WO1994000675A1 - Steuerungseinrichtung für den ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuerungseinrichtung für den ventiltrieb einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO1994000675A1
WO1994000675A1 PCT/EP1993/001481 EP9301481W WO9400675A1 WO 1994000675 A1 WO1994000675 A1 WO 1994000675A1 EP 9301481 W EP9301481 W EP 9301481W WO 9400675 A1 WO9400675 A1 WO 9400675A1
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cam
tappet
valve train
combustion engine
internal combustion
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PCT/EP1993/001481
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Inventor
Harald Elendt
Michael Haas
Gerhard Maas
Original Assignee
Ina Wälzlager Schaeffler Kg
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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
    • 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
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts

Definitions

  • the invention relates to a valve train of an internal combustion engine, consisting of a tappet which is axially movable in a bore of a cylinder head and which is acted on a bottom by a cam of a camshaft.
  • the cup tappet body is made from a lightweight material, such as an aluminum alloy.
  • the floor is also made of a lightweight material.
  • complex measures are to be taken to guarantee the necessary tribological properties of the floor for contact with a cam running surface of a cam.
  • an additional plate is provided, which can also be made of steel.
  • a disadvantage of the first-mentioned solution is that considerable problems are encountered when the base of the aluminum plunger comes into contact with a conventional cam consisting of a steel, cast or sintered material. These problems result from the relatively high surface pressure when the ground contacts the cam. Furthermore, tribological problems occur with the aluminum-steel contact described above, that is to say the bottom of the plunger would be prematurely destroyed by an abrasive process. On the other hand, if, as described above, the light metal tappet is provided with a base reinforced with a steel plate, this increases the manufacturing effort. On the other hand, it should be noted that the total mass of the tappet has increased and this has a negative effect on the oscillating masses in the valve train.
  • the invention is therefore based on the object of providing a control device of the type described in the introduction, in which the disadvantages indicated are eliminated and in particular the surface pressure which occurs is reduced.
  • this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that both the material of the cam and of the tappet have a modulus of elasticity which is significantly smaller than the modulus of elasticity of steel.
  • the moduli of elasticity of the material of the cam and of the tappet are preferably selected to be less than / equal to 0.5 times the modulus of elasticity of steel. It is important that materials with approximately the same low modulus of elasticity are selected.
  • the mass of the moving parts in the valve train is reduced, resulting in the possibility of a reduction in the valve spring force, which leads to a reduction in fuel consumption.
  • the solution according to the invention also relates to other valve controls, such as. B. the pushrod and rocker arm or with rocker arm, i.e. all a cam drive valve elements.
  • the cam is advantageous to manufacture the cam from a lightweight material such as aluminum.
  • This above-mentioned additional layer for example a ceramic spray layer, a thermally sprayed metal layer, for example made of molybdenum, or a diamond-hard carbon layer, further improves the tribological condition of the control device according to the invention and increases the resilience and service life of the above-mentioned control device.
  • the cam and / or the tappet can be reinforced by embedded particles and / or fibers.
  • This embodiment according to the invention has a strengthening effect.
  • the same advantageous effects occur as described in the previous claim, namely that the wear is further reduced and the resilience and service life of the solution according to the invention are increased.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a control device according to the invention
  • FIG. 2 shows a partial longitudinal section through a further control device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a valve train 1. This consists of a tappet 4, which is axially movably guided in a bore 2 of a cylinder head 3, the bottom 5 of which is acted upon by a cam surface 6 of a cam 8 emanating from a camshaft 7.
  • the cam 8 and the plunger 4 advantageously consist of a lightweight material, in particular aluminum.
  • FIG. 1 A partial longitudinal section through a further valve train 1 can be seen from FIG.
  • the basic structure corresponds to that described in FIG. 1, so that only the differences essential to the invention are discussed at this point.
  • the contact surface 8 a of the cam 8 with the plunger 4 and / or the bottom 5 of the plunger 4 are provided with a wear protection layer 9.
  • the base material of the cam 8 and the tappet 4 is reinforced by embedded particles and / or fibers 10. This measure can be used separately from the aforementioned, but is also conceivable in combination with this.

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Abstract

Bei einem Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem in einer Bohrung (2) eines Zylinderkopfes (3) axial beweglich geführten Stößel (4), dessen Boden (5) durch eine Nockenlauffläche (6) eines von einer Nockenwelle (7) ausgehenden Nockens (8) beaufschlagt ist, soll die auftretende Flächenpressung verringert werden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Werkstoff des Nockens (8) und des Stößels (4) einen Elastizitätsmodul aufweist, der kleiner/gleich dem 0,5-fachen des Elastizitätsmoduls von Stahl ist.

Description

Beschreibung
Steuerungseinrichtung für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem in einer Bohrung eines Zylinderkopfes axial be- weglich geführten Stößel, der an einem Boden von einem Nocken einer Nockenwelle beaufschlagt ist.
Ein Stößel für einen derartigen Ventiltrieb geht aus der EP-A-
0405 156 hervor. Dieser gattungsbildenden Schrift ist zu entnehmen, daß es vorgesehen ist, den Tassenstößelkörper aus einem Leichtbauwerk¬ stoff, wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung, auszubilden. Einerseits ist es vorgesehen, den Boden ebenfalls aus einem Leicht¬ bauwerkstoff zu fertigen. Andererseits sollen aufwendige Maßnahmen getroffen werden, um die notwendigen tribologischen Eigenschaften des Bodens für den Kontakt mit einer Nockenlauffläche eines Nockens zu garantieren. Beispielsweise ist eine zusätzlich einzulegende Platte vorgesehen, die auch aus Stahl bestehen kann.
Von Nachteil bei der erstgenannten Lösung ist es, daß beim Kontakt des Bodens des Aluminiumstößels mit einem herkömmlichen Nocken, bestehend aus einem Stahl-, Guß- oder Sinterwerkstoff erhebliche Probleme zu verzeichnen sind. Diese Probleme resultieren aus der relativ hohen Flächenpressung beim Kontakt des Bodens mit dem Nocken. Desweiteren treten tribologische Probleme beim oben beschriebenen Aluminium-Stahl- kontakt auf, also der Boden des Stößels würde vorzeitig abrasiv zer¬ stört werden. Wird nun andererseits, wie oben beschrieben, der LeichtmetallStößel mit einem Boden verstärkt mit einer Stahlplatte versehen, erhöht dies zum einen den Fertigungsaufwand. Zum anderen ist festzustellen, daß die Gesamtmasse des Stößels gesteigert ist und sich dies negativ auf die oszillierenden Massen im Ventiltrieb auswirkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungsein¬ richtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere die auftretende Flächenpressung verringert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß sowohl der Werkstoff des Nockens als auch des Stößels einen Elastizitätsmodul aufweisen, der deutlich kleiner als der Elastizitätsmodul von Stahl ist.
Durch die somit stark verringerten Elastizitätsmoduln des Nockens und des Stößels liegt eine erheblich reduzierte Flächenpressung gegenüber den bekannten Lösungen vor. Die Elastizitätsmoduln des Werkstoffes des Nockens und des Stößels sind bevorzugt kleiner/gleich dem 0,5-fachen des Elastizitätsmoduls von Stahl gewählt. Wichtig ist, daß Werkstoffe mit in etwa gleich niedrigem Elastizitätsmodul gewählt werden. Die Masse der bewegten Teile im Ventiltrieb ist reduziert, daraus ergibt sich die Möglichkeit einer Verringerung der Ventilfederkraft, was zu einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung führt. Die erfindungsgemäße Lösung betrifft auch weitere Ventilsteuerungen, so z. B. die über Stößelstange und Kipphebel oder mit Schlepphebel, also alle einem Nocken gegenlaufenden Ventiltriebselemente.
Wie in Anspruch 2 beschrieben, ist es vorteilhaft, den Nocken aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium herzustellen.
Die Herstellung dieses Nockens ist fertigungstechnisch relativ einfach zu bewältigen, wobei er insbesondere an gebauten Nockenwellen zur Anwendung kommt. Denkbar sind auch weitere Leichtbauwerkstoffe, nur sollen diese über die entsprechende Festigkeit und einen entsprechend niedrigen Elastizitätsmodul verfügen. Der Anspruch 3 beschreibt eine weitere vorteilhafte Gestaltungsmög¬ lichkeit des erfindungsgemäßen Ventiltriebes. Dabei ist es vorgesehen, den Nocken und/oder Stößel mit einer aufgetragenen Verschleißschutz¬ schicht zu versehen.
Diese obengenannte zusätzliche Schicht, wobei beispielsweise eine keramische Spritzschicht, eine thermisch aufgespritzte Metallschicht, beispielsweise aus Molybdän, oder eine diamantharte Kohlenstoffschicht in Frage kommt, verbessert weitergehend die tribologischen Bedingung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung und erhöht die Belast¬ barkeit und Lebensdauer obengenannter Steuerungseinrichtung.
Nach Anspruch 4 kann der Nocken und/oder der Stößel durch eingelagerte Partikel und/oder Fasern verstärkt ausgebildet sein.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wirkt festigkeitssteigernd. Es treten die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie im vorherigen Anspruch beschrieben auf, nämlich, daß der Verschleiß weiter gesenkt und die Belastbarkeit und Lebensdauer der erfindungsgemäßen Lösung erhöht ist.
Der Schutzumfang dieser Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale der Ansprüche beschränkt, wobei der Stößel als mechanisch oder hydraulisch wirkender ausgebildet sein kann. Es ergeben sich auch Kombinations¬ möglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteils- angaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Genannten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Steue¬ rungseinrichtung und
Figur 2 einen Teil-Längsschnitt durch eine weitere, erfin¬ dungsgemäße Steuerungseinrichtung. Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Ventiltrieb 1. Dieser besteht aus einem in einer Bohrung 2 eines Zylinderkopfes 3 axial beweglich geführten Stößel 4, dessen Boden 5 durch eine Nockenlauf¬ fläche 6 eines von einer Nockenwelle 7 ausgehenden Nockens 8 beauf¬ schlagt ist. Der Nocken 8 und der Stößel 4 bestehen vorteilhaft aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus Aluminium.
Auf den weiteren Aufbau und die Wirkungsweise der Steuerungseinrich- tung, bestehend aus Nocken 8 und Stößel 4, wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, da dies der Fachwelt hinreichend bekannt ist.
Aus Figur 2 ist ein Teil-Längsschnitt durch einen weiteren Ventiltrieb 1 entnehmbar. Der prinzipielle Aufbau stimmt mit dem in Figur 1 be¬ schriebenen überein, so daß nur auf die erfindungswesentlichen Unter¬ schiede an dieser Stelle eingegangen wird.
Die Kontaktfläche 8 a des Nockens 8 mit dem Stößel 4 und/oder der Boden 5 des Stößels 4 sind dabei mit einer Verschleißschutzschicht 9 versehen. In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, den Grundwerk¬ stoff des Nockens 8 und des Stößels 4 durch eingelagerte Partikel und/oder Fasern 10 zu verstärken. Diese Maßnahme kann getrennt zu der vorherig genannten angewendet werden, ist jedoch auch in Kombination zu dieser denkbar.
Bezugszahlenliste
Figure imgf000007_0001

Claims

Ansprüche
1. Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem in einer Bohrung (2) eines Zylinderkopfes (3) axial beweglich geführten
Stößel (4), der an seinem Boden (5) von einem Nocken (8) einer Nocken¬ welle (7) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Werkstoff des Nockens (8) als auch des Stößels (4) einen Elastizitäts¬ modul aufweisen, der deutlich kleiner als der Elastizitätsmodul von Stahl ist.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (8) aus einem Leichtbauwerkstoff wie Aluminium hergestellt ist.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (8) an seiner Lauffläche (6) und/oder der Stößel (4) an seinem Boden (5) mit einer aufgetragenen Verschleißschutzschicht (9) versehen sind.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (8) und/oder der Stößel (4) durch eingelagerte Partikel und/ oder Fasern (10) verstärkt ausgebildet sind.
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