EP0787893B1 - Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit einer pneumatischen Schliessfeder für ein Gaswechselventil - Google Patents

Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit einer pneumatischen Schliessfeder für ein Gaswechselventil Download PDF

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EP0787893B1
EP0787893B1 EP96119256A EP96119256A EP0787893B1 EP 0787893 B1 EP0787893 B1 EP 0787893B1 EP 96119256 A EP96119256 A EP 96119256A EP 96119256 A EP96119256 A EP 96119256A EP 0787893 B1 EP0787893 B1 EP 0787893B1
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cylinder
spring
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    • F01L1/462—Valve return spring arrangements
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01P3/00—Liquid cooling
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P2003/006—Liquid cooling the liquid being oil

Definitions

  • the invention is based on the preamble of claim 1 of DE-A 42 14 839.
  • valve train is designed as a piston / cylinder unit pneumatic closing spring via its cylinder into a recess in the cylinder head the internal combustion engine pressed in to achieve a good derivation of the heat generated when compressing the enclosed gas volume.
  • the cylinder of the closing spring unit with a considerable wall thickness designed to form cooling channels for the passage of lubricating oil draining from the valve train.
  • the invention is based, for a pneumatic closing spring the task of a generic valve train to show a cooling arrangement, at least a heat dissipation effected depending on the machine speed enables.
  • the advantage of the invention is a constant and in particular by the forced cooling Closing spring flushed by the coolant of the machine depending on the speed, the one optionally set in connection with the heat of compression Spring characteristic curve by means of an appropriate coolant supply to the Closing spring is determined.
  • An advantageous embodiment of the invention describes claim 2, according to which Piston / cylinder unit of the closing spring in a forced-circulation cooled cylinder head is arranged. This can be separate from the internal combustion engine or be chilled with it. Furthermore, claim 2 includes that of the arrangement the closing spring serving recess over the stroke range of the spring piston extends circumferential groove for a formed with the cylinder coolant-carrying chamber, which is advantageously simple to form.
  • a further development of the invention described in claim 3 is directed to that the cylinder designed as an insert (according to EP application No. 95111924.7) Piston / cylinder unit of the closing spring over the outer circumference with in the above Arranged circumferential groove adjacent machine-side areas Sealing devices interacts.
  • the piston / cylinder unit proposed according to EP application 95111924.7 the pneumatic closing spring is sealed against the environment
  • To be designed as a functional unit during assembly Use its spring function is not due to deformation by essentially a press fit especially geared towards sealing against the coolant are at risk, according to claim 3 with the outer circumference of the insert cylinder cooperating sealing devices proposed on the machine side, whereby an essentially smaller press fit is advantageously possible.
  • claim 4 describes a multi-valve internal combustion engine that Separately arranged cooling chambers outside of their cooling jacket in the cylinder head the closing springs connected by a common channel, the when using the coolant of the internal combustion engine to cool the Closing springs are connected to the cooling jacket.
  • the cooling jacket of the cylinder head can be separated from the closing spring cooling chambers can be optimized, with the design of the channel, for example with constant or variable cross-section over its length the invention Speed-dependent cooling of the closing spring or closing springs can be achieved is.
  • claim 5 describes for separately arranged cooling chambers for the closing springs, the use of a lubricant of the internal combustion engine as Coolant, the cooling chambers of the closing springs in the Lubrication system of the internal combustion engine are arranged.
  • the invention is based on an embodiment shown in the drawing described.
  • a valve train 1 of an internal combustion engine 2, not shown, comprises in one liquid-cooled cylinder head 3 a control shaft 4 for actuating a valve 5 of a gas exchange channel 6.
  • the valve 5 is a pneumatic closing spring 7 assigned, which is designed as a piston / cylinder unit 8 in a machine side Recess 9 is arranged.
  • the cylinder 10 of the unit 8 of the closing spring 7 is in the direction of the control shaft 4 for slidably receiving one with a control cam 11 of the control shaft 4 interacting bucket tappet 12 extends directly onto a shaft 13 of the gas exchange valve 5 acts.
  • Next is in the cylinder 10 with the valve stem 13 drive-connected piston 14 arranged as a movable Completion of a compression chamber 15 of the pneumatic closing spring 7 is used.
  • the compression chamber 15 is connected to a gas-carrying supply line 16 in connection.
  • the closing spring unit formed from cylinder 10 and piston 14 is preferably 8 as one against the subject of EP application 95111924.7 Environmentally sealed single-chamber functional unit designed around this advantageously far from the place of use before installation in the internal combustion engine 2 or in the cylinder head 3 for tightness and function.
  • the closing spring 7 can either face one according to FR-A 2 529 616 the supply line 16 by means of a check valve, not shown lockable compression chamber 15 or according to DE-A 29 49 413 in connection with GB-PS 392 294 one with the supply line 16 via a small throttle bore, not shown, constantly communicating compression chamber 15.
  • the cylinder 10 of the Closing spring 7 via an outer peripheral portion 17 at least in the stroke range of the spring piston 14 with a coolant-carrying chamber 18 of a liquid-cooled Internal combustion engine 2, preferably by a not shown Pump forced cooling is connected.
  • the piston / cylinder unit 8 of the closing spring 7 is preferably in one arranged circulation-cooled cylinder head 3, the arrangement of the Closing spring 7 serving recess 9 over the stroke range of the spring piston 14 extending circumferential groove 19 which with the cylinder 10 a forms coolant-carrying chamber 18.
  • a multi-valve internal combustion engine 2 are outside of their cooling jacket 22 in the cylinder head 3 separately arranged cooling chambers 18 of the closing springs 7 connected by means of a common channel 23, which when using the Coolant of the internal combustion engine 2 for cooling the closing springs 7 with the machine-side cooling jacket 22 is connected.

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Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der DE-A 42 14 839 aus.
Bei diesem bekannten Ventiltrieb ist die als Kolben-/Zylinder-Einheit gestaltete pneumatische Schließfeder über ihren Zylinder in eine Ausnehmung des Zylinderkopfes 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 pneumatischen Feder ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise eine Kupfer-Beryllium-Legierung vorgeschlagen.
Schließlich ist zur zusätzlichen Wärmeableitung der Zylinder der Schließfeder-Einheit 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-A 29 49 413 bekannten Bauart von pneumatischen Schließfedern, bei denen das eingeschlossene Gasvolumen bei niedrigen Maschinendrehzahlen zwar jeweils über eine offene Drosselbohrung in gewissem Umfang in einen Speicherraum verdrängt ist, jedoch bei hohen Maschinendrehzahlen aufgrund der Drosselung kaum ein Abströmen und damit ein temperaturwirksamer Gasaustausch erfolgt. Dieses drehzahlabhängig drosselbedingt verhinderte Abströmen von Gas in einen nach außen abgeschlossenen Speicherraum oder gemäß der GB-PS 392 294 in einen in der Gasversorgungsleitung angeordneten Speicher ergibt wie bei einer ventilgesteuerten Schließfeder mit minimaler Leckage eine drehzahlabhängige Veränderung der Schließfeder-Rückstellkräfte bei erheblichem Anfall an Kompressionswärme aufgrund zu kleinen Gasaustausches. Diese Kompressionswärme kann bei längerem Betrieb in höheren Maschinendrehzahlen und ungenügender Wärmeabfuhr zu einer härteren bzw. steileren 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 zumindest eine in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkte Wärmeabfuhr ermöglicht.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, daß der Zylinder der Einheit der Schließfeder über einen Außenumfangsabschnitt mindestens im Hubbereich des Schließfeder-Kolbens von einem im Kühlmantel einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine zwangsumgewälzten Kühlmittel beaufschlagt angeordnet ist.
Der Vorteil der Erfindung ist eine durch die Zwangsumlaufkühlung ständig und insbesondere 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 Zylinderkopf angeordnet ist. Dieser kann von der Brennkraftmaschine gesondert oder mit dieser gemeinsam gekühlt sein. Weiter umfaßt Anspruch 2, daß die der Anordnung der Schließfeder dienende Ausnehmung eine über den Hubbereich des Feder-Kolbens sich erstreckende Umfangsnut aufweist für eine mit dem Zylinder gebildete kühlmittelführende Kammer, die vorteilhafterweise einfach auszubilden ist.
Eine im Anspruch 3 beschriebene Weiterbildung der Erfindung ist darauf gerichtet, daß der Zylinder der als ein Einsatz (gemäß EP-Anmeldung Nr. 95111924.7) gestalteten Kolben-/Zylinder-Einheit der Schließfeder über den Außenumfang mit in der o.g. Umfangsnut benachbarten maschinenseitigen Bereichen angeordneten Dichteinrichtungen zusammenwirkt.
Die gemäß der EP-Anmeldung 95111924.7 vorgeschlagene Kolben-/Zylinder-Einheit der pneumatischen Schließfeder ist als eine gegen die Umgebung dicht abgeschlossene 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 geringerer Preßsitz möglich ist.
Schließlich beschreibt Anspruch 4 eine mehrventilige Brennkraftmaschine, die außerhalb ihres Kühlmantels im Zylinderkopf gesondert angeordnete Kühl-Kammern 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-Kühlkammern optimiert werden, wobei mit der Gestaltung des Kanals beispielsweise mit konstantem oder veränderlichem Querschnitt über seine Länge die erfindungsgemäße drehzahlabhängige Kühlung der Schließfeder bzw. Schließfedern erzielbar ist.
Schlußendlich 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 Ausführungsbeispiels beschrieben.
Ein Ventiltrieb 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 2 umfaßt in einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf 3 eine Steuerwelle 4 zur Betätigung eines Ventils 5 eines Gaswechselkanals 6. Dem Ventil 5 ist eine pneumatische Schließfeder 7 zugeordnet, die als eine Kolben-/Zylinder-Einheit 8 gestaltet in einer maschinenseitigen 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 Ventilschaft 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 gemäß dem Gegenstand der EP-Anmeldung 95111924.7 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 gemäß der FR-A 2 529 616 eine gegenüber der Versorgungsleitung 16 mittels eines nicht gezeigten Rückschlagventiles verschließbare Kompressionskammer 15 aufweisen oder aber gemäß der DE-A 29 49 413 in Verbindung mit der GB-PS 392 294 eine mit der Versorgungsleitung 16 über eine nicht gezeigte kleine Drosselbohrung ständig kommunizierende Kompressionskammer 15.
Zur Erzielung einer in Abhängigkeit der Maschinendrehzahl bewirkten Wärmeabfuhr 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 flüssigkeitsgekühlten 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-Kolbens 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 gemäß der EP-Anmeldung Nr. 95111924.7 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 angeordneten Dichteinrichtungen 21 vorzugsweise O-Ringen zusammenwirkt.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anordnung der Einheit 8 mit einem geringeren 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. Unabhängig 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 Brennkraftmaschinen mit einer pneumatischen Schließfeder für ein Gaswechselventil,
    wobei die in einer maschinenseitigen Ausnehmung (9) als Kolben/Zylinder-Einheit (8) angeordnete Schließfeder (7) über ihren den Schließfeder-Kolben (14) aufnehmenden Zylinder (10) flüssigkeitsgekühlt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Zylinder (10) der Schließfeder (7) über einen Außenumfangsabschnitt (17) mindestens im Hubbereich des Schließfeder-Kolbens (14) von einem im Kühlmantel (22) einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine (2 bzw. Zylinderkopf 3) zwangsumgewälzten Kühlmittel beaufschlagt angeordnet ist.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kolben-/Zylinder-Einheit (8) der Schließfeder (7) in einem zwangsumlaufgekühlten Zylinderkopf (3) angeordnet ist, wobei
    die der Anordnung der Schließfeder (7) dienende Ausnehmung (9) eine über den Hubbereich des Schließfeder-Kolbens (14) sich erstreckende Umfangsnut (19) aufweist für eine mit dem Zylinder (10) gebildete, kühlmittelführende Kammer (18).
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 maschinenseitigen Bereichen (20) angeordneten Dichteinrichtungen (21, O-Ringe) zusammenwirkt.
  4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß im Zylinderkopf (3) außerhalb des Kühlmantels (22) gesondert angeordnete Kühl-Kammern (18) für mehrere Schließfedern (7) mittels eines gemeinsamen Kanals (23) verbunden sind, der
    bei Verwendung des Kühlmittels der Brennkraftmaschine (2) zur Kühlung der Schließfedern (7) mit dem Kühlmantel (22) der Brennkraftmaschine (2) in Verbindung steht.
  5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Schmiermittel der Brennkraftmaschine (2) als Kühlmittel der Schließfeder(n) (7) dient, wobei
    gegebenenfalls die Kühl-Kammer(n) (18) der Schließfeder(n) (7) im Schmiersystem der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist bzw. sind.
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