Hydraulische Vorrichtung zum Ausgleich des Ventilspiels Die Erfindung betrifft eine hydraulische Vorrichtung zum Ausgleich des Ventilspiels mit einem ihren Druckraum abschliessenden Rückschlagventil. Ihr liegen vollkommen neue und unbekannte Überlegungen zu Grunde, die sich auf Ventile mit minimaler Öffnungszeit beziehen, bei denen während dieser Zeit nur ein, iustationärer Strömungs zustand herrschen kann.
Derartige Vorrichtungen sind seit langem unter Bezeichnungen wie Spielausgleicher, valve lifter oder dgl. bekannt. Sie dienen dazu, das infolge von Wärmedehnungen un vermeidliche Spiel zwischen der Ventilsteue rung und der Ventilspindel auszugleichen. Zu diesem Zweck besitzen die hydraulischen Spielausgleicher einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Druckraum zwischen zwei, die Steuerkraft übertragenden Teilen der Steuer einrichtung.
Die Füllung dieses Druckraumes richtet sich nach dein, jeweiligen Ventilspiel. Während der Kraftübertragung wird ein Teil dieser Flüssigkeit aus dem Druckraum her ausgepresst, so dass bei jedem Hub neue Flüssigkeit in den Druckraum hineingeführt werden muss. Dadurch kann den Änderungen des Ventilspiels leicht gefolgt werden. Die Flüssigkeit wird über ein Rückschlagventil in den Druckraum eingeleitet. Bisher wurden hierfür Kugelrückschlagventile verwendet.
Obwohl bei Ventilsteuerungen, die mit derartigen Ausgleichsvorrichtungen. .ausge- rüstet sind, die Ventilgeräusche wesentlich herabgesetzt werden können, zeigten die damit versehenen Motoren bereits nach kur zer Zeit wesentliche Nachteile; beispielsweise entsprachen die Ventilöffnungszeiten nicht mehr dem eingestellten Wert und der Brenn stoffverbrauch stieg an. Diese Nachteile konnten im wesentlichen nur mit den Spiel- ausgleichern zusammenhängen, deren Le bensdauer zudem meist aussergewöhnlich kurz war.
Deshalb wurden eingehende Unter suchungen eingeleitet, die schliesslich .zu der Erfindung führten.
Es stellte sich hierbei heraus, dass - die wesentliche Fehlerquelle das Kugelrück- schlagventil war. Man muss nämlich berück sichtigen, dass es sich hierbei nicht um ein gewöhnliches Kugelrückschlagventil, wie man es beispielsweise bei Fussballpumpen finden kann, sondern um ein sehr hoch beanspruch tes Teil handelt. Betrachtet man beispiels weise eine Ventilsteuerung, die mit 3000U/min umläuft, so wird das Ventil 50mal in der Sekunde betätigt.
Da das Rückschlagventil nur einen Bruchteil der Umdrehungszeit der Steuerwelle geöffnet sein kann, beträgt die Öffnungszeit des Rückschlagventils etwa 1/20o bis i/300 Sekunde. Geringfügige Verände rungen dieser Öffnungszeit können - auf die Dauer gesehen - der -Grund für verschiedene der genannten Nachteile sein.
Das Verhalten der Kugel des Rückschlag- ventils während der kurzen Öffnungszeit ist sehr komplex. Vereinfacht kann man sagen, dass sich innerhalb dieser kurzen Zeit keine stationäre Strömung ausbilden kann, die eine dem symmetrischen Aufbau des Ventils ent sprechende Form hat.
Die Kugel erhält also im ersten Öffnungsaugenblick einen Impuls in einer Richtung, welche keinesfalls mit der Axialrichtung des Ventils zusammenzufallen braucht. Wenn das Ventil unmittelbar da nach schliesst, wird die Kugel nur in. den seltensten Fällen direkt auf ihren ursprüng- lichen Sitz zurückfallen oder in ihn zurück gedrückt werden.
Sie trifft einen beliebigen Punkt des Ventilsitzes und rollt dann in die Dichtlage. Infolge ihrer Masse rollt sie- aber darüber hinaus, so dass die Kugel kurzfristig um ihre Nullage pendelt. Während dieser Zeit ist das Ventil noch nicht dicht geschlos sen und eine unkontrollierbare Verzögerung der Öffnungszeit des Ventils ist die Folge.
Es kommt aber noch eine weitere Über legung hinzu. Wenn die Achse des Ventils senkrecht steht, wird die statistische Häufig keit, mit der die einzelnen Punkte des Ventil sitzes von der zurückfallenden oder zurück- gedrückten Kugel getroffen werden, etwa gleich gross sein. Der Ventilsitz wird also mehr oder weniger gleichmässig durch das Auf treffen der Kugel beschädigt und verformt.
Wenn die Achse des Ventils dagegen eine Schräglage einnimmt, wird die Kugel ausser von der unsymmetrischen Strömung auch noch von einer Schwerkraftkomponente aus ihrer Mittellage abgelenkt. Die Folge davon ist es, dass einige Stellen des Ventilsitzes mit weitaus grösserer Häufigkeit von der auf treffenden Kugel beschädigt werden als die übrigen Stellen. Der Ventilsitz verformt sich an diesen Punkten besonders stark, so dass schliesslich eine dauernde Undichtigkeit des Ventils daraus resultiert.
Das exzentrische Ausweichen der Kugel wird ausserdem dadurch unterstützt, dass die auf die Kugel wirkende Schliessfeder nicht genau zentral wirkt und dass die Kugel meist - sei es durch die Herstellung, sei es durch den Betrieb -<B>-</B>keine mathematisch genaue Kugelfläche besitzt. Schliesslich muss man noch berücksichtigen, dass bei einer schräg von ihrem Sitz weggestossenen Kugel die Strömung sich auf der einen Seite der Kugel stärker ausbildet als auf der andern und die Kugel noch weiter in eine unsymme trische Lage treibt.
Dadurch können die beschriebenen Vorgänge verstärkt werden.
Diese bisher noch nicht bekannten und berücksichtigten Überlegungen gaben, den Anlass zu der Erfindung. Wenn nämlich das Rückschlagventil zur Vermeidung von un symmetrischen Strömungen und Pendel vorgängen gemäss der Erfindung einen in axialer Richtung geführten Ventilschaft be sitzt, können die durch das Kugelventil her vorgerufenen Nachteile nicht mehr auftreten. Der Ventilteller hat immer die gleiche Be- rührungslinie oder -fläche mit dem Ventilsitz und schliesst deshalb sofort dicht ab.
Die Öffnungszeit des Rüekschlagventils ist da durch genau festgelegt. Weiterhin kann sich keine unsymmetrische Strömung ausbilden, da der Ventilteller eine symmetrische Strö mung durch das Ventil erzwingt. Deshalb sind auch keine Pendelvorgänge mehr mög lich.
Von Vorteil ist es, wenn der Schaft des Ventils in einer an den Ventilsitz anschliessen den Bohrung gleitet, durch welche Flüssig keit in den Druckraum eintritt. Wenn sich beispielsweise der Ventilschaft durch Flügel an der Innenwand der Bohrung abstützt, kann eine gleichmässige Aufteilung der Strö mung bereits in der Bohrung erfolgen. Zu dem verwendet man als Flüssigkeit meistens Öl, so dass die Führung in der Bohrung nahe zu ohne Spiel gleiten kann, weil sie gut ge schmiert ist.
In der nachfolgenden Beschreibung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen Fig. 1 eine .erfindungsgemässe Ausgleichs vorrichtung, welche zwischen Kipphebel und Ventilspindel direkt auf das Ventil aufgesetzt ist, und Fig. 2 eine erfindungsgemässe Ausgleichs vorrichtung, welche dicht oberhalb der Steuerwelle in der Steuereinrichtung angeord net ist.
In Fig. 1 stützt sich an dem üblichen Federteller 1 die Ventilfeder 2 ab. Die Ventil spindel 3 ist mit Hilfe des zweiteiligen koni schen Ringes 4 fest mit dem Federteller 1 ver bunden. Der Kipphebel 5 wird auf beliebige Weise von der Steuerwelle her betätigt. Er wirkt über die Kalotte 6 auf den kolbenarti gen Körper 7. Die Ventilspindel 3 ist weiter hin mit einem zylinderförmigen Körper 8 verbunden, in welchem der kolbenartige Kör per 7 gleitet.
Beide Körper werden durch die Kraft der Feder 9 auseinandergedrückt, so dass zu jedem Zeitpunkt einerseits der Körper 7 mit der Kalotte 6 und anderseits der Körper 8 mit der Spindel 3 in Berührung stehen. Über die Bohrungen 10, 11 und 12 wird in das Innere des kolbenartigen Körpers 7 Öl ge leitet, welches - sobald sich das geführte, durch die Feder 13 an seinen Sitz gedrückte kleine Ventil 14 öffnet - in den Raum 15 dringen kann.
Die Funktion der Vorrichtung beruht nun darauf, dass durch den Druck der Feder 9 der Raum 15 vergrössert und in ihm ein Unter druck erzeugt wird, sobald ein Ventilspiel bei spielsweise zwischen der Kalotte 6 und dem Körper 7 auftreten wollte. Durch den Unter druck wird unter Überwindung der Kraft der Feder 13 Öl in den Raum 15 gesogen.
Wenn nun zur Betätigung der Ventilspindel 3 über diese Ausgleichsvorrichtung eine Steuerkraft geleitet wird, wirkt der mit Öl gefüllte Raum als Übertragungsglied. Bei der Kraftüber tragung wird etwas Öl durch den Spalt zwischen den Körpern 7 und 8 herausgedrückt und kann sich in dem von der Haube 16 ge deckten Raum sammeln. Der Ölverlust er möglicht ein erneutes Ansaugen von Öl aus der Bohrung 12, so dass sich nahezu bei jedem Ventilspiel das kleine Ventil 14 öffnen muss und die Füllung dem jeweiligen Ventilspiel angepasst werden kann.
Der Schaft des Ven tils 14 besitzt Flügel 17, mit denen er sich. an der Innenwand der an den Ventilsitz an schliessenden Bohrung 12 abstützt, in welcher er axial verschiebbar angeordnet ist. Sie er- möglichen einen gleichmässigen Einlauf des Öls. Ausserdem ist ein versetztes Aufprallen des Ventils nicht mehr möglich, so dass nach teilige Pendelerscheinungen vermieden wer den.
In Fig. 2 ist die Ausgleichsvorrichtung in einem festen Gehäuseteil 19 angeordnet. In diesem kann der zylinderförmige Körper 20 gleiten, welcher von unten her durch die Noeke der Steuerwelle betätigt wird. In ihm wiederum gleitet der kolbenartige Körper 21, welcher mit der Kalotte 22 und dem'Steuer- hebel 23 in Berührung steht.
Ein Sprengring 24 verhindert, dass der zylinderförmige Kör per 21 bei fehlendem Widerstand am Ende des Steuerhebels 23 durch die Kraft der Fe der 25 nach oben herausgedrückt wird. Das kleine Ventil 26 des Spielausgleichers, die Feder 27 und der Raum 28 haben die gleiche Funktion wie die entsprechenden Teile im ersten Ausführungsbeispiel. Das Öl wird dies mal über die Bohrung 29 und die Ausneh- mungen 30 und 31 in den Innenraum 32 geleitet,
von wo aus es in die Bohrung 33 im Innern des kolbenartigen Körpers 21 dringen kann. Die Wirkungsweise dieser Ausgleichs einrichtung entspricht genau derjenigen des Beispiels in Fig. 1.
Zu beachten ist, dass die Spielausgleicher trotz ihrer geneigten Lage ohne Schwierig keiten absolut sicher arbeiten. Selbst stärkere Neigungen auch über 90 hinaus würden die Funktion des kleinen Ventils nicht beein- trächtigen. Es empfiehlt sich jedoch, die Vor richtungen nicht stärker als 90 zu neigen, da auf diese Weise eventuell in die Räume 15 bzw. 28 gedrungene Luft selbsttätig nach oben entweichen kann. Im übrigen spielt es keine Rolle, an welcher Stelle der Steuerung die Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist.
Neben den gezeigten Anordnungen ist der Einbau beispielsweise direkt in dem Kipp- hebel möglich.
Hydraulic device for compensating the valve clearance The invention relates to a hydraulic device for compensating the valve clearance with a check valve closing off its pressure chamber. It is based on completely new and unknown considerations that relate to valves with a minimal opening time, in which during this time only an iustationary flow condition can prevail.
Such devices have been known for a long time under names such as lash adjuster, valve lifter or the like. They are used to compensate for the unavoidable play between the Ventilsteue tion and the valve spindle as a result of thermal expansion. For this purpose, the hydraulic lash adjuster have a fluid-filled pressure space between two, the control force transmitting parts of the control device.
The filling of this pressure chamber depends on your respective valve clearance. During the power transmission, part of this fluid is pressed out of the pressure chamber, so that new fluid has to be fed into the pressure chamber with each stroke. This makes it easy to follow changes in valve clearance. The liquid is introduced into the pressure chamber via a check valve. Ball check valves have previously been used for this.
Although with valve controls with such compensating devices. .equipped, the valve noise can be reduced significantly, the engines provided with them showed significant disadvantages after a short time; For example, the valve opening times no longer corresponded to the set value and fuel consumption increased. These disadvantages could essentially only be related to the lash adjusters, the lifespan of which was usually unusually short.
Therefore, in-depth investigations were initiated which ultimately led to the invention.
It turned out that - the main source of error was the ball check valve. You have to take into account that this is not an ordinary ball check valve, as can be found in football pumps, for example, but a very highly stressed part. For example, if you look at a valve control that rotates at 3000 rpm, the valve is actuated 50 times per second.
Since the check valve can only be opened for a fraction of the rotation time of the control shaft, the opening time of the check valve is about 1/20 to 1/300 second. Slight changes in this opening time can - in the long run - be the reason for several of the disadvantages mentioned.
The behavior of the ball of the check valve during the short opening time is very complex. In simple terms, it can be said that within this short period of time no steady flow can develop that has a shape corresponding to the symmetrical structure of the valve.
In the first instant of opening, the ball receives an impulse in a direction which does not need to coincide with the axial direction of the valve. If the valve closes immediately afterwards, the ball will only in the rarest of cases fall back directly onto its original seat or be pushed back into it.
It hits any point on the valve seat and then rolls into the sealing layer. Due to its mass, however, it rolls beyond this, so that the ball briefly oscillates around its zero position. During this time, the valve is not yet tightly closed and the result is an uncontrollable delay in the opening time of the valve.
But there is another consideration. If the axis of the valve is vertical, the statistical frequency with which the individual points of the valve seat are hit by the falling or pushed back ball will be roughly the same. The valve seat is therefore more or less evenly damaged and deformed by the ball hit.
If, on the other hand, the axis of the valve assumes an inclined position, the ball is deflected from its central position not only by the asymmetrical flow but also by a gravity component. The consequence of this is that some places on the valve seat are damaged by the ball hitting it much more frequently than the other places. The valve seat deforms particularly strongly at these points, so that ultimately a permanent leak in the valve results.
The eccentric evasion of the ball is also supported by the fact that the closing spring acting on the ball does not work exactly centrally and that the ball is usually not mathematically precise - be it through manufacture or through operation - <B> - </B> Possesses spherical surface. Finally, one must also take into account that if a ball is pushed away from its seat at an angle, the flow develops more strongly on one side of the ball than on the other and drives the ball even further into an unsymmetrical position.
This can intensify the processes described.
These considerations, which were not previously known and taken into account, gave rise to the invention. Namely, if the check valve to avoid un symmetrical flows and pendulum processes according to the invention sits a guided valve stem in the axial direction be, the disadvantages caused by the ball valve can no longer occur. The valve disk always has the same line or area of contact with the valve seat and therefore immediately closes tightly.
The opening time of the non-return valve is precisely determined by. Furthermore, no asymmetrical flow can develop because the valve disk forces a symmetrical flow through the valve. Therefore, pendulum processes are no longer possible.
It is advantageous if the shaft of the valve slides in a bore connecting to the valve seat, through which the liquid enters the pressure chamber. If, for example, the valve stem is supported by wings on the inner wall of the bore, the flow can be distributed evenly in the bore. In addition, oil is usually used as the liquid, so that the guide can slide almost without play in the bore because it is well lubricated.
In the following description, two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. 1 shows a compensation device according to the invention, which is placed directly on the valve between the rocker arm and valve spindle, and FIG. 2 shows a compensation device according to the invention which is net angeord just above the control shaft in the control device.
In Fig. 1, the valve spring 2 is supported on the usual spring plate 1. The valve spindle 3 is firmly connected to the spring plate 1 with the help of the two-part conical ring 4's. The rocker arm 5 is operated in any way by the control shaft. It acts via the dome 6 on the kolbenarti gene body 7. The valve spindle 3 is further connected to a cylindrical body 8 in which the piston-like body 7 slides.
Both bodies are pressed apart by the force of the spring 9, so that the body 7 with the spherical cap 6 on the one hand and the body 8 with the spindle 3 on the other hand are in contact at all times. Via the bores 10, 11 and 12 oil is directed into the interior of the piston-like body 7, which - as soon as the guided, pressed by the spring 13 on its seat small valve 14 opens - can penetrate into the space 15.
The function of the device is based on the fact that the space 15 is enlarged by the pressure of the spring 9 and a negative pressure is generated in it as soon as a valve clearance wanted to occur between the dome 6 and the body 7, for example. Due to the negative pressure, oil is sucked into the space 15 while overcoming the force of the spring.
If a control force is now passed via this compensating device to actuate the valve spindle 3, the oil-filled space acts as a transmission element. In the power transmission some oil is pushed out through the gap between the bodies 7 and 8 and can collect in the ge of the hood 16 covered space. The loss of oil makes it possible to suck in oil again from the bore 12, so that the small valve 14 has to open almost with every valve clearance and the filling can be adapted to the respective valve clearance.
The shaft of the Ven valve 14 has wings 17 with which he himself. on the inner wall which is supported on the valve seat at the closing bore 12, in which it is axially displaceable. They allow the oil to flow in evenly. In addition, an offset impact of the valve is no longer possible, so that after partial pendulum phenomena who avoided the.
In FIG. 2, the compensation device is arranged in a fixed housing part 19. The cylindrical body 20, which is actuated from below by the Noeke of the control shaft, can slide in this. The piston-like body 21, which is in contact with the spherical cap 22 and the control lever 23, slides in it.
A snap ring 24 prevents the cylindrical body by 21 in the absence of resistance at the end of the control lever 23 by the force of the Fe of 25 is pushed out upwards. The small valve 26 of the lash adjuster, the spring 27 and the space 28 have the same function as the corresponding parts in the first embodiment. This time the oil is passed through the bore 29 and the recesses 30 and 31 into the interior 32,
from where it can penetrate into the bore 33 in the interior of the piston-like body 21. The mode of operation of this compensation device corresponds exactly to that of the example in FIG. 1.
It should be noted that the lash adjusters work absolutely safely without any difficulties despite their inclined position. Even steeper inclinations beyond 90 would not impair the function of the small valve. It is advisable, however, not to incline the devices more than 90 in front of them, since in this way any air that has penetrated into the spaces 15 or 28 can automatically escape upwards. In addition, it does not matter at which point of the control the compensation device is arranged.
In addition to the arrangements shown, installation is possible, for example, directly in the toggle lever.