DE19607591A1 - Ventiltrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb zur Betätigung eines Hubventils mit einem in einer Ventilführung geführten Ventil­ schaft, in den zur Betätigung des Hubventils über einen noc­ kenbetätigten Schlepphebel eine in Richtung der Ventilführung wirkende Druckkraft einleitet wird, und mit einer direkt auf den Ventilschaft einwirkenden, entgegen der Druckkraft des Schlepphebels vorgespannten Ventilfeder.

Derartige Ventiltriebe sind beispielsweise aus den Veröffent­ lichungen DE 31 50 962 A1 und DE 36 04 412 C2 bekannt. Bei diesen bekannten Anordnungen drückt der Schlepphebel auf das Ventilschaftende, in einem zwischen dem Angriffspunkt des Schlepphebels und der Ventilführung liegenden Bereich und die Ventilfeder greift an dem Ventilschaft an. Dies führt zu ei­ ner relativ großen Bauhöhe des Ventiltriebs.

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so zu verbes­ sern, daß die Bauhöhe reduziert wird. Weiterhin wird ange­ strebt, die bei Betrieb auftretende Biegebeanspruchung des jeweiligen Ventilschaftes sowie auftretende Reibungsverluste zu reduzieren.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ventilfeder einer­ seits gegen den Endbereich des Ventilschaftes und anderer­ seits gegen eine relativ zu dem Hubventil ortsfeste Basis ab­ gestützt ist, und daß der Schlepphebel den Ventilschaft in einer zwischen der Ventilführung und dem Abstützbereich der Ventilfeder an dem Ventilschaft liegenden Zone umgreift und gegen einen in dieser Zone angeordneten Druckkrafteinlei­ tungsbereich des Ventilschaftes abgestützt ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verlagerung des Druckeinleitungsbereiches des Schlepphebels auf den Ventil­ schaft von dem Stirnende des Ventilschaftes in die genannte Zone und die Verlagerung des Abstützbereiches der Ventilfeder in den Endbereich des Ventilschaftes läßt sich in vorteilhaf­ ter Weise eine niedrigere Bauhöhe verwirklichen als bei be­ kannten Ventiltrieben. Ein weiterer Vorteil besteht in einer deutlichen Verringerung der Biegebeanspruchung des Ventil­ schaftes bei Betrieb. Durch die Anordnung des Angriffspunktes der Ventilfeder "oberhalb" des Schlepphebels ist es möglich, den Abstand zwischen dem Druckkrafteinleitungsbereich und der Ventilführung so klein wie möglich zu wählen, d. h., nicht größer, als es dem maximalen Ventilhub entspricht. Dadurch wird die druckbeanspruchte, freie Knicklänge des Ventilschaf­ tes auf ein Minimum reduziert, so daß die Knickgefahr auf­ grund von Außermittigkeiten bei der Krafteinleitung der Druckkraft durch den Schlepphebel verringert wird und der Ventilschaft dementsprechend kleiner dimensioniert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Federkraft der Ventilfeder der von dem nockengetriebenen Schlepphebel auf den Ventilschaft einwirkenden Biegekraft entgegenwirkt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß infolge des "Absenkens" des Druckkrafteinleitungsbereiches auch die den Schlepphebel betätigende Nockenwelle tiefer als nach dem Stande der Technik positioniert werden kann. Durch ein derar­ tiges "Absenken" der Nockenwelle ergeben sich Gewichtseinspa­ rungen sowohl bei dem Antrieb der Nockenwelle (kürzere Riemen bzw. kürzere Kette), bei der Nockenwellenlagerung (tiefere Anordnung). Dies hat den weiteren Vorteil, daß für einen Ket­ tentrieb der Nockenwelle kürzere Führungs- und Spannschienen eingesetzt werden können. Neben der möglichen Verkürzung der Ventilführungen ergibt sich als weiterer Vorteil eine mögli­ che tiefere Position eines zum Ventilspielausgleich im Zylin­ derkopf vorgesehenen hydraulischen Stützelementes.

Der erfindungsgemäße Ventiltrieb kann beispielsweise zur Be­ tätigung von V-förmig angeordneten Ventilen in einem Winkel von ca. 30 bis 40° mit nur einer Nockenwelle und mit den niedrigen Reibwerten eines beispielsweise als Rollenschlepp­ hebel ausgebildeten Schlepphebels oder auch unter Verwendung eines Gleitschuh-Schlepphebels eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Ventiltrieb kann bei allen bisher be­ kannten Ventiltrieben (SOHC/DOHC/2-/3-/4-Ventil Version usw.) eingesetzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Ventilschaft zur Ausbildung des Druckkrafteinlei­ tungsbereiches für den Schlepphebel abgestuft ausgebildet ist. Die durch eine solche Abstufung ausgebildete Schulter im Ventilschaft bildet auf einfache Weise eine Auflage für den Schlepphebel, die ggf. durch entsprechende Oberflächenbehand­ lung, z. B. Härten, mit einer erhöhten Festigkeit versehen werden kann oder auf die eine gehärtete Scheibe aufgelegt werden kann.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der Ventilschaft zur Aus­ bildung eines Auflagebereiches für den Ventilhebel einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Bei einer derartigen Ausführungsform kann zur Ausbildung des Druckeinleitungsbereiches für den Schlepphebel zwischen zwei Teilen des Ventilschaftes ebenfalls eine Scheibe angeordnet sein, durch die die Flächenpressung verringert wird, und die ebenfalls den Anforderungen entsprechend oberflächenbehandelt sein kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Schlepphebel als Rollenschlepphebel ausgebildet ist, dessen die Druckkraft den Ventilschaft einleitendes Ende ga­ belförmig geformt ist und den Ventilschaft umgreift. Mit ei­ nem derartigen Gabelrollenschlepphebel wird die Montage einer erfindungsgemäßen Ventiltriebs-Konstruktion erheblich verein­ facht, da der Gabelrollenschlepphebel seitlich auf den Ven­ tilschaft aufgeschoben werden kann.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Schlepphebel als Rol­ lenschlepphebel ausgebildet ist, dessen die Druckkraft in den Ventilschaft einleitendes Ende ein den Ventilschaft um­ schließendes Langloch aufweist. Dies bietet den Vorteil, daß der Schlepphebel gegenüber einer gabelförmigen Ausgestaltung stabilisiert ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilfeder als Druckfeder ausgebildet, deren ortsfe­ ste Basis zwischen dem Ventilschaftende und dem Druck­ krafteinleitungsbereich angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders niedrige Bauweise der erfindungsgemäßen Ventil­ triebs-Konstruktion.

Es ist aber auch möglich, die Ventilfeder als Zugfeder auszu­ bilden, deren ortsfeste Basis in Verlängerung des Ventil­ schaftes angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion ergeben sich bei der Ventilfeder keine Stabilitätsprobleme, so daß eine einfache und kostengünstige Feder eingesetzt werden kann. Außerdem kann die Gesamtlänge des Hubventils kürzer als bei Einsatz einer Druckfeder ausgebildet werden.

Die Ventilfeder kann z. B. als koaxial zur Längsachse des Ventilschaftes angeordnete Schraubenfeder ausgebildet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Ventilfeder als Blattfe­ der auszubilden, was eine platzsparende Konstruktion ermög­ licht.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels eines Ventiltriebs gemäß der Erfindung mit ei­ ner als Druckfeder ausgebildeten Ventilfeder bei ge­ schlossenem Zustand des Ventils;

Fig. 2 den Ventiltrieb gemäß Fig. 1 bei geöffnetem Zustand des Ventils;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 2 verwendeten Gabelrollenschlepphe­ bel;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Rollenschlepphebels;

Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, jedoch mit ei­ ner als Zugfeder ausgebildeten Ventilfeder;

Fig. 6 eine Darstellung entsprechend Fig. 5, jedoch bei ge­ öffnetem Zustand des Ventils;

Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine weitere Ausführungsform mit einer als Blattfeder ausgebilde­ ten Ventilfeder;

Fig. 8 eine Darstellung entsprechend Fig. 7, jedoch bei ge­ öffnetem Zustand des Ventils.

Der in den Figuren gezeigte Ventiltrieb 1 gehört zu einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine und weist eine Noc­ kenwelle 2 auf, die über einen unter ihr angeordneten Gabel­ rollenschlepphebel 3 ein Tellerventil 4 betätigt. Das Teller­ ventil 4 sitzt in einem Zylinderkopf 5 der Brennkraftmaschine und öffnet oder schließt einen Brennraum 6 bzw. Zylinder. In Fig. 1 und 2 ist aus übersichtlichkeitsgründen jeweils nur ein Gabelrollenschlepphebel 3 und ein Tellerventil 4 dar­ gestellt, jedoch sind symmetrisch zur vertikalen Achse 7 ein weiterer Gabelrollenschlepphebel und ein weiteres Tellerven­ til vorhanden, so daß sich insgesamt eine V-förmige Ventilan­ ordnung ergibt.

Die jeweiligen Tellerventile 4 weisen einen aus mehreren gegeneinander abgestuften Abschnitten bestehenden Ventil­ schaft 8 auf. An den Ventilteller 9 ist ein sich mit konkaver Außenfläche verjüngender Abschnitt 10 angeformt, dem ein Ab­ schnitt 11 konstanten Durchmessers folgt. Mittels eines sich konisch verbreiternden Abschnitts 12 schließt sich daran ein Abschnitt 13 mit einem größeren Durchmesser an, der in einer im Zylinderkopf 5 ausgebildeten Ventilführung 14 geführt ist. Diesem geführten Abschnitt 13 folgt wiederum ein sich konisch verjüngender Abschnitt 15, der in einen Endabschnitt 16 mit konstantem, geringerem Durchmesser übergeht.

Zwischen den jeweiligen sich bezüglich der Symmetrieachse 7 gegenüberliegenden Tellerventilen ist die Nockenwelle 2 ange­ ordnet, die mit einer ihrer Nockenlaufflächen 17 an der Rolle 18 des dargestellten, unter ihr liegenden Gabelrollenschlepp­ hebels 3 anliegt. Ein Ende des Gabelrollenschlepphebels 3 ist mit einem hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselement 19 ver­ bunden, während das andere Ende 20 gabelförmig ausgebildet ist und den Ventilschaft 8 in einer oberhalb der Ventilfüh­ rung 14 aber unterhalb des dem Ventilteller 9 abgewandten Stirnendes des Ventilschaftes 8 liegenden Zone umgreift. Das gabelförmige Ende 20 des Gabelrollenschlepphebels 3 liegt mit einer bogenförmigen Auflagefläche 21 auf einer gehärteten Paßscheibe 22 auf, die auf den Ventilschaft 8 von dessen freiem Ende her aufgeschoben ist. Der Innendurchmesser der Paßscheibe 22 ist größer als der des Ventilschaftendab­ schnitts 16, aber kleiner als der des geführten Ventil­ schaftabschnitts 13, so daß die Paßscheibe 22 auf dem zwi­ schen diesen beiden Abschnitten 13, 16 liegenden, konischen Ventilschaftabschnitt 15 verklemmt ist und die Druckkraft des Gabelrollenschlepphebels 3 sicher in den Ventilschaft 8 ein­ geleitet wird. In einem geringen Abstand zur Unterseite der Paßscheibe 22 beginnt der geführte Ventilschaftabschnitt 13 konstanten Durchmessers, der sich durch die Ventilführung 14 hindurch erstreckt. Die Länge des Teilstücks dieses Ventil­ schaftabschnitts 13, das sich aus der Ventilführung 14 heraus bis fast zur Unterseite der Paßscheibe 22 erstreckt, ent­ spricht im wesentlichen dem maximalen Ventilhub, wobei eine Dichtung 23 den in den Fig. 1 und 2 oberen Teil der Ven­ tilführung 14 und den angrenzenden Teil des Ventilschaftes 8 umschließt, um die Fuge zwischen Ventilschaft 8 und Ventil­ führung 14 abzudichten.

Auf der der Ventilführung 14 und der Paßscheibe 22 abgewand­ ten Seite des Gabelrollenschlepphebels 3 ist eine Ventilfeder 24 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel als Schraubenfe­ der ausgebildet ist. Die Ventilfeder 24 ist koaxial zum Ven­ tilschaft 8 angeordnet und leitet ihre resultierende Feder­ kraft über eine Halteeinrichtung 25 am Ventilschaftende zen­ trisch in die Längsachse 26 des Ventilschaftes 8 ein. Mit ei­ nem Ende 27 liegt die Ventilfeder 24 dazu an einer Hal­ tescheibe 28 an, die am Ventilschaftende angebracht ist. Hierzu weist die Haltescheibe 28 ein mittiges, konisches Loch 29 auf, in das auf der einen Seite das Ventilschaftende hin­ einragt und in das von der anderen Seite zwei Ventilkeile 30 eingelegt werden, gegen die die Haltescheibe 28 mittels der Ventilfeder 24 angedrückt wird. Das andere Ende 32 der Ven­ tilfeder 24 liegt an einem eine relativ zu dem Hubventil ortsfeste Basis bildenden Vorsprung 33 an, der zwischen Ven­ tilschaftende und Gabelrollenschlepphebel 3 von einer Wand des Zylinderkopfes 5 aus vorragt und der eine Öffnung 34 auf­ weist, durch die der Ventilschaft 8 hindurchragt und an deren Rand die Ventilfeder 24 mit ihrem besagten Ende 32 anliegt.

Zum Öffnen des Tellerventils 4 drückt der Gabelrollenschlepp­ hebel 3 mit seiner bogenförmigen Auflagefläche 21 auf die entsprechend Fig. 1 und 2 oben liegende Seite der Paßscheibe 22, wodurch das Tellerventil 4 aus seinem Ventilsitz heraus nach unten gedrückt, d. h. geöffnet wird (Fig. 2). Im geöff­ neten Zustand liegt die Unterseite der Paßscheibe 22 unmit­ telbar am oberen Rand der Dichtung 23 zwischen Ventilführung 14 und Ventilschaft 8 an. Aufgrund der Abrollbewegung der bogenförmigen Auflagefläche 21 des Gabelrollenschlepphebels 3 auf der Oberseite der Paßscheibe 22 wird die Druckkraft ex­ zentrisch in den Ventilschaft 8 eingeleitet. Sollte hierbei eine, wenn auch nur geringe, Biegeverformung des Ventilschaf­ tes 8 auftreten, macht sich diese am Ventilschaftende wegen des relativ großen Abstandes zum Druckkrafteinleitungsbereich als entsprechend vergrößerte seitliche Verformung bzw. Aus­ lenkung des Ventilschaftes 8 bemerkbar, wodurch die Feder­ kraft der Ventilfeder 24 an einem entsprechend großen Hebel­ arm angreifen und dem durch den Gabelrollenschlepphebel 3 eingeleiteten Exzentrizitätsmoment ein entgegenwirkendes Bie­ gemoment entgegensetzen würde. Aufgrund dieser am Ventil­ schaftende auftretenden Vergrößerung einer im Druckkraftein­ leitungsbereich des Ventilschaftes 8 auftretenden Biegever­ formung sowie des Angreifens der Ventilfeder 24 an diesem ausgelenkten Ventilschaftende wird hier der Außermittigkeit des Ventilschaftes 8 unmittelbar und sehr wirksam entgegenge­ wirkt.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Rollen­ schlepphebels dargestellt. Statt der gabelförmigen Ausbildung ist in dieser Ausführungsform ein Langloch 35 vorgesehen, das vom Ventilschaft 8 durchlaufen wird. Die Funktionsweise der Ventiltriebs-Konstruktion bleibt aber unverändert.

Die anhand von Fig. 5 und Fig. 6 dargestellte weitere Ausfüh­ rungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 2 prinzipiell lediglich da­ durch, daß als Ventilfeder keine Druckfeder, sondern eine als Schraubenfeder ausgebildete Zugfeder 36 vorgesehen ist. Die Zugfeder greift mit einem Ende 37 an einer am Ventilschaf­ tende angebrachten Haltescheibe 28′ an. Das andere Ende 38 ist mit einer Haltescheibe 39 verbunden, welche von einer in einer ortsfesten Halterung 40 gehaltenen Schraube 41 durch­ faßt ist. Zur Montage wird die Feder 36 am Ventilschaftende eingehängt und dann durch Drehung der Schraube 41 vorge­ spannt. Fig. 6 zeigt den Ventiltrieb gemäß Fig. 5 in Öff­ nungsstellung des Ventils, wobei der Ventilhub mit A gekenn­ zeichnet ist.

Diejenigen Teile, die dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, sind mit entsprechenden Be­ zugszeichen gekennzeichnet und werden nicht nochmals geson­ dert erläutert. Wie ein Vergleich von Fig. 1 und Fig. 5 er­ gibt, kann bei der als Zugfeder 36 ausgebildeten Ventilfeder die Gesamtlänge B des Hubventils kürzer als bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 ausgebildet werden. Selbstverständlich ist anstelle des Einsatzes eines Rollenschlepphebels auch der Einsatz eines Gleitschuh-Schlepphebels möglich.

Fig. 7 und 8 zeigen schließlich ein Ausführungsbeispiel des Ventiltriebs entsprechend Fig. 1 und Fig. 2, bei dem die Ven­ tilfeder als Blattfeder 42 ausgebildet ist. In der in Fig. 8 dargestellten Öffnungsstellung ist die Blattfeder 42 verformt und in dieser Position mit 42′ bezeichnet. Die Blattfeder 42 ist mittels Ventilfederkeilen 43 im oberen Endbereich des Ventilschaftes 8 befestigt. Das andere Ende ist mittels einer Schraube 44 an einem Vorsprung 45 des Zylinderkopfes 5 ange­ bracht.

Claims (9)

1. Ventiltrieb zur Betätigung eines Hubventils mit einem in einer Ventilführung geführten Ventilschaft, in den zur Betätigung des Hubventils über einen nockenbetätigten Schlepphebel eine in Richtung der Ventilführung wirkende Druckkraft eingeleitet wird, und mit einer direkt auf den Ventilschaft einwirkenden, entgegen der Druckkraft des Schlepphebels vorgespannten Ventilfeder, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilfeder (24, 36, 42) einerseits gegen den Endbereich des Ventilschaftes (8) und anderer­ seits gegen eine relativ zu dem Hubventil (4) ortsfeste Basis (33, 40, 45) abgestützt ist, und der Schlepphebel (3) den Ventilschaft (8) in einer zwischen der Ventilfüh­ rung (14) und dem Abstützbereich der Ventilfeder an den Ventilschaft liegenden Zone umgreift und gegen einen in dieser Zone angeordneten Druckkrafteinleitungsbereich (22) des Ventilschaftes (8) abgestützt ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (8) zur Ausbildung des Druckkrafteinlei­ tungsbereich für den Schlepphebel (3) abgestuft ausgebil­ det ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (8) zur Ausbildung eines Druckkrafteinleitungsbereiches für den Schlepphebel (3) mehrteilig ausgebildet ist.

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schlepphebel (3) als Rollenschlepp­ hebel ausgebildet ist, dessen die Druckkraft in den Ven­ tilschaft einleitendes Ende (20) gabelförmig geformt ist und den Ventilschaft umgreift.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlepphebel (3) als Rollenschlepphebel ausgebildet ist, dessen die Druckkraft in den Ventilschaft (8) ein­ leitendes Ende (20) ein Langloch (35) aufweist, das den Ventilschaft (8) umschließt.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilfeder als Druckfeder (24) ausgebildet ist, deren ortsfeste Basis (33) zwischen dem Ventilschaftende und dem Druckkrafteinleitungsbereich (22) angeordnet ist.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilfeder als Zugfeder (36) aus­ gebildet ist, deren ortsfeste Basis (40) in Verlängerung des Ventilschaftes (8) angeordnet ist.

8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilfeder als koaxial zur Längsachse (26) des Ventilschaftes (8) angeordnete Schraubenfeder (24, 36) ausgebildet ist.

9. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilfeder als Blattfeder (42) ausgebildet ist.