DE9416791U1

DE9416791U1 - Lightweight tappet for a valve train of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE9416791U1
Application number: DE9416791U
Authority: DE
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2004-10-20

Description

INA Wälzlager Schaeffler KG, 91072 HerzogenaurachINA Rolling Bearings Schaeffler KG, 91072 Herzogenaurach

ANR 17 17 332ANR 17 17 332

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Leichtbaustößel für einen Ventiltrieb einer BrennkraftmaschineLightweight tappet for a valve train of an internal combustion engine

Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem tassenförmigen Hemd, welches an seinem einen Rand durch einen scheibenförmigen Boden verschlossen ausgebildet ist, der an seiner Stirnseite zumindest mittelbar von einem Steuernocken einer Nockenwelle im Hubsinn beaufschlagt ist, wobei diese Hubbewegung von dem Boden auf einen Ventilschaft eines GaswechselventiIs übertragen wird.The invention relates to a tappet for a valve train of an internal combustion engine with a cup-shaped skirt, which is closed at one edge by a disk-shaped base, which is acted upon at least indirectly on its front side by a control cam of a camshaft in the lifting direction, whereby this lifting movement is transmitted from the base to a valve stem of a gas exchange valve.

Ein derartiger Stößel ist aus der DE-39 11 141 vorbekannt. Zur Verminderung seiner Masse ist er im Bereich seines Hemdes perforiert. Von Nachteil bei dem als gattungsbildend betrachteten Stößel ist es, daß die durch die Perforation geschaffenen Durchbrüche die Stößelgesamtmasse lediglich gering minimieren. Auch gestaltet es sich fertigungstechnisch relativ aufwendig, in das Stößelhemd die obengenannten Perforierungen einzubringen.Such a tappet is already known from DE-39 11 141. To reduce its mass, it is perforated in the area of its skirt. The disadvantage of the tappet considered to be generic is that the openings created by the perforation only slightly minimize the total mass of the tappet. In terms of manufacturing technology, it is also relatively complex to introduce the above-mentioned perforations into the tappet skirt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stößel der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und bei dem mit einfachen Mitteln eine Reduzierung seiner Gesamtmasse erzielt ist.The invention is therefore based on the object of creating a tappet of the type mentioned at the outset in which the disadvantages indicated are eliminated and in which a reduction in its overall mass is achieved by simple means.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß in Bereichen geringer Belastung am Boden umfangsverteil te Ausnehmungen/Durchbrüche angeordnet sind bzw. daß auf der dem Steuernocken zugewandten Stirnseite des Bodens eine separate Scheibe für den unmittelbaren Nockenkontakt befestigt ist und daß die Scheibe in Bereichen ihrer geringen Belastung umfangsverteilte Ausnehmungen/Durchbrüche aufweist. Anstatt der Ausnehmungen sind erfindungsgemäß ebenfalls Sicken am Boden bzw. seiner Scheibe vor-According to the invention, this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that recesses/openings distributed around the circumference are arranged on the base in areas of low load, or that a separate disk for direct cam contact is attached to the front side of the base facing the control cam and that the disk has recesses/openings distributed around the circumference in areas of low load. Instead of the recesses, according to the invention, beads are also provided on the base or its disk.

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gesehen. Die belastungsmäßig günstigste Anordnung dieser Ausnehmungen/Durchbrüche läßt sich mittels numerischer Verfahren, wie beispielsweise Finite-Elemente-Methode feststellen. Die zwischen den Ausnehmungen/Durchbrüchen angeordneten Bereiche können als Versteifungsrippen betrachtet werden, wodurch trotz geringsten Materialeinsatzes eine hohe Steifigkeit des gesamten Stößels festgestellt wird. Denkbar sind auch spezielle Profilformen der Versteifungsrippen, beispielsweise T-artige u. a.. Diese obengenannten Ausnehmungen/Durchbrüche führen zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtmasse des Stößels. Diese Reduzierung führt dazu, daß es gelingt, die Ventilfederkraft je Stößel abzusenken. Hierdurch ist eine deutliche Minderung der Reibleistung im Ventiltrieb angezeigt. Diese Reibleistungsreduzierung wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und somit die Schadstoffemission aus bzw. anders herum gesagt, kann bei gleicher Federkraft die Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine erhöht werden. Vorgesehen ist es, die Eindrückungen bzw. Sicken spanlos in den Boden bzw. seine Scheibe einzubringen. Werden diese Maßnahmen nun noch mit den Maßnahmen nach Anspruch 6 kombiniert, nämlich im Hemd ebenfalls Ausnehmungen/Durchbrüche anzuordnen, ist ein Stößel extrem geringen Gewichts geschaffen. Da diese Gewichtsminimierung in bezug auf die Reibleistung ein iterativer Prozeß ist, wird diese Maßnahme solange wiederholt, bis ein Optimum an Masseersparnis gefunden wird.seen. The most favorable arrangement of these recesses/openings in terms of load can be determined using numerical methods, such as the finite element method. The areas arranged between the recesses/openings can be considered as stiffening ribs, which means that despite the smallest amount of material used, the entire tappet is highly rigid. Special profile shapes for the stiffening ribs are also conceivable, for example T-shaped ones, etc. These recesses/openings mentioned above lead to a significant reduction in the total mass of the tappet. This reduction means that the valve spring force for each tappet can be reduced. This results in a significant reduction in the frictional power in the valve train. This reduction in frictional power has a positive effect on fuel consumption and thus on pollutant emissions, or to put it the other way around, the maximum speed of the internal combustion engine can be increased with the same spring force. The plan is to insert the indentations or beads into the base or its disc without cutting. If these measures are now combined with the measures according to claim 6, namely also arranging recesses/openings in the shirt, a tappet of extremely low weight is created. Since this weight minimization in relation to the friction power is an iterative process, this measure is repeated until an optimum mass saving is found.

Die Ansprüche 3 bis 5 beziehen sich auf spezielle Ausgestaltungen der Ausnehmungen/Durchbrüche. So kann bei einer Anordnung einer separaten Bodenplatte, welche vorteilhaft aus einem verschleißbeständigen Werkstoff hergestellt ist, es vorgesehen sein, deren Durchbrüche zu den Durchbrüchen des Bodens fluchtend und mit einer in etwa gleichen Geometrie auszugestalten. Fertigungstechnisch einfach ist es ebenfalls, die Ausnehmungen/Durchbrüche als Sackbohrungen herzustellen.Claims 3 to 5 relate to special designs of the recesses/openings. For example, when arranging a separate base plate, which is advantageously made of a wear-resistant material, it can be provided that its openings are aligned with the openings in the base and have approximately the same geometry. It is also simple in terms of manufacturing technology to produce the recesses/openings as blind holes.

Eine Anwendung finden die erfindungsgemäßen Ausnehmungen gleichermaßen bei hydraulisch bzw. mechanisch wirkenden Stößeln. Bei einer Anwendung bei hydraulisch wirkenden Stößeln ist es in nicht näher beschriebener Art und Weise auch denkbar, beispielsweise den Druckkolben des Hydraulikelements ebenfalls mit Materialausnehmungen zu versehen. Gleichermaßen ist bei einer Anwendung eines hydraulischen Spielausgleichs-The recesses according to the invention are used equally in hydraulically or mechanically acting tappets. When used in hydraulically acting tappets, it is also conceivable, in a manner not described in detail, to also provide the pressure piston of the hydraulic element with material recesses. Likewise, when using a hydraulic play compensation device,

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elements zu beachten, daß dann keine separate Bodenplatte erforderlich ist.elements, please note that no separate base plate is required.

Schließlich geht es in Konkretisierung der Erfindung aus Anspruch 9 hervor, daß es vorgesehen ist, den Boden und/oder die Scheibe durch eingelegte Fasern, Gitter oder Partikel zu verstärken. Somit gelingt es, den gesamten Stößel aus einem Leichtbauwerkstoff wie beispielsweise Aluminium zu fertigen. Auch ist an eine keramische Scheibe als unmittelbare Nockenanlauffläche gedacht.
10Finally, in a more specific form of the invention, claim 9 states that the base and/or the disk are to be reinforced by inserting fibers, mesh or particles. This makes it possible to manufacture the entire tappet from a lightweight material such as aluminum. A ceramic disk is also envisaged as the immediate cam contact surface.
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Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn die beschriebenen Sicken während einer Fließpreßfertigung des Stößels in diesem angeordnet werden.From a manufacturing point of view, it is simple if the beads described are arranged in the tappet during extrusion production.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale und Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten.The invention is not only limited to the features of its claims. Also conceivable and intended are possible combinations of individual claim features and possible combinations of individual claim features with what is disclosed in the advantages and the embodiment example.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung. Es zeigen:Embodiments of the invention are the subject of the drawing. Show:

Figuren la und Ib einen Längsschnitt bzw. eine Unteransicht eines hydraulisch wirkenden Stößels mit erfinFigures la and lb show a longitudinal section and a bottom view of a hydraulically acting ram with inventive

dungsgemäßen Ausnehmungen/Durchbrüchen im Bodenbereich undrecesses/openings in the floor area as per the requirements and

Figuren 2a und 2b einen Längsschnitt und eine Unteransicht eines mechanisch wirkenden Stößels.Figures 2a and 2b show a longitudinal section and a bottom view of a mechanically acting plunger.

Figur 1 zeigt einen Stößel 1 eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Dieser weist ein tassenförmiges Hemd 2 auf, mit welchem er in einer Bohrung eines nicht dargestellten Zylinderkopfes oszilliert. An seinem einen Rand 3 ist der Stößel 1 durch einen scheibenförmigen Boden 4 verschlossen. Eine Stirnseite 5 des Bodens 4 wird von einem nicht dargestellten Steuernocken einer Nockenwelle im Hubsinn beauf-Figure 1 shows a tappet 1 of a valve train of an internal combustion engine. This has a cup-shaped skirt 2 with which it oscillates in a bore of a cylinder head (not shown). At one edge 3, the tappet 1 is closed by a disk-shaped base 4. One end face 5 of the base 4 is actuated in the stroke direction by a control cam (not shown) of a camshaft.

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schlagt. Auf der dem Steuernocken zugewandten Stirnseite 5 des Bodens 4 kann eine separate Scheibe 6 für einen unmittelbaren Nockenkontakt vorgesehen sein. Im Innenraum 7 des Stößels 1 verläuft hier konzentrisch zum Hemd 2 ein nicht näher dargestelltes hydraulisches Spielausgleichselement 8. Dieses ist über einen Führungsring 9 gegenüber einer Innenseite 10 des Hemdes 2 konzentrisch abgestützt.hits. On the front side 5 of the base 4 facing the control cam, a separate disk 6 can be provided for direct cam contact. In the interior 7 of the tappet 1, a hydraulic play compensation element 8 (not shown in detail) runs concentrically to the shirt 2. This is supported concentrically by a guide ring 9 opposite an inner side 10 of the shirt 2.

Zur Verminderung seiner Gesamtmasse weist der Stößel 1 im Bereich seines Bodens 4 Ausnehmungen 11 auf. Diese Ausnehmungen 11 sind vorteilhaft in einem Bereich geringer Belastung des Bodens 4 angeordnet. Die Ausnehmungen 11 weisen hier, wie der Figur Ib zu entnehmen ist, eine fensterartige Geometrie auf. Denkbar ist es ebenfalls, die Ausnehmungen 11 als Sicken herzustellen, wodurch eine Verfestigung des Bodens 4 trotz geringer Bodenstärke zu verzeichnen ist.To reduce its overall mass, the tappet 1 has recesses 11 in the area of its base 4. These recesses 11 are advantageously arranged in an area of low load on the base 4. The recesses 11 here, as can be seen from Figure 1b, have a window-like geometry. It is also conceivable to produce the recesses 11 as beads, which results in a strengthening of the base 4 despite the low base thickness.

Aus den Figuren 2a und 2b geht eine alternative Ausgestaltung zu der vorgenannten hervor. Im Gegensatz zur eingangs beschriebenen Variante ist der hier gezeigte Stößel 1 mechanisch wirkend ausgelegt. Eventuell kann ein vorhandenes Ventilspiel durch ein Auswechseln der Scheibe 6 ausgeglichen werden. Bei dieser Variante sind die Ausnehmungen 11 des Bodens 4 als Durchgangsbohrung hergestellt. Fluchtend zu diesen Durchgangsbohrungen kann es vorgesehen sein, in der Scheibe 5 ebenfalls Ausnehmungen 11 beliebiger Geometrie zu positionieren. Figures 2a and 2b show an alternative design to the one mentioned above. In contrast to the variant described at the beginning, the tappet 1 shown here is designed to act mechanically. Any existing valve clearance can possibly be compensated by replacing the disk 6. In this variant, the recesses 11 in the base 4 are made as through holes. In alignment with these through holes, it can also be provided to position recesses 11 of any geometry in the disk 5.

Somit ergeben sich für die Ausgestaltungen gemäß den Figuren la und Ib bzw. 2a und 2b die verschiedensten Möglichkeiten einer Kombination der Ausnehmungen/Durchbrüche.This results in a wide variety of possibilities for combining the recesses/openings for the designs according to Figures 1a and 1b or 2a and 2b.

Zur weiteren Gewichtsoptimierung kann es ebenfalls vorgesehen sein, im Hemd 2 des Stößels 1 Ausnehmungen/Durchbrüche 12 anzuordnen. Diese wirken zusätzlich masseoptimierend auf den gesamten Stößel 1.For further weight optimization, it can also be provided to arrange recesses/openings 12 in the sleeve 2 of the tappet 1. These also have a mass-optimizing effect on the entire tappet 1.

Zur Verbesserung der tribologischen Bedingungen am Boden 4 oder seiner Scheibe 6 bzw. zur Erhöhung der Festigkeit des Stößels 1 kann es vorgesehen sein, den Boden 4 und/oder die Scheibe 6 durch eingelegte Fasern 13 oder ähnliches zu verstärken.In order to improve the tribological conditions on the base 4 or its disk 6 or to increase the strength of the tappet 1, it may be provided to reinforce the base 4 and/or the disk 6 by inserting fibers 13 or the like.

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BezugszahlenReference numbers

CJlCJl 11 StößelPestle 22 HemdShirt 33 Randedge 44 BodenFloor 10 510 5 StirnseiteFront side 66 Scheibedisc 77 Innenrauminner space 88th SpielausgleichselementPlay compensation element 99 FührungsringGuide ring 15 1015 10 Innenseiteinside 1111 Ausnehmungen/DurchbrücheRecesses/breakthroughs 1212 Ausnehmungen/DurchbrücheRecesses/breakthroughs 1313 FasernFibers

Claims

INA Wälzlager Schaeffler KG, 91072 Herzogenaurach ANR 17 17 332 2672-ll-DE 5 Claims

1. Tappet (1) for a valve train of an internal combustion engine with a cup-shaped skirt (2) which is closed at one edge (3) by a disk-shaped base (4) which is acted upon at its front side (5) at least indirectly by a control cam of a camshaft in the lifting direction, this lifting movement being transmitted from the base (4) to a valve stem of a gas exchange valve, characterized in that in areas of low load on the base (4) circumferentially distributed recesses/openings (11) are arranged.

2. Tappet according to the preamble of claim 1 or according to claim 1, characterized in that a separate disk (6) for direct cam contact is fastened to the end face (5) of the base (4) facing the control cam and that the disk (6) has circumferentially distributed recesses/openings (11) in areas of its low load.

3. Tappet according to claim 2, characterized in that the recesses/openings (11) of the base (4) and the disc (6) are aligned with each other and are manufactured with approximately the same geometry.

4. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses/openings (11) are designed as blind bores/through bores.

5. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the recesses/openings (11) have a window-like geometry.

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6. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the cup-shaped skirt (2) has circumferentially distributed recesses/openings (12).

7. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the tappet (1) is designed to act mechanically.

8. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the tappet (1) is designed to act hydraulically and has in its interior (7), concentric with its skirt (2), a hydraulic play compensation element (8) which is assigned to the valve stem of the gas exchange valve.

9. Tappet according to claim 1 or 2, characterized in that the base (4) and/or the disc (6) is reinforced by inserted fibers, grids, particles (13) or the like.