[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer
Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung nicht klemmender Mehrrillenventilkegelstücke
als Verbindungselemente zwischen dem Ventilschaftende und dem Ventilfederteller, in
welche die Betätigungskräfte für die Ventilbewegungen unmittelbar eingeleitet werden.
[0002] Bei Verbrennungsmotoren wird die Drehung der Ventile um ihre Achse während ihrer
Öffnungs- oder Schließbewegungen angestrebt, um eine ungleichmäßige, zu örtlichen
Überhitzungen führende Erwärmung der Ventilteller und den Aufbau von Verbrennungsrückständen
am Ventil zu vermeiden. Um eine sichere Drehung der Ventile während des Betriebes
zu gewährleisten, werden Ventildrehvorrichtungen unterschiedlicher Bauarten eingesetzt.
Ventildrehvorrichtungen benötigen jedoch einen zusätzlichen Einbauraum. Deshalb und
auch aus Kostengründen werden Ventildrehvorrichtungen nur noch bei Großmotoren und
teilweise bei LKW-Motoren eingesetzt. Für PKW-Motoren kommen sie praktisch nicht mehr
zur Anwendung.
[0003] Die Kraft zur Ausführung der Ventilbewegungen für die Öffnungs- und Schließvorgänge
wird von den Betätigungselementen üblicherweise auf die Ventilschaftenden übertragen.
An den Schaftenden sitzende Ventilkegelstücke haben die Aufgabe, den Ventilfederteller
mit dem Ventil so zu verbinden, daß die Ventilfeder das Ventil stets in seiner geforderten
Stellung hält. Bei Ventilkegelstücken gibt es ein großes Unterscheidungsmerkmal: Es
gibt Kegelstücke, die eine Drehmöglichkeit des Ventils erlauben und solche, bei denen
der Schaft festgeklemmt ist. Beim "drehenden Kegelstück" liegen die beiden Hälften
des Kegelstückes an ihren Trennfugen aneinander und stützen sich somit ab. Dadurch
ist das Ventilschaftende, das wegen der besseren Kraftübertragung mehrere Rillen besitzt
und wie die Kegelstücke selbst gehärtet ist, in der Lage, sich innerhalb dieser nicht
klemmenden Mehrrillenkegelstücke zu drehen. Die Drehung der Ventile tritt aber abhängig
von der Anregung durch den Motor nur im oberen Drehzahlbereich auf; da die aus den
Ventilfederkräften herrührende Reibung sonst nicht überwunden wird.
Eine Drehung der Ventile wird zwar auch bei der Verwendung von klemmenden Kegelstücken
erreicht, die Ventildrehung tritt aber nur bei höchsten Motordrehzahlen auf.
[0004] Von Motorenherstellern wird immer wieder gefordert, die Drehung der Ventile auch
im unteren Drehzahlbereich zu gewährleisten. Eine Verwendung von Ventildrehvorrichtungen
kommt, wie eingangs ausgeführt, aus verschiedenen Gründen nicht in Betracht. Die US-PS
5,485,815 zeigt beispielsweise ein Tellerventil, bei dem die Betätigungskraft nicht
unmittelbar in das Ventilschaftende eingeleitet wird, sondern in das Schaftende umgebende
Mehrrillenventilkegelstücke. Auf den äußeren Stirnflächen der Ventilkegelstücke stützt
sich ein kappenförmiges Druckelement unter Einhaltung eines Freiraums zum Ventilschaftende
ab. Beispielsweise ein Kipphebel belastet im Takt der vorgesehenen Steuerung die äußere
Oberfläche der Druckkappe und drückt dadurch das Ventil in die Öffnungsposition. Gleichzeitig
übertragen die Ventilkegelstücke durch ihre konische Formgebung die Betätigungskraft
auf den Ventilfederteller, so daß die Ventilfeder komprimiert werden kann. An der
dem Gaskanal zuweisenden Oberfläche des Ventiltellers sind schaufelförmige, aerodynamische
Führungsflächen angeordnet, die im Moment einer Entlastung der Ventilkegelstücke eine
Ventildrehung herbeiführen. Die Herstellung eines separaten Kraftübertragungselements
für die Einleitung der Betätigungskraft unmittelbar in die Ventilkegelstücke ist ein
erheblicher Kostenfaktor. Ferner erfordert die bekannte Ausführung eine Sonderbauweise
des Ventilfedertellers, um das kappenförmige Druckelement zu führen und in seiner
vorgeschriebenen Position zu halten.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 so zu gestalten, daß ohne den Einsatz besonderer Bauteile oder durch die
Verwendung wesentlich kostengünstiger herstellbarer Kraftübertragungselemente Ventildrehungen
schon bei niedrigen Motordrehzahlen zuverlässig erreicht werden. Die Erfindung löst
diese Aufgabe durch das Merkmal des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Kipphebel,
Schlepphebel oder andere Nockenfolger können ihre Bewegung unmittelbar auf die äußeren
Stirnflächen der verlängerten Ventilkegelstücke übertragen, ohne das Ventilschaftende
zu berühen. Die Betätigungskraft und die Federkraft, bezogen auf den Rilleneinstich
der Ventilkegelstücke, gleichen sich zeitweise aus. Die Reibkraft zwischen Ventilschaft
und Kegelstücken, die durch die Anregung aus der Federbetätigung oder aus der Motoranregung
überwunden werden muß, geht dabei gegen null. Es hat sich gezeigt, daß sich die Ventile
schon bei geringen Motordrehzahlen ausreichend drehen.
[0006] In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, an den verlängerten Enden
der Ventilkegelstücke eine zusätzliche Innenwulst vorzusehen, wobei zwischen der Wulst
und dem Ventilschaftende jederzeit ein Spiel eingehalten wird. Dadurch erhalten die
Endflächen an den verlängerten Enden der Ventilkegelstücke eine zusätzliche Vergrößerung,
ohne die Herstellung grundsätzlich zu ändern. Die Fertigung dieser Kegelstücke kann
mit den bisherigen Einrichtungen ausgeführt werden, ohne aufwendige Änderungen an
diesen vornehmen zu müssen.
[0007] Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung können die verlängerten Enden
der Ventilkegelstücke zur Krafteinleitung mit Kraftaufnahmeplättchen versehen werden.
Zur Verbindung können die Ventilkegelstücke an der äußeren Stirnfläche einen ringförmigen,
innenliegenden Absatz aufweisen, in welchem die Plättchen ruhen. Ferner besteht die
Möglichkeit, auf die verlängerten Enden der Ventilkegelstücke eine Kraftaufnahmekappe
zu setzen. Sie kann zusätzlich mit einem Rand als Seitenführung für einen die Betätigungskraft
einleitenden Schlepphebel dienen.
[0008] In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß gestalteter Ventilkegelstücke
dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- Ventilkegelstücke mit einer zusätzlichen Wulst am verlängerten Kegelstückende,
- Figur 2
- Ventilkegelstücke mit radial weiter einwärts greifenden Wulsten für eine weitere Vergrößerung
der äußeren Stirnflächen,
- Figur 3
- Ventilkegelstücke mit einem eingelegten Kraftaufnahmeplättchen,
- Figur 4
- Ventilkegelstücke mit einem aufgesteckten kappenförmigen Kraftaufnahmeplättchen,
- Figur 5
- Ventilkegelstücke mit einem Kraftaufnahmekäppchen mit einem Seitenführungsrand für
Schlepphebel und
- Figur 6
- eine Ausführung der Ventilkegelstücke gemäß Figur 4 zur Krafteinleitung durch einen
Tassenstößel.
[0009] In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern
versehen. Das obere Ende eines Ventilschaftes 1 ist mit drei Rillen 2 ausgeführt,
in welche Innenwülste 3 von Ventilkegelstücken 4 greifen. Zwischen den Wülsten 3 und
den ringförmigen Rillen 2 besteht ein ausreichendes, jedoch nicht näher dargestelltes
Spiel. Durch die keil- oder kegelförmigen Außenflächen der Ventilkegelstücke wird
eine kraftübertragende Verbindung zwischen diesen und dem Ventilfederteller 5 hergestellt.
Die Ventilkegelstücke 4 sind über die Stirnfläche oder das Ende 6 des Ventilschaftes
hinaus verlängert. Die verlängerten Enden 7 sind mit einer zusätzlichen Innenwulst
8 versehen, die sich mit Abstand oberhalb des Ventilschaftendes 6 befindet, so daß
eine Kraftübertragung in den Ventilschaft nur über die Ventilkegelstücke erfolgen
kann.
[0010] Die Ventilkegelstücke 10 gemäß Figur 2 zeigen eine ähnliche Ausbildung wie die der
Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die am verlängerten Ende befindlichen Wülste
11 weiter radial einwärts greifen und dadurch eine größere Stirnfläche 12 für die
Übertragung der Betätigungskräfte bieten.
[0011] Die Ventilkegelstücke 15 gemäß Figur 3 tragen mit ihren verlängerten Enden ein Kraftaufnahmeplättchen
16, das in umlaufende ringförmige Absätze der Ventilkegelstücke gelegt ist. Über dieses
Kraftaufnahmeplättchen wirken die Betätigungskräfte auf die Ventilkegelstücke 15.
[0012] Die in den Figuren 4 und 5 gezeigten Ventilkegelstücke unterscheiden sich von denen
der Figur 3 lediglich dadurch, daß sie keine in die verlängerten Enden gelegten Kraftaufnahmeplättchen
zeigen, sondern eine Kraftaufnahmekappe 21, 25, die gemäß Figur 4 mit einer ebenen
Kraftaufnahmefläche 22 versehen ist.
Die Kraftaufnahmekappe 25 gemäß Figur 5 ist mit einem umlaufenden Rand 26 ausgeführt,
um das nicht dargestellte Kraftübertragungselement, beispielsweise einen Schlepphebel,
führen zu können.
[0013] Mit der Figur 6 ist ein Anwendungsbeispiel gezeigt. Der auf der Steuerwelle 30 sitzende
Nocken 31 bewegt den Ventilschaft 1 über den Tassenstößel 32, die Kraftübertragungskappe
21 und die Ventilkegelstücke 20 gegen die Kraft der nicht dargestellten, auf den Ventilfederteller
5 wirkenden Ventilfeder nach unten.
[0014] Die Gestaltung der Ventilkegelstücke 4 gemäß Figur 1 ermöglicht eine günstige Herstellung,
denn die vorhandenen Herstellungseinrichtungen können hierfür eingesetzt werden. Das
Planschleifen der Kontaktflächen zwischen den Ventilkegelstücken ist auf den vorhandenen
Maschinen möglich. Bei der Herstellung der Ventilkegelstücke 10 ist das Schleifen
der Trennflächen mit den für die bislang üblichen Ventilkegelstücke verwendeten Maschinen
nicht möglich, die Ausbildung bietet jedoch eine größere Auflagefläche für Kraftübertragungselemente.
Die Ausführungen der Ventilkegelstücke gemäß den Figuren 3, 4 und 5 erfordern zwar
die Verwendung von Plättchen oder kleinen Kappen, die etwas höhere Kosten für die
Herstellung und Montage erfordern, andererseits können diese Elemente zur Ventilspieleinstellung
verwendet werden, da die Fertigung von Elementen unterschiedlicher Stärken leicht
möglich ist. Die Lösungen nach den Figuren 1 und 2 kommen in erster Linie für Tassenstößelventiltriebe
in Betracht. Die Vorschläge nach den Figuren 3, 4 und 5 eignen sich auch für Schlepphebeltriebe.
Zudem ist mit ihnen eine einfache Möglichkeit für die Ventilspieleinstellung bei mechanischen
Ventiltrieben geschaffen.
Die besonders bei Schlepphebelmotoren und kleinen Ventilschaftdurchmessern bisher
eingesetzten Schaftendenkäppchen zur Verringerung der Pressung können durch die Erfindung
eingespart werden, denn die Schaftendenpressung entfällt nunmehr völlig.
1. Einrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Verbrennungskraftmaschine
unter Verwendung nicht klemmender Mehrrillenventilkegelstücke als Verbindungselemente
zwischen dem Ventilschaftende und dem Ventilfederteller, in welche die Betätigungskräfte
für die Ventilbewegungen unmittelbar eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ventilkegelstücke (4, 10, 15, 20) zur Aufnahme der Betätigungskräfte über das
Ende (6) des Ventilschaftes (1) hinaus verlängert und die verlängerten Enden der Ventilkegelstücke
(10) vergrößerte Stirnflächen (12) aufweisen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkegelstücke (4)
an den verlängerten Enden (7) eine zusätzliche Innenwulst (8) aufweisen, die so ausgebildet
ist, daß ein Abstand zwischen dem Ventilschaftende und der Wulst eingehalten wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerten Enden der
Ventilkegelstücke (15) mit Kraftaufnahmeplättchen (16) versehen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmeplättchen
in ringförmigen Absätzen (17) der verlängerten Enden der Ventilkegelstücke lagern.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die verlängerten Enden
der Ventilkegelstücke eine Kraftaufnahmekappe (21, 25) gesetzt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufnahmekappe mit
einem Rand (26) zur Seitenführung des die Betätigungskraft einleitenden Elements versehen
ist.