Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine sowie Verfahren zu deren Herstellung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist am oberen Ende des Ventilschaftes (1) ein tassenförmiger Ventilstößel (2) angeschweißt, so daß sich das obere Ende einer Ventilfeder (3) am Boden (4) des Ventilstößels (2) abstützen kann. An der Außenseite des Bodens (4) des Ventilstößels (2) ist vorzugsweise eine Einstellscheibe (5) angeordnet, deren Dicke gemäß dem gewünschten Ventilspiel wählbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine, enthaltend

• ein bewegliches Ventilelement mit einem Ventilschaft;
• eine Ventilfeder, welche mit dem Ventilelement gekoppelt ist, um auf dieses eine Vorspannungskraft auszuüben;
• einen im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilauslenkeinrichtung angeordneten Ventilstößel.

[0002] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Ventilanordnung.

[0003] Ventilanordnungen der eingangs genannten Art werden in Brennkraftmaschinen benötigt, um die Zufuhr von Frischluft oder Luft-Kraftstoffgemischen zu den Brennkammern (Zylindern) beziehungsweise den Ausstoß von Abgasen aus den Brennkammern zu steuern. Das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslässe der Brennkammern geschieht dabei üblicherweise durch ein linear bewegliches Ventilelement mit einem Ventilteller und einem Ventilschaft, wobei eine Ventilfeder auf den Schaft eine Kraft ausübt, die das Ventil in die Schließstellung drängt. Die Ventilfeder umgibt den Ventilschaft üblicherweise spiralförmig und greift an diesem mittelbar über einen Ventilfederteller an. Der Ventilfederteller ist seinerseits über einen in einer Ringnut des Ventilschaftes fixierten Ventilkeil axial am Ventilschaft festgelegt.

[0004] Des Weiteren weisen bekannte Ventilanordnungen einen Ventilstößel oder Tassenstößel auf, welcher das Ende des Ventilschaftes umgibt. Auf den Ventilstößel übt eine Ventilauslenkeinrichtung - wie z.B. der Nocken einer Nockenwelle - eine Kraft aus, welche der Ventilstößel auf den Ventilschaft zur Erzeugung einer getakteten Öffnungsbewegung der Ventile überträgt. Eine derartige Ventilanordnung mit einem Tassenstößel ist zum Beispiel in der US 5 884 595 beschrieben. Der Tassenstößel ist dabei nicht mit dem Ventilschaft verbunden, und sowohl an der Außenseite als auch der Innenseite seines Bodens sind auswechselbare Einstellscheiben vorgesehen, durch deren Dicke das Ventilspiel nach Wunsch eingestellt werden kann. Das Ventilspiel dient dazu, während des Betriebs der Ventilanordnung aufgrund von Erwärmungen auftretende Längenschwankungen auszugleichen.

[0005] Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine konstruktiv vereinfachte und leichter herstellbare Ventilanordnung bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

[0008] Die erfindungsgemäße Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine enthält ein bewegliches Ventilelement mit einem Ventilschaft sowie eine Ventilfeder. Die Ventilfeder ist mit dem Ventilelement gekoppelt, um auf dieses eine Vorspannungskraft auszuüben, die vorzugsweise in Richtung der Schließstellung des Ventils gerichtet ist. Ferner weist die Ventilanordnung einen Ventilstößel auf, welcher im montierten Zustand im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilauslenkeinrichtung wie zum Beispiel einer Nockenwelle angeordnet ist. Die von der Ventilauslenkeinrichtung zum Öffnen des Ventils ausgeübten Kräfte übertragen sich somit über den Ventilstößel auf den Ventilschaft. Die Ventilanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel am Ventilschaft axial fixiert ist, und daß die Ventilfeder mit einem Ende am Ventilstößel angreift beziehungsweise sich hieran abstützt.

[0009] Die beschriebene Ventilanordnung hat gegenüber bekannten Ventilanordnungen den Vorteil, daß auf einen zusätzlichen Ventilfederteller und zugehörige Befestigungselemente zu dessen Fixierung am Ventilschaft verzichtet werden kann, da der ohnehin vorhandene Ventilstößel die Funktion des Ventilfedertellers übernimmt. Damit dies möglich ist, ist der Ventilstößel am Ventilschaft axial fixiert, so daß sich die Federkraft vom Ventilstößel auf den Ventilschaft übertragen kann. Der resultierende Aufbau ist einerseits sehr stabil und andererseits erheblich leichter als bekannte Ventilanordnungen. Die mit der Gewichtsersparnis einhergehende Reduzierung der Trägheit ist dabei von besonderer Bedeutung, da das Ventilelement einer ständigen sehr schnellen Beschleunigung unterworfen ist.

[0010] Die axiale Fixierung des Ventilstößels am Ventilschaft kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zum Beispiel kann der Ventilstößel mit den für die Fixierung eines Ventilfedertellers bekannten Methoden am Ventilschaft befestigt werden. Vorzugsweise wird der Ventilstößel jedoch am Ventilschaft festgeschweißt. Durch einen derartigen Schweißvorgang läßt sich eine besonders feste Verbindung erzeugen, die gleichzeitig ohne zusätzliche Bauelemente und ohne eine Schwächung des Ventilschaftes, wie sie zum Beispiel mit einem Einlassen einer Ringnut einhergehen würde, auskommt.

[0011] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Ventilanordnung ist der Ventilstößel tassenförmig ausgebildet und das Ende des Ventilschaftes übergreifend angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein besonders sicherer Sitz des Ventilstößels sowie ein zusätzlicher mechanischer Schutz des Endes des Ventilschaftes und der dort angreifenden Ventilfeder.

[0012] Weiterhin weist der Ventilstößel vorzugsweise an seiner der Ventilauslenkeinrichtung zugewandten Seite eine Einstellscheibe auf. Durch die Auswahl der Dicke der Einstellscheibe kann das Ventilspiel entsprechend den konstruktiven Vorgaben für den jeweiligen Motor eingestellt werden. Die Einstellscheibe ist vorzugsweise in einer entsprechenden Ausnehmung des Ventilstößels kraft- und/oder formschlüssig gelagert. An diesem Ort ist sie gut zugänglich, so daß sie bei Bedarf leicht ausgewechselt werden kann.

[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Ventilstößel mit einer zentrischen Öffnung versehen, in welche das freie Ende des Ventilschaftes im montierten Zustand paßgenau eingeführt ist. Die Einführung des Ventilschaftes in eine derartige Öffnung bewirkt eine formschlüssige Kopplung zwischen Ventilschaft und Ventilstößel, welche lediglich noch durch eine relative axiale Fixierung ergänzt werden muß.

[0014] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung der vorstehend erläuterten Art. Neben den an sich bekannten Schritten zur Herstellung der einzelnen für die Ventilanordnung benötigten Bauelemente sowie zu deren Montage enthält das Verfahren insbesondere den Schritt, daß der Ventilstößel durch Laserschweißen mit dem Ventilschaft verbunden wird. Vorzugsweise wird dabei eine zur Achse des Ventilschaftes symmetrische, insbesondere rotationssymmetrische bzw. kreisförmige Schweißnaht erzeugt, so daß eine ausgewogene Verteilung der Angriffskraft zwischen Ventilstößel und Ventilschaft erreicht wird.

[0015] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figur beispielhaft näher erläutert.

[0016] Die einzige Figur zeigt in einem schematischen Querschnitt das Kopfende einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung.

[0017] Bei dem teilweise dargestellten Ventil kann es sich sowohl um ein Einlaßventil als auch ein Auslaßventil einer Brennkraftmaschine handeln. Von dem linear hin und her beweglichen Ventilelement ist nur das obere Ende des Ventilschaftes 1 dargestellt, da zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung das restliche Bauteil nicht von Bedeutung ist.

[0018] Das obere Ende des Ventilschaftes 1 ist von einem tassenförmigen Ventilstößel 2 umgeben, welcher typischerweise aus Eisen hergestellt ist und für die Kraftübertragung von einer Nockenwelle (nicht dargestellt) auf den Ventilschaft 1 sorgt. Im Boden 4 des Ventilstößels 2 ist zentrisch eine Öffnung 6 vorgesehen, deren Ränder zum Inneren des Tassenstößels 2 hin zylindrisch verlängert sind. In der Öffnung 6 ist das obere Ende des Ventilschaftes 1 angeordnet. Hierdurch wird konstruktiv eine radiale Fixierung zwischen Ventilschaft 1 und Tassenstößel 2 erreicht. Um den Tassenstößel 2 zusätzlich auch axial relativ zum Ventilschaft 1 zu fixieren, ist das in der Figur obere Ende der Öffnung 6 ringförmig mit dem oberen Ende des Ventilschaftes 1 durch Laserschweißen entlang der angedeuteten Schweißnähte 7 verbunden. Hierdurch wird eine symmetrische und sehr feste Verbindung geringen Gewichts zwischen Ventilstößel 2 und Ventilelement 1 erreicht.

[0019] Die abweichend zum Stand der Technik erfolgende Fixierung des Ventilstößels 2 am Ventilschaft 1 hat den Vorteil, daß die Ventilfeder 3, welche den Ventilschaft 1 schraubenförmig umgibt und auf diesen mittelbar eine Vorspannkraft in Richtung der Schließstellung des Ventils ausübt, sich am Boden 4 des Ventilstößels 2 abstützen kann.

[0020] Anders als bei bekannten Ventilanordnungen ist somit nicht die Bereitstellung und axiale Fixierung eines gesonderten Ventilfedertellers erforderlich. Durch die Einsparung der entsprechenden Bauelemente (Ventilfederteller, Ventilkeil) kann das Gewicht der Ventilanordnung um typischerweise ca. 10 g reduziert werden, was in Hinblick auf die verminderte Trägheit des Ventils ein erheblicher Gewinn ist. Ferner ist die beschriebene Konstruktion verhältnismäßig einfach in der Herstellung sowie besonders robust, wobei insbesondere das Kräftegegenspiel von Ventilfeder 3 und Nockenwelle unmittelbar über den Ventilstößel 2 stattfinden kann, ohne hierdurch einen Abschnitt des Ventilschaftes 1 zu belasten.

[0021] Wie in der Figur weiterhin erkennbar ist, weist die Außenseite des Bodens 4 des Ventilstößels 2 eine Vertiefung auf, in welcher eine Einstellscheibe 5 (zum Beispiel durch Klemmsitz) gelagert ist. Die Einstellscheibe 5 deckt die Durchgangsöff nung 6 im Boden 4 des Ventilstößels 2 ab. Ihre Dicke kann je nach dem gewünschten Ventilspiel bei der Montage der Ventilanordnung ausgewählt werden, so daß eine einfache Anpassungsmöglichkeit entsteht. Ferner läßt sich die Einstellscheibe 5 im Bedarfsfalle leicht auswechseln.

Ansprüche

1. Ventilanordnung für eine Brennkraftmaschine, enthaltend

a) ein bewegliches Ventilelement mit einem Ventilschaft (1),

b) eine Ventilfeder (3), welche mit dem Ventilelement gekoppelt ist, um auf dieses eine Vorspannungskraft auszuüben, und

c) einen im Kraftübertragungsweg zwischen Ventilschaft und einer Ventilauslenkeinrichtung angeordneten Ventilstößel (2),

dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (2) am Ventilschaft (1) axial fixiert ist, und daß ein Ende der Ventilfeder (3) am Ventilstößel angreift.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (2) mit dem Ventilschaft (1) verschweißt ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (2) tassenförmig ausgebildet ist und das Ende des Ventilschaftes (1) übergreift.

4. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (2) an seiner im montierten Zustand einer Ventilauslenkeinrichtung zugewendeten Seite eine Einstellscheibe (5) zur Einstellung des Ventilspiels aufweist.

5. Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (5) eine zentrische Öffnung (6) aufweist, in welche ein Ende des Ventilschaftes (1) eingeführt ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
   der Ventilstößel (2) durch Laserschweißen mit dem Ventilschaft (1) verbunden wird.

Zeichnung