DE835664C

DE835664C - Valve drive

Info

Publication number: DE835664C
Application number: DEP5721D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Leonhard Geislinger
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-04-03

Description

Ventilantrieb Es ist bekannt, daß Auslaßventilführungen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Betrieb mit hohen Gegendrücken, nach kurzer Zeit starke Ab= nutzungen aufweisen. Die Ursache hierfür liegt in den verhältnismäßig hohen bei der Ventilbetätigung auftretenden Seitendrücken, da die bisherige Art der Ventilführung nicht in der Lage ist, die Seitendrücke betriebssicher aufzunehmen. Man kann zur Behebung dieses Mangels durch bauliche Änderung der Ventilführung, durch andere aufeinandergleitende Werkstoffe (Bronzebüchsen) und durch bessere Schmierung günstigere Voraussetzungen für die Aufnahme der Seitendrücke schaffen. Diese Maßnahmen betreffen aber nur die Verminderung der ungünstigen Wirkung der vorhandenen hohen Seitendrücke, und ihnen sind daher verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt.Valve drive It is known that exhaust valve guides of internal combustion engines, especially when operated with high back pressures, severe wear and tear after a short time exhibit. The reason for this lies in the relatively high levels of valve actuation Occurring side pressures, since the previous type of valve guide is not in the Is able to reliably absorb the side pressures. One can help fix this Lack due to structural change of the valve guide, due to other sliding one on top of the other Materials (bronze bushes) and better lubrication more favorable conditions create for taking up the side pressures. These measures only affect the Reducing the adverse effect of the existing high side pressures, and them there are therefore relatively narrow limits.

Die Erfindung befaßt sich dagegen finit der möglichst weitgehenden Verminderungder Seitendrücke, d. h. es wird das Übel an der Wurzel bekämpft..The invention, on the other hand, deals finitely with the most extensive possible Reduction of side pressures, d. H. the evil is fought at the root ..

Erfindungsgemäß' ist zwischen dem Betätigungsglied, z. B. dem Kipphebel, und dem Ventilschaft bzw. einem mit diesem verbundenen Druckstück, Federteller od. dgl. ein gegenüber beiden Berührkörpern frei beweglicher Wälzkörper eingeschaltet. Wenn man dann dafür sorgt, daß die Berührungspunkte zwischen Betätigungselement und Wälzkörper einerseits und zwischen dem Wälzkörper und dem Druckstück am Ventilschaft andererseits während der gesamten Ventilbetätigung praktisC"h stets senkrecht übereinanderliegen, dann ergibt sich eine seitendruckfreie Ventilsteuerung, die unabhängig von besonderen Maßnahmen zur Aufnahme starker Seitendrücke ist.According to the invention 'is between the actuator, for. B. the rocker arm, and the valve stem or a pressure piece connected to this, spring plate or od. Like. A relative to the two contact bodies freely movable rolling elements switched on. If you then ensure that the points of contact between the actuating element and rolling elements on the one hand and between the rolling element and the pressure piece on the valve stem on the other hand practical during the entire valve actuation always are vertically on top of each other, this results in a side pressure-free valve control, which is independent of special measures to absorb strong side pressures.

Es sind zwar Ventilsteuerungen bekannt, bei denen zur unmittelbaren Beiätigung des Ventilschaftes aus Kugeln gebildete Nocken einer über den Ventilen angeordneten Steuerwelle dienen. Diese Kugeln führen zwar bei der Ventilbetätigung eine reine Wälzbewegung aus, trotzdem ist auch diese Steuerung nicht seitendruckfrei, sondern bedarf einer sorgfältigen Geradeführung zur Aufnahme der Seitendrücke.There are valve controls known where the immediate When the valve stem is actuated, a cams formed from balls above the valves arranged control shaft serve. These balls lead to valve actuation a pure rolling motion, nevertheless this control is not free of side pressure either, but requires a careful straight line to absorb the side pressures.

Nachstehend wird gezeigt, daß die erfindungsgemäßeAusführung tatsächlich den an sie gestellten Anforderungen voll entspricht.It is shown below that the embodiment of the present invention is in fact fully meets the requirements placed on them.

Zunächst ist es nötig, über die Ursache der Seitendrücke Klarheit zu gewinnen. Zu diesem Zweck ist in der Abb. i ein Schema der bisher allgemein üblichen Ventilbetätigung dargestellt. Der Kipphebel i drückt mittels des Gleitstückes 2 auf das mit dem Ventilschaft fest verbundene Druckstück 3. Während der Ventileröffnung gleitet 2 auf 3; es wird däher von '2 auf 3 eine Kraft S in Richtung der Gleitbewegung ausgeübt; für diese Kraft S gilt S = ,u # P. Dabei bedeutet ,u den Reibungskoeffizienten zwischen Druckstück und Gleitstück und P die auf das Ventil ausgeübte Normalkraft. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß das Ventil wegen des Spiels schlagartig aufgedrückt wird. Da die Schmierungsverhältnisse zwischen Druck- und Gleitstück schlecht sind, dürfte y etwa o,i (evtl. sogar mehr) erreichen. Die einfachste Maßnahme zur Verbesserung besteht nun darin, daß man die Drehachse A im Moment des Eröffnens in die Ebene des Gleitstückes legt. Dann wird im Moment des Eröffnens die Gleitbewegung von 2 auf 3 und damit der Seitendruck zu Null. Dies gilt jedoch nur momentan; da die Normalkraft P nach dem Eröffnen nur allmählich abnimmt, wird S kurz nach dem Öffnen nahezu ebenso groß wie jetzt. Bei der in Abb. i dargestellten Anordnung ist es nicht möglich, den,Seitendruck dauernd zu Null zu machen.First of all, it is necessary to be clear about the cause of the side pressures. For this purpose, a diagram of the valve actuation that has hitherto been generally used is shown in FIG. The rocker arm i presses by means of the slide 2 on the pressure piece 3 firmly connected to the valve stem. While the valve is opening, 2 slides on 3; a force S is therefore exerted from '2 to 3 in the direction of the sliding movement; for this force S applies S = , u # P. Here, u means the coefficient of friction between the pressure piece and the sliding piece and P the normal force exerted on the valve. It is not yet taken into account that the valve is suddenly pushed open because of the play. Since the lubrication conditions between the pressure piece and the sliding piece are poor, y should reach about o, i (possibly even more). The simplest measure for improvement is now that the axis of rotation A is placed in the plane of the slide at the moment of opening. Then at the moment of opening the sliding movement from 2 to 3 and thus the side pressure to zero. However, this only applies for the moment; since the normal force P decreases only gradually after opening, S becomes almost as great shortly after opening as it is now. With the arrangement shown in Fig. I, it is not possible to make the side pressure permanently to zero.

Wesentlich günstiger hinsichtlich des Seitendruckes ist die in Abb. 2 dargestellte Anordnung. Hier ist in dem Kipphebel die Rolle 5 gelagert, und diese drückt auf das Druckstück 3. Bei gleichem Normaldruck P ist der Seitendruck im Verhältnis des Rollendurchmessers zum Durchmesser des Lagerzapfens kleiner (gleiches ,u vorausgesetzt). Verwendet man statt der Gleitlagerung für die Rolle 5 ein Wälzlager, so läßt sich S praktisch bis auf Null herunterdrücken, und zwar während des ganzen Bewegungsvorganges. Mit der Arfordnung nach Abb.2 läßt sich also die Forderung einer seitendruckfreien Ventilbetätigung erfüllen. Sie wird auch im Motorenbau häufig angewandt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die größere Kompliziertheit und die Notwendigkeit, den Rollenzapfen zu schmieren.The one shown in Fig. 2 arrangement shown. Here, the roller 5 is mounted in the rocker arm, and this presses on the pressure piece 3. With the same normal pressure P, the side pressure is in proportion of the roller diameter to the diameter of the bearing journal is smaller (same, assuming u). If a roller bearing is used instead of the plain bearing for the roller 5, it can be Press S practically down to zero during the entire movement process. With the arrangement according to Fig. 2, the requirement of a side pressure-free can be met Meet valve actuation. It is also often used in engine construction. Disadvantageous with this arrangement the greater complexity and necessity is the Lubricate roller journals.

In Abb. 3 ist nun die Ventilbetätigung dargestellt, die entsprechend der Erfindung dauernd praktisch seitendruckfrei arbeitet, sehr einfach ist und keiner besonderen Schmierung bedarf. Bei ihr ist zwischen dem Gleitstück 2 und dem Druckstück 3 der gegenüber beiden Berührkörpern frei bewegliche Wälzkörper .4 eingefügt. Der Wälzkörper 4 kann eine Rolle oder eine Kugel sein. Nimmt man die Kugel, so hat man den Vorteil, daß das Stück 2 besonders einfach herzustellen ist.In Fig. 3, the valve actuation is now shown, which accordingly the invention works continuously practically without pressure on the side, is very simple and none requires special lubrication. With her is between the slider 2 and the pressure piece 3 of the freely movable rolling elements .4 inserted with respect to the two contact bodies. Of the Rolling elements 4 can be a roller or a ball. If you take the ball, you have the advantage that the piece 2 is particularly easy to manufacture.

Damit die Anordnung nach der Abb. 3 praktisch seitendruckfrei arbeitet, ist es nötig, daß die Berührungspunkte zwischen dem Gleitstück 2 und dem Wälzkörper 4 einerseits und zwischen dem Druckstück 3 und dem Wälzkörper 4 andererseits dauernd senkrecht übereinanderliegen. Unter dieser Voraussetzung gilt S =,uR # P. Dabei ist BR der Reibungskoeffizient der rollenden Reibung; er beträgt nur einen winzigen Bruchteil der Koeffizienten der gleitenden Reibung.So that the arrangement according to Fig. 3 works practically without side pressure, it is necessary that the points of contact between the sliding piece 2 and the rolling element 4 on the one hand and between the pressure piece 3 and the rolling element 4 on the other hand are permanently perpendicular to each other. Under this assumption, S =, uR # P. Where BR is the coefficient of friction of the rolling friction; it is only a tiny fraction of the coefficient of sliding friction.

Die vorstehend aufgestellte Forderung hinsichtlich der Berührungspunkte läßt sich durch geeignete Wahl der Abmessungen mit für die Praxis genügender Genauigkeit erfüllen.The requirement set out above with regard to the points of contact can be achieved by a suitable choice of the dimensions with sufficient accuracy for practice fulfill.

Um die Bewegungsverhältnisse zu übersehen, ist es zweckmäßig, eine kinematische Umkehrung vorzunehmen, dergestalt, daß man die Gleitbahn 3 stillstehen läßt und dem Punkt A eine Bewegung auf einer Senkrechten zur Gleitbahn 3 vorschreibt (s. Abb.4). Verfolgt man die Bewegung an Hand von Abb, 4, so sieht man, daß sich die Rolle oder Kugel um das Maß s von rechts nach links bewegt, wenn der Punkt A des Kipphebels auf der Geraden a-a von unten nach oben, also von A1 über A2 nach A3 wandert. Der Kipphebel dreht sich dabei um den Winkel e. Zunächst soll eine Beziehung zwischen s und a abgeleitet werden, unter der Voraussetzung, daß erstens zwischen 2 und .4 sowie zwischen 3 und 4 eine reine Abwälzung stattfindet und daß zweitens die Berührungspunkte zwischen 2 und 4 sowie zwischen 3 und 4 senkrecht übereinanderliegen sollen.In order to overlook the movement conditions, it is useful to have a make kinematic reversal in such a way that the slide 3 is stationary and the point A prescribes a movement on a perpendicular to the slide 3 (see figure 4). If you follow the movement on the basis of Fig. 4, you can see that the roller or ball moves from right to left by the amount s if point A of the rocker arm on straight line a-a from bottom to top, i.e. from A1 to A2 to A3 wanders. The rocker arm rotates through the angle e. First, you want a relationship between s and a, provided that, first, between 2 and .4 as well as between 3 and 4 a pure shifting takes place and that secondly the points of contact between 2 and 4 and between 3 and 4 are perpendicular to each other should.

Zu diesem Zweck ist in Abb. 5 zunächst angenommen, daß das Stück 2 parallel zu seiner Ausgangslage von rechts nach links verschoben werde. Das mit 2 fest verbunden gedachte Dreieck E.D.Mo gelangt dadurch in die Lage EiDiM1. Die Rolle 4 wälzt sich dabei sowohl auf 2 wie auf 3 ab; der Rollenmittelpunkt gelangt von F, nach F1. In der Ausgangsstellung liegt der Berührungspunkt E, zwischen 2 und 4 senkrecht über dem Berührungspunkt Co zwischen 3 und 4. In der durch den Index i gekennzeichneten Stellung liegt der Berührungspunkt Dl zwischen 2 und 4 nicht mehr senkrecht über dem Berührungspunkt Bi zwischen 3 und 4.For this purpose it is initially assumed in Fig. 5 that piece 2 be shifted parallel to its starting position from right to left. That with 2 firmly connected, imaginary triangle E.D.Mo comes into position EiDiM1. the Roll 4 rolls onto both 2 and 3; the center of the roll is reached from F, to F1. In the starting position, the point of contact E is between 2 and 4 perpendicular to the point of contact Co between 3 and 4. In the by the index The point of contact Dl between 2 and 4 does not lie in the position marked i more vertically above the point of contact Bi between 3 and 4.

Unter der Voraussetzung reiner Abwälzbewegung gelangt der mit der Rolle 4 verbunden gedachte Punkt Co nach Cl, dabei muß offenbar der Bogen BiC1 gleich der Strecke B,Co sein, die wir mit s bezeichnen wollen. Bezeichnen wir den Radius der Rolle 4 mit r und den Radius des Wälzbogens 2 mit R, so gilt offenbar im Bogenmaß a = s/r. Bei reiner Abwälzbewegung gilt ferner E1D1 = Ei* D, = s1 und nach Zeichnung fl = sl/r sowie ;, = .sl/R (letzteres folgt aus dem Kreisausschnitt EiD.Mi mit EiD1 = s und E,Mi = Diml = R). Da weiter E,M1//E,Mo@/F1B1 ist, so folgt aus der Zeichnung ,B = a -f- y oder Hieraus entsteht nach Umformung folgende Beziehung zwischen s und s1 Um nun zu erreichen, da.B ,der Berührungspunkt zwischen 2 und 4 wieder über den Berührungspunkt zwischen 3 und 4 zu liegen kommt, muß Teil 2, das bisher nur parallel verschoben wurde, um den Winkel s gedreht werden. Dabei kommt der Punkt G1 auf Gl* zu liegen. Aus der Forderung nach reiner Abwälzung folgt G1D1 = Gl* Dl. Für G1D1 folgt aus der Zeichnung Gl* D1 = Ei* D1 - El* G1* = S1 - El* Gl* und da Ei* Gl* = Bicl = s ist, so wird Gl* Dl = s1 - s = G1D1.Assuming a pure rolling motion, the imaginary point Co connected to the roller 4 arrives at C1, while the arc BiC1 must obviously be equal to the segment B, Co, which we want to denote by s. If we denote the radius of the roller 4 with r and the radius of the rolling arc 2 with R, then obviously a = s / r applies in radian measure. In the case of pure rolling motion, E1D1 = Ei * D, = s1 and according to the drawing fl = sl / r as well as;, = .sl / R (the latter follows from the circle segment EiD.Mi with EiD1 = s and E, Mi = Diml = R ). Since E, M1 // E, Mo @ / F1B1, it follows from the drawing, B = a -f- y or After reshaping, this results in the following relationship between s and s1 In order to achieve that.B, the point of contact between 2 and 4 again lies above the point of contact between 3 and 4, part 2, which was previously only moved in parallel, must be rotated by the angle s. The point G1 comes to lie on Gl *. From the requirement for pure shifting it follows G1D1 = Gl * Dl. For G1D1 it follows from the drawing Gl * D1 = Ei * D1 - El * G1 * = S1 - El * Gl * and since Ei * Gl * = Bicl = s, then Gl * Dl = s1 - s = G1D1.

Schließlich folgt dann E1G1= E1D1-G,D" Da EiD1 T Ei* Dl = s1 war, so wird schließlich EiGI = s1 - (s1 - s) = s. Damit folgt für den Winkel Die Bedingung (2) muß also eingehalten sein, damit die Berührungspunkte dauernd übereinanderliegen.Finally, E1G1 = E1D1-G, D "Since EiD1 T was Ei * Dl = s1, then EiGI = s1 - (s1 - s) = s. This follows for the angle Condition (2) must therefore be met so that the points of contact are permanently on top of one another.

Die Bewegung des mit dem Wälzbogen 2 fest verbundenen Getriebegliedes (Kipphebels) i von der durch den Index o gekennzeichneten Ausgangslage in die Lage 2 setzt sich zusammen aus einer Parallelverschiebung und aus einer Drehung um den Winkel e. Nach den Lehren der Kinematik kann man diese beiden Bewegungen zu einer einzigen Drehung um einen Punkt O mit dem Drehwinkel e ersetzen. Der Punkt O ist festgelegt, sobald Anfangs- und Endlage eines mit Glied i fest verbunden gedachten Punktes und der Winkel a bekannt sind. Nun wissen wir, daß der Mittelpunkt des mit i -fest verbundenen Wälzkreises 2 von Mo nach M, gelangt (Abb. 6). Der Punkt O muß also auf der Mittelsenkrechten zu M.MQ liegen. Weiter muß MOOME = e sein. Damit ist O leicht zu konstruieren. Wenn so O gefunden ist, ist es leicht, die Bewegung irgendeines mit i verbunden gedachten Punktes P aus der Lage Po in die Lage P2 zu finden. Die Konstruktion bedarf keiner Erläuterung.The movement of the gear member (rocker arm) i firmly connected to the arch 2 from the starting position marked by the index o to the position 2 consists of a parallel shift and a rotation through the angle e. According to the teachings of kinematics, these two movements can be replaced by a single rotation around a point O with the rotation angle e. The point O is defined as soon as the start and end position of a point that is firmly connected to link i and the angle a are known. Now we know that the center of the pitch circle 2, which is firmly connected with i - passes from Mo to M (Fig. 6). The point O must therefore lie on the perpendicular perpendicular to M.MQ. Furthermore, MOOME = e must be. This makes O easy to construct. When O is found in this way, it is easy to find the movement of any imaginary point P connected to i from position Po to position P2. The construction does not need any explanation.

Als Abschluß ist nur noch die Frage zu lösen, für welche mit Glied i fest verbunden gedachten Punkte die Bedingung gilt, daß sie in den durch die Indexe o und 2 gekennzeichneten Lagen auf einer Senkrechten liegen. Diese Bedingung ist offenbar für alle in der Ausgangsstellung auf der Geraden 0-A. liegenden Punkte erfüllt. Zum Beispiel gelangt der Punkt A, nach A3, und A2 liegt senkrecht über A.. Bewegt sich also der Punkt A auf der Senkrechten von Aa nach A., so ist bei den gewählten Abmessungen sowdhl in der Lage Null wie in der Lage 2 die Bedingung erfüllt, daß die Berührungspunkte zwischen 2 und 4, zwischen 3 und 4 senkrecht ühereinanderliegen, was ja, wie erläutert, gleichbedeutend mit der Verhinderung von Seitendrücken auf-das Ventil ist.In conclusion, the only question left to be resolved is which one has a link i firmly connected points the condition applies that they are in the by the indices o and 2 marked positions lie on a vertical line. This condition is apparently for everyone in the starting position on the straight line 0-A. lying points Fulfills. For example, point A goes to A3, and A2 is perpendicular above A .. So if point A moves on the vertical from Aa to A., then at the selected dimensions as well as in position zero as in position 2 the condition fulfills that the points of contact between 2 and 4, between 3 and 4 lie vertically one above the other, which, as explained, is synonymous with preventing side presses on the Valve is.

Die Strecke M.MM= ist, wie leicht einzusehen, gleich s. Es folgt also oder angenähert M'0 = s # ctg a, oder da nach (2) s = e # R ist, M'0 = e # ctg e # R. Für kleine Werte von e wird nun e # ctg a = i, und man erhält M'O=R.The line M.MM = is, as is easy to see, the same as s. So it follows or approximately M'0 = s # ctg a, or since according to (2) s = e # R , M'0 = e # ctg e # R. For small values of e, e # ctg a = i, and one obtains M'O = R.

Für die Entfernung a des Punktes O von der Wälzbahn 3 folgt dann a = 2 (R- r). Für die Entfernung des Drehpunktes A, in der Ausgangsstellung von der Wälzbahn, die wir mit e bezeichnen wollen, erhalten wir dann schließlich Dabei ist mit o die Entfernung 0A' bezeichnet. Der Ventilhub h ist gleich der Strecke Ao- A2, es gilt h = 2 o sin e/2 oder angenähert h = o e (4) Setzen wir diesen Ausdruck in (3 a@ ein, so wird daraus, wenn man tg e/2 = s/2 setzt Um eine während des ganzen öffnungsvorganges praktisch seitendruckfreie Steuerung nach der Erfindung zu erhalten, muß bei geschlossenem Ventil die (senkrechte) Entfernung der Drehachse des Kipphebels von der Ebene, auf der sich die Rolle oder Kugel abwälzt, gleich der doppelten Differenz des Radius des Wälzbogens 2 und des Rollen- oder Kugelradius vermehrt um den halben Ventilhub sein.For the distance a of the point O from the rolling path 3 it then follows that a = 2 (R- r). For the distance of the pivot point A, in the starting position, from the rolling path, which we want to denote by e, we then finally get The distance 0A 'is designated by o. The valve lift h is equal to the distance Ao-A2, the following applies h = 2 o sin e / 2 or approximately h = o e (4) If we insert this expression in (3 a @, it becomes , if one tg e / 2 = s / 2 sets In order to obtain a control according to the invention practically free of lateral pressure during the entire opening process, the (vertical) distance of the axis of rotation of the rocker arm from the plane on which the roller or ball rolls must be twice the difference in the radius of the arch 2 when the valve is closed and the roller or ball radius increased by half the valve lift.

Die Freiheit von Seitendruck ist zwar nur zu Anfang und Ende der Bewegung streng gewahrt; dazwischen ergibt sich eine geringe Abweichung, die bei halbem Ventilhub am größten, praktisch aber ohne Bedeutung ist.The freedom from side pressure is only strictly observed at the beginning and end of the movement; in between there is a slight deviation, which is greatest at half the valve lift, but is practically insignificant.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Valve control, in particular for internal combustion engines, characterized in that between the actuator (i), for. B. rocker arm, and the valve stem or a pressure piece connected to it (3), spring plate od.

2. Valve control according to claim i, characterized in that the points of contact between the actuating member (i) and the rolling element (4) on the one hand and between the rolling element (4) and the pressure piece (3) on the valve stem on the other hand during the entire valve actuation are practically always vertically on top of each other.

3. Valve control according to claim i, characterized in that when the valve is closed the vertical Distance of the axis of rotation of the rocker arm actuating the valve from the Level, on which the rolling element (4) rolls is equal to twice the difference of the Radius of a rolling arc (2) on the rocker arm (i) and the radius of the rolling element (4) increased by half the valve lift.

4. Valve control according to claim i, characterized in that that the rolling element (4) is a cylinder.

5. Valve control according to claim i, characterized in that the rolling element (4) is a vain ball. Cited publications: German Patent No. 459 630; British Patent Nos. 239 579, 222 238, 149 9 8 5, 128 653.