DE69103613T2 - Valve lifter. - Google Patents

Valve lifter.

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Description

Diese Erfindung betrifft Ventilstößel (auch Stößel oder Zapfen genannt) zur Verwendung in Maschinen mit Ventilbetätigung. In bevorzugten Ausführungsformen betrifft die Erfindung die sogenannten direkt wirkenden Ventilstößel.This invention relates to valve tappets (also called tappets or pins) for use in valve actuated machines. In preferred embodiments, the invention relates to so-called direct-acting valve tappets.

Eine erhöhte Effizienz in modernen Maschinen hat sich aus der Massenreduzierung der Ventilzüge (für geringere Reibungsverluste und/oder höhere Maschinengeschwindigkeiten) und aus der Zunahme der Anzahl von Ventilen pro Zylinder ergeben. Direkt wirkende Ventilanordnungen, wie sie in Maschinen mit obenliegenden Nockenwellen vorhanden sind, sind von besonderem Interesse, da sie die sich hin und her bewegenden Elemente auf die Ventile und die ihnen zugeordneten Ventilstößel begrenzen.Increased efficiency in modern engines has resulted from reducing the mass of the valve trains (for lower friction losses and/or higher engine speeds) and from increasing the number of valves per cylinder. Direct acting valve arrangements, such as those found in overhead cam engines, are of particular interest as they limit the reciprocating elements to the valves and their associated valve lifters.

Konstruktionsbemühungen, die Stößelmasse zu verringern, haben zu der Verwendung von Keramik, Verbundwerkstoffen mit Metallmatrix und Magnesium als auch anderen Materialien geführt. Die Kosten solcher Materialien, die besondere Bearbeitung und die extensive Entwicklung und Testverfahren, die erforderlich sind, um sie zu verwenden, kann dazu führen, daß sich diese Konstruktionenaufgrund der Kosten verbieten.Design efforts to reduce tappet mass have led to the use of ceramics, metal matrix composites, and magnesium, as well as other materials. The cost of such materials, the special machining, and the extensive development and testing required to use them can make these designs cost prohibitive.

Die DE-A-3,806,839 offenbart ein Ventilstößel mit den Merkmalen, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben sind, zu dem eine Spitze gehört, die gekrümmte Enden hat, welche durch lineare Seiten verbunden sind. Um ein niedriges Gewicht und hohe Steifigkeit zu erreichen, sind die Seitenwandungen aus zwei dünnwandigen U-förmigen Profilen gebildet.DE-A-3,806,839 discloses a valve tappet with the features specified in the preamble of claim 1, including a tip having curved ends connected by linear sides. In order to achieve low weight and high rigidity, the side walls are formed from two thin-walled U-shaped profiles.

Die EP-A-0,108,238 offenbart ein Ventilstößel zur Verwendung mit Nockenwellen variablen Profils. Der Ventilstößel besitzt einen kippbaren Sattelblock, der auf einem Lagersattel liegt, welcher zwei halbzylindrische Führungen besitzt, die mittig an gegenüberliegenden Seiten des Sattelblocks angeordnet sind. Die Führungen verhindern eine Rotation des Sattels um eine Ventilachse.EP-A-0,108,238 discloses a valve tappet for use with variable profile camshafts. The valve tappet has a tiltable saddle block which rests on a bearing saddle which has two semi-cylindrical guides arranged centrally on opposite sides of the saddle block. The guides prevent rotation of the saddle about a valve axis.

Die vorliegende Erfindung versucht, einen verbesserten Ventilstößel anzugeben.The present invention seeks to provide an improved valve tappet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ventilstößel vorgesehen, wie er in Anspruch 1 spezifiziert ist.According to the present invention there is provided a valve tappet as specified in claim 1.

Der hierin verwendete Begriff "länglich" soll jede geeignete Form abdecken, deren Hauptachse länger als ihr Querdurchmesser ist.The term "elongated" as used herein is intended to cover any suitable shape having a major axis longer than its transverse diameter.

Die Erfindung kann Mittel bereitstellen, um die Stößelmasse durch Änderungen in der Geometrie zu minimieren, ohne spezielle Materialien zu erfordern.The invention may provide means to minimize the ram mass through changes in geometry, without requiring special materials.

Der Ventilstößel hat vorzugsweise eine Nockenkontaktfläche, die etwa von der Breite oder etwas breiter als die Breite eines zugeordneten Nockens ist. Die Kontaktfläche kann sich in Längsrichtung erstrecken (gewöhnlicherweise in der Richtung der Nockengleitbewegung), um die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsnockenprofilen zu erlauben, ohne eine Erhöhung der Breite der Kontaktfläche des Stößels zu erfordern. Halbzylindrische Endwandungen oder Verkleidungen erstrecken sich von den in Längsrichtung gesehenen Enden der Nockenkontaktfläche, um den Stößel in dem Stößelgang zu führen und zu stabilisieren. Die Wandungen können zur Verstärkug mit Rippen versehen sein.The valve lifter preferably has a cam contact surface that is approximately the width of, or slightly wider than, the width of an associated cam. The contact surface may extend longitudinally (usually in the direction of cam sliding motion) to allow the use of high speed cam profiles without requiring an increase in the width of the lifter contact surface. Semi-cylindrical end walls or shrouds extend from the longitudinal ends of the cam contact surface to guide and stabilize the lifter in the lifter path. The walls may be ribbed for reinforcement.

Eine kreisförmige Ausnehmung in einer mechanischen Version des Stößels ist geeignet, eine Ventilbeilegscheibe aufzunehmen. In einer hydraulischen Version des Stößels definiert eine zylindrische Wandung zwischen den halbzylinderförmigen Verkleidungen einen Zylinder, um ein hydraulisches Spieleinstellelement aufzunehmen.A circular recess in a mechanical version of the tappet is adapted to receive a valve shim. In a hydraulic version of the tappet, a cylindrical wall between the semi-cylindrical fairings defines a cylinder to receive a hydraulic lash adjuster.

In bevorzugten Ausführungsformen können niedrige Massen und adäquate Festigkeitseigenschaften durch die Verwendung von dünnen Wandungen und Verstärkungsrippen, die vorzugsweise durch Investmentguß gebildet sind, vorgesehen werden.In preferred embodiments, low masses and adequate strength properties can be provided by the use of thin walls and reinforcing ribs, preferably formed by investment casting.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gerät zur Betätigung eines Ventils in einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, wie es in Anspruch 9 spezifiziert ist.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for actuating a valve in an internal combustion engine as specified in claim 9.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:An embodiment of the present invention is described below, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils eines Motorzylinderkopfes ist, die eine Ausführungsform eines hydraulischen Ventilstößels und zugeordneten Nockens darstellt;Fig. 1 is a cross-sectional view of a portion of an engine cylinder head illustrating an embodiment of a hydraulic valve lifter and associated cam;

Fig. 2 eine Unteransicht des hydraulischen Stößels entlang der Linie 2-2 von Fig. 1 ist;Fig. 2 is a bottom view of the hydraulic ram taken along line 2-2 of Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht des Stößelbereiches ist, die die Oberfläche von mehreren hydraulischen Stößeln zeigt, entlang der Linie 3-3 von Figur 1;Fig. 3 is a plan view of the ram area showing the surface of several hydraulic rams taken along line 3-3 of Fig. 1;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des hydraulischen Stößels von Figur 1 entlang der Linie 4-4 von Figur 2 ist;Figure 4 is a cross-sectional view of the hydraulic ram of Figure 1 taken along line 4-4 of Figure 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Stößels von Figur 1 ist;Figure 5 is a perspective view of the hydraulic ram of Figure 1;

Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht eines Zylinderkopfes und eines mechanischen Stößels ist;Fig. 6 is a partial cross-sectional view of a cylinder head and a mechanical ram;

Fig. 7 eine Längsschnittansicht des mechanischen Stößels von Figur 6 entlang der Linie 7-7 von Figur 8 ist;Figure 7 is a longitudinal sectional view of the mechanical ram of Figure 6 taken along the line 7-7 of Figure 8;

Fig. 8 eine Unteransicht des mechanischen Stößels von Figur 6 ist; undFig. 8 is a bottom view of the mechanical ram of Fig. 6; and

Fig. 9 eine Ansicht entsprechend der Figur 3 einer alternativen Form eines hydraulischen Stößels ist.Fig. 9 is a view corresponding to Figure 3 of an alternative form of hydraulic ram.

Bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 5 besitzt ein Motor 10 mit einem Stößel- und Nockengang 12 eine Nockenwelle 13 und eine Mehrzahl von hydraulischen Ventilstößeln 14, die durch die Nockenwelle durch eine Mehrzahl von Nockenscheiben 16 mit Nocken 18 betätigt werden.Referring to Figures 1 to 5, an engine 10 with a tappet and cam gear 12 has a camshaft 13 and a plurality of hydraulic valve tappets 14 which are actuated by the camshaft through a plurality of cam disks 16 with cams 18.

Der Stößelgang 20 und die Nockenabdeckung 22 des Stößel- und Nockenganges 12 können aus Aluminium, gegossenem Eisen oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein, während die Nockenwelle 13 und die hydraulischen Stößel 14 vorzugsweise aus legiertem Stahl gemacht sind, obwohl andere Materialien verwendet werden können.The tappet 20 and cam cover 22 of the tappet and cam 12 may be made of aluminum, cast iron or other suitable material, while the camshaft 13 and hydraulic tappets 14 are preferably made of alloy steel, although other materials may be used.

Jeder hydraulische Stößel 14 besitzt einen Ventilstößelkörper 23, der eine herkömmliche Hydraulikelementanordnung oder ein Spieleinstellelement 24, das über Kanäle 34 ein Hydraulikfluid von einem Kanal 36 in einer Wandung des Stößelganges erhält, aufweist. Die mit dem Nokken in Eingriff kommende Spitze 38 des Ventilstößels 23 ist länglich mit halbkreisförmigen Enden und allgemein parallelen Verbindungsseiten ausgebildet. Halbkreisförmige zylindrische Endwandungen 40 erstrecken sich von den halbkreisförmigen Enden. Die Wandungen 40 sind in ihren Bodenbereichen 42 im Umfang verringert, um die Masse der Stößel zu verringern. Sich nach unten erstrekkende Rippen 44, die die Hydraulikkanäle 43 enthalten, verbinden die zylindrischen Wandungen 40 mit der Unterseite der mit dem Nocken in Eingriff kommenden Spitze 38.Each hydraulic lifter 14 has a valve lifter body 23 which includes a conventional hydraulic element arrangement or lash adjuster 24 which receives hydraulic fluid from a channel 36 in a wall of the lifter path through passages 34. The cam-engaging tip 38 of the valve lifter 23 is elongated with semi-circular ends and generally parallel connecting sides. Semi-circular cylindrical end walls 40 extend from the semi-circular ends. The walls 40 are reduced in circumference in their bottom regions 42 to reduce the mass of the lifters. Downwardly extending ribs 44 containing the hydraulic passages 43 connect the cylindrical walls 40 to the bottom of the cam-engaging tip 38.

Eine im wesentlichen kreisförmige zylindrische Wandung 50 erstreckt sich von der Mitte des Ventilstößelkörpers 23, um einen Zylinder mit einem geschlossenen Ende zur Aufnahme des hydraulischen Spieleinstellelements 24 bereitzustellen. Diese Wandung 50 ist, wie gezeigt, etwas breiter als die Spitze 38 des Ventilstößelkörpers 23 und hat geneige Oberkanten 52 (am besten in Figur 5 ekennbar).A substantially circular cylindrical wall 50 extends from the center of the valve lifter body 23 to provide a cylinder with a closed end for receiving the hydraulic lash adjuster 24. This wall 50 is, as shown, slightly wider than the tip 38 of the valve lifter body 23 and has sloped upper edges 52 (best seen in Figure 5).

Das Spieleinstellelement oder die Hydraulikelementanordnung 24 besitzt einen tassenförmigen Kolben 54, der im Betrieb mit der Spitze einer Ventilstange 56 in Eingriff kommt. Die Ventilstange 56 wird im Betrieb durch eine Druckfeder 57 nach oben gedrückt (d.h. in Richtung des Spieleinstellelements 24), die mit einer Unterlegscheibe 38 in Eingriff steht, welche an der Ventilstange durch geteilte Ringelemente 59 in der üblichen Weise gehalten ist. Falls gewünscht, könnte ein kleineres kreisförmiges zylindrisches Spieleinstellelement oder sogar ein enges längliches Einstellelement anstelle des Einstellelements 24 vorgesehen sein, so daß die Breite des Zylinders, der durch die Wandung 50 gebildet wird, so gemacht werden könnte, daß sie nicht größer als die Breite der Spitze 38 ist.The lash adjuster or hydraulic element assembly 24 comprises a cup-shaped piston 54 which in use engages the tip of a valve rod 56. The valve rod 56 is in use urged upwards (i.e. towards the lash adjuster 24) by a compression spring 57 which engages a washer 38 which is held to the valve rod by split ring members 59 in the usual manner. If desired, a smaller circular cylindrical lash adjuster or even a narrow elongated adjuster could be used instead. of the adjusting element 24 so that the width of the cylinder formed by the wall 50 could be made not greater than the width of the tip 38.

Auch können, wie in Figur 9 erkennbar ist, die geneigten Kanten 52 weggelassen werden, indem der Stößel 14' mit einer nach oben ausgebeulten länglichen flachen Spitze 38' versehen wird.Also, as can be seen in Figure 9, the inclined edges 52 can be omitted by providing the plunger 14' with an upwardly bulging, elongated flat tip 38'.

Was nun die Figuren 6, 7 und 8 angeht, ist ein mechanischer Stößel 60 gezeigt, der einige der Merkmale des hydraulischen Stößels 14 teilt. Der Stößel 60 besitzt einen Ventilstößelkörper 61, der in einer Stößelführung (nicht gezeigt) durch einen Nocken 62 der Nockenwelle 64 hin und her bewegt wird. Der Körper 61 steht an seinem unteren Ende mit einem Ende 80 einer Ventilstange 65 in Eingriff, die nach oben (d.h. in Richtung des Ventilstößelkörpers 61) durch eine Druckfeder 66 gedrückt wird, welche zwischen einer Unterlegscheibe 68, die durch geteilte Ringelemente 70 und einerZylinderkopfwandung 72 gehalten ist. Das obere Ende 80 der Ventilstange 65 trägt die Spielkappe, die als eine Beilegscheibe 84 wirkt, die in einer Ausnehmung in dem Boden des Ventilstößelkörpers 61 aufgenommen ist. Andere Arten von Beilegscheiben können auch verwendet werden.Referring now to Figures 6, 7 and 8, a mechanical tappet 60 is shown which shares some of the features of the hydraulic tappet 14. The tappet 60 has a valve tappet body 61 which is reciprocated in a tappet guide (not shown) by a cam 62 of the camshaft 64. The body 61 engages at its lower end with one end 80 of a valve rod 65 which is urged upwardly (i.e. towards the valve tappet body 61) by a compression spring 66 which is held between a washer 68 which is held by split ring elements 70 and a cylinder head wall 72. The upper end 80 of the valve rod 65 carries the clearance cap which acts as a washer 84 received in a recess in the bottom of the valve tappet body 61. Other types of washers may also be used.

Halbzylinderförmige Wandungen 86 an den Enden des Ventilstößelkörpers 61 verringern sich im Umfang bei 88. Verstärkungsrippen 90 sorgen für eine erhöhte Festigkeit des Körpers 61.Semi-cylindrical walls 86 at the ends of the valve tappet body 61 decrease in circumference at 88. Reinforcing ribs 90 provide increased strength of the body 61.

Längliche Öffnungen 62 in dem Stößelgang 20 (Figur 3) oder 20' (Figur 9) sind vorgesehen, um die Stößel 14, 61 hin und her bewegbar aufzunehmen. Diese Öffnungen können durch Gießen oder durch Bohren von drei sich überlappenden Öffnungen in einer Linie und anschließender Bearbeitung auf die richtige Größe hergestellt werden.Elongated openings 62 in the ram passage 20 (Figure 3) or 20' (Figure 9) are provided to accommodate the rams 14, 61 in a reciprocating manner. These openings can be made by casting or by drilling three overlapping openings in a line and then machining to the correct size.

Die Öffnungen 92 besitzen vorzugsweise kleine halbkreisförmige Enden 94, in die die Endwandungen 40 der Stößel 14, 14' (oder Wandungen 86 der mechanischen Stößel 60) eingreifen, um sowohl die Quer- als auch die Längskräfte, die im Betrieb auf die Stößel wirken, aufzunehmen.The openings 92 preferably have small semi-circular ends 94 into which the end walls 40 of the tappets 14, 14' (or walls 86 of the mechanical tappets 60) engage to accommodate both the transverse and longitudinal forces acting on the tappets during operation.

Die Enden 94 (Figur 9) sind durch Bögen 96 eines größeren Mittelkreises verbunden. Die Bögen 96 sind mit Spiel nach außen von den Seiten der Ventilstößel 14, 14' beabstandet, so daß alle Lagerlasten durch die halbzylinderförmigen Endwandungen 40 getragen werden. Dies führt zu einer guten Steuerung der Stößelbewegung und minimiert die Herstellungstoleranzprobleme, da nur die Enden 94 der Öffnungen eng dimensioniert sein müssen.The ends 94 (Figure 9) are connected by arcs 96 of a larger central circle. The arcs 96 are spaced outwardly from the sides of the valve tappets 14, 14' with clearance so that all bearing loads are carried by the semi-cylindrical end walls 40. This provides good control of tappet movement and minimizes manufacturing tolerance problems since only the ends 94 of the openings need be closely dimensioned.

Die vergrößerten Bereiche, die als Bögen 96 gezeigt sind, könnten in irgendeiner anderen geeignten Form ausgebildet sein oder könnten bei der Stößelträgeranordnung weggelassen werden, wenn dies gewünscht ist.The enlarged areas shown as arcs 96 could be formed in any other suitable shape or could be omitted from the tappet carrier assembly if desired.

Claims (10)

1. Ein Ventilstößel mit einer länglichen Spitze (38) mit einer länglichen Nockenkontaktfläche, die sich entlang einer Längsrichtung der Spitze zwischen in Längsrichtung beabstandeten Enden der Spitze erstreckt, und einer Endwandung (40, 86), die von jedem Ende der länglichen Spitze abragt; dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich jeder Endwandung halbzylinderförmig und in der Form eines Bogens ist, der einen Winkel von im wesentlichen 180º einschließt, um im Betrieb sowohl die Längs- als auch die Querbelastung, die auf den Stößel wirken, aufzunehmen, und daß ein Bereich (42) jeder abragenden Wandung von einem reduzierten Umfang ist.1. A valve stem having an elongated tip (38) with an elongated cam contact surface extending along a longitudinal direction of the tip between longitudinally spaced ends of the tip, and an end wall (40, 86) projecting from each end of the elongated tip; characterized in that a portion of each end wall is semi-cylindrical and in the shape of an arc subtending an angle of substantially 180º to accommodate, in use, both the longitudinal and transverse loads acting on the stem, and in that a portion (42) of each projecting wall is of a reduced circumference. 2. Ein Ventilstößel nach Anspruch 1, bei dem die Enden jeder Nockenkontaktfläche im wesentlichen halbkreisförmig sind.2. A valve lifter according to claim 1, wherein the ends of each cam contact surface are substantially semi-circular. 3. Ein Ventilstößel nach Anspruch 1 oder 2, mit einer oder mehr Rippen (40, 90) integral mit und abragend von der länglichen Spitze und verbunden mit den abragenden Endwandungen.3. A valve tappet according to claim 1 or 2, having one or more ribs (40, 90) integral with and projecting from the elongated tip and connected to the projecting end walls. 4. Ein Ventilstößel nach Anspruch 3, bei dem die Rippe oder die Rippen in sich Kanäle aufweisen, um ein Hydraulikfluid aufzunehmen.4. A valve lifter according to claim 3, wherein the rib or ribs have channels therein for receiving a hydraulic fluid. 5. Ein Ventilstößel nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, mit einem im wesentlichen zylindrischen Element (50), das von der länglichen Spitze abragt und geeignet ist, ein hydraulisches Spieleinstelleleinent (24) aufzunehmen.5. A valve tappet according to any preceding claim, comprising a substantially cylindrical member (50) which projects from the elongated tip and is suitable for receiving a hydraulic clearance adjustment element (24). 6. Ein Ventilstößel nach Anspruch 5, mit zwei oder mehr Rippen (44), die von der länglichen Spitze abragen und das zylindrische Element mit den abragenden Wandungen verbinden.6. A valve tappet according to claim 5, having two or more ribs (44) projecting from the elongated tip and connecting the cylindrical member to the projecting walls. 7. Ein Ventilstößel nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin die abragenden Wandungen durch Investmentguß eines legierten Stahls gebildet sind.7. A valve tappet according to any preceding claim, wherein the upstanding walls are formed by investment casting of an alloy steel. 8. Ein Ventilstößel nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, worin der Stößel durch Gießen einer Legierung hergestellt ist.8. A valve tappet according to any preceding claim, wherein the tappet is made by casting an alloy. 9. Gerät zur Betätigung eines Ventils in einer Verbrennungskraftmaschine, zu der ein Stößelträger (20, 20') mit einer Öffnung (92) mit halbzylinderförmigen beabstandeten Endbereichen (94); ein Ventilstößel (14, 61) gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, der verschiebbar in der Öffnung aufgenommen ist; und mindestens ein Nocken (18, 62), der geeignet ist, die längliche Spitze des Ventilstößels in gleitender Weise zu berühren, gehören, wobei die Endbereiche der Öffnung des Stößelträgers die Form eines Bogens haben, der einen Winkel von im wesentlichen 180º einschließt, wobei die Endwandungen des Ventilstößels im Betrieb mit den Endbereichen der Öffnung so in Eingriff kommen, daß sie sowohl die Längs- als auch die Querbelastungen, welche auf den Stößel wirken, aufnehmen.9. Apparatus for actuating a valve in an internal combustion engine, comprising a tappet carrier (20, 20') having an opening (92) with semi-cylindrical spaced end portions (94); a valve tappet (14, 61) according to any preceding claim slidably received in the opening; and at least one cam (18, 62) adapted to contact the elongated tip of the valve tappet in a sliding manner, the end portions of the opening of the tappet carrier being in the form of an arc enclosing an angle of substantially 180º, the end walls of the valve tappet engaging the end portions of the opening in use so as to accommodate both the longitudinal and transverse loads acting on the tappet. 10. Gerät nach Anspruch 9, worin die Enden der länglichen Spitze des Stößels entlang einer Linie im wesentlichen parallel zu der Bewegung des Nockens oder der Nocken liegen.10. Apparatus according to claim 9, wherein the ends of the elongated tip of the plunger lie along a line substantially parallel to the movement of the cam or cams.
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