DE10224039A1 - Hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Hydraulisch betätigter, variabler Ventiltrieb einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein hydraulisch betätigter, vorzugsweise variabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nehmereinheit (15), die als separates Bauteil gegenüber einer Gebereinheit ausgebildet ist. Besonderes Merkmal ist es, daß die Nehmereinheit mit einem hydraulischen Spielausgleichselement (9) versehen ist, das nur außerhalb einer Hubphase eines Nehmerkolbens (5) mit einem Pfad (12) zur Zuleitung von Hydraulikmittel verbunden ist. Somit liegt einerseits ein einfach aufgebauter Ventiltrieb mit Nehmereinheit (15) vor. Andererseits wird durch die vorgenannte Hydraulikmittelbeaufschlagung ein unnötiges "Aufpumpen" des Spielausgleichselements (9) während der Hubphasen des Nehmerkolbens (5) verhindert.
Description
- Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten, vorzugsweise variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem in eine Aufnahme eines Zylinderkopfes eingebauten Gehäuse, in dessen Bohrung ein axial beweglicher Nehmerkolben verläuft, der an seiner einen Stirnseite einen Druckraum für das Hydraulikmittel begrenzt und an seiner anderen Stirnseite ein hydraulisches Spielausgleichselement mit einem Rückschlagventil aufweist, welches Spielausgleichselement an seiner gehäusefernen Seite zumindest mittelbar auf ein Gaswechselventil einwirkt, wobei das Gehäuse von wenigstens einem Pfad für Hydraulikmittel geschnitten ist, der mit einem Kanal des Nehmerkolbens oder Spielausgleichselements zur Weiterleitung des Hydraulikmittels zu einem Vorratsraum des Spielausgleichselements unmittelbar vor dem Rückschlagventil kommuniziert.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein derartiger Ventiltrieb geht aus der als gattungsbildend betrachteten WO 89/02975 hervor. Einerseits ist festzustellen, daß dieser relativ kompliziert aufgebaut ist. So haben der Geber- und Nehmerkolben ein gemeinsames Gehäuse. Hiermit einher geht, daß dieser Ventiltrieb ggf. relativ hoch baut bzw. dessen Variabilität im Einsatz eingeschränkt ist. Andererseits ist festzustellen, daß das verwendete hydraulische Spielausgleichselement in permanentem Hydraulikmittelkontakt mit einer Zuleitung aus dem Zylinderkopf ist. Aufgrund dieser ständigen Versorgung mit Hydraulikmittel kann es ungünstigstenfalls dazu kommen, daß das Spielausgleichselement außerhalb von Nockengrundkreisphasen unnötig "aufpumpt" und somit unerwünschte Hubveränderungen am Gaswechselventil auftreten.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb mit einem Nehmerkolben der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die zitierten Nachteile beseitigt sind.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das in den Zylinderkopf eingebaute Gehäuse als separates Bauteil zur Bildung lediglich einer Nehmereinheit gefertigt ist, wobei der Kanal nur außerhalb einer Hubphase des Nehmerkolbens mit dem Pfad hydraulisch verbunden ist.
- Hierdurch sind die eingangs beschriebenen Nachteile wirkungsvoll vermieden. Somit liegt einerseits ein Nehmerkolben vor, der ein "eigenes" Gehäuse besitzt, welches von dem Gehäuse des Geberkolbens getrennt ist. Somit gelingt es, die Bauhöhe des Ventiltriebs ggf. zu reduzieren. Gleichzeitig wird das Spielausgleichselement aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen nur in einer Grundkreisphase des auflaufenden Nockens hydraulisch versorgt, wo es bekanntermaßen zum Nachsaugen der während einer Hochdruckphase aus einem Hochdruckraum des Spielausgleichselements ausgepreßten, geringfügigen Hydraulikmittelmenge kommt.
- Des weiteren ist festzustellen, daß der vorgeschlagene Ventiltrieb mit Nehmerkolben relativ einfach aufgebaut ist.
- Durch die Maßnahmen nach einem weiteren Anspruch, die wahlweise auch selbständig schutzfähig in Verbindung mit den Maßnahmen des Oberbegriffs sein können, wonach ein Spielausgleichselement eingebaut werden soll, das vollständig aus dem Baukasten für Spielausgleichselemente nichtschaltbarer Ventiltriebe genommen wird, ist dem Fachmann eine weitere zweckmäßige Lehre in die Hand gegeben, wie er den konstruktiven Aufwand am Ventiltrieb weiter verringert. Hiermit einher geht, daß in einer Fertigung für herkömmliche Spielausgleichselemente keinerlei Änderungen an Maschinen und Werkzeugen, die in aller Regel extrem kostenaufwändig sind, vorgenommen werden müssen. Die Teile sind quasi sofort griffbereit. Es ist klar, daß jedoch ggf. geringfügige Adaptionen der bisher eingesetzten und hinreichend der Fachwelt bekannten hydraulischen Spielausgleichselemente vorgenommen werden können.
- Durch die getrennte Ausbildung des Spielausgleichselements und des Nehmerkolbens, welche Teile in Fortbildung der Erfindung lediglich stirnseitig einander grenzen sollen, ist ein weiterer Vorschlag in Richtung Minimierung des Fertigungsaufwandes gemacht. Denkbar ist jedoch auch, beide Bauteile als eine Einheit auszubilden.
- Weitere Unteransprüche betreffen zweckmäßige Anordnungen und Ausbildungen des Spielausgleichselements am Nehmerkolben. Gerade bei der Variante, bei welcher auf bisher verwendete Hydraulikelemente weitestgehend zurückgegriffen werden soll, kann in den Nehmerkolben stirnseitig ein Anschlagteil eingebaut werden, welches von einem Gehäuse des Spielausgleichselements im Ausgleichsfall abschnittsweise übergriffen wird. Dabei ist es vorgesehen, einen Außenmantel des Anschlagteils als Gleitfläche für eine Bohrung eines Gehäuses des Spielausgleichselements auszubilden und gleichzeitig zwischen dem Außenmantel und der Bohrung des Gehäuses des Nehmerkolbens einen Ringraum/Kanal für Hydraulikmittel zur Zuführung zu einem Vorratsraum des Spielausgleichselements zu bilden. Dieser Ringraum kommuniziert erfindungsgemäß lediglich bei Grundkreisdurchlauf, somit außerhalb einer Hubphase des Nehmerkolbens, mit einem Pfad zur Zuleitung des Hydraulikmittels durch das Gehäuse. Ggf. kann der Ringraum auch unmittelbar bei Hubbeginn oder vor Hubende schon in Fluidverbindung mit dem Pfad sein.
- Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung ist es vorgesehen, den Druckkolben des Spielausgleichselements in einer Bohrung des Nehmerkolbens zu applizieren. Diese Maßnahme hat ggf. bauraum- und fertigungstechnische Vorteile.
- Sofern es die im Spielausgleichselement eingebaute Druckfeder schafft, den Nehmerkolben am Hubende im zur Verfügung stehenden Grundkreisintervall ausreichend schnell, d. h. auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, in dessen absolute Endlage zurückzuführen, braucht diese nicht verändert zu werden. Es ist jedoch auch daran gedacht worden, diese ggf. verstärkt einzusetzen bzw. ein Federpaket zu applizieren. Als Federpaket kann beispielsweise zum einen die im Spielausgleichselement vorhandene Druckfeder und gleichzeitig eine externe Feder verwendet werden, wobei letztere einerseits auf einer sich in Ventilrichtung erstreckenden axialen Erweiterung des Druckkolbens des Spielausgleichselements sitzt und andererseits gegen eine zugewandte Stirnseite des Nehmerkolbens wirkt.
- Anstelle der zeichnerisch dargestellten Schraubenfedern können jedoch auch andere dem Fachmann geläufige Federmittel mechanischer oder anderer Bauart eingesetzt werden.
- Das Rückschlagventil des Spielausgleichselements kann, gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag, auch in einem Boden der stirnseitigen Bohrung des Nehmerkolbens appliziert sein, wobei gleichzeitig der Druckkolben zwischen dem Boden und seiner zugewandten Stirnfläche den Hochdruckraum des Spielausgleichselements einschließt.
- Zudem ist es vorgesehen, den Pfad durch das Gehäuse zur Zuleitung des Hydraulikmittels radial innen in eine Ringnut münden zu lassen. Somit kann auf Verdrehsicherungen des Nehmerkolbens verzichtet werden. Ggf. kann auch die Ringnut am Außenmantel des Nehmerkolbens angeordnet werden.
- Als Hydraulikmittel zur Beaufschlagung des Ventiltriebs ist jede Art von Servomittel denkbar und vorgesehen. In allererster Linie wird jedoch an Motorenöl gedacht, was ohnehin im Kreislauf der Brennkraftmaschine vorhanden ist, jedoch sind auch Servomittel wie Bremsflüssigkeit oder ähnliches denkbar.
- Schließlich ist es vorgeschlagen, das Gehäuse über eine einfache Schraubverbindung mit dem Zylinderkopf zu verbinden. Dies ist im beschreibungseinleitend genannten Stand der Technik nicht vorgesehen. Hier wird das Gehäuse, welches gleichzeitig den Geber- und Nehmerkolben nachteiligerweise führt, über eine Preßpassung oder ähnliches im Zylinderkopf angeordnet.
- Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen die Fig. 1 bis 3 einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Ansichten auf erfindungsgemäß ausgestaltete Nehmereinheiten.
- Andeutungsweise ist in Fig. 3 ein Zylinderkopf 2 mit einer Aufnahme 1 dargestellt. In diese Aufnahme 1 ist ein Gehäuse 3 (s. a. weitere Figuren) einer erfindungsgemäßen Nehmereinheit 15 eingeschraubt. Das Gehäuse 3 hat eine Bohrung 4, in der ein Nehmerkolben 5 aufgenommen ist.
- Auf den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise eines hydraulischen Ventiltriebs, so auch auf eine Beschreibung dessen Geberseite, wird an dieser Stelle nicht eingegangen, weil dies der Fachwelt hinreichend bekannt ist.
- Der Nehmerkolben 5 begrenzt im Bereich seiner einen Stirnseite 6 einen Druckraum 7 für Hydraulikmittel. An seiner anderen Stirnseite 8 besitzt er eine Bohrung 16, in die ein Anschlagteil 17 eingebaut ist. Dieses ragt aus der Bohrung 16 heraus. Zwischen seinem Außenmantel 20 und der Bohrung 4 ist ein Ringraum 24 für Hydraulikmittel gebildet. Gleichzeitig hat ein Randbereich einer Fläche 18 des Anschlagteils 17 eine Ausnehmung 23 für das Hydraulikmittel zur unmittelbaren Zuleitung dieses in einen Vorratsraum 14 eines Spielausgleichselements 9.
- Auch ist Fig. 1 zu entnehmen, daß innerhalb einer Bohrung 21 des Gehäuses 22 ein Druckkolben 19 verläuft, welcher den vorgenannten Vorratsraum 14 einschließt und stirnseitig stets an der Fläche 18 anliegt. Beim während einer Nockenhubphase notwendigen Spielausgleich übergreift der Druckkolben 19 den Außenmantel 20 des Anschlagteils 17.
- Des weiteren ist zu erkennen, daß in Fig. 1 zwei sich diametral gegenüberliegende Pfade 12 zur Zuführung von Hydraulikmittel appliziert sind. Dabei münden die Pfade 12 radial innen in eine Ringnut 33. Der Pfad 12 mit Ringnut 33 ist lediglich während eines Grundkreisdurchlaufs des beaufschlagenden Nockens, d. h. außerhalb einer Hubbewegung des Nehmerkolbens 5, in Fluidkontakt mit dem Kanal 13 zur Zuleitung des Hydraulikmittels über die Ausnehmung 23 in den Vorratsraum 14 (Fig. 1). Somit wird ein unnötiges "Aufpumpen" des Spielausgleichselements 9 außerhalb der Grundkreisphase mit den der Fachwelt ausreichend bekannten Nachteilen vermieden. Zu erwähnen ist noch, daß an dem Druckkolben 19 nach Fig. 1 ventilseitig ein Rückschlagventil 9a angeordnet ist, welches sich in Richtung zu einem darunterliegenden Hochdruckraum 34 öffnet.
- Der Nehmerkolben 5 und das Spielausgleichselement 9 nach Fig. 1 sind als vollkommen getrennte Bauteile hergestellt. Dies ist jedoch bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 nicht der Fall. Hier hat der Nehmerkolben 5 eine von dessen anderer Stirnseite 8 ausgehende Bohrung 25. In dieser verläuft der Druckkolben 19 des Spielausgleichselements 9. Zwischen der Bohrung 25 und einem Außenmantel des Druckkolbens 19 ist ein Leckspalt für das Hydraulikmittel gebildet. Gleichzeitig ist der Druckkolben 19 (ein- oder mehrteilig) in Ventilrichtung von einem Ansatzstück 27 überragt. Letzteres hat ventilseitig eine Radialerweiterung 28, die hier einteilig mit dem Ansatzstück 27 verbunden ist, auf welcher einenends eine Druckfeder 29 abgestützt ist. Die Druckfeder 29 wirkt anderenends gegen die Stirnseite 8 des Nehmerkolbens 5. Somit wird wirkungsvoll die Rückstellbewegung des Nehmerkolbens 5 am Hubende bis in dessen festgelegte Endposition ermöglicht. Ggf. kann auch, wenn die Kraft der dem Spielausgleichselement 9 zugeordneten Druckfeder 35 ausreicht, auf eine derartige separate Druckfeder 29 verzichtet werden.
- Eine Zuleitung des Hydraulikmittels erfolgt hier wiederum durch wenigstens einen Pfad 12 durch das Gehäuse 3, der radial innen in die Ringnut 33 mündet. Bei Grundkreisdurchlauf kommuniziert der Pfad 12 mit Ringnut 33 mit einem als Radialdurchtritt ausgebildeten Kanal 13 im Nehmerkolben 5. Vom Kanal 13 weg wird das Hydraulikmittel zu einem "Vorratsraum 14" im Ansatzstück 27 geleitet und von dort in nicht näher zu beschreibender Art und Weise unmittelbar zu dem Rückschlagventil 9a.
- Ähnlich wie in Fig. 2 beschrieben, hat der Nehmerkolben 5 nach Fig. 3 ebenfalls eine Bohrung 25 an dessen anderer Stirnseite 8. In die Bohrung 25 ist der Druckkolben 19 eingebaut. Zwischen der Bohrung 25 des Nehmerkolbens 5 und einem Außenmantel des Druckkolbens 19 ist wiederum der Leckspalt 26 für das Hydraulikmittel gebildet. Gleichzeitig ist der Fig. 3 entnehmbar, daß das Rückschlagventil 9a hier an einem Grund der Bohrung 25 angeordnet ist.
- Eine Zuleitung für das Hydraulikmittel bis unmittelbar vor das Rückschlagventil 9a, welches sich hier in Ventilrichtung öffnet, ist wiederum über wenigstens einen sich radial durch das Gehäuse 3 erstreckenden Pfad 12 mit radial innerer Ringnut 33 realisiert. Zur Weiterleitung des Hydraulikmittels von der Ringnut 33 aus hat der Nehmerkolben 5 einen Kanal 13, der am Außenmantel des Nehmerkolbens 5, auf der Seite des Pfades 12, als Längsnut hergestellt ist. Von der Längsnut zweigt ein Radialabschnitt ab, der wiederum in einen Axialkanal geht, der hier mit "Vorratsraum 14" bezeichnet ist.
- Des weiteren ist zu erkennen, daß der Druckkolben 19 von einer Druckfeder 32 umschlossen ist, die einenends gegen eine hier als Sicherungsring ausgebildete Radialerweiterung 31 wirkt und anderenends an der anderen Stirnseite 8 des Nehmerkolbens 5 abgestützt ist.
- In sämtlichen Figuren ist der Nehmerkolben 5 in seiner Ventilhubposition gezeigt, welche der maximale Hub sein kann. Bezugszahlenliste 1 Aufnahme
2 Zylinderkopf
3 Gehäuse
4 Bohrung
5 Nehmerkolben
6 Eine Stirnseite
7 Druckraum
8 Stirnseite
9 Spielausgleichselement
9a Rückschlagventil
10 Seite
11 Gaswechselventil
12 Pfad
13 Kanal
14 Vorratsraum
15 Nehmereinheit
16 Bohrung
17 Anschlagteil
18 Fläche
19 Druckkolben
20 Außenmantel
21 Bohrung
22 Gehäuse
23 Ausnehmung
24 Ringraum
25 Bohrung
26 Leckspalt
27 Ansatzstück
28 Radialerweiterung
29 Druckfeder
30 Einlaß
31 Radialerweiterung
32 Druckfeder
33 Ringnut
34 Hochdruckraum
35 Druckfeder
Claims (11)
1. Hydraulisch betätigter, vorzugsweise variabler Ventiltrieb einer
Brennkraftmaschine, mit einem in eine Aufnahme (1) eines Zylinderkopfes (2)
eingebauten Gehäuse (3), in dessen Bohrung (4) ein axial beweglicher
Nehmerkolben (5) verläuft, der an seiner einen Stirnseite (6) einen Druckraum (7)
für das Hydraulikmittel begrenzt und an seiner anderen Stirnseite (8) ein
hydraulisches Spielausgleichselement (9) mit einem Rückschlagventil (9a)
aufweist, welches Spielausgleichselement (9) an seiner gehäusefernen
Seite (10) zumindest mittelbar auf ein Gaswechselventil (11) einwirkt, wobei
das Gehäuse (3) von wenigstens einem Pfad (12) für Hydraulikmittel
geschnitten ist, der mit einem Kanal (13) des Nehmerkolbens (5) oder
Spielausgleichselements (9) zur Weiterleitung des Hydraulikmittels zu einem
Vorratsraum (14) des Spielausgleichselements (9) unmittelbar vor dem
Rückschlagventil (9a) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß das in
den Zylinderkopf (2) eingebaute Gehäuse (3) als separates Bauteil zur
Bildung lediglich einer Nehmereinheit (15) gefertigt ist, wobei der Kanal (13)
nur außerhalb einer Hubphase des Nehmerkolbens (5) mit dem Pfad (12)
hydraulisch verbunden ist.
2. Ventiltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Spielausgleichselement (9) eingebaut
ist, das weitestgehend oder vollständig aus dem Baukasten für
Spielausgleichselemente nichtschaltbarer Ventiltriebe wie für Tassenstößel oder
Kipphebeleinsteckelemente stammt (Fig. 1).
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Spielausgleichselement (9) und der Nehmerkolben (5) stofflich getrennte Einheiten
bilden, welche lediglich oder nur größtenteils stirnseitig aneinander grenzen
(Fig. 1).
4. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere
Stirnseite (8) des Nehmerkolbens (5) eine Bohrung (16) hat, in welche ein
aus dieser herausragendes Anschlagteil (17) eingebaut ist, an dessen dem
Spielausgleichselement (9) zugewandter Fläche (18) ein den Vorratsraum
(14) einschließender Druckkolben (19) des Spielausgleichselements (9)
anliegt, wobei ein Außenmantel (20) des Anschlagteils (17) als Gleitfläche für
eine Bohrung (21) eines Gehäuses (22) des Spielausgleichselements (9)
gefertigt ist, wobei die Fläche (18) randseitig oder der Druckkolben (19) an
dessen Rand oder beide Elemente (18, 19) gemeinsam wenigstens eine
Ausnehmung (23) als Übertritt für das Hydraulikmittel von einem zwischen
dem Außenmantel (20) des herausragenden Anschlagteils (17) und der
Bohrung (21) des Gehäuses (22) liegenden Ringraum (24) für das
Hydraulikmittel als Bestandteil des Kanals (13) in den Vorratsraum (14) des
Druckkolbens (19) aufweisen, welcher Ringraum (24) außerhalb der Hubphase
des Nehmerkolbens (5) direkt in Fluidverbindung mit dem Pfad (12) ist (Fig.
1).
5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere
Stirnseite (8) des Nehmerkolbens (5) eine Bohrung (25) hat, in der ein
Druckkolben (19) des Spielausgleichselements (9) mit Rückschlagventil
(9a) verläuft, wobei zwischen der Bohrung (25) und einem Außenmantel
des Druckkolbens (19) ein Leckspalt (26) für das Hydraulikmittel gebildet
ist, wobei der Nehmerkolben (5) auf einem Axialabschnitt seiner Bohrung
(25) wenigstens einen Durchtritt als Bestandteil des Kanals (13) für das
Hydraulikmittel besitzt, welcher außerhalb der Hubphase des
Nehmerkolbens (5) direkt in Fluidverbindung mit dem Pfad (12) ist (Fig. 2).
6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckkolben (19) in Ventilrichtung gesehen ein Ansatzstück (27) aufweist oder mit
einem solchen verbunden ist, welches einenends unmittelbar auf das
Gaswechselventil (11) einwirkt, wobei von dem Ansatzstück (27) eine
Radialerweiterung (28) wie ein Ringabsatz oder ein separater Sicherungsring
ausgeht, auf welchem eine Druckfeder (29) abgestützt ist, die anderenends
gegen den Nehmerkolben (5) wirkt.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ansatzstück (27) und der Druckkolben (19) als separate Teile hergestellt sind.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere
Stirnseite (8) des Nehmerkolbens (5) eine Bohrung (25) hat, in der ein aus
der Bohrung (25) ragender Druckkolben (19) des Spielausgleichselements
(9) mit Rückschlagventil (9a) verläuft, wobei zwischen der Bohrung (25) und
einem Außenmantel des Druckkolbens (19) ein Leckspalt (26) für das
Hydraulikmittel gebildet ist, wobei in den Nehmerkolben (5), auf einem
Axialabschnitt oberhalb dessen Bohrung (25), eine Zuleitung für das
Hydraulikmittel zu dem Rückschlagventil (9a) des Spielausgleichselements (9) als
Bestandteil des Kanals (13) appliziert ist, welche Zuleitung radial außen am
Nehmerkolben (5) einen Einlaß (30) hat, welcher zumindest außerhalb der
Hubphase des Nehmerkolbens (5) direkt in Fluidverbindung mit dem Pfad
(12) ist (Fig. 3).
9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der
Bohrung (25) ragende Abschnitt des Druckkolbens (19) eine
Radialerweiterung (31) wie einen Sicherungsring oder einen Ringabsatz aufweist, auf
welchem eine Druckfeder (32) abgestützt ist, die anderenends gegen den
Nehmerkolben (5) wirkt.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 4 oder 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der Pfad (12) in eine Ringnut (33) in der Bohrung (4) des Gehäuses (3)
mündet, von welcher aus der Kanal (13) mit dem Hydraulikmittel versorgt
ist.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse
(3) in die Aufnahme (1) des Zylinderkopfes (2) eingeschraubt ist.
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