DE19603536C2 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer pneumatischen Schließfeder für ein Gaswechselventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der DE 42 14 839 A1 aus.

Bei diesem bekannten Ventiltrieb ist die als Kolben-Zylinder-Einheit gestaltete pneumatische Schließfeder über ihren Zylinder in eine Ausnehmung des Zylinder­ kopfes der Brennkraftmaschine eingepreßt zur Erzielung einer guten Ableitung der beim Komprimieren des eingeschlossenen Gasvolumens entstehenden Wärme.

Weiter ist zur Unterstützung der Wärmeableitung für den Zylinder dieser pneumati­ schen Feder ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise eine Kupfer-Beryllium-Legierung vorgeschlagen.

Schließlich ist zur zusätzlichen Wärmeableitung der Zylinder der Schließfeder-Ein­ heit mit einer erheblichen Wandstärke ausgebildet zur Ausbildung von Kühlkanälen zum Durchlauf von aus dem Ventiltrieb ablaufendem Schmieröl.

Die vorgenannten Maßnahmen zur Kühlung einer pneumatischen Feder bzw. Schließfeder sind aufwendig. Besonders aufwendig erscheinen diese Maßnahmen bei ventilgesteuerten Schließfedern mit einer minimalen Gasleckage sowie bei einer aus der DE 29 49 413 A1 bekannten Bauart von pneumatischen Schließ­ federn, bei denen das eingeschlossene Gasvolumen bei niedrigen Maschinen­ drehzahlen zwar jeweils über eine offene Drosselbohrung in gewissem Umfang in einen Speicherraum verdrängt ist, jedoch bei hohen Maschinendrehzahlen auf­ grund der Drosselung kaum ein Abströmen und damit ein temperaturwirksamer Gasaustausch erfolgt. Dieses durch drehzahlabhängige Drosselung verhinderte Abströmen von Gas in einen nach außen abgeschlossenen Speicherraum ergibt wie bei einer ventilgesteuerten Schließfeder mit minimaler Leckage eine drehzahlabhängige Veränderung dar Schließfeder-Rückstellkräfte bei erheblichem Anfall an Kompressionswärme aufgrund zu kleinen Gasaustausches. Diese Kompressionswärme kann bei längerem Betrieb in höheren Ma­ schinendrehzahlen und ungenügender Wärmeabfuhr zu einer härteren bzw. steile­ ren Federkennlinie der Schließfeder mit nachteiliger Zunahme an Reibleistung im Ventiltrieb führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine pneumatische Schließfeder eines gattungsgemäßen Ventiltriebes eine Kühlanordnung aufzuzeigen, die eine in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkte Wärmeabfuhr ermög­ licht.

Diese Aufgabe ist durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ist eine durch die Zwangsumlaufkühlung ständig und ins­ besondere drehzahlabhängig vom Kühlmittel der Maschine umspülte Schließfeder, wobei die gegebenenfalls in Verbindung mit der Kompressionswärme festgelegte Federkennlinie mittels einer entsprechenden Kühlmittelbeaufschlagung der Schließfeder bestimmt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung beschreibt Anspruch 2, wonach die Kolben-Zylinder-Einheit der Schließfeder in einem zwangsumlaufgekühlten Zylin­ derkopf angeordnet ist. Dieser kann von der Brennkraftmaschine gesondert oder mit dieser gemeinsam gekühlt sein. Weiter umfaßt Anspruch 2, daß die der Anord­ nung der Schließfeder dienende Ausnehmung eine über den Hubbereich des Fe­ der-Kolbens sich erstreckende Umfangsnut aufweist für eine mit dem Zylinder ge­ bildete kühlmittelführende Kammer, die vorteilhafterweise einfach auszubilden ist.

Eine im Anspruch 3 beschriebene Weiterbildung der Erfindung ist darauf gerichtet, daß der Zylinder der als Einsatz ge­ stalteten Kolben-Zylinder-Einheit der Schließfeder über den Außenumfang mit in der o. g. Umfangsnut benachbarten maschinenseitigen Bereichen angeordneten Dichteinrichtungen zusammenwirkt.

Die Kolben-Zylinder-Ein­ heit der pneumatischen Schließfeder ist als eine gegen die Umgebung dicht ab­ geschlossene Ein-Kammer-Funktionseinheit gestaltet mit dem Ziel, diese fern vom Einsatzort vor der Montage in die Brennkraftmaschine auf Dichtheit und Funktion prüfen zu können. Um bei der Montage dieses als Funktionseinheit gestalteten Einsatzes dessen Federfunktion nicht infolge Verformung durch im wesentlichen einen vor allem auf Abdichtung gegen das Kühlmittel abgestimmten Preßsitz zu gefährden, sind gemäß Anspruch 3 mit dem Außenumfang des Einsatz-Zylinders zusammenwirkende, maschinenseitig fixierte Dichteinrichtungen vorgeschlagen, wodurch in vorteilhafter Weise ein wesentlich schwächerer Preßsitz möglich ist.

Schließlich beschreibt Anspruch 4 eine mehrventilige Brennkraftmaschine, die außerhalb ihres Kühlmantels im Zylinderkopf gesondert angeordnete Kühl-Kam­ mern der Schließfedern durch einen gemeinsamen Kanal verbunden aufweist, der bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine zur Kühlung der Schließfedern mit dem Kühlmantel in Verbindung steht. Mit dieser Ausgestaltung kann der Kühlmantel des Zylinderkopfes gesondert von den Schließfeder-Kühl­ kammern optimiert werden, wobei mit der Gestaltung des Kanals beispielsweise mit konstantem oder veränderlichem Querschnitt über seine Länge die erfindungs­ gemäße drehzahlabhängige Kühlung der Schließfeder bzw. Schließfedern erziel­ bar ist.

Schließlich beschreibt Anspruch 5 für gesondert angeordnete Kühl-Kammern für die Schließfedern den Einsatz eines Schmiermittels der Brennkraftmaschine als Kühlmittel, wobei gegebenenfalls die Kühl-Kammern der Schließfedern im Schmiersystem der Brennkraftmaschine angeordnet sind.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels beschrieben.

Ein Ventiltrieb 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 2 umfaßt in einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf 3 eine Steuerwelle 4 zur Betätigung eines Ven­ tils 5 eines Gaswechselkanals 6. Dem Ventil 5 ist eine pneumatische Schließfeder 7 zugeordnet, die als eine Kolben-Zylinder-Einheit 8 gestaltet in einer maschinen­ seitigen Ausnehmung 9 angeordnet ist.

Der Zylinder 10 der Einheit 8 der Schließfeder 7 ist in Richtung der Steuerwelle 4 zur gleitbeweglichen Aufnahme eines mit einem Steuernocken 11 der Steuerwelle 4 zusammenwirkenden Tassenstößels 12 verlängert, der direkt auf einen Schaft 13 des Gaswechselventils 5 einwirkt. Weiter ist in dem Zylinder 10 ein mit dem Ventil­ schaft 13 antriebsfest verbundener Kolben 14 angeordnet, der als beweglicher Abschluß einer Kompressionskammer 15 der pneumatischen Schließfeder 7 dient. Die Kompressionskammer 15 steht mit einer gasführenden Versorgungsleitung 16 in Verbindung.

Vorzugsweise ist die aus Zylinder 10 und Kolben 14 gebildete Schließfeder-Einheit 8 als eine gegen die Umgebung dicht abgeschlossene Ein-Kammer-Funktionseinheit gestaltet, um diese vorteilhafterweise fern vom Einsatzort vor der Montage in der Brennkraftmaschine 2 bzw. im Zylinderkopf 3 auf Dichtheit und Funktion prüfen zu können.

Ferner kann die Schließfeder 7 entweder eine gegen­ über der Versorgungsleitung 16 mittels eines nicht gezeigten Rückschlagventiles verschließbare Kompressionskammer 15 aufweisen oder aber eine mit der Versorgungsleitung 16 über eine nicht gezeigte kleine Drosselbohrung ständig kommunizierende Kom­ pressionskammer 15.

Zur Erzielung einer in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkten Wärme­ abfuhr bzw. Kühlung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Zylinder 10 der Schließfeder 7 über einen Außenumfangsabschnitt 17 mindestens im Hubbereich des Feder-Kolbens 14 mit einer kühlmittelführenden Kammer 18 einer flüssigkeits­ gekühlten Brennkraftmaschine 2 mit vorzugsweise durch eine nicht gezeigte Pumpe bewirkte Zwangsumlaufkühlung in Verbindung steht.

Vorzugsweise ist die Kolben-Zylinder-Einheit 8 der Schließfeder 7 in einem zwangsumlaufgekühlten Zylinderkopf 3 angeordnet, wobei die der Anordnung der Schließfeder 7 dienende Ausnehmung 9 eine über den Hubbereich des Feder-Kol­ bens 14 sich erstreckende Umfangsnut 19 aufweist, die mit dem Zylinder 10 eine kühlmittelführende Kammer 18 bildet.

Weiter zeigt die einzige Figur, daß der Zylinder 10 der als ein Einsatz gestalteten Kolben-Zylinder-Einheit 8 der Schließfeder 7 über den Außenumfang mit in der Umfangsnut 19 bzw. der Kammer 18 benachbarten maschinen- bzw. zylinderkopfseitigen Bereichen 20 angeordne­ ten Dichteinrichtungen 21, vorzugsweise O-Ringen, zusammenwirkt.

Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anordnung der Einheit 8 mit einem schwächeren Preßsitz des Zylinders 10 in der Ausnehmung 9 des Zylinderkopfes 3.

Bei einer mehrventiligen Brennkraftmaschine 2 sind außerhalb ihres Kühlmantels 22 im Zylinderkopf 3 gesondert angeordnete Kühl-Kammern 18 der Schließfedern 7 mittels eines gemeinsamen Kanals 23 verbunden, der bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 2 zur Kühlung der Schließfedern 7 mit dem maschinenseitigen Kühlmantel 22 in Verbindung steht.

Zur Wärmeableitung aus der pneumatischen Schließfeder 7 dient das in der Brennkraftmaschine 2 umlaufende Kühlmittel, vorzugsweise Kühlwasser. Unab­ hängig vom jeweiligen in der Brennkraftmaschine verwendeten Kühlmittel können Schließfedern 7 in gesondert angeordneten Kühl-Kammern 18 auch mittels Schmieröl der Brennkraftmaschine 2 gekühlt sein, wobei Lager der Steuerwelle 4 jeweils aus einer Kühl-Kammer 18 oder aus dem gemeinsamen Kanal 23 der Kühl- Kammern 18 versorgt sind. Bei dieser Anordnung sind die Kühl-Kammern 18 und der Kanal 23 in das Schmiersystem der Brennkraftmaschine 2 eingebunden.

Schließlich kann die Ausnehmung 9 gemäß der einzigen Figur um einen Ringkanal 24 ergänzt sein zum Auffangen und Ableiten von aus der Kompressionskammer 15 über ein nicht gezeigtes Überdruckventil ausgebrachtes Schmieröl.

Claims (5)

1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer pneumatischen Schließfeder (7) für ein Gaswechselventil (5),

• 1. wobei die in einer maschinenseitigen Ausnehmung (9) als Kolben(14)- Zylinder(10)-Einheit (8) angeordnete Schließfeder (7) über ihren den Schließfeder-Kolben (14) aufnehmenden Zylinder (10) flüssigkeits­ gekühlt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß der Zylinder (10) der Schließfeder (7) auf seinem Außen­ umfangsabschnitt (17) mindestens im Hubbereich des Schließfeder- Kolbens (14) von einem im Kühlmantel (22) einer flüssigkeitsgekühl­ ten Brennkraftmaschine (2, 3) zwangsumgewälzten Kühlmittel beaufschlagt ist (18).

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß die Kolben-Zylinder-Einheit (8) der Schließfeder (7) in einem zwangsumlaufgekühlten Zylinderkopf (3) angeordnet ist, wobei
• 2. die der Anordnung der Schließfeder (7) dienende Ausnehmung (9) eine über den Hubbereich des Schließfeder-Kolbens (14) sich er­ streckende Umfangsnut (19) für eine mit dem Zylinder (10) gebildete, kühlmittelführende Kammer (18) aufweist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zy­ linder (10) der als Einsatz gestalteten Kolben-Zylinder-Einheit (8) der Schließfeder (7) über den Außenumfang mit in der Umfangsnut (19) bzw. der Kammer (18) benachbarten maschinenseitigen Bereichen (20) ange­ ordneten Dichteinrichtungen (21) zusammenwirkt.

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß im Zylinderkopf (3) außerhalb des Kühlmantels (22) gesondert angeordnete Kühl-Kammern (18) für mehrere Schließfedern (7) mit­ tels eines gemeinsamen Kanals (23) verbunden sind, der
• 2. bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine (2) zur Kühlung der Schließfedern (7) mit dem Kühlmantel (22) der Brenn­ kraftmaschine (2) in Verbindung steht.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß ein Schmiermittel der Brennkraftmaschine (2) als Kühlmittel der Schließfeder(n) (7) dient, wobei
• 2. gegebenenfalls die Kühl-Kammer(n) (18) der Schließfeder(n) (7) im Schmiersystem der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist bzw. sind.