DE4214839A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Ventiltrieb für eine BrennkraftmaschineInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924214839 DE4214839A1 (de) | 1992-05-05 | 1992-05-05 | Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4214839A1 true DE4214839A1 (de) | 1993-11-11 |
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