DE102005054086A1

DE102005054086A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Stößel und einer Stößelstange

Info

Publication number: DE102005054086A1
Application number: DE102005054086A
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: 2006-11-02
Also published as: US7246590B2; US20060169236A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb (1) 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 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) ein Rückschlagventilmittel (12) zum Halten einer Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut ist. DOLLAR A Somit ist ein Zusatzreservoir für Hydraulikmittel geschaffen, das zum schnellen Befüllen des Druckkolbens (5) unmittelbar nach einer Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine dient.

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 Einbauraumverhältnisse, 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 ein Rückschlagventilmittel zum Halten einer in Schwerkraftrichtung gesehen darüber liegenden Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut ist.

Somit ist ein Zusatzvolumen an Hydraulikmittel geschaffen. Dabei wird auf die üblicherweise ohnehin hohl ausgeführte Stößelstange zurückgegriffen und aufgrund des vorschlagsgemäßen Rückschlagventilmittels das durch diese wäh rend des Betriebes geförderte Hydraulikmittel größtenteils gehalten, so dass es beim Anlassen der Brennkraftmaschine als „Zusatzölreservoir" für den Vorratsraum des hydraulischen Spielausgleichselements zur Verfügung steht.

Als Rückschlagventilkörper kommen beispielsweise Kugeln, Kegel, Platten oder dgl. infrage. Diese werden während des Durchleitens des Hydraulikmittels durch die Stößelstange während des Betriebes der Brennkraftmaschine im Inneren der Stößelstange in Schwebe gehalten. Fällt der Hydraulikmitteldruck mit Abstellen der Brennkraftmaschine ab, so sinkt das entsprechende Rückschlagventilmittel schwerkraftbedingt auf seinen Sitz zurück und verhindert ein weiteres Nachfließen der über ihm stehenden Hydraulikmittelsäule.

Zweckmäßigerweise ist das Rückschlagventilmittel gemeinsam mit einer Innenwandung der Stößelstange als Drossel für das Hydraulikmittel ausgebildet, so dass während des Betriebes der Brennkraftmaschine nicht mit unnötig hohen Hydraulikmittelverlusten in Richtung zur zweiten Anlage zu rechnen ist. Selbstverständlich können die Durchtritte ebenfalls selbst eine Drosselwirkung aufweisen.

Die Freigabe der oberhalb des Rückschlagventilmittels bevorrateten Hydraulikmittelmenge findet durch die unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen, so beispielsweise das Hin- und Hergehen der Stößelstange, statt.

Der vorschlagsgemäße Schwebekörper als Element des Rückschlagventilmittels (Kugel, angespitzter Zylinder etc.) kann aus Metall aber auch aus einem Leichtbauwerkstoff wie Kunststoff in Voll- oder Hohlbauweise dargestellt werden. Im Falle einer Kugel läuft diese spielbehaftet gegenüber einer Innenwandung der Stößelstange, damit es einerseits nicht zu deren Klemmen kommt und damit andererseits die erwünschte Drosselwirkung herbeigeführt werden kann.

Im Falle einer Verwendung des angespitzten Körpers, welcher auch beidseitig angespitzt gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ausgebildet sein kann, hat dieser zweckmäßigerweise an seinem Außenmantel ausgebildete Längsnuten zum Durchtritt des Hydraulikmittels.

In Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Stößelstange beidseits ihrer Quermittelebene mit quasi identischen Bauteilen (Anlagen, Durchtritte, Ventilsitze) herzustellen. Hier kann als Schwebekörper entweder eine Kugel oder ein zweiseitig angespitzter Zylinder eingebaut werden. Bei dieser Variante kann die Stößelstange auch seitenverkehrt in den Ventiltrieb eingebaut werden, was Montagevorteile bringt.

Selbstverständlich kann das separate Zylinderteil nach einem weiteren Unteranspruch auch nur im Bereich der ersten Anlage angeordnet werden.

Die vorgeschlagene gebaute Stößelstange hat den Vorteil, dass sie ohne aufwändige Änderungen sämtlicher Teile leicht in unterschiedliche Brennkraftmaschinen eingebaut werden kann.

Schließlich ist es vorgesehen, die Anlagen der Stößelstange als Kugelköpfe auszubilden. Hier bieten sich auch noch andere Gelenkformen wie beispielsweise pfannenartige, zylinderförmig ausgewölbte etc. an.

Der Schutzbereich dieser Erfindung bezieht sich zwar insbesondere auf OHV-Ventiltriebe, jedoch nicht ausschließlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer schematischen Ansicht einen Ventiltrieb und
die 2, 3 zweckmäßige Ausgestaltungen der Stößelstange nach 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Dargestellt ist in 1 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem als Rollenstößel ausgebildeten Stößel 7. Dieser hat einen axial beweglichen Druckkolben 5 als Bestandteil eines hydraulischen Spielausgleichselements 6. Der Stößel 7 folgt an seiner unteren Stirnseite einem zeichnerisch nicht dargestelltem Nocken und wirkt an seiner anderen Seite auf eine erste Anlage 4 eines Endes einer Stößelstange 1.
Die Stößelstange 1 ist hier rohrförmig ausgebildet, wobei durch deren Inneres 11 Hydraulikmittel aus dem Druckkolben 5 in Richtung zu einem hier als Kipphebel ausgebildeten Folgeglied 2 leitbar ist. Das Folgeglied 2 wiederum wirkt auf ein Gaswechselventil 32 im Hubsinn ein.
Zu erkennen ist in 1 des Weiteren, dass die Stößelstange 1 im Bereich ihres anderen Endes 8 eine zweite Anlage 9 für das Folgeglied 2 hat. Dabei besitzt diese zweite Anlage 9, ebenso wie die erste Anlage 4, Jeweils einen Durchtritt 13, 10 für das Hydraulikmittel.
Wie beschreibungseinleitend dargelegt, ist die vom Druckkolben 5 einschließbare oder eingeschlossene Hydraulikmittelmenge in speziellen Anwendungsfällen zu klein. Hier greift die Erfindung an. Es ist vorgeschlagen, in die Stößelstange 1 ein Rückschlagventilmittel 12 zum Halten einer Hydraulikmittelsäule, die schematisch in 1 dargestellt ist, während eines Stillstands der Brennkraftmaschine einzubauen. Aufgrund dieses Rückschlagventilmittels 12 gelingt es, nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine darüber befindliches Hydraulikmittel in der Stößelstange 1 zu halten und insbesondere durch nach der Inbe triebsetzung der Brennkraftmaschine auftretende Schwingungen in Richtung Druckkolben 5 freizugeben, so dass ein ordnungsgemäßer Spielausgleich am Spielausgleichselement 6 vollzogen werden kann.
Wie 2 offenbart, ist in das Innere 11 der Stößelstange 1 ein als Kugel 17 ausgebildeter Schwebekörper 16 eingebaut. Im Bereich der ersten Anlage 4 ist des weiteren ein mit dem Durchtritt 10 kommunizierender Ventilsitz 19 für die Kugel 17 als weiteres Element des Rückschlagventilmittels 12 angeordnet.
Die Stößelstange 1 nach 2 ist dabei beidseits ihrer Quermittelebene vollkommen symmetrisch aufgebaut. Sie kann jedoch auch lediglich aus den unterhalb ihrer Quermittelebene angeordneten Bauteilen bestehen, wobei oberhalb ihrer Quermittelebene die zweite Anlage 9 am anderen Ende 8 „klassisch", so wie in 1 gezeigt, ausgebildet sein kann.
Nach 2 besteht die Stößelstange 1 aus insgesamt 3 gebauten Abschnitten 21, 22, 23. Der Abschnitt 21 besteht aus einem länglichen Mittelteil. Der Abschnitt 22 besitzt die erste Anlage 4, hier als Kugelkopf ausgebildet und der Abschnitt 23 hat die zweite Anlage 9, ebenfalls als Kugelkopf dargestellt. Verbunden sind die Abschnitte 21, 22, 23 durch Zylinderteile 24, 25 mit Ringkragen 28, 29. Konkreter gesagt sind die vorgenannten Teile 21, 22, 23 über einen Außenmantel 26, 27 des entsprechenden Zylinderteils 24, 25 gesteckt und schlagen am entsprechenden Ringkragen 28, 29 an. Um eine dauerhafte Verbindung in diesem Bereich zu schaffen, kann eine Presspassung, eine Schraubverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schrumpfverbindung o. ä. in diesem Bereich appliziert werden.
Betrachtet man den unteren Bereich in 2, so geht daraus hervor, dass das Ringteil 24 auf der Seite des Abschnitts 21 einen Ventilsitz 19 als Bestandteil des Rückschlagventilmittels 12 aufweist.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine wird Hydraulikmittel über den Durchtritt 10 an der ersten Anlage 4 durch eine Bohrung des Zylinderteils 24 in das Innere 11 der Stößelstange 1 gefördert. Unter Nichtbetrachtung des weiteren Zylinderteils 25 gelangt das Hydraulikmittel über den Durchtritt 13 an der zweiten Anlage 9 zum Folgeglied 2.
Die Kugel 17 ist so ausgelegt, dass sie während des anliegenden Hydraulikmitteldrucks im Inneren 11 der Stößelstange 1 in Schwebe bleibt. Fällt der Druck nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ab, so sinkt die Kugel 17 auf ihren Ventilsitz 19. Hierdurch wird die darüber befindliche Hydraulikmittelmenge an einem Durchfließen in Schwerkraftrichtung gehindert. Somit liegt in der Stößelstange 1 ein Zusatzreservoir an Hydraulikmittel vor. Aufgrund der nach dem Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine auftretenden Schwingungen hebt die Kugel 17 von ihrem Sitz 19 ab. Die somit freigegebene Hydraulikmittelmenge fließt in den Vorratsraum des Druckkolbens 5 und steht zusätzlich zum Spielausgleich zur Verfügung.
Da, wie aus 2 zu erkennen ist, die Stößelstange 1 beidseits ihrer Quermittelebene aus identischen Teilen besteht, kann diese auch seitenverkehrt eingebaut werden. Klar ist, dass auch der angespitzte Zylinder nach 3 im Falle dessen beidseitiger Anspitzung in einer symmetrischen Stößelstange 1 nach 2 mit entsprechend komplementär ausgestalteten Ventilsitzen Anwendung finden kann.
Der als angespitzter Zylinder ausgebildete Schwebekörper 16 nach 3 hat an seinem Außenmantel 30 umfangsverteilte Längsnuten 31 für einen Hydraulikmitteldurchtritt zur Ausbildung der Drossel 15. Auch hier fällt der Zylinder 18 nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine in seinen Ventilsitz 19, hebt nach Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine durch die auftretenden Schwingungen ab und gibt die über ihm zuvor eingeschlossene Hydraulikmittelmenge in den Druckkolben 5 des Spielausgleichselements 6 ab.

1: Stößelstange
2: Folgeglied
3: eines Ende
4: erste Anlage
5: Druckkolben
6: Spielausgleichselement
7: Stößel
8: anderes Ende
9: zweite Anlage
10: Durchtritt (erste Anlage)
11: Inneres
12: Rückschlagventilmittel
13: Durchtritt (zweite Anlage)
14: Innenwandung
15: Drossel
16: Schwebekörper
17: Kugel
18: Zylinder
19: Ventilsitz
20: Ventilsitz
21: Abschnitt
22: Abschnitt
23: Abschnitt
24: Zylinderteil
25: Zylinderteil
26: Außenmantel
27: Außenmantel
28: Ringkragen
29: Ringkragen
30: Außenmantel
31: Längsnut
32: 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) ein Rückschlagventilmittel (12) zum Halten einer in Schwerkraftrichtung gesehen darüber liegenden Hydraulikmittelsäule während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine eingebaut ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Anlage (9) ein Durchtritt (13) für das Hydraulikmittel zum Folgeglied (2) immanent ist, wobei das Rückschlagventilmittel (12) gemeinsam mit einer Innenwandung (14) der Stößelstange (1) gleichzeitig als eine Drossel (15) zur Begrenzung eines Hydraulikmittelstromes zum Durchtritt (13) an der zweiten Anlage (9) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren (11) der Stößelstange (1) ein Schwebekörper (16) eingebaut ist, welchem eine Geometrie wie eine Kugel (17), ein in Richtung zur ersten Anlage (4) angespitzter Zylinder (18) oder wie eine Platte als Element des Rückschlagventilmittels (12) immanent ist, wobei im Bereich der ersten Anlage (4) ein mit dem Durchtritt (10) kommunizierender Ventilsitz (19) für den Schwebekörper (16) als weiteres Element des Rückschlagventilmittels (12) verläuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren (11) der Stößelstange (1) ein Schwebekörper (16) eingebaut ist, welchem eine Geometrie wie eine Kugel (17), ein beidseitig angespitzter Zylinder oder wie eine Platte als Element des Rückschlagventilmittels (12) immanent ist, wobei im Bereich der Anlagen (4, 9) mit den entsprechenden Durchtritten (10, 13) kommunizierende, zumindest weitestgehend identische Ventilsitze (19, 20) für den Schwebekörper (16) als weitere Elemente des Rückschlagventilmittels (12) verlaufen.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (1) beidseits ihrer Quermittelebene mit ihren Bauteilen Anlagen (4, 9), Durchtritte (10, 13), Ventilsitze (19, 20) zumindest weitestgehend identisch dargestellt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstange (1) aus wenigstens drei gebauten Abschnitten (21, 22, 23) besteht, wobei ein erster Abschnitt (21) ein Mittelteil und ein zweiter sowie dritter Abschnitt (22, 23) Endteile mit den Anlagen (4, 9) darstellen und wobei die Ventilsitze (19, 20) an separaten Zylinderteilen (24, 25) mit einem von ihrem Außenmantel (26, 27) weg stehenden Ringkragen (28, 29) gebildet sind, über welchen Außenmantel (26, 27) einenends jeweils ein Ende des ersten Abschnitts (21) und anderenends ein der jeweiligen Anlage (4, 9) abgewandter Bereich des entsprechenden Abschnitts (22, 23) gesteckt verlaufen, welche Bauteile (21, 22, 23) stirnseitig an dem Ringkragen (28, 29) des zugeordneten Zylinderteils (24, 25) anschlagen.
Ventiltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der angespitzte Zylinder (18) als Element des Rückschlagventilmittels (12) an seinem Außenmantel (30) mit Längsnuten (31) versehen ist.
Ventiltrieb nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagen (4, 5) der Stößelstange (1) als Kugelköpfe ausgebildet sind.