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Hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung
für Brennkraftmaschinen.
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Es sind hydraulisch arbeitende Ausgleichsvorrichtungen bekannt, die
ständig mit öl aus dem Schmiersystem des Motors selbst gespeist werden. Diese
bekannten Vorrichtungen sind insofern unvorteilhaft, als sie eine sorgfältige Filterung
des dem Schmiersystem entnommenen öls erfordern. Hinzu kommt, daß der Speisedruck
veränderlich und vor allem bei leerlaufendem Motor verhältnismäßig niedrig ist.
Eine weitere Unsicherheit in der Arbeitsweise dieser Vorrichtungen ergibt sich durch
die mit der Temperatur des Motors sich ändernde Viskosität des zugeführten öls.
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Außer den vorgenannten Vorrichtungen mit einer äußeren ölzufuhr gibt
es auch bereits Ventilspielausgleichsvorrichtungen, die mit einem in sich abgeschlossenen
Hydrauliksystem arbeiten. Diese bekannten Vorrichtungen bestehen im wesentlichen
aus einem Zylinder mit einem axial beweglichen Kolben, der den Innenraum in zwei
mit Flüssigkeit gefüllte Kammern unterteilt, von denen die eine als Arbeitskammer
und die andere als Vorratskammer bezeichnet werden kann. Der bewegliche Kolben trägt
eine Kolbenstange, die dicht nach außen geführt ist und mit den Steuerungsteilen
des Ventils in Verbindung steht. Innerhalb des Zylinders ist weiterhin ein beweglicher
Boden oder Deckel vorgesehen, der den Flüssigkeitsraum der Vorrichtung begrenzt
und ständig unter der Einwirkung elastischer Mittel steht, die einen Druck in Richtung
auf den Flüssigkeitsraum ausüben.
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Um eine Bewegung des Kolbens innerhalb des Flüssigkeitsraumes zu ermöglichen,
sind Maßnahmen getroffen, die einen Durchtritt der Flüssigkeit von der einen in
die andere Kammer gestatten. Bei einer bekannten Vorrichtung ist hierzu in dem Kolben
selbst einerseits ein Rückschlagventil und andererseits ein kalibrierter Durchlaß
von geringerem Querschnitt vorgesehen.
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Die Wirkungsweise der bekannten Ventilspielausgleichsvorrichtungen
ist folgende: Normalerweise übt die Ausgleichsvorrichtung auf die Steuerungsteile
des Ventils einen Druck aus, der von den elastischen Mitteln innerhalb des Zylinders
herrührt. Dieser Druck ist genügend groß bemessen, um jegliches Spiel auszugleichen.
Bei einer Betätigung des Ventils wird auf den Kolben ein Druck ausgeübt, der zur
Folge hat, daß Flüssigkeit aus der Arbeitskammer über den kalibrierten Durchlaß
in die Vorratskammer gelangt. Die Ausgleichsvorrichtung wird hierbei etwas verkürzt,
und wegen der Verdrängerwirkung der Kolbenstange wird der bewegliche Boden geringfügig
gegen die Kraft der elastischen Mittel bewegt. Mit dem Einsetzen des darauffolgenden
Ruhezustandes des Maschinenventils und der damit verbundenen Entlastung der Ausgleichsvorrichtung
gelangt unter dem Einfluß des unter dem Druck der elastischen Mittel stehenden beweglichen
Bodens Flüssigkeit aus der Vorratskammer über das Rückschlagventil in die Arbeitskammer,
womit eine Bewegung des Kolbens in der entgegengesetzten Richtung und damit eine
solche Verlängerung der Ausgleichsvorrichtung verbunden ist, da-ß das Ventilspiel
aufgehoben wird.
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Der größere Teil der bekannten Ventilspielausgleichsvorrichtungen,
die im wesentlichen nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip arbeiten, sind in
direkter Verlängerung des Ventilschafts oder einer Stößelstange angeordnet, und
zwar im allgemeinen am Fuß der Stößelstange als Zwischenstück zwischen Stößelstange
und Steuernocken der Nockenwelle bzw. als Zwischenstück zwischen Ventilschaft und
Steuernocken. Dies hat zur Folge, daß die Ausgleichsvorrichtung die schnell hin-
und hergehenden Bewegungen des Maschinenventils mit ausführen muß. Ein weiterer,
besonders schwerwiegender Nachteil haftet diesen Ausgleichsvorrichtungen dadurch
an, daß sie praktisch ein starres Zwischenstück bilden und deshalb keine stoßdämpfende
Wirkung auf die Ventilsteuerung ausüben können.
Bei einer anderen
bekannten Ventilspielausgleichsvorrichtung ist diese nicht im Zuge des Ventitschafts
angeordnet, sondern greift unter Zwischenschaltung eines Exzenters an der Lagerung
des Schwinghebeis an, so daß hierbei ein ständiges Mitbewegen der Ausgleichsvorrichtung
mit dem Ventil selbst nicht mehr auftritt. In der Wirkungsweise stimmt diese Ausgleichsvorrichtung
weitgehend mit den vorstehend beschriebenen überein; sie zeigt damit das gleiche
starre Verhalten wie diese Vorrichtungen auch.
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Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, eine Ventilspielausgleichsvorrichtung
mit in sich abgeschlossenem Hydrauliksystem, die in bezug auf die hin- und bergehenden
Ventilsteuerungsteile im Gehäuse fest angeordnet ist. derart auszugestalten, daß
sie in der Lage ist, auf die Steuerungsteile eine stoßdämpfende Funktion auszuüben.
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Die Erfindung geht hierbei aus von einer Vorrichtung mit einem Zylinder
und einem in dessen Innenraum axial beweglichen Kolben, der den Innenraum in zwei
mit Flüssigkeit gefüllte Kammern, nämlich eine Arbeitskammer und eine Vorratskammer,
teilt. In dem Kolben sind einerseits ein Rückschlagventil und andererseits eine
oder mehrere kalibrierte Durchlaßöffnungen geringeren Querschnitts vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung befindet sich der bewegliche Boden, der den Flüssigkeitsraum
begrenzt, auf der kolbenstangenfreien Seite des Kolbens, wobei an diesem Boden elastische
Mittel angreifen, über die sich die gesamte Ventilspielausgleichsvorrichtung abstützt.
Die elastischen Mittel können in an sich bekannter Weise aus einer mechanischen
Feder oder einem pneumatischen Polster bestehen.
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Nach der weiteren Erfindung besteht bei einer abgewandelten Ausführungsform
der bewegliche Boden aus einem mit einer Stange versehenen Tauchkolben, wobei die
Stange dicht durch die stirnseitige Abschlußwand der Arbeitskammer geführt ist.
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Während bei allen bisher bekanntgewordenen Ventilspielausgleichsvorrichtungen
mit einem in einem Flüssigkeitsraum beweglichen Kolben die zu übertragenden Druckkräfte
infolge der zwischen Kolben und Zylinderwand eingeschlossenen inkompressiblen Flüssigkeit
starr an die Steuerungsteile weitergegeben werden, wird durch die Anordnung des
beweglichen Bodens auf der kolbenstangenfreien Seite des Kolbens bei der Ausgleichsvorrichtung
gemäß der Erfindung der vom Steuernocken auf das Ventil auszeilbte Stoß elastisch
übertragen. Die nachgiebige Gegenkraft wird hierbei durch die bei den vorbekannten
Ausgleichsvorrichtungen ebenfalls vorhandenen elastischen Mittel hervorgebracht;
es werden also hierzu keine zusätzlichen Bauelemente benötigt.
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Die elastische übertragung der Ventilstöße bringt eine vorteilhafte
Schonung des gesamten Ventilsteuermechanismus mit sich. Darüber hinaus verhindert
die Elastizität der Ausgleichsvorrichtung eine Zerstörung des Ventilmechanismus
beim Blockieren eines Ventils, da die elastischen Mittel die Längs--#-2rschiebun-en
aufnehmen können, die normalerweise beim Blockieren Zerstörungen verursachen.
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Weitere Einzelheiten der Erfinduno, werden nachfolo,end an Hand zeichnerisch
dargestellter Ausführun-sbeispiele erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen lotrechten Schnitt durch eine Ventilsteuerungseinrichtung
mit einer erfindungs-, gemä , ßen Ventilspielausgleichsvorrichtung; Fig.
2 zeigt einen Axialschnitt einer ersten Ausf ührungsf orm der hydraulischen Ventil
spie lausgleichsvorrichtung; Fig. 2 a zeigt einen Querschnitt längs der Linie
Ila-Ila der Fig. 2; Fig. 3 und 4 zeigen Axialschnitte von zwei Ausführungsabwandlungen
der hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung.
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In Fig. 1 ist der Kipphebel 1, welcher bei Betätigung
durch die Stößelstange 2 den Ventilschaft 3
herunterdrückt, auf einer sphärischen
Fläche eines Lagerstückes 4 schwenkbar gelagert. Das Lagerstück 4 ist durch einen
in den Zylinderkopf 6 eingeschraubten lotrechten Bolzen 5 geführt
und kann auf diesem gleiten. Es liegt mit einer weiteren sphärischen Fläche an einem
Hebel 7 an, dessen Enden 7a und 7b sich an dem Deckel 8 des
Zylinderkopfes über eine mit einer Kontermutter 10 versehene Stellschraube
9 bzw. über eine selbsttätige hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung
11 abstützen.
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Der Deckel 8 ist am Zylinderkopf 6 mittels einer auf
das obere Ende des Bolzens 5 aufgeschraubten Mutter 12 befestigt, wobei eine
elastische Unterlegscheibe 13 zwischen der Mutter und der Oberseite des Deckels
8 angeordnet ist.
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Da der Bolzen 5 nicht die hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung
11 durchdringt, wie dies der Fall wäre, wenn sich diese unmittelbar hinter
dem Lagerstück 4 befinden würde, kann die Ventilspielausgleichsvorrichtung vollkommen
öldicht ausgebildet sein und daher ohne äußere Ölzufuhr wirken.
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Fig. 2 und 2 a zeigen eine erste Ausführungsform einer derartigen
hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung.
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Das untere Ende eines Zylinders 26 ist durch einen Deckel
27 verschlossen. weicher durch einen in einer entsprechenden Nut des Zylinders
untergebrachten federnden Sprengring 28 gehalten wird. Der Deckel
27 trägt eine Dichtungsscheibe 29, durch welche die Stange 30a des
Kolbens 30 gleitet. Der Kolben 30 hat einen geschlitzten Dichtungsring
31, welcher zugleich als Rückschlaaventil wirkt.
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Ein einen beweglichen Boden bildender freier Kolben 32 mit
einem 0-förmigen Dichtungsring 33 ist über dem Kolben 30 in dem Zylinder
26 angeordnet, welcher so in drei Kammern A, B und
C geteilt wird. Die Kammern A (Vorratskammer) und B (Arbeitskammer)
werden ohne Lufteinschluß mit öl gefüllt, z. B. im Vakuum, während die Kammer
C mit einem Gas gefüllt wird, z. B. Stickstoff. welches unter einem solchen
Druck steht, daß es über das öl der Kammer B auf die Fläche Si des Querschnitts
des Kolbens 30 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt, welche erheblich
größer als die Höchstlast ist, welche die Druckvorrichtung im normalen Betrieb aufnehmen
soll.
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Wenn sich die hydraulische Spielausgleichsvorrichtung zwischen dem
Deckel 8 und dem Hebel 7 befindet, stehen die Kammern A
und B unter einem Druck, welcher gleich dem Stickstoffdruck in der KammerC
ist, und die einzige äußere von der Vorrichtung entwickelte Kraft entspricht der
Fläche S,
des Querschnitts der Stange 30a., welche als Tauchkolben
wirkt. Diese Kraft drückt den Hebel 7 mit dem Lagerstück 4 nach unten, wodurch
das Spiel in der Ventilsteuerung aufgehoben wird. Wenn die Nockensteuerung des Motors
das Ventil betätigt, wird die Rückwirkung des Schwenklagers des Kipphebels
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vom Hebel 7 aufeenommen. welcher auf die Stange 30a eine im Vergleich zur
Kraft bei geschlossenem Ventil der Brennkraftmaschine viel größere nach aufwärts
gerichtete Kraft ausübt. Hierdurch wird die Stange 30a zurück. d. h. nach
oben gedrückt, wodurch der Druck in der KammerA abnimmt. Infolge des so zwischen
den Kammern B und A entstandenen Druckunterschiedes wird der geschlitzte
Dichtungsring 31 gegen die Unterkante 31a seiner Nut gedrückt, so daß
öl aus der KammerB in die KammerA nur durch den kalibrierten, durch den Schlitz
31c des Dichtungsringes 31 ge-
schaffenen Durchlaß strömen kann (Fig.
2a). Der Kolben 30 geht daher nur um eine sehr kleine Strecke zurück.
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Wenn das Ventil der Brennkraftmaschine geschlossen ist, ist die Stange
30a nicht mehr belastet, der Druck in der Kammer A nimmt zu und steigt über
den Druck in der Kammer B, da der Nutzquerschnitt des Kolbens 30 in bezug
auf die Kammer A
durch das Vorhandensein der Stange 30a auf S,-S, verringert
wird, während der Druck in der Kammer,6 auf den vollen Querschnitt Si des Kolbens
30 zur Wirkung kommt. Der so erzeugte Druckunterschied hebt den geschlitzten
Dichtungsring 31 an, welcher sich von der Unterkante 31
a zu der Oberkante 31 b
bewegt, so daß öl durch die Kanäle
34 aus der Kammer A in die Kammer B fließen kann, so daß der Kolben
30 abwärts geht und das Spiel der Ventilsteuerung unter der Wirkung des auf
die Fläche S"
des Querschnitts der Stange 30a ausgeübten Innendrucks
aufhebt.
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Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsabwandlungen der hydraulischen
Ventilspielausgleichsvorrichtung, welche sich von der Vorrichtung nach der Fig.
2 durch die Erzeugung des inneren Öldrucks unterscheiden. Bei der Ausführungsforrn
nach der Fig. 3
drückt eine starke Tellerfeder 35 einen als beweglicher
Boden wirkenden oberen Kolben 36 nach unten, welcher mit dem freien Kolben
32 nach der Fig. 2 gleichwertig ist, während die Tellerfeder 35 die
Rolle des Druck-gases in der Kammer C nach der Fig. 2 spielt. Bei der Ausführungsabwandlung
nach der Fig. 4 sind der obere Kolben 32 bzw. 36 und die obere Kammer
C forigefallen, und der Öldruck in der Kammer B wird durch einen mit einer
Stange versehenen Tauchkolben 37 hergestellt, welcher durch eine in der Kammer
B angeordnete Feder 38 nach unten gedrückt wird und dessen Außendurchmesser
kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 26.
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Der Tauchkolben 37 durchdringt mit seiner Stange die stirnseitige
Abschlußwand des Zylinders 26, wobei die Abdichtung durch eine Dichtungsscheibe
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erzielt wird. Wenn der Flüssigkeitsdruck oberhalb des Kolbens
30 infolge Betätigung des Brennkraftmaschinenventils ansteigt, ruft diese
Druckerhöhung am Tauchkolben 37 infolge der unterschiedlichen wirksamen Querschnittsflächen
eine nach oben gerichtete resultierende Kraft hervor. Unter der Einwirkung dieser
resultierenden Kraft steigt der Tauchkolben 37 entgegen der Kraft der Feder
38 nach oben. Mit dem Ansteigen des Tauchkolbens wird das innerhalb der Flüssigkeit
des Raumes B liegende Volumen des Tauchkolbens kleiner, so daß der Kolben
30 weiter in den Zylinderraum eindringen kann, ohne daß Flüssigkeit aus der
oberen Kammer B in die untere Kammer A gelangt. Es ist zu bemerken. daß die
Feder 38 auch außerhalb des Zylinders angeordnet werden kann. z. B. über
dem oberen Ende desselben.
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Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist der mögliche Hub der
hydraulischen Druckvorrichtung z. B. auf drei Millimeter begrenzt. und die Stellschraube
9 der Fig. 1 dient nur zur Einstellung der normalen Stellung der Teile,
derart, daß diese in der Mitte des Hubes liegt, wenn das Ventil geschlossen ist.