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Ventilspielausgleichsvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
in bewegte Teile des Ventilantrieb#s, von Brennkraftmaschinen eingebaute hydraulische
Ventilspielausgleichsvorrichtung mit einem ihren Flüssigkeitsdruckraum abschließenden
Rückschlagventil.
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Vorrichtungen der erwähnten Gattung sind seit langem bekannt. Sie
dienen dazu, das infolge von Wärmedehnungen unvermeidliche Spiel zwischen der Ventilsteuerung
und der Ventilspindel auszugleichen. Zu diesem Zweck besitzen die hydraulischen
Spielausgleicher einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Druckraum zwischen zwei die
Steuerkraft übertragenden Teilen der Steuereinrichtung. Die Füllung dieses Druckraumes
richtet sich nach dem jeweiligen Ventilspiel. Während der Kraftübertragung wird
ein Teil dieser Flüssigkeit aus dem Druckraum herausgepreßt, so daß bei jedem Hub
neue Flüssigkeit in den Druckraum hin-eingeführt werden muß. Dadurch kann den ÄndeTungen
des Ventilspiels leicht gefolgt werden. Die Flüssigkeit wird über ein Rückschlagventil
in den Druckraum eingeleitet. Bisher wurden hierfür Rückschlagventile einfacher
Art, besonders Kugelventile, ab,er auch einfache Plattenventile verwendet.
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Obwohl bei Ventilsteuerungen, die mit derartigen Ausgleichsvorrichtungen
ausgerüstet sind, die Ventilgeräusche wesentlich herabgesetzt werden können, zeigten
die damit versehenen Motore bereits nach kurzer Zeit wesentliche Nachteile; beispielsweise
entsprachen die Ventilöffnungszeiten nicht mehr dem eingestellten Wert, und der
Brcnnstoffverbraticli stieg an. Diese Nachteile konnten im wesentlichen nur mit
den Spielausgleichern zusammenhängen, deren Lebensdauer zudem meist außergewöhnlich
kurz war. Deshalb wurden eingehende Untersuchungen eingeleitet, die schließlich
zu der Erfindung führten.
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Es stellte sich hierbei heraus, daß die wesentliche Fehlerquellt das
Rückschlagventil war. Man muß nämlich berücksichtigen, daß es sich hierbei nicht
um ein gewöhnliches Rückschlagventil handelt, wie man es beispielsweise als Kugelrückschlagventil
bei Fußballpumpen finden kann, sondern daß es sich um ein sehr hoch beanspruchtes
Teil handelt. Betrachtet man beispielsweise eine Ventilsteuerung, die mit
3000 U/min uniläuft, so wird das Ventil 50mal in der Sekunde betätigt. Da
das Rückschlagventil nur einen Bruchteil der Urndrehungszeit der Steuerwelle
ge-
öffnet sein kann, beträgt die Öffnungszeit des Rückschlagventils etwa
1/2oo bis 1/3oo Sekunde. Geringfügige Veränderungen dieser öffnungszeit können
- auf die Dauer gesehen - der Grund für verschiedene der genannten
Nachteile sein.
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Während der kurz-en Öffnungszeit der Kugel des Rückschlagventils kann
sich keine stationäre Strömung ausbilden, die eine dem svmmetrischen Aufbau des
Ventils entsprechende Form hat. Die Kugel erhält also im ersten Öffnungsaugenblick
einen Impuls in einer Richtung, welche keinesfalls mit der Axialrichtun- des Rückschlagventils
zusammenzufallen braucht. Wenn das Rückschlagventil unmittelbar danach schließt,
wird die Kugel nur in den seltensten Fällen direkt auf ihren ursprünglichen Sitz
zurückfallen oder in ihn zurückgedrückt werden. Sie trifft einen beliebig gen 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
dies-er Zeit isit das Rückschlagventil noch nicht dicht geschlossen, und eine unkontrollierbare
Verzögcri-ing der Öffnungszeit des Rückschlagventils ist die Folge.
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Es kommt aber noch eine weitere Merlegung hinzu. Wenn die Achse des
Rückschlagventils senkrecht steht, wird die statistische Häufigkeit, mit der die
einzelnen Punkte des Ventilsitzes von der zurückfallenden oder zurückgedrückten
Kugel getroffen werden, etwa gleich groß sein. Der Ventilsitz wird also mehr oder
weniger gleichmäßig durch das Auftreffen der Kugel beschädigt und verforrnt. Wenn
die Achse des Rückschlagve#ntils 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 voii 'der auftreffenden
Kugel beschädigt werden als die übrigen Stellen. Der Ventilsitz verformt sich an
diesen Punkten besonders stark, so daß- schließlich eine dauernde Undichtigkeit
des Rückschlagventils daraus xesultiert.
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, Das exzentrische Ausweichen der Kugel wird außerdem dadurch
unte - rstützt, 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 -'-keine mathematisch genaue Kugelfläche- besitzt. Schli,#i31ich 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 anderen
und die Kugel noch in eine unsymmetrische Lage treibt. Dadurch können die beschriebenen
Vorgänge verstärkt werden-- -- , -
Überlegungen, -wie sie vorstehend für das
Beispiel eines kugelförmigen Rückschlagventils angestellt sind, gelten ähnlich auch
für plattenförmige Rücks-chlag# ventile, bei denen iiberdies ein Kippen der Platte
und damit ein schiefes Aufsehlagen, auf den Ventilsitz eintritt.
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Die Nachteile der Kugel- und Plattenrückschlagventile werden nun gemäß
der Erfindung dadurch wirksam bekämpft, daß das Rückschlagve.ntil einen Ventilteller
mit einem einseitig daran anschließenden Führungsteil besitzt, welches in einer
an den Ventilsitz angrenzenden, der' #Zuleitung ;der Flüssigkeit in den Druckrau#m
dienenden Bohrung axial geführt ist.
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Der durch ein so geführtes Rückschlagventil gegenüber Kugel- und Plattenrückschlagventilen
erzielte Vorteil ist bei weitem größer als der Nachteil, der durch den als Folge
der Führung entstehenden Massenzuwachs des Ventils auftritt. Dies um so mehr, als
der Massenzuwachs dadurch, daß der Führungsteil nur einseitig und außerdem angrenzend
an den Ventilsitz, also in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist, besonders klein
gehalten ist. Diese Führung ist außerdem immer gut geschmiert, weil die in den Druckraum
einzuleitende Flüssigkeit - zumeist ein Öl -
durch die gleiche Bohrung
hinzutritt, in der die Führung des Ventiltellers gleitet. Man kann. also diese Füh#rung
wegen der guten Schmierung mit ganz geringem Spiel ausbilden. Der geführte Ventilteller
hat immer die gleiche Berührungslinie oder -fläche mit dem Ventilsitz und schließt
deshalb sofort dicht ab. Die Öffnungszeit des Rückschlagventils ist dadurch genau
festgelegt. Weiterhin kann sich keine unsymmetrische Strömung ausbilden, da der
geführte Ventilteller eine symmetrische Strömung durch das Ventil erzwingt. Deshalb
sind auch keine Pendelvorgänge mehr möglich.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
in welcher zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert
sind. Hierin zeigt Fig. 1 eine erfindungsgernäße Ausgleichsvorrichtung, welche
zwischen Kipphebel und Ventilspindel direkt auf das Ventil aufgesetzt ist, und Fig.
2 eine erfindungsgemäße AusgleichsvoTrichtung, welche dicht oberhalb der Steuer-v#,elle
in der Stetiereinrichtung angeordnet ist.
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In Fig. 1 stützt sich an dem üblichen Federteller
1
die Ventilfeder 2 ab. Die Ventilspindel 3 ist mit Hilfe des zweiteiligen
konischen Ringes 4 fest mit dem Federteller 1 verbunden. Der Kipphebel
5 wird auf beliebige Weise von der Steuerwelle her betätigt. Er wirkt über
die Kalotte 6 auf den kolbenartigen Körper 7. Die Ventilspindel
3 ist weiterhin mit einem zylinderförmigen Körper 8 verbunden, in
welchem der kolbenartige Körper 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 andererseits der Körper
8 mit der Spindel 3 in Berührung steht. Über die Bohrungen
10,
11 und 12 WiTd in das Innere des kolbenartigen Körpers
7 Öl geleitet, welches - sobald sich das geführte, durch die Feder
13 an seinen Sitz gedrückte kleine Ventil 14 öffnet - in den Raum
15 dringen kann.
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Die Funktion der Vorrichtung beruht nun darauf, daß durch den Druck
der Feder 9 der Raum 15 vergrößert und in ihm ein Unterdruck erzeugt
wird, so-
bald ein Ventilspiel beispielsweise zwischen der Kalotte
6 und dein Körper 7 auf treten sollte. Durch den Unterdruck wird tinter
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 01 gefüllte Raum als Übertragungsglied.
Bei der Kraftübertragung wird etwas Öl durch den Spalt zwischen den Körpern
7 und 8 herausgedrückt und kann sich in dem von der Haube
16 gedeckten Raum sammeln. Der ölverlust ermöglicht 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. Dieses Ventil 14 kann Flügel 17 besitzen, mit denen es sich an der
Innenwand der Bohrung 12 abstützt. Sie ermöglichen einen gleichmäßigen Einlauf des
Öles. Außerdem ist einversetztes Aufprallen des Ventils nicht mehr möglich, so daß
nachteilige Pendelerscheinullgen vermieden werden.
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In Fig. 2 ist die Ausgleichsvorrichtung in einem festen Gehäuseteil
19 angeordnet. In diesem kann der zylinderförrnige Körper 20 gleiten, welcher
von unten her durch den Nocken der Steuerwelle betätigt wird. In ihm wiederum gleitet
der kolbenartige Körper 21, welcher mit der Kalotte 22 und dem Steuerhebel
23
in Berührung steht. Ein Sprengring 24 verhindert, daß der zylinderförmige
Körper 21 bei fehlendem Widerstand am Ende des Steuerhebels 23 durch die
Kraft der Feder 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 01 wird diesmal über die Bohrung 29 und die Ausnehmungen
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 Ausgleilchseinrichtung entspricht genau derjenigen des Beispiels in Fig.
1.
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Zu beachten ist, daß die Spielausgleicher trotz ihrer geneigten Lage
ohne Schwierigkeiten absolut sicher arbeiten. Selbst stärkere Neigungen auch über
90'
hinaus würden die Funktion des kleinen Ventils nicht beeinträchtigen.
Es empfiehlt sich jedoch, die Vorrichtungen nicht stärker als 901 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 Atisgleichsvorrichtung angeordnet ist. Neben den gezeigten
Anordnungen ist der Einbau beispielsweise direkt in dein Kipphebel möglich.