DE10247121A1 - Valve rocker for transferring movement in the cinematic chain between a valve drive and a valve in a combustion engine housing has a heat expansion coefficient corresponding to that of the combustion engine housing in which it is located - Google Patents

Valve rocker for transferring movement in the cinematic chain between a valve drive and a valve in a combustion engine housing has a heat expansion coefficient corresponding to that of the combustion engine housing in which it is located Download PDF

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    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14—Tappets; Push rods
    • F01L1/146—Push-rods

Abstract

Valve rocker has a heat expansion coefficient corresponding to that of the combustion engine housing in which it is located and has a higher strength.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 einen insbesondere einteilig ausgebildeten Ventilstößel, welcher zur Bewegungsübertragung in der kinematischen Kette zwischen Ventilantrieb und Ventil einer ein Aluminiumgehäuse umfassenden Brennkraftmaschine vorgesehen ist.The invention relates according to the preamble of claim 1 a one-piece design in particular Valve lifter, which for motion transmission in the kinematic chain between valve drive and valve one an aluminum case comprehensive internal combustion engine is provided.

Bei Brennkraftmaschinen mit unten liegendem Ventilantrieb werden zur Bewegungsübertragung auf die im Zylinderkopf angeordneten Ventile Ventilstößel verwendet; als Teil der kinematischen Kette zwischen Ventilantrieb und Ventil beeinflussen die Ventilstößel das Ventilspiel.In internal combustion engines with the bottom horizontal valve drive are used to transmit motion to those in the cylinder head arranged valves valve tappet used; as part of the kinematic chain between valve drive and valve affect the valve lifters Valve clearance.

Der Betrieb der Brennkraftmaschine ist in gewissen Bereichen Temperaturschwankungen unterworfen, beispielsweise ausgehend vom kalten Brennkraftmaschinenstart bis zum Erreichen der Betriebstemperatur, wobei entsprechend der Temperaturänderung und abhängig von den Wärmeausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien Formänderungen auftreten.Operation of the internal combustion engine is subject to temperature fluctuations in certain areas, for example starting from the cold engine start until it is reached the operating temperature, according to the temperature change and dependent of the coefficient of thermal expansion Shape changes occur in the materials used.

Bei Brennkraftmaschinen, welche ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes Gehäuse umfassen, hat sich gezeigt, dass die bisher verwendeten Stahl-Stößelstangen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl ein temperaturabhängig stark variierendes Ventilspiel aufweisen, so dass dazu übergegangen wurde, Ventilstößel mit einem angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten beispielsweise auf Aluminiumbasis oder sogar aus faserverstärktem Kunststoff einzusetzen. Jedoch konnten diese Stößelstangen nicht einteilig ausgebildet werden, da die höher belasteten Funktionsbereiche zur Verbindung mit den benachbarten Gliedern in der kinematischen Kette wesentlich höhere Festigkeitswerte aufweisen müssen.In internal combustion engines, which a housing made of an aluminum alloy has been shown that the previously used steel pushrods due to the different CTE of aluminum and steel a valve clearance that varies greatly depending on the temperature have, so that went to valve tappet an adapted coefficient of thermal expansion for example based on aluminum or even made of fiber-reinforced plastic use. However, these push rods could not be made in one piece be trained as the higher functional areas to connect with the neighboring ones Links in the kinematic chain have significantly higher strength values have to.

In diesem Zusammenhang wird auf die DE 34 15 228 A1 verwiesen, welche sich mit einem derartigen Ventilstößel befasst und von einem Ventilstößel ausgeht, dessen weniger stark belastetes Schaftteil in Aluminium ausgeführt ist, während die mit den benachbarten Gliedern der kinematischen Kette in Verbindung stehenden Funktionsbereiche aus Werkzeugstahl oder Hartguss bestehen; gemäß der DE 34 15 228 A1 wird vorgeschlagen, das weniger stark belastete Schaftteil aus einem faserverstärktem Kunststoff herzustellen, wobei der höher belastete Funktionsbereich zur Verbindung mit den benachbarten Gliedern der kinematischen Kette aus Hartguss besteht und mittels eines Zweikomponenten-Klebers verbunden ist. Neben einer derartigen Verbindung mittels Klebstoff kommen auch andere Fügeverfahren zur Anwendung, beispielsweise werden bei einer aus einem Aluminiumrohr gebildeten Stößelstange höher belastbare Kugelendstücke aus (hartem) Stahl eingepresst.In this context, the DE 34 15 228 A1 referenced, which deals with such a valve lifter and starts from a valve lifter, the less heavily loaded shaft part is made of aluminum, while the functional areas connected to the adjacent links of the kinematic chain consist of tool steel or chilled cast iron; according to the DE 34 15 228 A1 It is proposed to produce the less heavily loaded shaft part from a fiber-reinforced plastic, the higher-stress functional area for connection to the adjacent links of the kinematic chain consisting of hard cast iron and connected by means of a two-component adhesive. In addition to such a connection by means of adhesive, other joining methods are also used, for example ball end pieces made of (hard) steel, which are more resilient, are pressed into a push rod formed from an aluminum tube.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann die mechanische und/oder thermische Belastung dazu führen, dass sich Verbindungen bei solchen mehrteiligen Stößelstangen lösen, was unbedingt zu vermeiden ist.In operation of the internal combustion engine can cause mechanical and / or thermal stress that connections with such multi-part pushrods loosen what is to be avoided at all costs.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Ventilstößels, welcher unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht, dabei eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit des Ventilspiels gewährleistet und dessen Funktionsbereiche zur Verbindung mit den benachbarten Gliedern der kinematischen Kette zwischen Ventilantrieb und Ventil eine hohe Oberflächehärte sowie Materialfestigkeit aufweisen.The object of the invention is to provide a valve lifter, which a safe while avoiding the disadvantages described above Operation of the internal combustion engine enables extensive temperature independence valve clearance guaranteed and its functional areas for connection with the neighboring ones Link the kinematic chain between the valve drive and valve a high surface hardness as well Have material strength.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei gemäß der zu Grunde liegende Idee der Ventilstößel einen dem Brennkraftmaschinengehäuse zumindest annähernd entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten bei gleichzeitig wesentlich höherer Festigkeit aufweist.The task is solved with the features of claim 1, being according to the underlying idea the valve lifter one the internal combustion engine housing at least approximately corresponding coefficient of thermal expansion with much higher at the same time Has strength.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the Invention are in the subclaims specified.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Ventilstößel einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von wenigstens 16E-6, einen Elastizitätsmodul von mindestens 15E10 N/m2 und/oder eine Dichte von mindestens 7500 kg/m3 auf. Der erfindungsgemäße Ventilstößel weist somit einen wesentlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl auf, jedoch einen ähnlichen Elastizitätsmodul sowie eine ähnliche Dichte. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Ventilstößels liegt im Bereich dessen von Aluminium-Legierungen.According to a particularly preferred embodiment, the valve lifter has a coefficient of thermal expansion of at least 16E-6, an elastic modulus of at least 15E10 N / m 2 and / or a density of at least 7500 kg / m 3 . The valve lifter according to the invention thus has a significantly higher coefficient of thermal expansion than steel, but a similar modulus of elasticity and a similar density. The coefficient of thermal expansion of the valve lifter according to the invention is in the range of that of aluminum alloys.

Als sehr zweckmäßig hat es sich herausgestellt, den Ventilstößel im wesentlichen aus einem hochlegierten Stahl wie X 68 NiMnCrVNb 12-5/Ni13 herzustellen, wobei gegebenenfalls durch weitere und/oder veränderte Legierungselemente eine Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ventilstößels an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Brennkraftmaschinengehäuses erzielbar ist.It turned out to be very useful the valve lifter essentially to be made from a high-alloy steel such as X 68 NiMnCrVNb 12-5 / Ni13, where appropriate by further and / or modified alloy elements Adjustment of the coefficient of thermal expansion of the Valve tappet the coefficient of thermal expansion of the internal combustion engine housing is achievable.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige 1, welche schematisch und beispielhaft einen Ventiltrieb zeigt, näher erläutert.The following is an embodiment of the invention with reference to the only one 1 , which shows schematically and by way of example a valve train, explained in more detail.

1 zeigt vereinfacht den prinzipiell bekannten Aufbau eines Ventiltriebes mit unten liegender Nockenwelle zur Betätigung eines in einem Zylinderkopf 6 angeordneten Ventils 4 einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Das Ventil 4 ist aufgrund der Kraft der Feder 5 in Schließstellung gehalten, geöffnet wird das Ventil 4 mittels eines angetriebenen Nockens 1, dessen Bewegung über eine Stößelstange 2 und einen Kipphebel 3 auf das Ventil 4 übertragen wird. Ausgehend vom Nocken 1 ist über die Stößelstange 2, den Kipphebel 3 sowie gegebenenfalls weitere Elemente eine kinematischen Kette zum Ventil 4 gebildet. 1 simply shows the known structure of a valve train with No Corner shaft for actuating one in a cylinder head 6 arranged valve 4 an internal combustion engine not shown here. The valve 4 is due to the force of the spring 5 held in the closed position, the valve is opened 4 by means of a driven cam 1 whose movement is via a push rod 2 and a rocker arm 3 on the valve 4 is transmitted. Starting from the cam 1 is over the push rod 2 , the rocker arm 3 and, if necessary, other elements, a kinematic chain to the valve 4 educated.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse der Brennkraftmaschine aus Aluminium, wobei bei sich mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine ändernden Temperaturen abhängig vom Wärmeausdehnungskoeftizienten entsprechende Formänderungen einstellen. Diese Formänderungen des Aluminiumgehäuses sind aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 24E-6 im Vergleich zur Stahl relativ groß, so dass – um eine Änderung des Ventilspiels zu verhindern – vorliegend die Stößelstange 2 einen zumindest annähernd entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. In Hinblick auf die hohe insbesondere mechanische Belastung der Funktionsbereiche 2a und 2b, über welche die Stößelstange 2 mit den benachbarten Gliedern der kinematischen Kette zwischen Nocken 1 und Ventil 4 in Verbindung steht, weist die einteilig ausgebildete Stößelstange 2 gleichzeitig jedoch auch einen hohen Elastizitätsmodul sowie eine hohe Dichte auf.In the present exemplary embodiment, the housing of the internal combustion engine consists of aluminum, with corresponding changes in shape depending on the coefficient of thermal expansion depending on the temperatures changing with the operation of the internal combustion engine. Due to the coefficient of thermal expansion of approx. 24E-6, these changes in shape of the aluminum housing are relatively large compared to steel, so that - in order to prevent a change in the valve clearance - the push rod in the present case 2 has an at least approximately corresponding coefficient of thermal expansion. In view of the high mechanical load on the functional areas 2a and 2 B over which the push rod 2 with the neighboring links of the kinematic chain between cams 1 and valve 4 is connected, has the one-piece push rod 2 at the same time, however, also a high modulus of elasticity and a high density.

Die Stößelstange 2 besteht vorliegend aus dem physikalischen Stahl mit der Werkstoffnummer 1.3937 und der Kurzbezeichnung X 68 NiMnCrVNb 12-5/Ni13, welcher in besonderem Maße geeignet ist.The push rod 2 consists of physical steel with the material number 1.3937 and the short name X 68 NiMnCrVNb 12-5 / Ni13, which is particularly suitable.

Nachstehende Tabelle stellt die Werkstoftkennwerte Wärmeausdehnungskoeftizienten, Elastizitätsmodul und Dichte der Werkstoffe Aluminium, Stahl sowie des hoch legierten physikalischen Stahles X 68 NiMnCrVNb 12-5/Ni13 im Vergleich dar und verdeutlicht dessen im Bereich von Aluminium liegenden Wärmeausdehnungskoeftizienten und die im Bereich von Stahl liegenden Festigkeitswerte.

Figure 00050001
The table below shows the material properties of thermal expansion coefficients, modulus of elasticity and density of the materials aluminum, steel and the high-alloyed physical steel X 68 NiMnCrVNb 12-5 / Ni13 in comparison and clarifies the thermal expansion coefficients in the area of aluminum and the strength values in the area of steel.
Figure 00050001

Aufgrund der einteiligen Ausgestaltung der Stößelstange 2 wird ein entscheidender Vorteil gegenüber mehrteiligen Stößelstangen, bei welchen sichtlich einzelnen Teile unter Belastung voneinander lösen können, erreicht.Because of the one-piece design the push rod 2 becomes a decisive advantage over multi-part push rods, in which clearly individual parts under load from each other can solve.

Claims (6)

1 Ventilstößel insbesondere einteilig, zur Bewegungsubertragung in der kinematischen Kette zwischen Ventilantrieb und Ventil einer ein Aluminiumgehäuse umfassenden Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen dem Brennkraftmaschinengehäuse zumindest annähernd entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten bei gleichzeitig wesentlich höherer Festigkeit.1 valve tappet in particular one-piece, for transmission of motion in the kinematic chain between valve actuator and valve of an internal combustion engine comprising an aluminum housing, characterized by at least one of the internal combustion engine housing nearly corresponding coefficient of thermal expansion with much higher at the same time Strength. Ventilstößel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von wenigstens 16E-6.Valve tappet after Claim 1, characterized by a coefficient of thermal expansion of at least 16E-6. Ventilstößel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Elastizitätsmodul von mindestens 15E10 N/m2.Valve tappet according to claim 1, characterized by an elastic modulus of at least 15E10 N / m 2 . Ventilstößel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichte von mindestens 7500 kg/m3.Valve tappet according to claim 1, characterized by a density of at least 7500 kg / m 3 . Ventilstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines hochlegierten Stahles wie X 68 NiMnCrVNb 12-5/Ni13.Valve tappet after any of the preceding claims, characterized by the use of a high-alloy steel like X 68 NiMnCrVNb 12-5 / Ni13. Ventilstößel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch weitere und/oder veränderte Legierungselemente eine Anpassung des Wärmeausdehnungskoeftizienten des Ventilstößels (2) an den Wärmeausdehnungskoeftizienten des Brennkraftmaschinengehäuses erzielbar ist.Valve tappet according to one of the preceding claims, characterized in that an adaptation of the thermal expansion coefficient of the valve by means of further and / or modified alloy elements pestle ( 2 ) can be achieved on the thermal expansion coefficients of the internal combustion engine housing.
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