DE3444901A1 - Cam control - Google Patents

Cam control

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DE3444901A1 DE19843444901 DE3444901A DE3444901A1 DE 3444901 A1 DE3444901 A1 DE 3444901A1 DE 19843444901 DE19843444901 DE 19843444901 DE 3444901 A DE3444901 A DE 3444901A DE 3444901 A1 DE3444901 A1 DE 3444901A1
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14—Tappets; Push rods
    • F01L1/143—Tappets; Push rods for use with overhead camshafts

Abstract

The invention relates to a cam control, especially a valve control for internal combustion engines, with a camshaft with at least one cam and one cam follower, especially a bucket tappet, the sliding surfaces between cam and/or cam follower being formed as a function of the dynamic micro-deformation of the cam follower in order to reduce the wear in dynamic stressing.

Description

AudiAudi

Ingolstat, den 23. Novmeber 1984 AUDI NSU AUTO UNIONIngolstat, November 23, 1984 AUDI NSU AUTO UNION

IP 2013 Za/Fr Aktiengesellschaft IP 2013 Za / Fr Aktiengesellschaft

NockensteuerungCam control

Die Erfindung betrifft eine Nockensteuerung, insbesondere eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a cam control, in particular a valve control for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Insbesondere bei Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen ist es üblich, den unmittelbar am Nocken anlaufenden Nockenfolger an seiner Kontaktfläche ballig auszubilden, um Kantenträger zu vermeiden. Bei Tassenstößel als Nockenfolger sind deren Stößelböden bzw. Gleitflächen zumeist plan ausgeführt.In the case of valve trains for internal combustion engines in particular, it is common to activate the cam follower which starts directly at the cam to form its contact surface spherical in order to avoid edge carriers. With bucket tappets as cam followers, their tappet bottoms are or sliding surfaces mostly executed flat.

Ferner ist eine Nockenwelle mit umschmelzgehärteten Nocken bekannt (DE-PS 27 42 597), deren Randbereiche ungehärtet sind. Dadurch soll das Einlaufverhalten zwischen Nocken und Nockenfolger verbessert und ebenfalls Kantenträger bzw. deren Auswirkungen vermieden werden.Furthermore, a camshaft with remelt-hardened cams is known (DE-PS 27 42 597), the edge areas of which are not hardened. This is intended to improve the running-in behavior between the cam and the cam follower and also edge carriers and their effects are avoided.

Trotz dieser Maßnahmen können sich bei bestimmten Nockenfolgerkonstruktionen (z. B. bei hydraulischen Tassenstößeln) und hohen Übertragungsmomenten Probleme ergeben, die scheinbar auf ungleichmäßige Belastungen in den Kontaktbereichen zwischen Nocken und Nockenfolger zurückzuführen sind.Despite these measures, certain cam follower designs (e.g. with hydraulic bucket tappets) and high transmission torques result in problems that seem to be due to uneven Loads in the contact areas between cam and cam follower are due.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Nockensteuerung derart zu verbessern, daß auch bei hohen Übertragungsleistungen zwischen Nocken und Nockenfolger eine gleichmäßige Belastung im Kontaktbereich sichergestellt und somit der Verschleiß der Nockensteuerung.verringert ist.The object of the invention is to improve the generic cam control in such a way that even with high transmission powers between the cam and the cam follower an even load is ensured in the contact area and thus the wear and tear of the Cam control is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindunsgemäß mit den kennzeichnenden MerkmalenThis task is according to the invention with the characterizing features

des Patentanpruches 1 gelöst.of claim 1 solved.

Es wurde erkannt, daß der Nockenfolger aufgrund der hohen dynamischen Belastungen während des Betriebes der Brennkraftmaschine Mikroverformungen unterliegen kann, die eine ungleichmäßige Beanspruchung des Kontaktbereiches bzw. der Kontaktlinien zwischen Nocken und Nockenfolger bewirken. Hinzu kommen, ausgelöst durch die Massenkräfte und Ventilfederkräfte, Schwingungen in der Ventilsteuerung, die ebenfalls zu Mikroverformungen führen können.It was recognized that the cam follower due to the high dynamic Loads during the operation of the internal combustion engine can be subject to micro-deformations that result in uneven loading of the contact area or the contact lines between the cam and the cam follower. Added to this are triggered by the Mass forces and valve spring forces, vibrations in the valve control, which can also lead to micro-deformations.

Erfindungsgemäß werden diese Mikroverformungen, z. B. durch Simulation der auftretenden Belastung in einem Prüfstand, ermittelt, gemessen und durch entsprechende Ausbildung der Kontaktflächen bzw. durch entsprechende Gleitflächengestaltung des Nocken und/oder Nockenfolgers berücksichtigt, so daß nunmehr gleichmäßige Belastungen und Pressungen an Nocken und Nockenfolger bei hohen dynamischen Beanspruchungen sichergestellt sind. Vereinfacht ausgedrückt ist dies so zu verstehen, daß z. B. bei einer festgestellten, dynamischen Durchbiegung (im Mikrobereich) des Nockenfolgers entweder die Nockenkontaktfläche dieser Durchbiegung zumindest teilweise angeglichen ausgebildet wird und/oder der Nockenfolger im unbelasteten Zustand mit umgekehrtem Vorzeichen gekrümmt gefertigt wird, so daß sich dann bei dynamischer Belastung eine gleichmäßige Anpressung ergibt.According to the invention, these micro-deformations, for. B. determined by simulating the load occurring in a test bench, measured and through appropriate design of the contact surfaces or through appropriate sliding surface design of the Cam and / or cam follower taken into account, so that now uniform loads and pressures on the cam and cam follower are ensured in the case of high dynamic loads. Put simply, this is to be understood that z. B. at a detected, dynamic deflection (in the micro range) of the cam follower either the cam contact surface of this deflection is formed at least partially matched and / or the cam follower in the unloaded state with the opposite sign is made curved, so that there is then a uniform contact pressure under dynamic loading.

Eine Nockensteuerung mit einem Tassenstößel als Nockenfolger kann entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 2 ausgebildet sein. Wie sich gezeigt hat, kann den im Stößelboden auftretenden Durchbiegungen und Schwingungen bzw. Mikroverformungen erfingungsgemäß Rechnung getragen werden, in dem dessen Gleitfläche hohl (becherförmig) gestaltet ist. Eine derartige Maßnahme ist herstellungstechnisch relativ einfach durchführbar und führt zu einer erhöhten Belastungsfähigkeit und Verschleißbeständigkeit der Nockensteuerung. A cam control with a bucket tappet as a cam follower can be designed in accordance with the features of claim 2. As has been shown, the deflections and vibrations or micro-deformations occurring in the tappet base can according to the invention Be taken into account, in which the sliding surface is designed hollow (cup-shaped). Such a measure is manufacturing technology relatively easy to carry out and leads to an increased load capacity and wear resistance of the cam control.

Anstelle oder zusätzlich zum Nockenfolger kann jedoch auch der Nocken entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 3 ausgeführt sein. Die Krümmung der im wesentlichen achsparallelen MantellinienInstead of or in addition to the cam follower, however, the cam can also be designed in accordance with the features of claim 3 be. The curvature of the essentially axially parallel surface lines

kann gegebenenfalls über den Umfang des Nockens abhängig von der jeweiligen Flächenpressung bzw. Belastung variieren.may possibly depend on the scope of the cam the respective surface pressure or load vary.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 4 bis 7 angeführt.Appropriate and advantageous developments of the invention are cited in claims 4 to 7.

Z. B. konnten bei einer Tassenstößelkonstruktion der im Patentanspruch 4 angegebenenen Dimension günstige Ergebnisse erzielt werden. Dabei empfiehlt es sich, etwa vom halben Wert der bei der höchsten dynamischen Belastung gemessenen Mikroverformung auszugehen, um auch bereits bei einer mittleren Belastung der Nockensteuerung bzw. des Ventiltriebes gleichmäßige Flächenpressungen bzw. geringsten Verschleiß zu erzielen.For example, in the case of a bucket tappet construction, the patent claim 4 indicated dimension favorable results can be achieved. It is advisable to use about half the value of at The micro-deformation measured at the highest dynamic load can be assumed, even with a medium load of the To achieve cam control or the valve train uniform surface pressures or minimal wear.

Bei gegenüber der Nocken-Rotationsmittelebene versetztem Nockenfolger ist es zweckmäßig, diese unsymmetrische, dynamische Belastung durch eine entsprechende Neigung der Nockengleitfläche zu berücksichtigen.With the cam follower offset in relation to the cam plane of rotation it is advisable to compensate this asymmetrical, dynamic load by a corresponding inclination of the cam sliding surface to consider.

Als besonders, geeigneter Nockenfolger-Gleitpartner bzw. Nocken hat sich hinsichtlich des Materiales und der Oberflächenhärte eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanpruches 6 erwiesen. Das Gefüge der Randbereiche ist bevorzugt gemäß Patentanspruch 7 ausgeführt.As a particularly suitable cam follower sliding partner or cam a camshaft with the features of claim 6 has proven to be true in terms of the material and the surface hardness. The structure of the edge areas is preferably designed according to claim 7.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die anliegende Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is set out below with others Details explained in more detail. The attached drawing shows in

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Nockensteuerung mit1 with a cam control according to the invention

einem Nocken und einem Tassenstößel, teilweise im Schnitt unda cam and a bucket tappet, partly in section and

Figo 2 einen Abschnitt des Nockens nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.Figure 2 is a 1 o section of the cam of FIG. Enlarged scale.

Eine nur abschnittsweise dargestellte Nockenwelle 2 einer Hubkolben-Viertakt-Brennkkraftmaschine vi/eist einen Nocken 4 auf, an den ein in seiner Breite verringerter, asymmetrischer Grundkreis 5 anschließt. Nocken 4 und Grundkreis 5 wirken mit einem Tassenstößel 6 als Nockenfolger zusammen. Der Tassenstößel 6 ist in einem Gehäuse 8 der Brennkraftmaschine verschiebbar gelagert und wirkt auf ein Gaswechselventil, von dem nur der Schaft 10 dargestellt ist.A camshaft 2, shown only in sections, of a reciprocating four-stroke internal combustion engine vi / eist a cam 4, to which an asymmetrical base circle 5, reduced in width, connects. Cam 4 and base circle 5 interact with a bucket tappet 6 as a cam follower. The bucket tappet 6 is in a housing 8 of the internal combustion engine mounted displaceably and acts on a gas exchange valve, of which only the shaft 10 is shown.

Der Tassenstößel 6, der nur schematisch.dargestelllt ist und sowohl ein einfacher Tassenstößel als auch ein hydraulischer Tassenstößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich sein kann, setzt sich aus einem zylindrischen Schaftteil 12 und einem Stößelboden 14 zusammen. Das Verhältnis zwischen der Stärke s des Stößelbodens 14 und dem Innendurchmesser d des Schaftes 12 beträgt ca. 0,1. Die einander zugewandten Oberflächen des Stößelbodens 14 und des Nockens 4 sind die zusammenwirkenden Gleitpartner der Nockenbzw. Ventilsteuerung.The bucket tappet 6, which is only shown schematically and can be both a simple bucket tappet and a hydraulic bucket tappet with hydraulic valve clearance compensation, sets consists of a cylindrical shaft part 12 and a plunger base 14. The ratio between the thickness s of the bottom of the ram 14 and the inner diameter d of the shaft 12 is approximately 0.1. The mutually facing surfaces of the ram bottom 14 and of the cam 4 are the interacting sliding partners of the Nockenbzw. Valve control.

Der Tassenstößel 6 ist bezüglich seiner Zylinderachse 16 gegenüber der Rotationsmittelebene 18 des Nockens 4 versetzt angeordnet, um während des Ventiläntriebes auch ein Drehmoment auf den Tassenstößel 6 auszuüben. Dieses Drehmoment wird durch den einseitig versetzten Nockengrundkreis 5 noch verstärkt und trägt zur Verschleißminderung am Nockentrieb bei.The bucket tappet 6 is opposite with respect to its cylinder axis 16 the center of rotation plane 18 of the cam 4 is arranged offset in order to also apply a torque to the bucket tappet during the valve drive 6 exercise. This torque is increased by the cam base circle 5 offset on one side and contributes to a reduction in wear on the cam drive.

Durch das Übertragungsmöment des Nockens 4 auf den Tassenstößel 6 sowie durch Massen- und Ventilfederkräfte wird der im unbelasteten Zustand plane Stößelboden 14 wie in der Fig. 1 übertrieben dargestellt im Mikrobereich verformt» Dadurch wurden sich unterstützt durch Schwingungen im Nockentrieb ungleiche Flächenpressungen an den momentanen Berührungslinien der Gleitflächen ergeben. Um dies zu vermeiden, ist die Umfangs-Gleitfläche des Nockens 4 abhängig von der dynamischen Mikroverformung des Stößelbodens 14 konkav geschliffen, so daß sich diese weitgehendst der Mikroverformung des Stößelbodens 14 angleicht und somit ein gleichmäßiger Linienkontakt bzw. eine konstante Flächenpressung zwischen Nocken 4 und Stößelboden 14 sichergestellt ist.By the transmission of the cam 4 on the bucket tappet 6 and by mass and valve spring forces, the tappet bottom 14, which is planar in the unloaded state, is shown exaggerated, as in FIG. 1 deformed in the micro range »This supported each other vibrations in the cam drive result in unequal surface pressures on the current contact lines of the sliding surfaces. To this to avoid, the circumferential sliding surface of the cam 4 is dependent on the dynamic micro-deformation of the tappet bottom 14 ground concave, so that this largely matches the micro-deformation of the tappet bottom 14 and thus a uniform line contact or a constant surface pressure between cam 4 and tappet base 14 is ensured.

34U90134U901

Die Konkavheit der daraus resultierenden, gekrümmten Mantellinien 20 der Nockengleitfläche beträgt bezogen auf eine Nennbreite von b = 100 mm um 150μ, was einem Radius R 10 m entspricht. Ferner sind diese Mantellinien 20 bzw. deren Symmetrielinien zur Kompensation des Stößelversatzes gegenüber dem Nocken 4 bzw. dessen daraus resultierender unsymmetrischer Mikroverformung wie dargestellt gegenüber der Nockenwellen-Drehachse 22 geneigt.The concavity of the curved surface lines 20 of the cam sliding surface resulting therefrom is, based on a nominal width, of b = 100 mm by 150μ, which corresponds to a radius R 10 m. Furthermore, these surface lines 20 or their lines of symmetry are for compensation of the ram offset with respect to the cam 4 or its asymmetrical micro-deformation resulting therefrom, as shown inclined with respect to the camshaft axis of rotation 22.

Die Nockenwelle 2 mit dem Nocken 4 ist aus Grauguß hergestellt. Die Nockengleitflächen sind nach dem WIG-Umschmelzverfahren über eine Breite von ca. 70 % (vgl. Fig. 2) umschmelzgehärtet, wobei sich im unmittelbar umgeschmolzenen Oberflächenbereich 24 ein ledeburitisches, weiß erstarrtes Gefüge gebildet hat. Die Härte dieses Gefüges liegt etwa bei 600 HV. Die beiderseitigen Randbereiche 26 sind aufgrund der gezielt geringeren Aufheizung während des Umschmelzens mit von der gehärteten Zone 24 nach außen abfallender Härte und unterschiedlichem Gefüge ausgebildet. Das Gefüge wechselt dabei von martensitisch und austenitisch über perlitisch und ferritisch. Die Härte fällt von 500 HV im unmittelbar an der Härtezone 24 angrenzenden Bereich auf 300 HV zur Nockenkante ab.The camshaft 2 with the cam 4 is made of gray cast iron. The cam sliding surfaces are remelt-hardened according to the TIG remelting process over a width of approx. 70 % (cf. FIG. 2), a ledeburitic, white solidified structure having formed in the immediately remelted surface area 24. The hardness of this structure is around 600 HV. The edge regions 26 on both sides are formed, due to the deliberately lower heating during the remelting, with a hardness falling outward from the hardened zone 24 and with a different structure. The structure changes from martensitic and austenitic to pearlitic and ferritic. The hardness drops from 500 HV in the area immediately adjacent to the hardness zone 24 to 300 HV towards the edge of the cam.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde der Tassenstößel 6 bzw. dessen Stößelboden 14 an seiner zum Nocken gewandten Gleitfläche rotationssymmetrisch plan ausgebildet. Die übertriebene eingezeichnete Krümmung stellt sich bei einer definierten, dynamischen Verformung im Mikrobereich ein. Abweichend davon wäre es jedoch auch möglich, diese Gleitfläche mit Bezug zur Nockengleitfläche becherförmig hohl auszubilden, um dann bei einer dynamischen Verformung im wesentlichen eine plane Gleitfläche zu erhalten, die dann an einer zylindrischen Nockengleitfläche mit geraden Mantellinien 20 anlaufen könnte.In the exemplary embodiment shown, the bucket tappet 6 or its tappet base 14 has been turned towards the cam Sliding surface designed to be rotationally symmetrical. The exaggerated drawn curvature arises with a defined, dynamic one Deformation in the micro range. In a departure from this, however, it would also be possible to relate this sliding surface to the cam sliding surface to be hollow in the shape of a cup in order to obtain a substantially flat sliding surface in the event of dynamic deformation, which could then run against a cylindrical cam sliding surface with straight surface lines 20.

Ferner ist es denkbar, sowohl die Nockengleitfläche und die Gleitfläche am Stößelboden 14 entsprechend gekrümmt bzw. hohl auszubilden.It is also conceivable for both the cam sliding surface and the sliding surface on the tappet bottom 14 to be correspondingly curved or hollow to train.

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Claims (7)

AudiAudi Ingolstadt, den 23. November 1984 AUDI NSU AUTO UNIONIngolstadt, November 23, 1984 AUDI NSU AUTO UNION IP 2013 Za/Fr AktiengesellschaftIP 2013 Za / Fr Aktiengesellschaft PatentansprücheClaims 1»)Nockensteuerung, insbesondere Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen, mit einer Nockenwelle mit zumindest einem Nocken und einem Nockenfolger, insbesondere einem Tassenstößel, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitflächen zwischen Nocken (4) und/oder Nockenfolger (6) abhängig von der dynamischen Mikroverformung des Nockenfolgers (6) derart geformt sind, daß eine konstante dynamische Flächenpressung im Kontaktbereich erzielt ist. 1 ») Cam control, in particular valve control for internal combustion engines, with a camshaft with at least one cam and a cam follower, in particular a bucket tappet, characterized in that the sliding surfaces between the cam (4) and / or cam follower (6) depend on the dynamic micro-deformation of the cam follower (6) are shaped in such a way that a constant dynamic surface pressure is achieved in the contact area. 2. Nockensteuerung nach Anspruch 1, mit einem Tassenstößel2. Cam control according to claim 1, with a bucket tappet als Nockenfolger, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Nocken (4) korrespondierende Gleitfläche des Tassenstößels (6) becherförmig hohl ausgeführt ist.as a cam follower, characterized that the sliding surface of the bucket tappet (6) corresponding to the cam (4) is cup-shaped and hollow is. 3. Nockensteuerung nach den Ansprüchen 1 oder 2, mit einem Tassenstößel als Nockenfolger, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche des Nockens (4) bzw. deren achsparallele Mantellinien (20) konkav ausgebildet sind.3. Cam control according to claims 1 or 2, with a bucket tappet as a cam follower, characterized in that the sliding surface of the cam (4) or its axially parallel surface lines (20) are concave are. 4. Nockensteuerung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konkavheit bezogen auf 100 mm Breite 80 bis 250μ bei einem Stößelboden/Durchmesserverhältnis des Tassenstößels (6) von < 0,2 beträgt.4. Cam control according to claims 2 or 3, characterized in that the concavity is related on a width of 100 mm 80 to 250μ with a tappet base / diameter ratio of the bucket tappet (6) of < Is 0.2. 5. Nockensteuerung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, bei der der Nockenfolger gegenüber dem Nocken desachsiert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken-Mantellinien (20) bzw. deren Symmetrielinien bezogen zur Nockendrehachse (22) geneigt sind.5. Cam control according to Claims 1, 3 and 4, in which the cam follower is arranged offset relative to the cam is, characterized in that the cam surface lines (20) or their symmetry lines related are inclined to the cam axis of rotation (22). ,- 2 ·■, - 2 · ■ 34U90134U901 6. Nockensteuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (4) bzw. die Nockenwelle (2) aus Gußeisen hergestellt ist und daß die Nockengleitfläche umschmelzgehärtet ist, wobei die Härte jeweils zum Randbereich des Nockens abnimmt.6. Cam control according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the cam (4) and the camshaft (2) are made of cast iron is made and that the cam sliding surface is remelt-hardened, the hardness in each case to the edge region of the cam decreases. 7. Nockensteuerung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzechnet , daß der Nocken (4) an seiner Gleitfläche über ca. 60 bis 80 % seiner Breite ledeburitisches Gefüge (Härtezone 24) und in den Randbereichen 26 martensitisches und/oder austenitisches, perlitisches, ferritisches Gefüge aufweist.7. cam control according to claim 6, characterized ge kennzechnet that the cam (4) on its sliding surface over about 60 to 80 % of its width ledeburitic structure (hardening zone 24) and in the edge areas 26 martensitic and / or austenitic, pearlitic, ferritic structure having.
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