DE10010597A1

DE10010597A1 - Hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für die Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10010597A1
Application number: DE2000110597
Authority: DE
Inventors: Martin Lechner
Original assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Ein hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für die Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungsmotors, mit gegenüberliegenden Einspannbereichen zum Einspannen zwischen zwei außerhalb liegenden Widerlagern, bei dem soll bezüglich seiner Funktion und seines Aufbaus verbessert werden. DOLLAR A Zu diesem Zweck weist es folgende besondere Merkmale auf: DOLLAR A - die Stellwand ist längsverschiebbar gelagert, DOLLAR A - für die dichte Lagerung der Stellwand in einem der beiden Teile ist eine Schiebe-Ringdichtung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichsele ment nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei soll sich die Erfindung insbesondere auf ein hydraulisches Spielausgleichselement für die Steuerung der Ladungswechsel ventile eines Verbrennungsmotors beziehen. Die nachfolgenden Ausführungen betreffen, soweit nichts Abweichendes gesagt ist, stets solche Spielausgleichselemente für die Steuerung der Lä dungswechselventile von Verbrennungsmotoren. Hierdurch soll allerdings keine Beschränkung der Erfindung auf solche Spielausgleichselemente erfolgen, da die für den speziellen Anwendungsfall beschriebene Wirkungsweise auch mit Bezug auf andere Anwendungsarten analog gilt.

Ein gattungsgemäßes Spielausgleichselement ist beispielsweise bekannt aus DE 25 17 370 A1. Bei derartigen Elementen wird von Spielausgleichselementen mit einem geschlossenen Fluidsystem gesprochen. Der Zweck einer Ausführung solcher Elemente mit einem geschlossenen Fluidsystem besteht darin, daß die von dem Fluid beaufschlagten Funktionsteile nicht mit verschmutztem oder mit luftversetztem Fluid in Kontakt kommen sollen, um nicht eine einwandfreie Funktion zu gefährden.

Gattungsgemäße Spielausgleichselemente eignen sich besonders für den Einsatz in Ventiltriebsystemen, die ohne Druck- Ölversorgung im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ausge führt werden, wie beispielsweise bei elektromagnetischen Ven tilsteuerungen.

Bei dem gattungsgemäßen, aus DE 25 17 370 A1 bekannten Spielausgleichselement dient eine Membran zur Dichtung des vo lumenveränderbaren Vorratsraumes. Bei einem aus CH-PS 259 209 bekannten Spielausgleichselement mit geschlossenem Fluidsystem erfolgt die vorgenannte Dichtung über einen elastischen Balg.

Nachteil der vorgenannten bekannten Ausführungen ist eine feh lende Dauerhaltbarkeit der elastischen Dichtung und der not wendigen festen Anbindung dieser Dichtungen an zugeordnete Bauteile. Bei derartigen Bauteilen wird nämlich gefordert, daß die Dichtwirkung über die gesamte Lebensdauer des Motors in einem Temperaturbereich zwischen minus 40°C und plus 150°C si cher gewährleistet ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Elemente ist der für die Dichtung notwendige Bauraum.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem technischen Problem, ein Spielausgleichselement mit geschlossenem Fluidsystem zu schaffen, das bei Aufrechterhaltung eines geschlossenen Fluid kreislaufes die geschilderten Nachteile nicht aufweist. Ar beitsfluid dieses Systems kann beispielsweise Öl sein.

Gelöst wird dieses Problem bei einem gattungsgemäßen Spielaus gleichselement durch eine Ausführung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die bei der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele jeweils noch näher eingegangen wird.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einfach und sicher wirkende Dichtmittel zur Beherrschung des geschlossenen Fluidsystems einzusetzen. Die erfindungsgemäßen Dichtmittel bestehen dabei insbesondere in Schiebe-Ringdichtungen, die zwischen im übrigen im wesentlichen starren, sich gegeneinan der bewegenden Bauteilen dichten.

Für eine Druckbeaufschlagung des Vorratsraumes von außen reicht in der Regel eine vorgespannt eingesetzte Feder aus. Möglich ist es aber auch, die an den Vorratsraum angrenzende, beweglich gelagerte Stellwand ausschließlich oder zusätzlich zu einer vorhandenen Feder mit einer unter Druck stehenden Hy draulikflüssigkeit in Richtung einer Volumenverkleinerung des Vorratsraumes zu beaufschlagen. Eines solche Hydraulikflüssig keit kann insbesondere das unter Druck stehende Schmieröl ei nes Verbrennungsmotors sein.

Verschiedene zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

In dieser zeigen jeweils in einem Längs-Mittelschnitt

Fig. 1 ein Spielausgleichselement mit einem Vorratsraum in nerhalb eines an den Druckraum angrenzenden bewegli chen Kolbens angeordneten Vorratsraumes,

Fig. 2 ein Element nach Fig. 1 mit einer durch eine Hydrau likflüssigkeit von außerhalb des Vorratsraumes beauf schlagbaren Stellwand des Vorratsraumes,

Fig. 3 ein Spielausgleichselement mit einem von den Ausfüh rungen nach Fig. 1 und 2 abweichend ausgebildeten Vor ratsraum,

Fig. 4 ein Spielausgleichselement mit einem funktionell mit der Ausführung nach Fig. 3 übereinstimmenden Ausfüh rung in einer fertigungstechnisch anderen Ausgestal tung.

Ein Spielausgleichselement nach Fig. 1 besteht aus einem ein seitig geschlossenen Hohl-Zylinder 1 als einem ersten Teil und einem in diesem verschiebbar gelagerten Kolben 2 als einem zweiten Teil. Der Kolben 2 ist an der Innenwand des Zylinders 1, an der er mit geringem Spiel geführt ist, gelagert. Zwi schen einer der Stirnseiten des Kolbens 2 und der Stirnwand des Zylinders 1 befindet sich ein als Druckraum 3 bezeichneter Hohlraum. Nach außerhalb des Spielausgleichselementes ist der Druckraum 3 durch eine Ringdichtung 4, die sich in einiger Entfernung von der betreffenden Stirnseite des Kolbens 2 be findet, gedichtet, wobei diese Ringdichtung 4 einerseits an einer zylindrischen Außenfläche des Kolbens 2 und andererseits an einer hierzu zugeordneten zylindrischen Innenfläche des Zy linders 1 anliegt. Innerhalb des Zylinders 1 ist der Kolben 2 gegen ein Herauswandern aus diesem durch Fixiermittel 5 gesi chert, von denen ein Teil ein in der Innenwandung des Zylin ders 1 axial arretierbarer Sprengring ist.

Als Einspannbereiche des Spielausgleichselementes gegenüber zwei äußeren, sich gegenüberliegenden - in der Zeichnung nicht dargestellten Widerlagern - dienen einerseits der Zylinder 1 und andererseits der Kolben 2.

Das Spielausgleichselement besitzt seine maximale Einspannlän ge bei einem axialen Anliegen des Kolbens 2 an den Fixiermit teln 5. In dem Druckraum 3 ist zwischen dem Boden des Zylin ders 1 und dem zugeordneten Kopf des Kolbens 2 eine in Längs achse des Zylinders 1 ausgerichtete Schrauben-Druckfeder 6 eingespannt. Durch die Kraft dieser Druckfeder 6 wird der Kol ben 2 in Richtung eines Anschlagens an die Fixiermittel 5 ge spannt, das heißt die Druckfeder 6 wirkt in Richtung einer Vergrößerung der Einspannlänge des hydraulischen Spielaus gleichselementes, das hier in einer Ausführung dargestellt ist, wie sie für die Steuerung der Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann.

Innerhalb des Kolbens 2 ist auf der von dem Druckraum 3 abge wandten Seite ein Hohlraum mit einer zylindrischen, in Achs richtung des Zylinders 1 verlaufenden Innenfläche, an der eine kolbenartig ausgebildete Stellwand 7 längsverschiebbar gela gert ist. Zwischen der Stellwand 7 und dem geschlossenen Boden des Hohlraumes, in dem die Stellwand 7 verschiebbar ist, liegt ein Vorratsraum 8. Nach außerhalb des Spielausgleichselementes ist dieser Vorratsraum 8 durch eine Ringdichtung 9 gedichtet, die radial dichtend zwischen der Stellwand 7 und der zylindri schen Innenfläche des in dem Kolben 2 liegenden Hohlraumes wirkt. Der Vorratsraum 8 steht über einen Verbindungskanal 10 und den Ringspalt zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 mit dem Druckraum 3 in Verbindung. Der Ringspalt zwischen dem Kol ben 2 und dem Zylinder 1 stellt einen Drosselkanal 11 mit ei nem hohen Strömungswiderstand dar. Zwischen dem Vorratsraum 8 und dem Druckraum 3 besteht des weiteren eine ventilgesteuerte Verbindung. Diese Verbindung ist gegeben über ein Einwegeven til 12, das als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet ist und ausschließlich in Richtung des Druckraumes 3 öffnet, womit gemeint ist, daß ein Fluid durch dieses Ventil lediglich in Richtung des Druckraumes 3 strömen kann. Von außerhalb des Vorratsraumes 8 wirkt eine als Schraubenfeder ausgebildete Nachstellfeder 13 in Richtung einer Verkleinerung des Vorrats raumes 8 auf die Stellwand 7 ein, wozu sich diese Feder 13 funktionell an dem Kolben 2 als Widerlager abstützt.

Die Funktion dieses hydraulischen Spieläusgleichselementes ist, wenn es zwischen gegenüberliegenden äußeren Widerlagern eingespannt ist, deren gegenseitiger Abstand sich verändern kann, wie folgt.

Das Spielausgleichselement ist in seinem Inneren mit einer Hy draulikflüssigkeit ausgefüllt und zwar derart, daß alle für eine Aufnahme mit Hydrauliköl bestimmten Bereiche wie unter anderem der Druck- und der Vorratsraum (3, 8) vollständig aus gefüllt sind. Die Füllung und die Auslegung der Wege für die einzelnen verschiebbaren Teile ist derart zu bestimmen, daß das Element jeweils eine vorbestimmte maximale und minimale Einspannlänge einnehmen kann. Die Federn 6 und 13 sorgen di rekt (Feder 6) und indirekt über das Hydrauliköl (Feder 13) dafür, daß das Spielausgleichselement zwischen zwei äußeren gegenüberliegenden Widerlagern stets seine insoweit maximale Einspannlänge einnehmen kann, d. h. daß kein Spiel gegenüber den Anlageflächen der Widerlager besteht.

Verändert sich die Lage der äußeren Widerlager in Richtung ei ner verminderten Einspannlänge, so wirken auf das Spielaus gleichselement Kräfte in Richtung einer Verkleinerung des Druckraumes 3 und damit zwangsläufig einer Vergrößerung des Vorraumes 8 ein. Diese Volumenveränderungen werden ermöglicht durch einen über den Drosselkanal 11, das heißt hier den Ringspalt zwischen. Kolben und Zylinder 1 erfolgenden Hydrau likflüssigkeitsstrom. Bei der Vergrößerung des Vorratsraumes 8 verschiebt sich die Stellwand 3 unter Spannen der Nachstellfe der 13 in Richtung nach außen.

Für die Funktion des Spielausgleichselementes reicht grund sätzlich eine der beiden Federn 6 oder 13 aus, wobei insbeson dere in erster Linie auf die Feder 6 verzichtet werden kann. Durch die Existenz einer Feder 6 wird lediglich das Ansprech verhalten des Elementes beschleunigt. Die Ringdichtungen 4 und 9 sind lebensdauerhaft dichte Dichtungen.

Bei einer Lageveränderung der äußeren Widerlager in Richtung einer Vergrößerung der Einspannlänge reagiert das Spielaus gleichselement wie folgt.

Durch die Kraft der Federn 6 und 13 bzw. ausschließlich der. Feder 13, wenn nur diese vorhanden ist, entsteht zwischen Druckraum 3 und Vorratsraum 8 eine das Einwegeventil 12 öff nende Druckdifferenz, wodurch Hydraulikflüssigkeit von dem Vorratsraum 8 in den Druckraum 3 einströmen kann mit der Kon sequenz, daß sich der Vorratsraum 8 verkleinert und der Druck raum 3 volumenmäßig vergrößert. Die Verkleinerung des Vorrats raumes 8 ergibt sich aus einer entsprechenden Verschiebung der Stellwand 7. Funktionell wirkt die Stellwand 8 wie ein Kolben.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die von der Nachstellfeder 13 auf die Stellwand 7 ausgeübte Kraft durch ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium verstärkt werden kann. Die Beaufschlagung der Stellwand 7 mit Hydraulikflüssigkeit kann durch die Öffnung 14 an dem Kolben 2 erfolgen. Die Hydraulikflüssigkeit kann das Schmieröl aus einem unter Druck stehenden Schmierölkreislauf eines Verbrennungsmotors sein. Durch das Anlegen eines unter hohem Druck stehenden Schmieröles wird ein schnelles Ansprech verhalten des Spielausgleichselementes erreicht.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 liegt ein abweichender Aufbau, aber eine grundsätzlich gleiche Wirkungsweise wie bei den Aus führungen nach den Fig. 1 und 2 vor. Mit Bezug auf die Ausfüh rungen nach Fig. 1 und 2 wirkungsgleiche Teile sind in der Fig. 3 mit gleichen Bezugszeichen belegt.

Der Vorratsraum 8 wird hier nicht wie bei den Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 von dem Kolben 2, sondern von einem Be reich des Zylinders 1 zusammen mit der Stellwand 7 begrenzt. Auf die Funktion hat diese unterschiedliche Lage des Vorrats raumes 8 allerdings keinen Einfluß, so daß auf die entspre chenden Ausführungen zu den vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsformen verwiesen werden kann.

Die Ausführung nach Fig. 4 entspricht aufbaumäßig grundsätz lich derjenigen nach Fig. 3 mit lediglich dem Unterschied, daß der die Räume 3 und 8 trennende funktionell dem Zylinder 1 zu zuordnende Bereich als Einsatzteil 15 ausgebildet ist. Dies hat lediglich herstellungstechnische Gründe. Durch die Verwen dung eines Einsatzteiles 15 kann für den Zylinder ein einfa ches Rohrstück genommen werden, in das das Einsatzteil 15 le diglich einzuschieben und axial in einer Richtung durch einen Sicherungsring 16 innerhalb des Zylinders zu fixieren ist. Ei ne axiale Sicherung in der entgegengesetzten Richtung ist auf grund der an diesem Zwischenstück 15 auftretenden Druckver hältnisse nicht notwendig, denn diese sind derart, daß das Einsatzstück 15 zwangsläufig stets an den Sicherungsring 16 angedrückt wird.

Die Nachstellfeder 13 kann, wie in entsprechenden Unteransprü chen im einzelnen angegeben, verschiedenartig ausgeführt sein und insbesondere in ihrer Wirkung ersetzt oder ergänzt werden durch die Verstellwand 7 von außen beaufschlagende, unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit.

Zum Ausfüllen des Spielausgleichselementes innerhalb der Räume 3 und 8 sowie der Verbindungswege hierzu kann eine beliebige Hydraulikflüssigkeit eingesetzt werden, deren Eigenschaften für diesen Zweck besonders günstig sind. Da es sich hier um ein geschlossenes Fluidsystem handelt, müssen bezüglich der Fluidflüssigkeit keine Kompromisse eingegangen werden, wie dies der Fall ist, wenn beispielsweise als Hydraulikflüssig keit das Schmieröl eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Bei den gezeichneten Ausführungsbeispielen wird der Drosselka nal 11 jeweils zumindest teilweise von dem Ringspalt zwischen dem Kolben 2 bzw. zwischen Einsatzteil 15 (Fig. 4) und dem Zy linder 1 (Fig. 1 bis 3) gebildet. Selbstverständlich kann der Drosselkanal 11 in allen Ausführungsbeispielen in gleicher Weise beispielsweise auch eine die beiden Räume 3 und 8 direkt verbindende Drosselbohrung sein.

Claims

1. Hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungs motors, mit gegenüberliegenden Einspannbereichen zum Ein spannen zwischen zwei außerhalb liegende Widerlager, bei dem

- die Einspannbereiche von abstandsmäßig gegeneinander verschiebbaren Teilen, nämlich einem ersten und einem zweiten Teil (1, 2), gebildet sind,
- zwischen dem ersten und zweiten Teil (1, 2) ein gedich teter Druckraum (3) ausgebildet ist,
- das Volumen des Druckraumes (3) von der gegenseitigen Lage des ersten und zweiten Teiles (1, 2) bestimmt ist;
- der Druckraum (3) ventilgesteuert mit einem innerhalb des Spielausgleichselementes liegenden Vorratsraum (8) verbindbar ist,
- für die Ventilsteuerung ein lediglich eine Fluidströmung von dem Vorrats- in Richtung des Druckraumes (8 bzw. 3) zulassendes Einwegeventil (12) vorgesehen ist,
- zwischen dem Druck- und dem Vorratsraum (3, 8) eine zu sätzliche Verbindung über einen Drosselkanal (11) mit hohem Strömungswiderstand besteht,
- die beiden Teile (1, 2) durch die Kraft in Richtung ei ner Volumenvergrößerung des Druckraumes (3) belastet sind,
- das Volumen des Vorratsraumes (8) mittels einer zumin dest in einem der beiden Teile (1, 2) beweglich und dicht gelagerten Stellwand (7) veränderbar ist,

gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Stellwand (7) ist in der Art eines längsverschiebba ren Kolbens ausgebildet,
- für die dichte Lagerung der Stellwand (7) in eihem der beiden Teile (1, 2) ist eine Schiebe-Ringdichtung (9) vorgesehen.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwand (7) in Richtung einer Verkleinerung des Vorratsraumes (8) kraftbeaufschlagt ist.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung durch eine sich innerhalb desje nigen Teiles, innerhalb dessen die Verstellwand (7) gelägert ist, abstützende Nachstellfeder (13) erfolgt.

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellfeder (13) eine kleine Federrate besitzt und mit hoher Vorspannung eingebaut ist.

5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellfeder (13) eine Schraubenfeder ist.

6. Element nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellfeder eine Gasfeder ist.

7. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung auf die Stellwand (7) aus schließlich oder ergänzend hydraulischer Art ist.

8. Element nach Anspruch 7 für die Steuerung der Ladungs wechselventile von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Druckbeaufschlagung von dem unter Be triebsdruck stehenden Schmieröl des Verbrennungsmotors auf gegeben ist.

9. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck in dem Vorratsraum (8) auf 1,1-5,0 bar eingestellt ist.

10. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungs motors, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck- und Vorratsraum (3, 8) des Spielausgleichs elementes mit einer Hydraulikflüssigkeit mit gegenüber dem Schmieröl eines Verbrennungsmotors bezüglich einer Tempera turabhängigkeit besseren Viskositätseigenschaften gefüllt ist.

11. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (4 und 9) zwischen den beiden Teilen (1, 2) einerseits und/oder der Verstellwand (7) und dem diese lagernden Teil (1, 2) Standard-Stangendichtungen sind.