DE102017010298A1

DE102017010298A1 - Use of a spring element for springs of a gas exchange valve of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102017010298A1
Application number: DE102017010298.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Hartweg; Alexandra Mathes; Detlef Nowotni
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Federelements (30) zum Federn eines Gaswechselventils (20) einer Verbrennungskraftmaschine (50), wobei als das Federelement (30) eine Flachdrahtwellenfeder verwendet wird.

The invention relates to a use of a spring element (30) for springing a gas exchange valve (20) of an internal combustion engine (50), wherein a flat wire shaft spring is used as the spring element (30).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Federelements zum Federn eines Gaswechselventils einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a use of a spring element for springs of a gas exchange valve of an internal combustion engine.

Derartige Federelemente werden eingesetzt, um Gaswechselventile, also beispielsweise Einlassventile oder Auslassventile einer Verbrennungskraftmaschine durch Federkraftbeaufschlagung zwischen verschiedenen Ventilstellungen zu verlagern. So ist es beispielsweise bekannt, mittels derartiger Federelemente ein Rückstellen von Gaswechselventilen von einer Offenstellung in eine Schließstellung zu bewirken.Such spring elements are used to shift gas exchange valves, so for example intake valves or exhaust valves of an internal combustion engine by Federkraftbeaufschlagung between different valve positions. Thus, it is known, for example, to bring about a reset of gas exchange valves from an open position to a closed position by means of such spring elements.

Aus der DE 20 2005 006 111 U1 ist die Verwendung von Formfedern und anderen Spiralfedern mit nicht-kreisrunden Drahtquerschnitten bekannt. Derartige, nichtkreisrunde Drahtquerschnitte werden als eiförmige Drahtquerschnitte bei Ventilfedern verwendet, um möglichst kurze Federn zu erhalten.From the DE 20 2005 006 111 U1 is the use of shaped springs and other coil springs with non-circular wire sections known. Such, non-circular wire cross sections are used as egg-shaped wire cross-sections in valve springs to obtain the shortest possible springs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Federelement zum Federn eines Gaswechselventils zu verwenden, welches einen besonders geringen Bauraum benötigt.Object of the present invention is to use a spring element for springs of a gas exchange valve, which requires a particularly small space.

Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung eines Federelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a use of a spring element having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Die Erfindung geht von einer Verwendung eines Federelements zum Federn eines Gaswechselventils einer Verbrennungskraftmaschine aus. Das Federelement kann auch als Ventilfeder bezeichnet werden, mittels welchem eine Verlagerung des Gaswechselventils zwischen verschiedenen Stellungen ermöglicht ist. Das Federelement kann beispielsweise eine Federkraft auf das Gaswechselventil ausüben, um dieses beispielsweise von einer Offenstellung in eine Schließstellung zu verlagern.The invention is based on a use of a spring element for springs of a gas exchange valve of an internal combustion engine. The spring element can also be referred to as a valve spring, by means of which a displacement of the gas exchange valve between different positions is made possible. The spring element can, for example, exert a spring force on the gas exchange valve in order to displace it, for example, from an open position into a closed position.

Gemäß der Erfindung wird als das Federelement eine Flachdrahtwellenfeder verwendet. Durch eine derartige Flachdrahtwellenfeder ist eine Reduktion und damit eine Verringerung des zum Einbau des Federelements benötigten Bauraums im Vergleich zu einer konventionellen Ventilfeder, um beispielsweise 50% bei gleichen Federkräften ermöglicht. Das als Flachdrahtwellenfeder ausgebildete Federelement benötigt also mit anderen Worten einen besonders geringen Bauraum zum Federn des Gaswechselventils. Mit der Reduktion des benötigten Bauraums geht auch eine Massereduktion der Verbrennungskraftmaschine einher, sodass die Verbrennungskraftmaschine somit insgesamt ein geringeres Gewicht aufweisen kann, als mit einer konventionellen Ventilfeder. Durch das geringere Gewicht der Verbrennungskraftmaschine kann der Ausstoß an CO₂-Emissionen verringert werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine zur Bewegung eines Kraftwagens eingesetzt wird.According to the invention, a flat wire wave spring is used as the spring element. By such a flat wire wave spring is a reduction and thus a reduction of the space required for installation of the spring element space compared to a conventional valve spring, for example, 50% allows for the same spring forces. In other words, the spring element designed as a flat-wire wave spring requires a particularly small space for springs of the gas-exchange valve. With the reduction of the required space is also accompanied by a reduction in mass of the internal combustion engine, so that the internal combustion engine thus can have a total of a lower weight than with a conventional valve spring. Due to the lower weight of the internal combustion engine, the emission of CO ₂ emissions can be reduced when the internal combustion engine is used to move a motor vehicle.

Durch das als Flachdrahtwellenfeder ausgebildete Federelement können auch oszillierende Massen des Gaswechselventils reduziert werden. Das als Flachdrahtwellenfeder ausgebildete Federelement ermöglicht eine Verringerung einer Ventilhöhe des Gaswechselventils sowie eine Verkleinerung eines Durchmessers eines Ventilschafts des Gaswechselventils, womit eine insgesamt geringere Massenträgheit des Gaswechselventils und damit ein verbessertes Ansprechverhalten der Verbrennungskraftmaschine erzielbar ist.By designed as a flat wire wave spring spring element and oscillating masses of the gas exchange valve can be reduced. The trained as a flat wire shaft spring spring element allows a reduction of a valve height of the gas exchange valve and a reduction of a diameter of a valve stem of the gas exchange valve, whereby a total lower inertia of the gas exchange valve and thus an improved response of the internal combustion engine can be achieved.

Durch die Flachdrahtwellenfeder kann insgesamt eine im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilfedern reduzierte Blockhöhe des Federelements erzielt werden, sodass bei gleicher Anzahl an Windungen die Einbauhöhe des als Flachdrahtwellenfeder ausgebildeten Federelements im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilfedern deutlich reduziert ist, ohne dabei Kompromisse bei Vorspannkraft und Federweg eingehen zu müssen.Due to the flat-wire wave spring, a reduced block height of the spring element can be achieved overall, compared with valve springs known from the prior art, so that the installation height of the spring element designed as a flat-wire wave spring is significantly reduced compared to valve springs known from the prior art, with the same number of turns, without having to compromise on preload and spring travel.

Die Flachdrahtwellenfeder kann im Vergleich zu einer konventionellen Ventilfeder eine erhöhte Anzahl an Windungen bei gleicher Bauhöhe aufweisen, sodass eine Durchbiegung pro Windung beim Zusammendrücken der Flachdrahtwellenfeder im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ventilfedern reduziert ist. Dementsprechend ist eine Verringerung der Federrate der Flachdrahtwellenfeder proportional zur Windungszahl sowie eine äußerst flach verlaufende Federkennlinie erzielbar.The flatwave shaft spring can have an increased number of turns with the same height compared to a conventional valve spring, so that a deflection per turn when compressing the flatwave shaft spring compared to known from the prior art valve springs is reduced. Accordingly, a reduction in the spring rate of the flatwave shaft spring is proportional to the number of turns and an extremely flat spring characteristic achievable.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich zu dem Federelement eine pneumatische Ventilfeder, insbesondere eine Faltenbalgfeder, zum Federn des Gaswechselventils verwendet wird. Dies ist von Vorteil, da durch die zusätzliche Verwendung der pneumatischen Ventilfeder, welche beispielsweise als Faltenbalgfeder ausgestaltet sein kann, eine besonders bedarfsgerechte Einstellung von auf das Gaswechselventil wirkenden, federwegabhängigen Federkräften ermöglicht ist. Das Federelement und die pneumatische Ventilfeder können auf einem Ventilschaft des Gaswechselventils aufgenommen, also mit anderen Worten in Reihe geschaltet sein.In an advantageous development of the invention, in addition to the spring element, a pneumatic valve spring, in particular a bellows spring, is used to spring the gas exchange valve. This is advantageous because, by the additional use of the pneumatic valve spring, which may be configured for example as bellows spring, a particularly needs-based adjustment of acting on the gas exchange valve, spring-dependent spring forces is possible. The spring element and the pneumatic valve spring can be accommodated on a valve stem of the gas exchange valve, so in other words be connected in series.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing (s). The The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the single figure alone can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer Ventilfedervorrichtung, bei welcher als Ventilfedern ein als Flachdrahtwellenfeder ausgebildetes Federelement und eine pneumatische Ventilfeder verwendet werden.The single FIGURE shows a schematic representation of a valve spring device, in which a spring element designed as a flat-wire shaft spring and a pneumatic valve spring are used as valve springs.

Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine 50 mit einer Ventilfedervorrichtung 10. Die Ventilfedervorrichtung 10 umfasst ein als Flachdrahtwellenfeder ausgebildetes Federelement 30 sowie eine pneumatische Ventilfeder 40, welche vorliegend als Faltenbalgfeder ausgestaltet ist. Das Federelement 30 und die pneumatische Ventilfeder 40 sind auf einem Ventilschaft 22 eines Gaswechselventils 20 der Verbrennungskraftmaschine 50 aufgenommen.The only Fig. Shows a schematic representation of an internal combustion engine 50 with a valve spring device 10 , The valve spring device 10 comprises a formed as a flat wire shaft spring spring element 30 and a pneumatic valve spring 40 which is designed here as a bellows spring. The spring element 30 and the pneumatic valve spring 40 are on a valve stem 22 a gas exchange valve 20 the internal combustion engine 50 added.

Das als Flachdrahtwellenfeder ausgebildete Federelement 30 weist eine deutlich geringere Bauhöhe als konventionelle Ventilfedern, bei welchen ein Runddraht, also ein Draht mit einem runden Querschnitt eingesetzt wird, auf.The trained as a flat wire shaft spring spring element 30 has a significantly lower height than conventional valve springs, in which a round wire, so a wire with a round cross-section is used on.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: VentilfedervorrichtungValve spring device
2020: GaswechselventilGas exchange valve
2222: Ventilschaftvalve stem
3030: Federelementspring element
4040: pneumatische Ventilfederpneumatic valve spring
5050: VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202005006111 U1 [0003]

Claims

Use of a spring element (30) for springing a gas exchange valve (20) of an internal combustion engine (50), characterized in that a flat wire wave spring is used as the spring element (30).

Use after Claim 1 , characterized in that in addition to the spring element (30) is a pneumatic valve spring (40), in particular a bellows spring, is used for springs of the gas exchange valve (20).