DE4214839A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraft­ maschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den üblichen Ventiltrieben wird die Schließfeder des Hub­ ventils von mindestens einer Schraubenfeder gebildet. Bei hochdrehenden Brennkraftmaschinen sind meist zwei koaxiale, ineinander angeordnete Schraubenfedern erforderlich, um das Ventil auch bei hohen Drehzahlen schnell genug in seine Schließlage zurückzubringen. Sie beanspruchen jedoch einen verhältnismäßig großen Bauraum und vergrößern die bewegte Masse des Ventiltriebs. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß derartige Schraubenfedern brechen können, was zu einer Zerstörung der Brennkraftmaschine führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der höhere Drehzahlen für die Brennkraftmaschine als mit den üblichen Ventiltrieben ermöglicht und kleinere bewegte Massen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schließfeder eine pneumatische Feder verwendet ist, die einen ortsfesten Zylinder aufweist, in dem ein mit dem Ventilschaft verbundener Kolben verschiebbar ist, der eine Arbeitskammer begrenzt, in die eine Druckgas-Zufuhrleitung mündet.

Eine derartige pneumatische Feder hat wesentlich kleinere bewegte Massen als eine Schraubenfeder, insbesondere eine doppelte Schraubenfeder und benötigt weniger Bauraum als diese. Sie gewährleistet auch bei hohen Drehzahlen ein schnelles Schließen des Ventils. Um sicherzustellen, daß das Ventil bei Motorstillstand und ohne Druckgas-Zuführung in seiner Schließstellung verbleibt, kann eine schwache mechanische Schließfeder vorgesehen werden.

Vorzugsweise liegt die Mündung der mindestens einen Druckgas- Zufuhrleitung an einer Stelle der Zylinder-Innenfläche, die von dem Kolben bei seiner Abwärtsbewegung aus der oberen End­ lage abgedeckt wird. Dadurch wird die Druckgas-Zufuhrleitung, durch welche das Druckgas, vorzugsweise ein inertes Gas wie Stickstoff mit Ölzusatz, während der Schließbewegung des Ven­ tils zum Ausgleich von Leckverlusten in die Arbeitskammer eingeführt wird, bei der durch den Nocken bewirkten Öffnungs­ bewegung des Ventils von dem Kolben abgedeckt, so daß in der Zufuhrleitung kein ein Rückströmen des Druckgases aus der Arbeitskammer verhinderndes Rückschlagventil angeordnet werden muß, das zu Schwingungen neigt.

Der Pneumatikzylinder kann von einer entsprechenden Aussparung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildet werden. Von besonderem Vorteil ist es jedoch, den Pneumatikzylinder mit der Ventilführungshülse aus einem Stück herzustellen. Hier­ durch entfällt eine Abdichtung zwischen der Zylinderführungs­ hülse und der diese aufnehmenden Bohrung im Zylinderkopf, die sonst zur Abdichtung der Arbeitskammer erforderlich wäre. Da bei der Kompression des Druckgases in der Arbeitskammer eine beträchtliche Wärmeentwicklung erfolgt, ist es vorteilhaft, das den Pneumatikzylinder und die Ventilführungshülse bildende Bauteil aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit herzu­ stellen und engpassend in entsprechende Aussparungen im Zylin­ derkopf einzusetzen, so daß eine gute Wärmeabführung zum Zy­ linderkopf erreicht wird. Zusätzlich können in der Zylinder­ wand in Richtung der Zylinderlängsachse verlaufende Kühlöl-Durchgangsschlitze vorgesehen werden.

Durch den Anschluß einer kalibrierten Leckagebohrung an die Arbeitskammer kann die durch den Nocken bewirkte Öffnungsbewe­ gung des Hubventils gedämpft werden. Diese Leckagebohrung kann in der den Ventilschaft aufnehmenden Innenfläche der Führungs­ hülse münden, wodurch gleichzeitig eine Schmierung des Ventil­ schaftes durch den Ölzusatz zu dem Druckgas erfolgt.

Zur Schmierung der Kolbenlauffläche können in der Zylin­ derwand-Innenfläche in dem von dem Kolben überdeckten Bereich längsverlaufende Schmiernuten vorgesehen werden. Diese Schmiernuten werden ebenso wie die vorher erwähnten Kühlmittel-Durchgangsschlitze aus dem Nockenwellenraum mit Schmieröl versorgt.

Bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Ventile über hydrau­ lische Tassenstößel betätigt werden, kann der Pneumatikzylin­ der in der zur Aufnahme des hydraulischen Tassenstößels vorge­ sehenen Aussparung im Zylinderkopf eingesetzt werden, und der im Zylinderkopf zur Zuführung der Hydraulikflüssigkeit zu dem hydraulischen Tassenstößel vorgesehene Kanal kann zur Zufüh­ rung des Druckgases verwendet werden. Damit läßt sich ein Zylinderkopf mit hydraulischen Tassenstößeln problemlos auf einen solchen mit pneumatischen Schließfedern umrüsten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ventiltrieb für ein Hubventil einer Brennkraftma­ schine im Schnitt, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines aus einem Oberteil 1 und einem Unterteil 2 bestehenden Zylinderkopfes einer Hubkolben- Brennkraftmaschine dargestellt. Das Unterteil 2 enthält für jeden Zylinder mindestens einen Einlaß- und einen Auslaßkanal 3, dessen Öffnung von einem Hubventil 4 beherrscht ist. Das Hubventil 4 weist einen Ventilschaft 5 auf, der sich durch eine Führungshülse 6 erstreckt, die in eine Bohrung 7 im Un­ terteil 2 des Zylinderkopfes eingesetzt ist. Das Hubventil 4 wird von einem Nocken 8 einer Nockenwelle 9 im Öffnungssinn betätigt, und zwar entgegen der Kraft einer pneumatischen Schließfeder 10. Die Schließfeder 10 weist einen Zylinder 11 auf, der in eine entsprechende Bohrung 12 im Oberteil 1 des Zylinderkopfes eingepreßt ist und in dem ein Kolben 13 ver­ schiebbar ist, der mit dem Ventilschaft 5 verbunden ist und eine Arbeitskammer 14 begrenzt. Der Kolben 13 ist mit einem Dichtungsring 15 versehen, der dichtend an der Innenfläche 16 des Zylinders 11 anliegt. Alternativ könnte der Dichtungs­ ring auch in der Innenfläche 16 des Zylinders angeordnet wer­ den und mit der Außenfläche des Kolbens dichtend zusammen­ wirken in die Arbeitskammer 15 mündet mindestens eine Druck­ gas-Zufuhrleitung 17, die von einem Zuführkanal 18 ausgeht. Die Mündung 19 der Zufuhrleitung 17 liegt an einer Stelle der Zylinder-Innenfläche 16, die von dem Kolben 13 bei seiner Abwärtsbewegung aus der oberen Endlage abgedeckt wird.

Wird der Kolben 13 und mit ihm das Hubventil 4 durch den Nocken 8 in der Zeichnung nach unten bewegt, so verschließt der Kolben 13 nach kurzem Verschiebeweg die Mündung 19 der Zufuhrleitung 17, so daß das in der Arbeitskammer 14 einge­ sperrte Druckgasvolumen bei weiterer Drehung der Nockenwelle 9 komprimiert wird. Das komprimierte Druckgas hält den Kolben 13 in Anlage an dem Nocken 8 und bewirkt nach entsprechender Drehung der Nockenwelle 9 ein Schließen des Hubventils 4. Am Ende der Schließbewegung, d. h. in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, gibt der Kolben 13 die Mündung 19 der Druckgas- Zufuhrleitung 17 frei, so daß in die Arbeitskammer 15 Druckgas zum Ausgleich von Leckageverlusten nachströmen kann.

Zur Verringerung der Leckageverluste ist im Ausführungsbei­ spiel der Pneumatikzylinder 11 mit der Ventilschaft-Führungs­ hülse 6 aus einem Stück, so daß eine Abdichtung zwischen der Führungshülse 6 und der diese aufnehmenden Bohrung 7 im Zylinderkopf-Unterteil 2 entfallen kann. Die einstückige Ausführung von Pneumatikzylinder 11 und Führungshülse 6 hat den weiteren Vorteil, daß die Zylinderinnenwand 16 und die den Ventilschaft 5 aufnehmende Bohrung gemeinsam bearbeitet werden können, womit eine exakte Fluchtung sichergestellt ist.

Beim Komprimieren des in der Arbeitskammer 14 eingeschlossenen Gasvolumens entsteht Wärme, die an den Zylinderkopf abgeführt werden muß. Um diese Wärmeabführung zu verbessern, besteht das den Pneumatikzylinder 11 und die Ventilführungshülse 6 umfas­ sende Bauteil aus einem Material mit möglichst guter Wärme­ leitfähigkeit, beispielsweise einer Kupfer-Beryllium-Legie­ rung. Da der Pneumatikzylinder 11 und die Führungshülse 6 in die sie aufnehmenden Bohrungen 12 bzw. 7 vorzugsweise einge­ preßt sind, ist eine gute Wärmeabführung gewährleistet. Zu­ sätzlich können in der Wand des Pneumatikzylinders 11 in Längsrichtung verlaufende Kühlmittel-Durchgangsschlitze 20 vorgesehen werden, die von Öl aus dem die Nockenwelle 9 auf­ nehmenden Raum durchströmt werden.

Das Druckgas ist ein inertes Gas, vorzugsweise Stickstoff, mit einem Ölzusatz, um die Schmierung des Kolbens 13 und des Ven­ tilschaftes 5 sicherzustellen. Das Öl sammelt sich in einer den Ventilschaft 5 umgebenden Vertiefung 21 im Boden des Zylinders 11. Von dieser Vertiefung 21 geht eine kalibrierte Bohrung 22 aus, die in der den Ventilschaft 5 aufnehmenden Bohrung der Führungshülse 6 mündet. Diese kalibrierte Bohrung 22 verbessert nicht nur die Schmierung des Ventilschaftes 5, sondern sie stellt eine Leckagebohrung dar, mit welcher die Dämpfung der durch den Nocken 8 bewirkten Öffnungsbewegung des Hubventils 4 eingestellt werden kann.

Zur Schmierung der Kolbenlaufbahn können zusätzlich in der Zylinder-Innenwand 16 in dem vom Kolben 13 überdeckten Bereich Schmierölnuten 23 vorgesehen werden, denen ebenfalls Öl aus dem darüberliegenden, die Nockenwelle 9 aufnehmenden Raum zugeführt wird.

Um sicherzustellen, daß das Ventil 4 bei Stillstand der Brennkraftmaschine und ohne Druckgas-Zuführung zu der Arbeitskammer 14 in seiner Schließstellung verbleibt, kann eine schwache Schraubenfeder 24 in der Arbeitskammer 14 vorgesehen werden.

Der Pneumatikzylinder 11 ist im Ausführungsbeispiel ein eige­ nes Bauteil. Grundsätzlich könnte jedoch auch nur eine der Aussparung 12 entsprechende zylindrische Bohrung im Zylinderkopf-Oberteil 1 als Pneumatikzylinder zur Aufnahme des Kolbens 13 vorgesehen werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung auch bei einem einteili­ gen Zylinderkopf einsetzbar.

Claims (10)

1. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem Hubventil (4), das durch einen Nocken (8) einer Nockenwelle (9) im Öffnungssinn gegen die Kraft einer Schließfeder (10) betätigt wird und das einen Ventilschaft aufweist, der in einer Hülse (6), die in eine Bohrung (7) im Zylinderkopf (1, 2) eingesetzt ist, verschiebbar geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder eine pneumatische Feder (10) ist, die einen ortsfesten Zylinder (11) aufweist, in dem ein mit dem Ventilschaft (5) verbundener Kolben (13) verschiebbar ist, der eine Arbeitskammer (14) begrenzt, in die mindestens eine Druckgas-Zufuhrleitung (17) mündet.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (19) der Druckgas-Zufuhrleitung (17) an einer Stelle der Zylinder-Innenfläche (16) liegt, die von dem Kolben (13) bei seiner Abwärtsbewegung aus der oberen Endlage abgedeckt wird.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pneumatikzylinder (13) mit der Ventilführungshülse (6) einstückig ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Pneumatikzylinder (11) und die Ventilführungshülse (6) bildende Teil aus einem Material mit hoher Wärmeleitfä­ higkeit besteht und in entsprechende Aussparungen (12, 7) im Zylinderkopf (1, 2) engpaßend eingesetzt ist.

5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine kalibrierte Leckagebohrung (22) von der Arbeitskammer (14) ausgeht.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckagebohrung (22) in der den Ventilschaft (5) aufnehmenden Innenfläche der Führungshülse (6) mündet.

7. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Wand des Pneumatikzylin­ ders (11) in Richtung der Zylinderlängsachse verlaufende Kühlmittel-Durchgangsschlitze (20) vorgesehen sind.

8. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckgas ein inertes Gas mit Schmiermittelzusatz verwendet ist.

9. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Zylinder-Innenfläche (16) in dem von dem Kolben (13) überdeckten Bereich längsverlaufende Schmiernuten (23) vorgesehen sind.

10. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pneumatikzylinder (11) in einer zur Aufnahme eines hydraulischen Tassenstößels vorge­ sehenen Aussparung (12) im Zylinderkopf (1, 2) eingesetzt ist und daß der in dem Zylinderkopf (1, 2) zur Zuführung der Hydraulikflüssigkeit zu dem hydraulischen Tassenstößel vorgesehene Kanal (18) zur Zuführung des Druckgases verwen­ det ist.