Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Ventilsystem zum Antreiben
von Ansaug- und Abgasventilen eines Motors.
Hintergrund der Erfindung
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Ein herkömmliches Ventilsystem in einem Ansaug- und
Abgasventilmechanismus eines Motors weist eine Rolle auf, die
an einem einer Nocke entgegengesetzten Ort bereitgestellt
ist, um den Gleitkontakt zwischen dem Ventilsystem und der
Nocke reibungsloser zu machen.
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Die Struktur dieser Rolle ist beispielsweise in US-A-3
628 514, in der japanischen Patentveröffentlichung 22085/93
oder der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung 32403/89 offenbart. Diese Struktur umfaßt ein
zwischen einer Rolle und einem Rollenschaft angeordnetes
Hülsenlager oder ein zwischen einer Rolle und einem Rollenschaft
angeordnetes Nadellager. Bei beiden Strukturen behindert der
infolge der Reibung zwischen der Rolle und einem
Kipphebelkörper auftretende Verschleiß den ungestörten Betrieb des
Ventilsystems und verkürzt seine Lebensdauer.
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Die in der japanischen Patentveröffentlichung 22085/93
offenbarte Struktur umfaßt eine am Umfang des Außenrands des
Rollenschafts bereitgestellte. Ölnut zum Aufnehmen eines
Schmieröls und ein in der Hülse bereitgestelltes Ölloch zum
Vereinfachen der Zufuhr des Schmieröls zur inneren und
äußeren Umfangsfläche der Hülse, wodurch eine Lagerfunktion
verbessert wird. Die in der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung 32403189 offenbarte Struktur umfaßt
einen Festgleitmittelfilm, der auf die ausgesparte
Innenfläche eines beiden Seitenflächen der Nadelrolle entsprechenden
Kipphebels aufgebracht ist, wodurch der Verschleiß eines
Teils der Gleitoberfläche zwischen der Rolle und dem
Kipphebelkörper reduziert ist.
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Die in der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung 32403/89 offenbarte Struktur erschwert jedoch
erheblich das Aufbringen des Festgleitmittelfilms nur auf die
innere Umfangsfläche der schmalen Aussparung des
Kipphebelkörpers. Dies macht den Herstellungsvorgang mühsam und
steigert die Kosten des Erzeugnisses. Weiterhin hängt die
Schmierung zwischen dem Nadellager und der Rolle bzw. dem
Rollenschaft von dem vom Ende des Nadellagers zugeführten Öl ab.
Dies führt zu Anfang des Motorbetriebs zu einer schlechten
Schmierung.
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Bei der in der japanischen Patentveröffentlichung
22085/93 offenbarten Struktur ist andererseits die Ölnut im
Rollenschaft und das Ölloch in der Hülse bereitgestellt, um
eine zufriedenstellende Schmierung der inneren und äußeren
Umfangsfläche der Hülse aufrechtzuerhalten. Dies macht den
Herstellungsvorgang für den Rollenschaft und die Hülse mühsam
und steigert die Kosten des Erzeugnisses. Überdies
beschädigen während des Bildens der Ölnut und des Öllochs auftretende
Grate die Gleitoberflächen der Hülse, der Rolle und des
Rollenschafts. Durch das Bereitstellen der Ölnut in der Hülse
wird auch die Fläche des Gleitkontakts der Hülse mit der
Rolle und dem Rollenschaft verringert, wodurch die Belastung
je Flächeneinheit der Hülsen-Gleitoberfläche erhöht wird, die
beim Drücken der Rolle durch die Nocke erzeugt wird. Dies
führt zu einer verringerten Haltbarkeit der Hülse.
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Gewöhnlich erfolgt das Schmieren des gesamten
Ventilsystems durch das Eindringen von Schmierölspritzern, die aus
dem Bereich des Ventilsystems fliegen. Besonders zu Anfang
des Betriebs, beispielsweise beim Anlassen des Motors, ist
die Temperatur niedrig und die Viskosität des Schmieröls
hoch, so daß das Eindringen von Spritzern minimal ist. Bei
einem Ventilsystem des Kipphebeltyps benötigt das Schmieröl
weiterhin Zeit, um zum Zylinderkopf aufzusteigen. Teilweise
aus diesem Grund ist die Schmierung der Rolle und der Hülse
möglicherweise unzureichend. Selbst bei der in der
japanischen Patentveröffentlichung 22085/93 offenbarten Struktur
ist das Bilden eines Schmierfilms besonders beim Anlassen des
Motors und zu Anfang des Betriebs schwierig. Dies kann eine
erhebliche Beschädigung des Ventilsystems, wie eine
Riefenbildung an der Oberfläche des Gleitkontakts zwischen der
Hülse und dem Rollenschaft sowie der Rolle, hervorrufen.
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Überdies ist die Gleitkontaktfläche zwischen der Hülse
und dem Rollenschaft sowie der Rolle größer als bei einem
Ventilsystem, bei dem ein Nadellager verwende t wird. Auf
diese Weise nimmt die Reibung zu, die Gleitkontaktfläche ist
jedoch in Richtung der Rollenbreite fast gleichmäßig, so daß
der Schmierölfilm minimal unterbrachen wird. Bei einem
Ventilsystem, bei dem ein Nadellager verwendet wird, ist
andererseits die Gleitkontaktfläche zwischen dem Nadellager und
dem Rollenschaft sowie der Rolle kleiner als bei einem
Ventilsystem, bei dem eine Hülse verwendet wird. Demgemäß ist
die Reibung im gesamten Nadellager gering, das Nadellager
kann jedoch bezüglich der Mittelachse der Rolle geneigt sein.
Daher tritt die Reibung in Breitenrichtung des Nadellagers
ungleichmäßig auf. Der Schmierölfilm wird in Richtung der
Rollenbreite ungleichmäßig, wodurch er möglicherweise
unterbrochen wird.
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Dieses Problem kann besonders dann gravierend sein, wenn
ein Motor ein Schmieröl verwendet, das leicht mit
Schmutzteilchen (beispielsweise Ruß) verunreinigt wird, wie dies
» beispielsweise bei einem Dieselmotor der Fall ist. Bei diesem
Motortyp kann bei der Verwendung eines Ventilsystems, in das
ein Nadellager eingeführt ist, ein an der Umfangsfläche des
Nadellagers ausgebildeter Schmierfilm wegen der kleinen
Gleitkontaktfläche des Nadellagers und im Schmieröl
enthaltener Schmutzteilchen noch leichter unterbrochen werden.
Dadurch kann der Verschleiß des Ventilsystems verstärkt werden.
Selbst dann, wenn ein Festgleitmittelfilm am gesamten
Nadellager ausgebildet ist, tritt die Reibung ungleichmäßig auf.
Auf diese Weise kann der Festgleitmittelfilm leicht
beschädigt werden, und es ist schwierig, den Verschleiß des
Ventilsystems in ausreichendem Maße zu vermindern.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen
Umstände gemacht. Ihre Aufgabe besteht darin, ein
Motorventilsystem bereitzustellen, das dafür ausgelegt ist, über
einen langen Zeitraum störungsfrei zu arbeiten, ohne daß die
Schmiereigenschaften der Gleitoberflächen der Hülse
beeinträchtigt werden, wobei dies selbst für den Zustand gilt, in
dem eine unzureichende Schmierölzufuhr auftritt, was zu
Anfang des Motorbetriebs der Fall ist.
Offenbarung der Erfindung
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Zum Lösen der vorstehend angegebenen Aufgabe umfaßt ein
erfindungsgemäßes Motorventilsystem einen Rollenschaft, der
in einer Aussparung eines Ventilsystemkörpers angeordnet ist,
eine zylindrische Hülse, die von dem Schaft drehbar gehalten
wird, und eine Rolle, die auf dem Außenumfang der Hülse
drehbar gehalten wird und sich gegenüber einer Nocke dreht, wobei
auf jeder der Oberflächen der Hülse in Gleitkontakt mit dem
Rollenschaft und der Rolle ein Gleitfilm vorgesehen ist.
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Auf diese Weise kann das Ventilsystem selbst im Zustand
einer unzureichenden Schmierölzufuhr, der zu Anfang des
Motorbetriebs auftritt, störungsfrei über einen langen Zeitraum
arbeiten, ohne daß die Schmiereigenschaften der
Gleitoberflächen beeinträchtigt werden:
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Die Erfindung betrifft auch das Motorventilsystem, bei
dem die Gleitkontakt-Oberflächen in Gestalt der äußeren
Umfangsfläche und der inneren Umfangsfläche der Hülse
zusammenhängend ausgebildet sind.
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Demgemäß kann die Gleitkontakt-Oberfläche vergrößert
werden und kann die Haltbarkeit der Hülse verbessert werden,
wodurch die Langzeitverwendung des Ventilsystems
gewährleistet wird.
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Die Erfindung betrifft auch das Motorventilsystem, bei
dem der Gleitfilm auf der gesamten Oberfläche der Hülse
bereitgestellt ist.
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Auf diese Weise werden die Schmiereigenschaften zwischen
der Hülse und den beiden Schafttragwänden zum Verhindern von
Reibung aufrechterhalten. Außerdem wird der Verschleiß der,
Gleitkontakt-Oberflächen des Ventilsystems, der wegen der
unzureichenden Schmierung beim Anlassen des Motors auftritt,
verhindert. Daher kann das Ventilsystem über einen langen
Zeitraum beschädigungsfrei verwendet werden.
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Die Erfindung betrifft auch das Motorventilsystem, bei
dem die Hülse aus einem Material besteht, dessen linearer
Wärmeausdehnungskoeffizient praktisch demjenigen der Rolle
gleicht.
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Demgemäß kann der Abstand zwischen der Rolle und der
Hülse ungeachtet der Motortemperatur konstant gehalten
werden. Daher kann das Ventilsystem über einen langen Zeitraum
beschädigungsfrei verwendet werden, wobei die Behinderung des
Drehens der Hülse und der Rolle verhindert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine vordere Teil-Schnittansicht eines auf
einen Rollen-Kipphebel angewendeten erfindungsgemäßen
Motorventilsystems,
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Fig. 2 ist eine Ansicht eines entlang einer Linie II-
II in Fig. 1 vorgenommenen Schnitts,
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Fig. 3 ist eine vergrößerte Längs-Schnittansicht der
Hülse,
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Fig. 4 ist eine Vorderansicht zur Darstellung der
entsprechenden Beziehung des Rollen-Kipphebels zu anderen
Teilen, und
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Fig. 5 ist eine vordere Teil-Schnittansicht des auf
einen Stößel angewendeten erfindungsgemäßen Motorventilsystems.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Wie in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt ist,
bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Kipphebelkörper. An einem Endteil
des Kipphebelkörpers 1 ist ein Paar von Schafttragwänden 4
bereitgestellt, die eine Aussparung 5 zum Anbringen einer
Rolle 2 und einer zylindrischen Hülse 3 aufweisen. Am anderen
Endteil des Kipphebelkörpers 1 ist ein Ventilhalteabschnitt 6
bereitgestellt, der Kontakt mit Ventilschäften von Ansaug-
und Abgasventilen (nicht dargestellt) herstellt. An einem
zentralen Teil des Kipphebelkörpers 1 ist ein Durchgangsloch
8 bereitgestellt, in das ein Kipphebelschaft 7 eingeführt
wird.
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In der Aussparung 5 ist die Hülse 3 drehbar angebracht,
die durch einen, zwischen dem Paar der Schafttragwände 4
eingerichteten Schaft 9 Unterstützt wird. Die erwähnte Rolle 2
ist über die Hülse 3 drehbar angebracht und so angeordnet,
daß ein Teil ihrer äußeren Umfangsfläche etwas über den
Umfang der Tragwände 4 des Kipphebelkörpers 1 vorsteht. Dieser
Vorsprung der Rolle 2 stellt Kontakt mit einer an einer
Nockenwelle 10 ausgebildeten Nocke 11 her. Die Rolle 2 und die
Hülse 3 bestehen aus einem Harteisenmaterial, beispielsweise
einem Stahlmaterial in der Art eines Chrom-Lagerstahlprodukts
mit einem hohen Kohlenstoffanteil, eines Chromstahlprodukts
oder eines Chrommolybdänstahl-Produkts, das eine auf der
Rockweli-C-Skala gemessene Härte von 60 oder mehr aufweist.
Die Rolle 2 und die Hülse 3 bestehen ebenfalls aus
Materialien, die nahezu den gleichen linearen
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Gleitfilm A in
dieser Hälse 3 zumindest auf einer Oberfläche 12 des
Gleitkontakts zwischen der Hülse 3 und dem Rollenschaft 9 und auf
einer Oberfläche 13 des Gleitkontakts zwischen der Hülse 3
und der Rolle 2 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Gleitfilm A
auf der gesamten Oberfläche 14 der Hülse 3 einschließlich
dieser Gleitkontakt-Oberflächen 12, 13 ausgebildet. Dieser
Gleitfilm A wird durch Sprühbeschichten und anschließendes
Einbrennen oder durch Tauchbeschichten und anschließendes
Einbrennen eines einen niedrigen Abrasionskoeffizienten
aufweisenden Schmierfilms in der Art eines durch chemische
Umwandlung von Manganphosphat abgeleiteten Films oder eines
Molybdändisulfid enthaltenden Epoxidfilms gebildet.
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Wegen dieser
Zusammensetzung verleiht der Gleitfilm A,
also der einen niedrigen Verschleißkoeffizienten aufweisende
Gleitfilm, der auf der Oberfläche 12 des Gleitkontakts
zwischen der Hülse 3 und dem Rollenschaft 9 und auf der
Oberfläche 13 des Gleitkontakts zwischen der Hülse 3 und der Rolle 2
ausgebildet ist, den Gleitkontakt-Oberflächen 12, 13 selbst
im Zustand einer unzureichenden Schmierölversorgung des
Kipphebelabschnitts beim Anlassen des Motors usw.
Schmiereigenschaften. Dies führt nicht nur zum Verhindern einer
Beschädigung infolge unzureichender Schmierung zwischen der
Hülse 3 und dem Rollenschaft 9 und zwischen der Hülse 3 und
der Rolle 2 sondern auch zum Aufrechterhalten sogar noch
besserer Schmiereigenschaften auch nach der Zufuhr des
Schmieröls. Entsprechend der Drehung der Nocke 211 wirkt eine
Preßkraft über die Rolle 2 auf die Hülse 3. Die äußere
Umfangsfläche und die innere Umfangsfläche der Hülse 3 sind jedoch
beide übergangslos und zusammenhängend und nehmen
zylindrische Formen mit einem runden Querschnitt an. Verglichen mit
der eine Ölnut oder dergleichen aufweisenden Hülse 3 bekommt
die erfindungsgemäße Hülse 3 daher eine vergrößerte
Gleitkontaktfläche, wodurch die Haltbarkeit der Hülse 3 verbessert
wird.
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In der vorhergehenden Erklärung sind die Stellen, an
denen der Gleitfilm A ausgebildet ist, zumindest die Oberfläche
12 des Gleitkontakts zwischen der Hülse 3 und dem
Rollenschaft 9 und die Oberfläche 13 des Gleitkontakts zwischen der
Hülse 3 und der Rolle 2. Dies liegt daran, daß die Oberfläche
12 des Gleitkontakts zwischen der Hülse 3 und dem
Rollenschaft 9 und die Oberfläche 13 des Gleitkontakts zwischen der
Hülse 3 und der Rolle 2 bei mangelndem Schmieröl die
anfälligsten Stellen für eine Beschädigung sind, und das
Aufrechterhalten der Schmiereigenschaften an diesen Stellen stellt
die Minimalanforderung dar.
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Wenn der Gleitfilm A auf der gesamten Oberfläche 14 der
Hülse 3 ausgebildet ist, werden die Schmiereigenschaften in
der Aussparung 5 zum Verhindern von Reibung zwischen der
Hülse 3 und den zwei Schafttragwänden 4 des Rollenkipphebels
bei Mangel an Schmieröl beim Anlassen des Motors
aufrechterhalten. Somit werden der Abrieb und der ungleichmäßige
Betrieb infolge der mangelnden Schmierung beseitigt. Auch nach
dem Zuführen von Schmieröl können die Schmiereigenschaften
der verschiedenen Teile auf einem sogar noch
zufriedenstellenderen Niveau aufrechterhalten werden. Des weiteren sind
die Hülse 3 und die Rolle 2 aus Materialen hergestellt, die
nahezu die gleichen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Selbst dann, wenn sich die Hülse 3 und die Rolle 2
infolge Änderungen der Motortemperatur ausdehnen, kann der
Abstand zwischen der Hülse 3 und der Rolle 2 konstant
gehalten werden, so daß die Drehung der Hülse 3 und der Rolle 2
nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin wird es möglich, den
Abstand zwischen der Hülse 3 und der Rolle 2 auf einen sehr
kleinen Wert zu legen. Dies führt zum Verringern von
Geräuschen und Vibrationen, die zwischen der Hülse 3 und der Rolle
2 erzeugt werden.
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Es wird nun eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Elemente, die die gleichen
Funktionen aufweisen, die bei der erwähnten Ausführungsform
erklärt wurden, sind mit den gleichen Bezugszahlen oder
Symbolen bezeichnet, und es wird auf sich überschneidende
Erklärungen verzichtet.
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Wie in Fig. 5 dargestellt ist, bezeichnet, die
Bezugszahl 21 einen Stößelkörper. An einem Endteil des
Stößelkörpers 21 ist ein Paar von Schafttragwänden 4 bereitgestellt,
die eine Aussparung 5 zum Anbringen einer Rolle 2 und einer
zylindrischen Hülse 3 bilden. Am anderen Endteil des
Stößelkörpers 21 ist eine Stößelstange 22 zum Antreiben von Ansaug-
und Abgasventilen (nicht dargestellt) bereitgestellt. In der
Aussparung 5 ist die Hülse 3 durch einen zwischen dem Paar
der Schafttragwände 4 eingerichteten Rollenschaft 9 drehbar
angebracht. Die Rolle 2 ist über die Hülse 3 drehbar
angebracht und so angeordnet, daß ein Teil ihrer äußeren
Umfangsfläche etwas über den Umfang der Tragwände 4 des Stößelkörpers
21 vorsteht. Ein Gleitfilm A ist auf der gesamten
Oberfläche 14 der Hülse 3 einschließlich einer Gleitkontaktfläche
12 zwischen der Hülse 3 und dem Rollenschaft 9 ausgebildet.
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Infolge des vorhergehend angegebenen Aufbaus können
durch das Motorventilsystem gemäß der vorliegenden
Ausführungsform die gleichen Funktionen und Wirkungen wie bei der
zuvor erwähnten Ausführungsform erzielt werden.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
nicht auf die vorstehend detailliert beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise wurden bei den
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur die Rolle und die
Hülse aus Materialien mit nahezu dem gleichen linearen
Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt. Falls jedoch der
Rollenschaft auch aus einem Material mit nahezu dem gleichen
linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt wird, kann
der Abstand zwischen der Hülse und dem Rollenschaft minimiert
werden, wodurch Geräusche und Vibrationen weiter reduziert
werden. Weiterhin kann der Abstand zwischen der Hülse und dem
Rollenschaft konstant gehalten werden. Demgemäß kann ein
Ventilsystem bereitgestellt werden, das über einen langen
Zeitraum beschädigungsfrei bleibt.
Industrielle Anwendbarkeit
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Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das
erfindungsgemäße Motorventilsystem über einen langen Zeitraum
störungsfrei arbeiten, ohne daß die Schmiereigenschaften
beeinträchtigt werden, weil ein Gleitfilm an der inneren und der
äußeren Gleitoberfläche der Hülse ausgebildet ist. Dieses System
ist als ein Ventilsystem zum Antreiben des Ansaugventils und
des Abgasventils des Motors bevorzugt. Das erfindungsgemäße
Ventilsystem kann für einen Rollenkipphebel oder einen Stößel
verwendet werden.