DE2810784A1

DE2810784A1 - Profile for IC engine valve operating cam - has lobe provided with increased radius profile on trailing flank to reduce wear

Info

Publication number: DE2810784A1
Application number: DE19782810784
Authority: DE
Inventors: Gernot Kuempel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2810784C3; DE2810784B2

Abstract

The IC engine valve operating cam has ascending (8) and descending (10) flanks with normal profiles. The dwell (13) between has a profile deviating from and flatter than the usual arc of a circle centered on the camshaft axis. Starting from a negative-acceleration portion of the ascending flank, this prefile pref. produces increasing acceleration, rising to a positive max. about midway before dropping away again to a negative final value.

Description

"Antriebsanordnung für Gaswechselventile"Drive arrangement for gas exchange valves

an Verbrennungskraftmaschinen" Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordung für Gaswechselventile nn Verbrennungskraftmaschinen, mit einer Nockenwelle und wenigstens einem von der Nockenwelle angetriebenen @ bertragungsglied, welches entgegen einer Ventilschließfeder auf den Ventilschaft einwirkt, wobei der den Ventilhub bewirkende Nocken aus einer Anstiegsflanke, nus einer daran anschließenden Plateauerhebung und schließlich aus einer Abstiegsflanke zusammengesetzt ist. on internal combustion engines "The invention relates to a drive arrangement for gas exchange valves nn internal combustion engines, with a camshaft and at least a @ transmission member driven by the camshaft, which counter to a Valve closing spring acts on the valve stem, the valve causing the valve lift Cam from a rising flank, followed by a plateau elevation and is finally composed of a descending flank.

Die an die Steuerung des Gaswechsels von Verbrennungskraftmaschinen gestellten Anforderungen sind bekannt und gehen dahin, daß zu den Betriebsbedingungen und Verbrennungsverfahren des Motors angepaßten Zeitpunkteii die Ventile öffnen und .jchließen. Im hinblick auf schnelle Freigabe eines möglichst großen Ventilquerschnittes bzw. schnelle Schließbewegung sollen Offnungs- und Schließflanken der Nocken möglichst steil seil. Die dabei maximal nutzbare Ventilöffnung bzw.The one used to control the gas exchange of internal combustion engines The requirements are known and go to the extent that the operating conditions and combustion processes of the engine open the valves at adjusted times and .jlose. With a view to the rapid release of the largest possible valve cross-section or fast closing movements should open and close flanks of the cams if possible steep rope. The maximum usable valve opening resp.

Optimaler Nockenhub ist dann erreicht1 wenn der engste Kannalquerschnitt und die -freigegebene Ventilöffnung in etwa übereinstimmen, eine weitere Steigerung des Ventilhubes bleibt ohne wesentliclien Einfluß auf den Gaswechsel.The optimum cam lift is achieved1 when the narrowest duct cross-section and the released valve opening roughly match, a further increase the valve lift has no significant influence on the gas exchange.

Die heute bekannten, ruckfreien Nockenformen sind im Wesentlichen aus Vornocken, Hauptbeschleunigungs- und Verzögerungsbereich zusammengesetzt. Je nach den erforderlichen Nockenhub- und Nockenbeschleunigungswerten kann es bei der Auslegung von Nocken mit groner Uereichslänge wegen der mechanischen Haltbarkeit zu Schwierigkeiten kommen.The jolt-free cam shapes known today are essentially from pre-cam, main acceleration and deceleration range composed. Depending on the required cam lift and cam acceleration values, it can be at the design of cams with a large range length because of the mechanical durability get into trouble.

Eine "lange" Nockenform hingegen, die ein langzeitiges (,ffnen des Ventils bewirken soll, muß bei gleicher Steilheit der Nockenflanken aus geometrischen Gründen einen größeren Nockenhub besitzen als eine "kurze" Nockenform.A "long" cam shape, on the other hand, requires a long-term (, opening of the Valve is intended to have the same steepness of the cam flanks from geometrical Reasons have a larger cam lift than a "short" cam shape.

Eine "lange" Nockenform mit geringem Ilub weist jedoch ungünstige, flache Flanken auf. Andererseits erhöht sich aber durch die Steigerung des Ventilhubes bei gegebener Ventilfeder und vorgegebener Ventilfeder-Vorspannkraft die maximale Federkraft an der Nockenspitze, so daß bei großem Ventilhub eine Steigerung der mechanischen Belastung des Nockens zu verzeichnen ist.A "long" cam shape with a small Ilub, however, has unfavorable, flat flanks. On the other hand, however, the increase in valve lift increases for a given valve spring and a given valve spring preload force, the maximum Spring force at the tip of the cam, so that with a large valve lift there is an increase in the mechanical load on the cam is recorded.

Außerdem kantl eine Nockenhubvergrößerung aus konstruktiven Gründen oft nicht so weit gesteigert werden, wie es von der Nockenläiige her erforderlich wäre, um an der Nockenspitze ausreichende Beschleunigungswerte im hinblick auf gute hydrodynamische Verhältnisse für die Schmierfilmbildung zu erhalten. Die Folge davon ist, daß bei ungenügender Schmierung nn Stößel und Nocken Polieverschleiß, Pitting und Fressen auftreten kann.Also kantl an increase in the cam lift for structural reasons are often not increased to the extent required by the cam length would be to have sufficient acceleration values with regard to good acceleration values at the cam tip to maintain hydrodynamic conditions for the formation of a lubricating film. The consequence of this is that with insufficient lubrication nn plunger and cam Polie wear, pitting and seizure can occur.

Uislier wurde die Offenstellung des Ventils dadurch erreicht, daß im Anschluß an die Anstiegsflanke des Nockens diese in sanftem Bogen (zunehmende Verzögerung) an die Nockenspitze herangeführt wird, an welcher sich die Abstiegsflanke anschließt.Uislier the open position of the valve was achieved in that following the rising edge of the cam, turn it in a gentle arc (increasing Delay) is brought up to the tip of the cam at which the descending flank is located connects.

Eine bekannte Möglichkeit zur Verlängerung an sich kurzer Nocken durch Einfügen eines zum Gruiidkreis konzentrischen Kreisbogens an der Nocken spitze (Beschleunigung = Null) hat aber den Nachteil, daß diese Anordung nicht ruckfrei (stetig) ist und somit bei schnellaufenden Motoren das Steuerungssystem verstärkt zum Schwingen anregt. Ferner sind die Schmierverhältnisse an diesem Kreisbogen in der Regel nicht ausreichend, um eineii Verschleiß des Nockens bzw. des Stößels zu verhinderen.A well-known way of extending cams that are actually short Insertion of a circular arc concentric to the basic circle at the cam tip (acceleration = Zero) but the disadvantage that this arrangement is not smooth (steady) and thus reinforces the control system in high-speed engines stimulates vibrations. Furthermore, the lubrication conditions on this arc are in usually not sufficient to cause wear on the cam or the tappet prevent.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nocken von gewünschter 1,Länge" zu erstellen, die im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten optimnles Voreschleißverhalten bei gutem Schwingungsverhalten des Ventiltriebes bietet.The object of the invention is to provide a cam of the desired 1, length " to create the optimal pre-wear behavior within the framework of the constructive possibilities offers good vibration behavior of the valve train.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Plateauerhebung als eine von einem Kreisbogen um die Nockenwellenachse abweichende Krümmung ausgebildet ist.This object is achieved in that the plateau elevation as a is formed deviating from an arc of a circle around the camshaft axis.

Dadurch wird ein hinsichtlich Verschleiß und Öffnungsgeschwindigkeit optimal ausgelegter "kurzer", konventioneller .Nocken mit einem dem Einlaß und dem Ventilsitz angepaßten Nockenhub durch einen zusätzlichen 13eschleujigullgsabschnitt erweitert.This reduces wear and tear and opening speed optimally designed "short", conventional. Cam with an inlet and the Valve seat adapted cam lift by an additional 13eschleujigullgsabschnitt expanded.

Der Beschleunigungsverlauf dieses Abschnittes muß jedoch zur Erzielung eines guten Schwingungsverhaltens des Ventiltriebes stetig sein und zur Erzielung eines guten Verschleißwiderstandes im Wesentlichen positive Werte annehmen, die gute hydrodynamisch wirksame Geschwindigkeiten ergeben und so die Schmierfilmbildung günstig beeinflussen. Die Folge dieser Auslegung ist gleichzeitig aus geometrischen Gründen ein sehr großer Krümmungsradius an dieser Stelle, der die Flächenpressung herabsetzt.However, the acceleration curve of this section must be achieved in order to achieve this a good vibration behavior of the valve train must be steady and to achieve a good wear resistance essentially assume positive values that result in good hydrodynamically effective speeds and thus the formation of a lubricating film influence favorably. The consequence of this interpretation is at the same time from geometric Establish a very large radius of curvature at this point, which reduces the surface pressure belittles.

Ferner kann die Plateauerhebung mit einer geringeren Krümmung als der gleichachsig zur Nockenwelle liegende Kreisbogen ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, einen Nocken mit niedrigem Ilub und ausreichender Nockenlänge zu erstellen, ohne daß die Schmierzahl ungünstig beeinflußt wird.Furthermore, the plateau elevation with a smaller curvature than the arc of a circle coaxial to the camshaft educated be. This makes it possible to have a cam with a low ilub and sufficient To create the cam length without adversely affecting the number of lubrication.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Plateauerhebung derart konstruiert sein, daß ausgehend von einer bestimmten negativen Beschleunigung der Anstiegsflanke sich ein Anstieg der Beschleunigung zu einem positiven, etwa in der mitte der Plateauerhebung liegenden Maximum ergibt und daß im weiteren Verlauf der Plateauerhebung sich ein Abfall der Beschleunigung zu einem negativen Wert ausgangs der Plateauerhebung vorgesehen ist.According to a further feature of the invention, the plateau elevation be constructed in such a way that starting from a certain negative acceleration the rising edge is an increase in acceleration to a positive, approximately in the middle of the plateau elevation results in maximum and that in the further course the plateau elevation, a drop in acceleration to a negative value is the starting point the plateau elevation is provided.

Ein derartiger Nocken ergibt nicht nur optimale Steuerzeiten bei steilen Flanken der Ventilerhebungskurve und ausreichendem Nockenhub, sonderii trägt durch geringe hubbedingte Endkräfte der Ventilfeder und geringem Reibradius an der Nocken spitze zur Reduktion der Nocken-Reibleistung und damit der Nockentemperatur bei, wodurch eine Erhöhung der wirksamen Sclimierölviskosität erreicht wird. Die Verriiigerung des Nockenhubes gegenüber dem eines konventionell aufgebauten Nockens gleicller §'Länge" und Flankensteilheit ist für den Gaswechsel unschädlich.Such a cam not only gives optimal control times on steep slopes Flanks of the valve lift curve and sufficient cam lift, sonderii carries through low stroke-related end forces of the valve spring and low friction radius on the cam tip for reducing the cam friction and thus the cam temperature, whereby an increase in the effective scaling oil viscosity is achieved. The rejection the cam lift is the same as that of a conventionally constructed cam § 'Length "and edge steepness are harmless for the gas exchange.

Schließlich kann die 2. Ableitung der Nockenkurve im flereich der Plateauerhebung stetig sein.Finally, the 2nd derivative of the cam curve can be in the area of the Plateau elevation be steady.

Anhand eines in der Zeichiiung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Antriebsanordnung für Gaswechselventile, Fig. 2 eine Nockenform gemäß der Erfindung, Fig. 3- eine "Abwicklung eines Teilstückes der Nockenform nach Fig. 2, Fig. 4 eine Geschwindigkeitskurve zu Fig. 3 uiid Fig. 5 eine Beschleunigungskurve zu Fig. 3.Based on an embodiment shown in the drawing the invention is to be explained in more detail. They show: FIG. 1 a schematically illustrated Drive arrangement for gas exchange valves, FIG. 2 shows a cam shape according to the invention, Fig. 3- a "development of a section of the cam shape according to FIG. 2, FIG. 4 a speed curve 3 and 5 show an acceleration curve for FIG. 3.

Die in der Fig. 1 dargestellte Antriebsanordnung dür Gaswechselventile besteht aus einer Nockenwelle 1 mit einem Nocken 2, der auf ein aus Tassenstößel, Stößel und Hebel 3a, 3b, 3c bestehendes Übertragungsglied 4 einwirkt und die Bewegung mit einem Hebelende gegen die Kraft einer Ventilschließfeder 5 auf den Ventilschaft 6 eines Ventiles 7 überträgt. Der Nocken 2- se-tzt sich nus einer Austiegsflanke 8, einer Plateauerhebung 9 und einer Abstiegsflanke 10 zusammen. Für die Anstiegsflanke 8 und Abstiegsflanke 10 wird ein ziemlich steiler Winkel gewählt, um das Ventil 7 so rasch als möglich zu öffnen.The drive arrangement shown in FIG. 1 for gas exchange valves consists of a camshaft 1 with a cam 2, which on a bucket tappet, Plunger and lever 3a, 3b, 3c existing transmission member 4 acts and the movement with a lever end against the force of a valve closing spring 5 on the valve stem 6 of a valve 7 transmits. The cam 2 is set up only on an exit flank 8, a plateau elevation 9 and a descending flank 10 together. For the leading edge 8 and falling flank 10, a fairly steep angle is chosen around the valve 7 to be opened as soon as possible.

.Die Anstiegs- uiid Abstiegsflanke 8, 10 werden ili an sich bekannter Weise durch ein- konzentrisch nngeordnetes Kreisbogenstück 12 direkt miteinallder verbunden. Die Belastung zwischen liocken- 2 und i-bertra-gungsglied 4 läBt sich zwar mit einer derart reduzierten Plateauerhebung verkleinern, trotzdem lassen sich in den -genannten Teilen Verschleißerscheitlungen nicht ausschließen.The rising and falling edges 8, 10 become better known per se By means of a concentrically arranged circular arc piece 12 directly with one another tied together. The load between lock 2 and transmission link 4 can be can be made smaller with such a reduced plateau elevation, nevertheless In the parts mentioned above, wear and tear cannot be ruled out.

Demgegenüber.1iat-die Plateauerhebung 9 gemäß der Erfindung eine. andere, vom Kreisbogen 12 abweichende, vorzugsweise eine geringere Krümmung als derselbe. Beim Durchlaufen der Plateauerhebung 9 verändert sich die Berührungskante zwischen Nocken 2 und Übertragungsglied 4 an beiden Teilen stetig, wodurch die Schmierzahl und die Ausbildung des Schmierfilms begünstigt und ein Verschleiß weitgehendst vermieden wird.In contrast, the plateau elevation 9 according to the invention. other, deviating from the circular arc 12, preferably a smaller curvature than same. When passing through the plateau elevation 9, the contact edge changes between cam 2 and transmission member 4 on both parts steadily, whereby the lubrication number and promotes the formation of the lubricating film and largely prevents wear will.

In der Fig. 3 ist eine Abwicklungskurve 15 eines Nockens 2 dargestellt, wobei der Nockenwinkel nuf der Abszisse und der Nocketlhub nuf der Koordinate eingetragen ist.In Fig. 3 a development curve 15 of a cam 2 is shown, where the cam angle is entered on the abscissa and the socket stroke on the coordinate is.

Die Strecke 16-17 der Kurve 15 ist leicht nnsteigend und dient als Ausgleich des Leerspiels. Die sich anschließende Strecke 17-18 zeigt einen raschen Anstieg der Kurve 15 und bedeutet ein rasches öffnen des Ventiles 7. Der Punkt 18 ist ein Wendepunkt, d.h., die Öffnungsgeschwindigkeit verlangsamt sich fortschreitend solange, bis dns Maximum des Nockenhubes bei i>unkt 19 erreicht ist.The route 16-17 of the curve 15 is slightly ascending and serves as a Compensation of the empty play. The following route 17-18 shows a quick one Increase in curve 15 and means that valve 7 opens rapidly. Point 18 is a turning point, i.e. the opening speed gradually slows down until the maximum of the cam lift at point 19 is reached.

Das Kurvenstück 20 ist erfindungsgemäß mit einer geringeren Krümmung als der gleicllachsig zur Nockenwelle liegende Kreisbogen 12 konstruiert und erstreckt sich über den gesamten Bereich der Plateauerhebung 9. Bedingt durch das Kurvenstiick 20 wird der flewegungsablauf des Nockens ^ zur Nockenmitte 11 negativ.According to the invention, the curve piece 20 has a smaller curvature constructed and extends as the circular arc 12 lying equiaxially to the camshaft over the entire area of the plateau elevation 9. Caused by the curve piece 20 the movement sequence of the cam ^ to the cam center 11 becomes negative.

Die Geschwindigkeitskurve 21 verläuft, wie aus der Fig. 4 zu entnehmen ist, von Punkt 16 bis 17 linear steigeiid, während von Pwlkt 17 bis 18 ein sinusförmiger, steiler Anstieg der Geschwindigkeit vorgeschen ist. hb Punkt 18 (.endepunkt) ist die Geschwindigkeit rückläufig und wird im weiteren Verlauf ab Punkt 19 negativ, durchläuft einen unteren Wendepunkt 22 und steigt zur Nockenmitte 11 hin positiv an.The speed curve 21 runs, as can be seen from FIG. 4 is, from point 16 to 17 linearly increasing, while from point 17 to 18 a sinusoidal, steep increase in speed is present. hb is point 18 (.end point) the speed declines and becomes negative from point 19 onwards, passes through a lower turning point 22 and rises positively towards the center of the cam 11 at.

Die Ueschleunigungskurve 23 (Fig. 5) verlauft von Punkt 16-17 konstant, steigt dann rasant bis zu einem Maximum 24 an (Wendepunkt der Geschwindigkeit in Fig. 4), durchläuft bei Punkt 18 die Nullinie, erreicht bei Punkt 19 ein negatives Maximum, steigt anschließend wieder positiv an, erreicht bei Punkt 10 die Nullinie und endet in der Nockenmitte 11 mit einem weiteren positiven Anstieg.The acceleration curve 23 (Fig. 5) is constant from point 16-17, then increases rapidly up to a maximum of 24 (turning point of the speed in Fig. 4), runs through the zero line at point 18, reaches a negative at point 19 Maximum, then rises again positively, reaches the zero line at point 10 and ends in the cam center 11 with a further positive increase.

Claims

Claims 1. Drive arrangement for gas exchange valves on internal combustion engines, with a camshaft and at least one transmission element driven by the camshaft, which acts against a valve closing spring on the valve stem, the the valve lift effecting cams from a rising edge, from a subsequent one Plateau elevation and finally a descending flank is composed, d a d u r c h e k e n n n e i c hn e t that the plateau elevation (13) as one of a Circular arc (iS) around the camshaft axis deviating curvature is formed.

2. Drive arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n zc i c C n e t that the plateau elevation (13) with a smaller curvature than that Coaxial to the camshaft arc (12) is formed nut.

3. Drive arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n ii z e i c h n e t that the plateau elevation (13) is constructed in such a way that it starts out from a certain negative acceleration of the leading edge (8) there is a rise the acceleration to a positive, approximately in the middle of the plateau elevation Maximum results and that in the further course of the plateau elevation themselves a drop in acceleration to a negative output of the plateau elevation is provided.

4. Drive arrangement according to one of claims 1 to 3, d n d u r c h g e k e n ii e i c h n e t that the 2nd derivative of the cam curve in the area the plateau elevation (13) is continuous.