DE102005054079A1

DE102005054079A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Stößel und einer Stößelstange

Info

Publication number: DE102005054079A1
Application number: DE102005054079A
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl.-Ing. Karbstein; William Dipl.-Ing. Macomb Carter; David Dipl.-Ing. Dearborn Kehr
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-11-12
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US7246589B2; US20060130794A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem Stößel (7) sowie einer von diesem beaufschlagten Stößelstange (1), die zumindest abschnittsweise hohl ist und an einem Ende (3) eine erste Anlage (4) für einen wenigstens mittelbar anlegbaren Druckkolben (5) eines hydraulischen Spielausgleichselements (6) des einem periodischen Antrieb wie einem Nocken folgbaren Stößels (7) besitzt. An einem anderen Ende (8) der Stößelstange (1) ist eine zweite Anlage (9) für ein Folgeglied (2) wie ein Kipphebel appliziert. Die erste Anlage (4) weist einen Durchtritt (10) für aus dem Druckkolben (5) während eines Betriebes der Brennkraftmaschine heranleitbares Hydraulikmittel in ein Inneres (11) der Stößelstange (1) auf, wobei in die Stößelstange (1) Pipettenmittel (12) zum Halten einer Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut sind. DOLLAR A Aufgrund der erfindungsgemäßen Pipettenmittel (12) liegt ein Zusatzvolumen an Hydraulikmittel für ein schnelles Befüllen des vom Druckkolben (5) eingeschlossenen Vorratsraums mit Hydraulikmittel nach einer Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine vor, so dass eine ordnungsgemäße Spielausgleichsfunktion von Beginn an garantiert ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem Stößel sowie einer von diesem beaufschlagten Stößelstange, die zumindest abschnittsweise hohl ist und an einem Ende eine erste Anlage für einen wenigstens mittelbar anlegbaren Druckkolben eines hydraulischen Spielausgleichselements des einem periodischen Antrieb wie einem Nocken folgbaren Stößels besitzt, wobei an einem anderen Ende der Stößelstange eine zweite Anlage für ein Folgeglied wie ein Kipphebel appliziert ist und wobei die erste Anlage einen Durchtritt für aus dem Druckkolben während eines Betriebes der Brennkraftmaschine heranleitbares Hydraulikmittel in ein Inneres der Stößelstange aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Ventiltrieb geht aus der U.S. 6,196,175 B1 hervor. Dessen Stößel ist als schaltbarer Rollenstößel ausgebildet. Er hat relativ stark begrenzte Ein bauraumverhältnisse, so dass eine nur ungenügend große Hydraulikmittelmenge von dessen Druckkolben eingeschlossen werden kann. Das Hydraulikmittel reicht in verschiedenen Fällen wie Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine nach längerem Stillstand, „Taxi-Betrieb" usw. jedoch für eine ordnungsgemäße Spielausgleichsfunktion des Spielausgleichselements nicht aus. Somit besteht ein relativ hohes Risiko eines Nachsaugens von Luft in den Hochdruckraum des Spielausgleichselements mit den der Fachwelt bekannten Nachteilen wie Klappergeräuschen, Verschleiß etc..

Bei OHV-Ventiltrieben mit Rollenstößel und Stößelstange ist es zudem üblich, die geodätisch hoch liegenden weiteren Teile wie Kipphebel, Nockenanlaufstellen etc. über eine hohl ausgeführte Stößelstange zu schmieren. Dies geht wiederum aus der vorgenannten U.S. 6,196,175 hervor, wobei auch die U.S. 3,908,615 eine hohl ausgeführte Stößelstange offenbart. Auch zeigt die U.S. 5,351,662 einen als Rollenstößel ausgebildeten Stößel, bei dem ersichtlich ist, dass dessen hydraulische Spielausgleichseinrichtung konstruktiv bedingt nur eine sehr geringe Hydraulikmittelmenge einschließen kann.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die geschilderten Nachteile beseitigt sind.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in die Stößelstange Pipettenmittel zum Halten einer in Schwerkraftrichtung gesehen darunter liegenden Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut sind.

Hierdurch sind die eingangs beschriebenen Nachteile wirkungsvoll vermieden. Somit wird beim Abstellen der Brennkraftmaschine das im Inneren der Stößelstange akkumulierte Öl als zusätzlicher Vorrat nach dem Pipettenprinzip gehalten. Nach dem Start der Brennkraftmaschine kann dieses Hydraulikmittel in den Vorratsraum des Druckkolbens fließen.

Der entsprechende Rückschlagventilkörper, wie beispielsweise eine Kugel, eine Platte, ein Kegel oder dergleichen öffnet unmittelbar nach den Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine durch die auftretenden Schwingungen. Somit steht von Beginn an ausreichend Hydraulikmittel zur Verfügung, um die eingangs beschriebenen Klappergeräusche zu vermeiden. Auch beim sogenannten „Taxi-Betrieb", also einem extremen Kurzstreckenverkehr, ist garantiert, dass im Vorratsraum stets eine ausreichende Hydraulikmittelmenge angehäuft ist, so dass ein Nachsaugen von Luft vermieden wird.

In Konkretisierung der Erfindung soll auch die zweite Anlage der Stößelstange, also die kipphebelseitige, mit einem Durchtritt für das Hydraulikmittel versehen sein. Dabei sollen die erfindungsgemäßen Pipettenmittel vorzugsweise gleichzeitig als Drossel zur Begrenzung eines Hydraulikmittelstroms zu diesem Durchtritt dargestellt sein. Somit fließt nur eine definiert geringe Menge an Hydraulikmittel zu den oben liegenden Schmierstellen, wohingegen ein Grossteil des Hydraulikmittels für den Spielausgleich zur Verfügung steht.

In Konkretisierung der Erfindung kann in die Stößelstange eine Buchse (massiv oder dünnwandig aus beispielsweise Blech) eingebaut sein, welche an ihrem einen Kragen die Pipettenmittel und an ihrem anderen Kragen die Drossel besitzt. Dabei ist klar, dass die Buchse auf einem beliebigen Höhenabschnitt in der Stößelstange angeordnet werden kann, vorzugsweise jedoch geodätisch weit oben liegend, so dass nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine sich unterhalb diese eine ausreichend hohe Hydraulikmittelsäule, nach dem Pipettenprinzip gehalten, ausbildet.

Die Durchtritte an der zweiten Anlage der Buchse können beispielsweise aus blattfederähnlichen Zungen oder aus rippenartig umlaufenden Vorsprüngen oder dergleichen bestehen. Auch ist es denkbar, in diesem Bereich den Kragen einfach zu perforieren.

Des Weiteren ist es vorgeschlagen, die Stößelstange aus wenigstens zwei gebauten Abschnitten mit einem dazwischen liegenden Zylinderteil und daran ausgebildetem Pipettenmittel und ausgebildeter Drossel, darzustellen. Diese gebaute Variante hat beispielsweise den Vorteil, dass die Stößelstange insgesamt gesehen einfacher in unterschiedliche Umgebungskonstruktionen eingebaut werden kann. Dabei soll, in Fortbildung der Erfindung, eine Verbindung der gebauten Abschnitte durch das vorgenannte zweigeteilte Zylinderteil geschaffen sein, an dem an einer Seite der dichtende Ventilsitz und an der anderen Seite der Anschlag für den Schließkörper geschaffen ist, welcher Schließkörper geringfügig axial beweglich zwischen diesen Seiten vorliegt und beispielsweise als Kugel oder als zweiseitig angespitzter Kegel oder als Platte oder dergleichen ausgebildet ist.

Klar ist, dass eine derartige gebaute Stößelstange, d.h., eine Stößelstange aus mehreren ineinander gesteckten Abschnitten, auch allgemein Verwendung finden kann, ohne dass an dieser die Pipettenmittel bzw. die Drossel nach der Erfindung angeordnet sind.

Schließlich ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Anlagen der Stößelstange als Kugelköpfe auszubilden. Diese können separat ausgebildet sein, jedoch ist auch an eine einteilige Ausbildung mit der Stößelstange gedacht. Anstelle der Kugelköpfe erschließen sich dem Fachmann an dieser Stelle noch weitere Anlagen wie pfannenartige, zylinderartig ausgewölbte etc..

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer schematischen Ansicht einen Ventiltrieb mit Stößel und Stößelstange; und die
2 bis 4 Ansichten der Stößelstange mit erfindungsgemäßem Pipettenmittel sowie Drossel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 offenbart einen OHV-Ventiltrieb mit einem nockengetriebenen Stößel 7, welcher an einem Ende auf eine hohle Stößelstange 1 einwirkt. Die Stößelstange 1 hat an diesem Ende eine erste Anlage 4, die als Kugelkopf ausgebildet ist und auf einem Druckkolben 5 eines hydraulischen Spielausgleichselements 6 des Stößels 7 aufsitzt. An ihrem anderen Ende 8 hat die Stößelstange 1 eine zweite Anlage 9, die ebenfalls als Kugelkopf ausgebildet ist und auf ein als Kipphebel ausgebildetes Folgeglied 2 einwirkt.
Wie den Figuren zu entnehmen ist, besitzt die Stößelstange 1 eine generell hohle Ausbildung, so dass durch ihr Inneres 11 Hydraulikmittel zum Folgeglied 2 geleitet werden kann. Das Hydraulikmittel wird aus dem vom Druckkolben 5 eingeschlossenen Raum, über einen ersten Durchtritt 10 im Bereich des einen Endes 3 der Stößelstange 1, das Innere 11 der Stößelstange 1 und einen zweiten Durchtritt 13 im Bereich des anderen Endes 8 zu Schmierstellen am Folgeglied 2 geleitet. Dabei ist in 1 schematisch eine ansteigende Hydraulikmittelsäule dargestellt, so wie sie nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine vorliegt.
Wie beschreibungseinleitend dargelegt, fällt nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine die Hydraulikmittelsäule im Druckkolben 5 unter ein ausreichendes Minimum gegebenenfalls ab, so dass nach dem Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine nicht ausreichend Hydraulikmittel in einen zum hydraulischen Spielausgleichselement 6 gehörenden Hochdruckraum für einen Spielausgleich nachgesaugt werden kann. Hier kommt es ungünstigstenfalls zu einem Nachsaugen von Luft.
Um diesen gravierenden Nachteil zu vermeiden, gerade bei sehr kleinen Vorratsräumen für Hydraulikmittel, wie sie bei engen Bauraumverhältnissen vorkommen können, wird vorgeschlagen, in die Stößelstange 1 Pipettenmittel 12 zum Halten der Hydraulikmittelsäule während eines Stillstands der Brennkraftmaschine einzubauen.
Wie den 2–4 näher entnehmbar, ist im Bereich der Pipettenmittel 12 gleichzeitig eine Drossel 14 zur Begrenzung eines Hydraulikmittelstroms zum Durchtritt 13 an der zweiten Anlage 9 geschaffen. Selbstverständlich kann diese Drossel 14 auch separat zu den Pipettenmitteln 12 dargestellt sein.
Nach 2 besteht die Stößelstange 1 aus zwei gebauten Abschnitten 25, 26. Der Abschnitt 25 hat die erste Anlage 4, wohingegen der Abschnitt 26 die zweite Anlage 9 aufweist. Zwischen den Abschnitten 25, 26 verläuft ein diese verbindendes Zylinderteil 27, welches zweigeteilt dargestellt ist. Wie dem oberen Teil der Figur zu entnehmen ist, haben das obere und untere Teil des Zylinderteils 27 je einen voneinander weg weisenden, stumpfartigen Ansatz 28, 29. Der Ansatz 28 ist in den Abschnitt 25 der Stößelstange 1 gesteckt, wohingegen der Ansatz 29 in dem Abschnitt 26 der Stößelstange 1 positioniert ist.
Zwischen den Teilen des Schließkörpers 27 verläuft axial geringfügig beweglich ein Schließkörper 30, der hier als Kugel ausgebildet ist. Der Schließkörper 30 findet an einer Innenstirnseite 31 des (unteren) Ansatzes 28 einen dichtenden Ventilsitz 32. Somit ist hier das Pipettenmittel 12 geschaffen.
Am oberen Teil des zweigeteilten Zylinderteils 27 ist im Bereich dessen Innenstirnseite 33 ein Anschlag 34 für den Schließkörper 30 mit mehreren umfangsverteilten Durchtritten 35 für das Hydraulikmittel geschaffen. Somit verläuft in diesem Bereich die Drossel 14.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine, somit bei anliegendem Hydraulikmitteldruck, wird der Schließkörper 30 an den Anschlag 34 des oberen Zylinderteils 27 gedrückt, wobei eine geringe Hydraulikmittelmenge an diesem vorbei in Richtung zum Folgeglied 2 strömen kann. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine fällt der Schließkörper 30 auf seinen Ventilsitz 32 an der Innenstirnseite 31. Somit kommt hier, wie vorhergehend aufgeführt, das Pipettenmittel 12 zum Tragen und die im Inneren 11 der Stößelstange 1 akkumulierte Hydraulikmittelmenge wird gehalten und steht nach dem Wiederanlassen der Brennkraftmaschine zum schnellen Nachbefüllen des Vorratsraums im Druckkolben 5 des Spielausgleichselements 6 zur Verfügung. Eine Freigabe des Hydraulikmittels erfolgt hierbei durch ein Abheben des Schließkörpers 30 von seinem Ventilsitz 32 durch die von Beginn an auftretenden Schwingungen der Brennkraftmaschine.
Gemäß 3 verläuft in der Stößelstange 1 eine Buchse 15, die hier als dünnwandiges Blechteil 23 ausgebildet ist. Die Buchse 15 ist mit ihrem Außenmantel 16 ortsfest im Inneren 11 der Stößelstange 1, vorzugsweise in deren oberen Bereich, befestigt. Sie hat zwei sich axial gegenüberliegende Ringkragen 17, 18. Zwischen diesen verläuft geringfügig axial beweglich ein hier als Kugel ausgebildeter Schließkörper 19. Dabei ist an dem unteren Ringkragen 17 ein dichtender Ventilsitz 20 für den Schließkörper 19 ausgebildet, so dass hier das Pipettenmittel 12 dargestellt ist. Der obere Ringkragen 18 hingegen dient als Anschlag 21 für den Schließkörper 19, wobei dieser Ringkragen 18 aus umfangsverteilten, Blattfederartigen Zungen in diesem Beispiel besteht, zwischen denen die Durchtritte 22 für das Hydraulikmittel geschaffen sind. Die Funktionsweise des Pipettenmittels 12 und der Drossel 14 entspricht, ebenfalls mit der in 4 dargestellten Abwandlung, der in 2 beschriebenen.
Gemäß 4 ist die Buchse 15 als Fließpressteil 24 ausgebildet bzw. generell massiv dargestellt. Dabei hat ihr der zweiten Anlage 9 zugewandter Ringkragen 18 innen rippenartig eingeformte, umlaufende Vorsprünge, zwischen denen die Durchtritte 22 der Drossel 14 geschaffen sind. Dargestellt ist der Schließkörper 19 in seiner Anlage auf dem Ventilsitz 20 im Bereich des unteren Ringkragens 17.

1: Stößelstange
2: Folgeglied
3: eines Ende
4: erste Anlage
5: Druckkolben
6: Spielausgleichselement
7: Stößel
8: anderes Ende
9: zweite Anlage
10: Durchtritt
11: Inneres
12: Pipettenmittel
13: Durchtritt
14: Drossel
15: Buchse
16: Außenmantel
17: Ringkragen
18: Ringkragen
19: Schließkörper
20: Ventilsitz
21: Anschlag
22: Durchtritt
23: Blechteil
24: Fließpressteil
25: Abschnitt
26: Abschnitt
27: Zylinderteil
28: Ansatz
29: Ansatz
30: Schließkörper
31: Innenstirnseite
32: Ventilsitz
33: Innenstirnseite
34: Anschlag
35: Durchtritt
36: Gaswechselventil

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem Stößel (7) sowie einer von diesem beaufschlagten Stößelstange (1), die zumindest abschnittsweise hohl ist und an einem Ende (3) eine erste Anlage (4) für einen wenigstens mittelbar anlegbaren Druckkolben (5) eines hydraulischen Spielausgleichselements (6) des einem periodischen Antrieb wie einem Nocken folgbaren Stößels (7) besitzt, wobei an einem anderen Ende (8) der Stößelstange (1) eine zweite Anlage (9) für ein Folgeglied (2) wie ein Kipphebel appliziert ist und wobei die erste Anlage (4) einen Durchtritt (10) für aus dem Druckkolben (5) während eines Betriebes der Brennkraftmaschine heranleitbares Hydraulikmittel in ein Inneres (11) der Stößelstange (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stößelstange (1) Pipettenmittel (12) zum Halten einer in Schwerkraftrichtung gesehen darunter liegenden Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut sind.
Stößelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Anlage (9) ein Durchtritt (13) für das Hydraulikmittel zum Folgeglied (2) immanent ist, wobei die Pipettenmittel (12) entweder gleichzeitig als Drossel (14) zur Begrenzung eines Hydraulikmittelstromes zum Durchtritt (13) an der zweiten Anlage (9) ausgebildet sind oder dass den Pipettenmitteln (12) eine Drossel zur Begrenzung des Hydraulikmittelstromes zugeordnet ist.
Stößelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stößelstange (1) eine Buchse (15) eingebaut ist, welche Buchse (15) mit ihrem Außenmantel (16) ortsfest im Inneren (11) der Stößelstange (1) verläuft oder Bestandteil der Stößelstange (1) ist und zwei axial sich gegenüberliegende Ringkragen (17, 18) besitzt, zwischen denen geringfügig beweglich ein Schließkörper (19) wie eine Kugel verläuft, wobei an dem der ersten Anlage (4) zugewandten Ringkragen (17) ein dichtender Ventilsitz (20) für den Schließkörper (19) zur Bildung des Pipettenmittels (12) generiert ist und wobei an dem der zweiten Anlage (9) zugewandten Ringkragen (18) ein Anschlag (21) für den Schließkörper (19) mit wenigstens einem Durchtritt (22) für das Hydraulikmittel als Drossel (14) verläuft.
Stößelstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (15) als dünnwandiges Blechteil (23) dargestellt ist, wobei ihr der zweiten Anlage (9) zugewandter Ringkragen (18) aus blattfederähnlichen Zungen besteht, zwischen denen die Durchtritte (22) gebildet sind (3).
Stößelstange nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (15) massiv oder als Fließpressteil (24) ausgebildet ist, wobei ihr der zweiten Anlage (9) zugewandter Ringkragen (18) innen rippenartig umlaufende Vorsprünge besitzt, zwischen denen die Durchtritte (22) gebildet sind (4).
Stößelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (1) aus wenigstens zwei gebauten Abschnitten (25, 26) besteht, wobei ein erster Abschnitt (25) die Anlage (4) und ein zweiter Abschnitt (26) die Anlage (9) hat und diese Abschnitte (25, 26) durch ein Zylinderteil (27) mit dem Pipettenmittel (12) und der Drossel (14) verbunden sind (2).
Stößelstange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylinderteil (27) zweigeteilt ist und voneinander weg weisende, stumpfartige Ansätze (28, 29) besitzt, die in jeweils einen der Abschnitte (26, 27) gesteckt sind, wobei die Ansätze (28, 29) axial innen ebenfalls zusammengesteckt verlaufen und zwischen sich einen Schließkörper (30) wie eine Kugel einschließen, wobei an einer Innenstirnseite (31) des Ansatzes (28) ein dichtender Ventilsitz (32) für den Schließkörper (19) zur Bildung des Pipettenmittels (12) geschaffen ist und an einer zugewandten Innenstirnseite (33) des Ansatzes (29) ein Anschlag (34) für den Schließkörper (19) mit einem oder mehreren Durchtritten (35) für das Hydraulikmittel als Drossel (14) vorliegt.
Stößelstange nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagen (4, 5) der Stößelstange (1) als Kugelköpfe ausgebildet sind.