DE10129729A1

DE10129729A1 - Hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10129729A1
Application number: DE10129729A
Authority: DE
Inventors: Rainer Barth; Oliver Fritz; Volker Korte; Martin Lechner; Christoph Steinmetz
Original assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-23
Also published as: US20030192498A1; EP1397581B1; WO2003001037A1; EP1397581A1; US6718923B2; DE50203966D1

Abstract

Ein hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, bei dem zur Einspannlängenveränderung ein Druckraum über ein Einwegeventil mit Flüssigkeit gefüllt wird und der zur Einspannlängenveränderung über einen bei bestimmten Motorbetriebszustände absperrbaren Drosselkanal Flüssigkeit abführt, soll funktionell verbessert werden. DOLLAR A Zu diesem Zweck zeichnet sich ein solches Spielausgleichselement durch folgende Merkmale aus: DOLLAR A - Ein erstes und ein zweites, jeweils als Einspannelement dienendes Bauteil sind ineinander verschiebbar gelagert, DOLLAR A - die beiden Bauteile schließen zwischen sich einen nach außen gedichteten Druckraum mit einem von der gegenseitigen Lage der beiden Bauteile abhängigen Volumen ein, DOLLAR A - in dem Druckraum ist eine die beiden Bauteile auseinander drückende Druckfeder eingespannt, DOLLAR A - der Druckraum ist über einen Vorratsraum mit dem Schmieröldruck ausgesetztem Schmieröl druckbeaufschlagbar, DOLLAR A - der Druckraum ist über ein ausschließlich in diesen hinein durchströmbares, federbelastetes Einwegeventil mit dem Vorratsraum verbindbar, DOLLAR A - in der Verbindung des Druckraumes zu dem Vorratsraum ist ein zusätzliches, steuerbares Absperrventil vorgesehen, DOLLAR A - zwischen dem Druckraum und dem steuerbaren Absperrventil ist ein als Bypass zu dem Einwegeventil dienender Drosselkanal vorgesehen, DOLLAR A - der Drosselkanal ist mit einem reversibel größenveränderbaren Pufferraum verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Spielausgleichselement ist aus DE 38 00 945 bekannt. Bei diesem Spielausgleichselement dient das zusätzliche, steuerbare Absperrventil in der Verbindung zwischen dem Druck- und Vorratsraum dazu, bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen, wie insbesondere einem Motorbremsbetrieb, ein Vergrößern der Einspannlänge des Spielausgleichselementes durch ein Schließen dieses zusätzlichen Absperrventiles zu verhindern. Während eine Vergrößerung der Einspannlänge bei geöffnetem zusätzlichen Absperrventil durch ein Öffnen des in der Verbindung zwischen Druck- und Vorratsraum vorgesehenen Einwegeventiles erfolgt, dient ein zwischen Druck- und Vorratsraum das Einwegeventil überbrückender Drosselkanal zu einer möglichen Einspannlängenverkürzung. Um bei einem geschlossenen zusätzlichen Absperrventil eine in diesem Zustand irreversible Einspannlängenverkürzung durch aus dem Druckraum über den Drosselkanal abfließende Druckflüssigkeit zu verhindern, muß der Drosselkanal bei geschlossenem zusätzlichem Absperrventil verschlossen sein. Die Art des bei jenem bekannten Spielausgleichselement eingesetzten Drosselkanales, der dort als eine Drosselbohrung ausgebildet ist, sowie die dort gewählte Art, diesen bei geschlossenem zusätzlichen Absperrventil zu verschließen, bereiten im praktischen Betrieb Schwierigkeiten.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine konstruktive Gestaltung des gattungsgemäßen Spielausgleichselementes zu schaffen, bei der diese Schwierigkeiten nicht auftreten.

Eine Lösung dieses Problemes zeigt ein gattungsgemäßes Spielausgleichselement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 auf.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den zwischen den ineinander verschiebbaren Bauelementen des Spielausgleichselementes an sich gegebenen Ringspalt als den das Druckraum-Einwegeventil überbrückenden Drosselkanal zu verwenden und diesen über einen Pufferraum zu leiten, dessen Volumen von der Höhe des Druckes innerhalb dieses Raumes abhängig ist. Die Abhängigkeit besteht derart, daß das Volumen unterhalb eines bestimmten Innendruckes einen Minimalwert einnimmt und bei einem darüber liegenden Druck größer wird.

Die Volumenvergrößerung erfolgt durch eine Vergrößerung des Pufferraumes unter Aufbau einer der Volumenvergrößerung proportional entgegengerichteten potentiellen Energie. Diese potentielle Energie bewirkt eine Volumenverkleinerung, sobald innerhalb des Pufferraumes ein Druckabbau stattfindet.

Der Aufbau einer potentiellen Energie innerhalb einer Begrenzungswand des Pufferraumes bietet den Vorteil, daß das in diesem Raum bei geschlossenem zusätzlichen Absperrventil des Spielausgleichselementes gespeicherte Flüssigkeitsvolumen - eine Pufferraumvergrößerung ist ausschließlich bei einem geschlossenen zusätzlichen Absperrventil möglich - unter Abbau dieser Energie wieder abfließen kann. Ein solches Abfließen erfolgt beispielsweise bereits bei einem geschlossenen zusätzlichen Absperrventil, wenn das Spielausgleichselement keiner äußeren Einspannkraft ausgesetzt ist. Dann fließt das in dem Pufferraum gespeicherte Öl durch das Einwegeventil zurück in den Druckraum und bewirkt dadurch eine Einspannlängenvergrößerung. Wichtig ist hierfür allerdings, daß zwischen dem Pufferraum und dem Einwegeventil an dem Druckraum ein im wesentlichen ungedrosselter Strömungsweg zur Verfügung steht.

Der Pufferraum kann an einer beliebigen Stelle zwischen dem Drosselkanal und dem über das Einwegeventil mit dem Druckraum in Verbindung bringbaren Vorratsraum vorgesehen sein.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung läßt sich durch den Einsatz eines axial verschiebbaren Dichtringes innerhalb eines Ringraumes zwischen den beiden ineinander verschiebbaren Bauteilen des Spielausgleichselementes erreichen. Dabei sollte die Ringdichtung in einer radialen Ringspalterweiterung, die nicht mehr als Drosselkanal wirkt, angeordnet sein, um eine wirksame Pufferraumgröße erhalten zu können. Um in bzw. an der als verstellbare Begrenzungswand dienenden Ringdichtung bei einer Vergrößerung des Pufferraumvolumens die gewünschte potentielle Energie aufbauen zu können, ist die Ringdichtung von außen durch eine axial druckbeaufschlagend wirkende Feder belastet.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Spielausgleichselement mit einem Pufferraum in einem Zustand mit geringst möglichem Volumen,
Fig. 2 das Spielausgleichselement nach Fig. 1 mit einem Pufferraum in einem Zustand mit einem gegenüber dem Minimalvolumen größeren Volumen.
In einem lediglich angedeuteten Maschinengehäuse 1 eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors ist in einer Gehäusebohrung 2 ein Spielausgleichselement 3 in Bohrungslängsrichtung verschiebbar eingesetzt. Das Spielausgleichselement 3 umfaßt als erstes Bauteil ein einseitig geschlossenes Zylinderteil 4, in dem zwischen einem nicht gezeigten Ventilstößel oder -schaft und einer optional vorgesehenen Druckfeder 5 ein Kolbenteil 6 verschiebbar gehalten ist. Die Druckfeder 5 ist an dem geschlossenen Bodenteil des Zylinderteils 4 und an einer stirnseitigen Wandung des Kolbenteils 6 abgestützt, wodurch Zylinder- und Kolbenteil 4, 6 in entgegengesetzten Bewegungsrichtungen so vorgespannt sind, daß einerseits das Zylinderteil 4 mit seinem geschlossenen Bodenteil an einem nicht gezeigten Steuernocken und andererseits das Kolbenteil 6 am Stößel oder Schaft des Gaswechselventiles spielfrei anliegt.
Das Kolbenteil 6 schließt mit dem Zylinderteil 4 einen Druckraum 7 ein, der mit Schmieröl aus einem im Kolbenteil 6 ausgebildeten Vorratsraum 8 gefüllt ist, das aus der Gehäusebohrung zugeführt wird. Diese Zuführung ist in der Zeichnung mit Strömungspfeilen angedeutet. Der Vorratsraum 8 ist auf diese Weise ständig mit Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors beaufschlagt.
Um ein Rückströmen von Schmieröl aus dem Druckraum 7 in den Vorratsraum 8 zu verhindern, ist ein zwischen diesen beiden Räumen vorgesehener Verbindungskanal 9 durch ein druckraumseitig angeordnetes, federbelastetes Einwegeventil 10 verschließbar. Bei einem auftretenden Spiel im Ventiltrieb wird das Kolbenteil 6 von der in dem Druckraum 7 liegenden Druckfeder 5 in Richtung der Stößelanlenkung verschoben. Durch den dabei im Druckraum 7 auftretenden Druckabfall wird das Einwegeventil 10 vom Druck des Schmieröls in dem Vorratsraum 8 aufgesteuert und Schmieröl in den Druckraum 7 nachgeschoben. Ein solches dem Spielausgleich dienendes Aufpumpen des Spielausgleichselementes 3 ist beispielsweise beim Motorbremsbetrieb der Brennkraftmaschine unerwünscht. Deshalb ist in dem Vorratsraum 8 ein zusätzliches Absperrventil 11 vorgesehen, von dem aus die Nachstellfunktion des Spielausgleichselementes 3 abgeschaltet werden kann, indem die Verbindung zwischen dem Druckraum 7 und dem Vorratsraum 8 unabhängig von dem Einwegeventil 10 abgetrennt wird.
Das Absperrventil 11 besteht aus einem Ventilsitz 12, einer zugeordneten Ventilkugel 13 sowie auf die Ventilkugel 13 einwirkenden Federn, nämlich einer ersten eine Öffnungsfunktion bewirkenden Feder 14 und einer zweiten eine Verschlußfunktion bewirkenden Feder 15. Die zweite Feder 15 wirkt auf die Ventilkugel 13 lediglich indirekt über einen Steuerkolben 16. Die Lage dieses Steuerkolbens 16 wird von dem Schmieröldruck innerhalb der Vorratskammer 8 bestimmt. Bei vollständig anstehendem Schmieröldruck ist das Absperrventil 11 geöffnet. Dies entspricht dem normalen Motorbetrieb. Bei Bremsbetrieb des Verbrennungsmotors wird der Schmieröldruck soweit abgesenkt, daß das Absperrventil 11 schließt.
Zwischen dem Druckraum 7 und dem Verbindungskanal 9 existiert ein das Einwegeventil 11 überbrückender Drosselkanal, der von dem Ringspalt 17 zwischen dem Zylinderteil 4 und dem Kolbenteil 6 vorliegt. Der Ringspalt 17 mündet über eine Verbindungsleitung 18 in den Verbindungskanal 9. In dem Bereich des Überganges des Ringspaltes 7 in die Verbindungsleitung 18 ist in einem erweiterten Ringspaltbereich 19 ein radial dichtender Dichtring 20 vorgesehen. Die radiale Dichtung erfolgt zwischen dem Kolbenteil 6 einerseits und dem Zylinderteil 4 andererseits. Innerhalb des erweiterten Ringspaltbereiches 19 ist der Dichtring 20 axial verschiebbar gelagert. An seinem axial von dem Druckraum 7 abgewandten Ende ist der Dichtring 20 durch eine sich an dem Kolbenteil 6 abstützende Druckfeder 21 beaufschlagt.
Die Druckkräfte der Federn 15 und 21, das heißt der Federn des Absperrventiles 11 und des Dichtringes 20 sind derart aufeinander abgestimmt, daß bei geschlossenem Absperrventil 11 durch den Ringspalt 17 aus dem Druckraum 7 ausströmendes Schmieröl das Ventil 11 nicht öffnen, den Dichtring 20 zur Ausbildung eines Pufferraumes 22 dagegen axial durch Spannen der Feder 21 verschieben kann.
In dem Pufferraum 22 gespeichertes Schmieröl kann durch die potentielle Federenergie, die bei einem vergrößerten Pufferraum 22 auf den Dichtring 20 einwirkt, bei geschlossenem Absperrventil 11 durch das Einwegeventil 20 in den Druckraum 7 zurückströmen und dadurch eine in bestimmten Zuständen gewünschte Einspannlängenvergrößerung bewirken. Ein Betriebszustand, in dem eine solche Einspannlängenvergrößerung gewünscht sein kann, liegt beispielsweise vor, wenn ein Verbrennungsmotor im Motorbremsbetrieb bei einem geöffneten Ladungswechselventil abgestellt wird. In diesem Fall steht das Spielausgleichselement im Motorstillstand unter einer eine Einspannlängenverkürzung bewirkenden Vorspannung. Aus einem solchen Zustand muß bei einem Anlassen des Verbrennungsmotors die Einspannlänge möglichst rasch auf eine für diesen Betrieb maßgebliche größere Einspannlänge vergrößert werden. In diesem Fall kann durch Rückführung von Schmieröl aus dem Pufferraum 22 diese Längenvergrößerung bereits bei noch nicht durch den Schmieröldruck des Verbrennungsmotors geöffnetem Absperrventil 11 erfolgen. Dies ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung eines Spielausgleichselementes. Im praktischen Betrieb hat sich nämlich gezeigt, daß es bei einem Anlassen eines Motors einige Zeit dauert, bis ein ausreichend hoher Schmieröldruck zum Öffnen des Absperrventiles 11 aufgebaut ist.
Das Minimalvolumen des Pufferraumes 22 kann im Extremfall Null sein.

Claims

1. Hydraulisches Spielausgleichselement für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors mit gegenüberliegenden Einspannbereichen und einer Schmieröldruckbeaufschlagung, bei dem
ein erstes und ein zweites, jeweils als Einspannelement dienendes Bauteil (4, 6) ineinander verschiebbar gelagert sind,
die beiden Bauteile (4, 6) zwischen sich einen nach außen gedichteten Druckraum mit einem von der gegenseitigen Lage der beiden Bauteile (4, 6) abhängigen Volumen einschließen,
der Druckraum (7) durch einen Vorratsraum (8) durchströmendes, dem Schmieröldruck ausgesetztes Schmieröl druckbeaufschlagbar ist,
der Druckraum (7) über ein ausschließlich in diesen hinein durchströmbares, federbelastetes Einwegeventil (10) mit dem Vorratsraum (8) verbindbar ist,
in der Verbindung des Druckraumes (7) zu dem Vorratsraum (8) ein zusätzliches, steuerbares Absperrventil (11) vorgesehen ist,
zwischen dem Druckraum (7) und dem steuerbaren Absperrventil (11) ein als Bypass zu dem Einwegeventil (10) dienender Drosselkanal vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drosselkanal mit einem Pufferraum (22) verbunden ist, dessen Volumen veränderbar ist, wobei das Volumen bei einem innerhalb des Pufferraumes (22) unterhalb eines vorgebbaren Wertes liegenden Pufferraum-Innendruckes einen vorbestimmten Minimalwert annimmt und sich bei einem oberhalb dieses Druckes auf den Pufferraum (22) einwirkenden Schmierölvolumenstrom unter Aufbau einer in Richtung einer reversiblen Volumenverkleinerung einwirkenden potentiellen Energie volumenstromproportional vergrößert.

2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferraum (22) mit einer gegen eine elastische Vorspannung verstellbaren Begrenzungswand (20) versehen ist, deren Stellung die Größe des Pufferraum(22)-Volumens bestimmt.

3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Pufferraum (22) und dem Einwegeventil (10) des Druckraumes (7) liegende Strömungsweg ungedrosselt ist.

4. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal durch einen bei den ineinander verschiebbaren Bauteilen (4, 6) zwischen diesen bestehenden, durch einen als die verstellbare Begrenzungswand dienenden Dichtring (20) nach außen gedichteten Ringspalt (17) gebildet ist.

5. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (20) axial verschiebbar gelagert und in seiner Verschieberichtung von außerhalb des gedichteten Ringspaltes (17) in einer ringspaltverkürzend wirkenden Weise federbelastet ist.

6. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (17) innerhalb des möglichen Verschiebeweges des Dichtringes (20) radial erweitert ist.

7. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (20) bei einer dem minimalen Pufferraumvolumen entsprechenden Stellung an einem Anschlag anliegt.