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WO1993018284A1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO1993018284A1
WO1993018284A1 PCT/EP1992/000502 EP9200502W WO9318284A1 WO 1993018284 A1 WO1993018284 A1 WO 1993018284A1 EP 9200502 W EP9200502 W EP 9200502W WO 9318284 A1 WO9318284 A1 WO 9318284A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cylinder head
valve
head according
plunger
pistons
Prior art date
Application number
PCT/EP1992/000502
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Hoffmann
Winfried Krebs
Original Assignee
F. Porsche Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
Application filed by F. Porsche Aktiengesellschaft filed Critical F. Porsche Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP1992/000502 priority Critical patent/WO1993018284A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0005—Deactivating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245—Hydraulic tappets
    • F01L1/25—Hydraulic tappets between cam and valve stem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
    • F01L1/267—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder with means for varying the timing or the lift of the valves

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention has for its object to provide a cylinder head for an internal combustion engine, the gas exchange valves actuated by a camshaft with the interposition of a tappet can optionally be switched on or off hydraulically.
  • Slidable plungers are arranged in the cylinder head, the plunger being arranged in the plunger radially by means of pressure oil into an inner, first position and activating the slide valve, and the plunger is in positive engagement with a valve stem with the interposition of the slide valve .
  • the gate valves are when switched off Gas exchange entil arranged in an outer second position, the tappet is freely displaceable relative to the valve stem.
  • This arrangement advantageously allows a gas exchange valve to be switched off, e.g. in a first operating state with low load and switching on e.g. high load. This makes it possible to influence fuel consumption and exhaust gas emission in a favorable manner.
  • the integration of the locking slide into a cup-shaped tappet largely leaves the cylinder head in its known design.
  • a supply line for pressure oil to each receptacle of a tappet is usually present in internal combustion engines with cup tappets with integrated hydraulic play compensation.
  • the tappet according to the invention has essentially the same external dimensions as known cup tappets.
  • the pistons are provided with blocking elements in the form of a segment of a circle, which, in the first position, permit the positive engagement between the tappet and the valve on an area large enough for the forces to be transmitted, and in the second position, due to their shape, a space for receiving the valve stem between leave yourself.
  • the pistons are reset when the oil pressure drops, using leaf springs that connect opposite ends of the locking elements.
  • a hydraulic valve lash adjuster can also be integrated, with further bores branching off from the longitudinal bores receiving the pistons and supplying an oil cushion formed between the bottom of the tappet and a sealing plate inserted therein.
  • this arrangement can be used for the temporary decommissioning of one or more cylinders.
  • Fig.l shows a section through a cylinder head with a switched off
  • Gas exchange valve, Figure 2 shows a section through a cylinder head with an activated
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III according to Fig.l
  • FIG. 5 shows a section through a variant of the invention.
  • a cylinder head 1 of an internal combustion engine has an overhead camshaft 2 with cams 3 and a cylindrical receptacle 4 for a tappet tappet 5.
  • a circumferential oil groove 6 is arranged in the receptacle 4, into which an oil-carrying feed line 7 opens.
  • the plunger 5 has a pot 8, the bottom 10 of which, provided with a spacer 9, faces the cam 3.
  • a wall 11 of the pot 8 has two radially inwardly facing, opposing ribs 12, into each of which a continuous longitudinal bore 13 is made.
  • radially displaceable pistons 14 are used as locking slides, each of which has a locking element 15 in the form of a segment of a circle at its inner end.
  • a helical spring 17 is supported, which at the other end engages a spring plate 18 of a gas exchange valve 19.
  • a valve stem 20 has a cap 21 at its end projecting into the pot 8.
  • outer ends 22 of opposing locking elements 15 are connected to a leaf spring 23.
  • the supply line 7 is pressurized in a manner not shown, which acts on the piston 14 via the oil groove 6. These are moved radially against the force of the leaf springs 23 into an inner position until the ends 22 of one locking element 15 according to FIG. 4 come to rest with those of the other locking element 15.
  • Base circle runs on the spacer 9.
  • a variant of the invention according to FIG. 5 has an integrated hydraulic valve lash adjuster.
  • two stepped bores 26 opening into the longitudinal bores 13 are made in the bottom 10, each of which receives a valve ball 27 with a return spring 28.
  • These springs 28 are supported on disks 30 inserted into an upper side 29 of the base 10.
  • An oil cushion is formed between the base 10 and the spacer 9 designed as a sealing plate.
  • Gas exchange valve 19 switching position of the locking element 15, gives the Piston 14 the connection of bore 26 and longitudinal bore 13 free.
  • the pressure oil supplied via the oil groove 6 lifts the valve ball 21 out of its seat when required and supplements the oil cushion or maintains it.
  • the piston 14 prevents the oil supply into the bore 26.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Zum wahlweisen Zuschalten oder Abschalten eines nockengesteuerten Gaswechselventiles (19) in einem Zylinderkopf (1) sind in einem tassenförmigen Stößel (5) radial mittels Öldruck verschiebbare, mit Sperrelementen (15) versehene Kolben (14) angeordnet. Bei zugeschaltetem Ventil (19) sind die Sperrelemente (15) nach innen verschoben und verbinden formschlüssig einen Boden (10) des Stößels (5) mit einer Kappe (21) des Ventiles (19). Bei Brennkraftmaschinen mit z.B. zwei Einlaßventilen pro Zylinder kann hiermit bedarfsabhängig z.B. eines dieser Einlaßventile zu- oder abgeschaltet werden.

Description

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der US-PS 4337739 ist ein zwischen einer Nockenwelle und einem abschaltbaren Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine verschiebbar angeordneter, wahlweise mit Drucköl beaufschlagbarer Stößel bekannt. Bei anliegendem Öldruck wird eine Kammer des Stößels mit Öl befüllt, wobei ein Kolben axial ausfährt. Hierdurch ist der Stößel an das Gaswechselventil gekoppelt, welches somit zugeschaltet ist. Bei nicht anliegendem Öldruck verdrängt der einfahrende Kolben das Öl aus der Kammer. Der Stößel wird bei jeder Nockenwellenu drehung im Zylinderkopf und gegenüber dem stillstehenden Gaswechselventil verschoben.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist die für hohe Drehzahlen ungeeignete Koppelung des Stößels mittels eines Ölvolumens an das Gaswechselventil, der insgesamt komplizierte Aufbau mit einer Vielzahl von Bauraum beanspruchenden Bauteilen und die daraus resultierenden, oszillierenden Massen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, dessen unter Zwischenschaltung eines Stößels von einer Nockenwelle betätigte Gaswechselventile hydraulisch wahlweise zugeschaltet oder abgeschaltet werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
In dem Zylinderkopf sind verschiebbare, wahlweise mit einer hydraulischen Druckquelle verbindbare Stößel angeordnet, wobei in dem Stößel radial mittels Drucköl in eine innere, erste Position verschiebbare, das Gaswechselventil zuschaltende Sperrschieber angeordnet sind und der Stößel unter Zwischenschaltung der Sperrschieber formschlüssig mit einem Ventilschaft in Anlage steht. Die Sperrschieber sind bei abgeschaltetem Gaswechsel entil in einer äußeren zweiten Position angeordnet, wobei der Stößel gegenüber dem Ventilschaft frei verschiebbar ist.
Vorteilhafterweise gestattet diese Anordnung ein Abschalten eines Gaswechselventiles z.B. in einem ersten Betriebszustand mit niedriger Last und ein Zuschalten bei z.B. hoher Last. Hierdurch ist eine günstige Beeinflussung des Kraftstoffverbrauches sowie der Abgasemission möglich. Die Integration der Sperrschieber in einen tassenartig ausgebildeten Stößel beläßt den Zylinderkopf weitgehend in seiner bekannten Ausführung. Eine Zuleitung für Drucköl zu jeder Aufnahme eines Stößels ist üblicherweise in Brennkraftmaschinen mit Tassenstößel mit integriertem hydraulischen Spielausgleich vorhanden. Der erfindungsgemäße Stößel weist im wesentlichen die gleichen Außenabmessungen auf wie bekannte Tassenstößel.
In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung sind die Kolben mit kreissegmentförmigen Sperrelementen versehen, die in der ersten Position auf einer für die zu übertragenden Kräfte ausreichend großen Fläche den Formschluß zwischen Stößel und Ventil ermöglichen und in der zweiten Position durch ihre Formgebung einen Raum zur Aufnahme des VentilSchaftes zwischen sich belassen.
Die Rückstellung der Kolben bei abfallendem Öldruck erfolgt über Blattfedern, die jeweils sich gegenüberliegende Enden der Sperrelemente miteinander verbinden.
Weiterhin kann zusätzlich ein hydraulischer Ventilspielausgleich integriert sein, wobei von den die Kolben aufnehmenden Längsbohrungen weitere Bohrungen abzweigen, die ein zwischen dem Boden des Stößels und einer darin eingesetzten Dichtplatte ausgebildetes Ölpolster versorgen.
Weiterhin kann diese Anordnung zur zeitweisen Stillegung eines oder mehrerer Zylinder verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung nachfolgend erläutert.
Es zeigen: Fig.l einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit einem abgeschalteten
Gaswechselventil, Fig.2 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit einem zugeschaltetem
Gaswechselventil,
Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig.l,
Fig.4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig.2 und
Fig.5 einen Schnitt durch eine Variante der Erfindung.
Ein Zylinderkopf 1 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine weist eine obenliegende Nockenwelle 2 mit Nocken 3 und eine zylindrische Aufnahme 4 für einen tassenför igen Stößel 5 auf. In der Aufnahme 4 ist eine umlaufende Ölnut 6 angeordnet, in die eine ölführende Zuleitung 7 mündet.
Der Stößel 5 weist einen Topf 8 auf, dessen mit einer Distanzscheibe 9 versehener Boden 10 der Nocke 3 zugewandt ist. Eine Wandung 11 des Topfes 8 weist zwei radial nach innen gerichtete, sich gegenüberliegende Rippen 12 auf, in die jeweils eine durchgehende Längsbohrung 13 eingebracht ist. In diesen Längsbohrungen 13 sind als Sperrschieber wirkende, radial verschiebbare Kolben 14 eingesetzt, die an ihren innenliegende Ende jeweils ein kreissegmentförmiges Sperrelement 15 tragen.
An der der Nocke 3 abgewandten Seite 16 des Bodens 10 ist eine Schraubenfeder 17 abgestützt, die andernends an einem Federteller 18 eines Gaswechselventiles 19 angreift. Ein Ventilschaft 20 trägt an seinem in den Topf 8 ragenden Ende eine Kappe 21.
Gemäß Fig. 3 sind äußere Enden 22 von sich gegenüberliegenden Sperrelementen 15 mit einer Blattfeder 23 verbunden.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand mit niedriger Last liegt kein Öldruck an der Zuleitung 7 an. Die Kolben 14 werden mittels der Blattfedern 23 in eine äußere Position auseinandergedrückt, wobei die Sperrelemente 15 mit den Rippen 12 zur Anlage kommen. Der zwischen den sich gegenüberliegenden Sperrelementen 15 gebildete Raum hat einen größeren Durchmesser als die Kappe 21, so daß die rotierende Nocke 3 bei vollem Nockenhub gemäß Fig. I den Stößel 5 gegenüber dem Ventilschaft 20 verschieben kann, wobei die Schraubenfeder 17 zusammengepreßt wird. Das Ventil 19 wird nicht bewegt und ist dadurch abgeschaltet. Die Feder 17 ist so ausgelegt, daß sie einerseits deutlich schwächer ist als die nicht gezeigte, übliche Ventilfeder, andererseits aber während der Rotation der Nocke 3 den Stößel 5 in ständigem Kontakt mit der Nocke 3 hält.
Wechselt der Betriebszustand zu hoher Last, wird die Zuleitung 7 in nicht gezeigter Weise mit Drucköl beaufschlagt, welches über die Ölnut 6 auf die Kolben 14 wirkt. Diese werden gegen die Kraft der Blattfedern 23 radial in eine innere Position verschoben, bis die Enden 22 des einen Sperrelementes 15 gemäß Fig. 4 zur Anlage mit denen des anderen Sperrelementes 15 kommen.
Das Verschieben der Kolben 14 erfolgt, während der Nocken 3 mit seinem
Grundkreis auf der Distanzscheibe 9 abläuft.
Beim ansch ießenden Auflaufen der Nockenerhebung auf den Stößel 5 besteht eine starre, formschlüssige Koppelung zwischen Boden 10 und Kappe 21 unter
Zwischenschaltung der Sperrelemente 15, so daß das Ventil 19 zugeschaltet ist.
Wechselt der Betriebszustand erneut, so wird die Zufuhr von Drucköl unterbrochen und die Kolben 14 werden während des Grundkreises der Nocke 3 mittels der Blattfedern 23 in die ursprünglichen, das Ventil 19 abschaltende Stellung verschoben.
Eine Variante der Erfindung gemäß Fig. 5 weist einen integrierten, hydraulischen Ventilspielausgleich auf. Zu diesem Zweck sind in den Boden 10 zwei in die Längsbohrungen 13 mündende, gestufte Bohrungen 26 eingebracht, welche je eine Ventilkugel 27 mit einer Rückschlagfeder 28 aufnehmen. Diese Federn 28 stützen sich an in eine Oberseite 29 des Bodens 10 eingelegten Scheiben 30 ab. Zwischen Boden 10 und der als Dichtplatte ausgebildeten Distanzscheibe 9 ist ein Ölpolster ausgebildet.
In der in Fig. 5 rechts der Mittelachse A-A dargestellten, das
Gaswechselventil 19 zuschaltenden Position des Sperrelementes 15, gibt der Kolben 14 die Verbindung von Bohrung 26 und Längsbohrung 13 frei. Das über die Ölnut 6 zugeführte Drucköl hebt bei Bedarf die Ventilkugel 21 aus ihrem Sitz und ergänzt das Ölpolster bzw. hält dieses aufrecht. Gemäß einer links der Mittelachse A-A dargestellten Position des Sperrelementes 15, in der das Gaswechselventil 19 abgeschaltet ist, verhindert der Kolben 14 die Olzufuhr in die Bohrung 26.

Claims

Patentansprüche
1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Nockenwelle und mindestens einem abschaltbaren Gaswechselventil verschiebbar angeordneten und wahlweise mit einer hydraulischen Druckquelle verbindbaren Stößel, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stößel (5) radial mittels Drucköl in eine innere, erste Position verschiebbare, das Gaswechselventil (19) zuschaltende Sperrschieber (Kolben 14) angeordnet sind, wobei der Stößel (5) unter Zwischenschaltung der Sperrschieber (Kolben 14) formschlüssig mit einem Ventilschaft (20) in Anlage steht, und daß die Sperrschieber (Kolben 14) bei abgeschaltetem Gaswechselventil (19) in einer äußeren, zweiten Position angeordnet sind, wobei der Stößel (5) gegenüber dem Ventilschaft (20) frei verschiebbar ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (14) an ihrem radial inneren Ende ein kreissegmentförmiges Sperrelement (15) aufweisen.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (5) einen mit einem Boden (10) versehenen Topf (8) aufweist, wobei in dem Boden (10) die Kolben (14) aufnehmende Längsbohrungen (13) angeordnet sind.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem an dem Ventilschaft (20) angeordneten Federteller (18) und einer Unterseite (16) des Bodens (10) eine Schraubenfeder (17) angeordnet ist.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Enden
(22) von sich gegenüberliegenden Sperrelementen (15) mit einer Blattfeder
(23) verbunden sind.
6. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Zylinderkopf (1) angeordnete hydraulische Zuleitung (7) in eine benachbart der Längsbohrung (13) im Zylinderkopf (1) angeordnete Ölnut (6) mündet.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (10) zwischen seiner Unterseite (10) und einer Oberseite (29) verlaufende, in die Längsbohrungen (13) mündende gestufte Bohrungen (26) aufweist, in denen eine federbelastete Ventilkugel (27) angeordnet ist.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberseite (29) eine ein Ölpolster zwischen sich und dieser Seite (29) begrenzende, als Dichtplatte ausgebildete Distanzscheibe (9) angeordnet ist.
9. Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Position die Bohrungen (26) gegenüber den Längsbohrungen (13) von den Kolben (14) verschlossen sind.
PCT/EP1992/000502 1992-03-06 1992-03-06 Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine WO1993018284A1 (de)

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