsecond roller element
1414
SpielausgleichselementLash adjuster

Claims (8)

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb (2), mit einem Schwenkhebel (3), der einerseits mit einem Rollenelement (4) mit einem Schwingdrehpunkt (4') auf einer Kulissenbahn (5') einer Kulisse (5) und andererseits mit einer Steuerbahn (6) auf einem Zwischenelement (7) zu einem Gaswechselventil (8) spielfrei abgestützt ist, wobei der Schwenkhebel (3) zur Hubeinstellung zwischen den Abstützpunkten einerseits von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (9') entgegen einer Kraft einer Feder (10) gesteuert schwenkbar und andererseits der Schwingdrehpunkt (4') von einer Verstelleinrichtung (11) zur Hubhöhenverstellung parallel zur Kulissenbahn (5') gesteuert verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) am Zylinderkopf (1) angeordnet ist.Cylinder head ( 1 ) for an internal combustion engine with a variable stroke valve train ( 2 ), with a swivel lever ( 3 ) on the one hand with a roller element ( 4 ) with a pivot point ( 4 ' ) on a backdrop ( 5 ' ) a backdrop ( 5 ) and on the other hand with a control track ( 6 ) on an intermediate element ( 7 ) to a gas exchange valve ( 8th ) is supported without play, the swivel lever ( 3 ) for stroke adjustment between the support points on the one hand by a cam ( 9 ) a camshaft ( 9 ' ) against the force of a spring ( 10 ) controlled swiveling and on the other hand the pivot point ( 4 ' ) from an adjustment device ( 11 ) for height adjustment parallel to the slide path ( 5 ' ) can be moved in a controlled manner, characterized in that the backdrop ( 5 ) on the cylinder head ( 1 ) is arranged. Kulisse nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) lösbar mit dem Zylinderkopf (1) verbunden oder teilweise in den Zylinderkopf (1) eingegossen ist.Setting according to claim 1, characterized in that the setting ( 5 ) detachable with the cylinder head ( 1 ) connected or partially in the cylinder head ( 1 ) is cast in. Kulisse nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Kulissen (5) zu einem Kulissenblock zusammenfassbar sind.Backdrop according to claim 1 or 2, characterized in that at least two backdrops ( 5 ) can be combined into a backdrop block. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, wobei die Brennkraftmaschine mehr als einen Zylinder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder ein Kulissenblock zuordenbar ist.Backdrop according to one of the aforementioned claims, wherein the internal combustion engine has more than one cylinder, thereby characterized in that a backdrop block can be assigned to each cylinder. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass allen Zylindern der Brennkraftmaschine ein gemeinsamer Kulissenblock zuordenbar ist.Backdrop according to one of the aforementioned pa Tent claims, characterized in that a common sliding block can be assigned to all cylinders of the internal combustion engine. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) oder der Kulissenblock geschmiedet oder gesintert oder gegossen ist.Backdrop according to one of the aforementioned patent claims, characterized in that the backdrop ( 5 ) or the backdrop block is forged or sintered or cast. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kulisse (5) oder in den Kulissenblock eine Schmiervorrichtung integriert ist.Backdrop according to one of the aforementioned claims, characterized in that in the backdrop ( 5 ) or a lubrication device is integrated in the link block. Kulisse nach einem der zuvor genannten Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (3) von der Kulisse (5) in axialer Richtung führbar ist.Setting according to one of the aforementioned claims, characterized in that the pivot lever ( 3 ) from the backdrop ( 5 ) can be guided in the axial direction.
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