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Hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Bei Brennkraftmaschinen mit Ventilbetätigung entstehen durch die verschiedenen therinischen
und mechanischen Belastungen Differenzen des Ventilspiels.
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Es wurden bereits verschiedene Ausführungen bekannt, bei denen ein
hydraulisches Medium, z. B. öl,
das Ventilspiel ausgleichen soll.
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Bekanntgeworden sind einmal Stößelausführungen, die mit dem Motorenöl
in Verbindung stehen und somit einen offenen ölkreislauf aufweisen. Das Motorenöl
gelangt also in beträchtlichem Ausmaß in den hydraulischen Druckteil des Stößels.
Der Nachteil all dieser Ausführungen mit offenem ölkreislauf besteht darin, daß
durch das verschmutzte Motorenöl sehr bald Störungen auftreten können, besonders
auch dann, wenn bei Motoren mit Ölfilter die letzteren nicht pünktlich gereinigt
oder ausgewechselt oder defekt werden.
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Bekanntgeworden sind weiter Stößelausführungen, deren hydraulischer
Teil nicht mit dem Motorenöl in Verbindung steht. Das sind also Stößel mit einem
inneren Druckölkreislauf. Der Nachteil dieser Ausführungen besteht darin, daß der
Stößel ausfällt, wenn beispielsweise die Abdichtungen oder Lötstellen des inneren
ölkreislaufsystems defekt werden.
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Bei einer weiteren bekannten, als Stößel ausgebildeten hydraulischen
Ventilspielausgleichsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, die aus einem Stößel mit
einem an die Maschinenschmierung angeschlossenen Hohlraum besteht und mit einem
inneren geschlossenen Druckölumlauf arbeitet, erfolgt dieser zwischen einem von
zwei in ihrer gegenseitigen Verschiebung den Spielausgleich bewirkenden Stößelteilen
gebildeten Druckraum und einem Vorratsraum über ein Rückschlagventil und eine Drosselleitung,
wobei der Vorratsraum vom Hohlraum durch eine in ihrer Lage veränderbare Abdichtungseinrichtung
getrennt ist, deren Stellung das gesamte Ölvolumen von Vorratsraum und Druckraum
bestimmt und die unter dem Differenzdruck der im Hohlraum und der im Vorratsraum
herrschenden Drucke steht.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Ergänzung des öls im Druckraum
unmöglich, falls aus irgendeinem Grund ein ölverlust eintreten sollte. Die vorliegende
Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die zuletzt beschriebene Ausführungsform
zu verbessern, indem im Druckölraum stets das notwendige Ölvolumen aufrechterhalten
bleibt.
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Sie sieht hierzu vor, daß die Abdichtungseinrichtung differenzdruckabhängig
eine Verbindung vom Hohlraum zum Vorratsraum freigibt.
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Dadurch wird erreicht, daß bei längerer Laufzeit des Stößels, falls
sich das öl im Druckölraum verhärten und sich im Volumen verringern sollte,
selbsttätig eine Ergänzung des Volumens erfolgt.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt A b b. 1 einen Längsschnitt durch einen Ventilstößel entsprechend
der Erfindung, und zwar in normaler Betriebsstellung des Ausgleichkolbens,
Ab b. 2 den gleichen Stößel mit Ausgleichkolben in der vordersten Stellung,
Ab b. 3 den gleichen Stößel mit Ausgleichkolben in der hintersten Stellung,
A b b. 4 den gleichen Stößel mit verchromtem, vorgelagertem Kolben sowie
Ausgleichkolben mit eingebautem Rückschlagventil, A b b. 5 einen Ausgleichkolben
mit elastischer Abdichtmanschette, Ab b. 6 einen Ausgleichkolben mit Schlauchrückschlagventil,
A b b. 7 einen Stößel gemäß A b b. 1 mit vor-01 ungselement, gelagertem
Dosier ,
A b b. 8 einen Stößel mit Ausgleichmembran.
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Nach A b b. 1 befindet sich ein Stößelhauptteil 1
in
normaler Arbeitsstellung. In diesem Hauptteil kann sich ein Kolbendruckstück 2 axial
bewegen. Auf der einen Seite ist das Kolbendruckstück 2 mit einem kalottenförmigen
Teil 3 zur Aufnahme der Stößelstange zur Ventilbetätigung verschlossen, wobei
ein Loch 3 a zum Schmieren der Stößelstange dient. Am anderen Ende
des Kolbendruckstückes 2 befindet sich ein Dichtring 4, welcher verhindert, daß
das innere Druckumlauföl mit dem Motordruckumlauföl der Ringkammer 22 in Verbindung
kommt. In dem Kolbendruckstück 2 ist ein Ausgleichskolben 5 mit einem Dichtring
6 angeordnet; ferner ist vor dem Ausgleichskolben 5 eine kleine Feder
7 vorgesehen. Vor dem Druckstück 2 ist eine Scheibe 8 zur Abschirmung
der Dichtung 4 vorgesehen. Dem Kolbendruckstück 2 ist ein weiterer Kolben
9 mit einem Rückschlagventil
10 und einem Füllstück
11 vorgelagert. Zur Verschiebung von Kolbendruckstück 2 und Kolben
9 dient eine Feder 12.
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A b b. 2 stellt den gleichen Längsschnitt wie Ab b. 1
dar, jedoch befindet sich der Ausgleichkolben 5 in der linken Endstellung
innerhalb des Kolbendruckstückes 2.
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A b b. 3 stellt den gleichen Längsschnitt wie Ab b. 1
dar, jedoch befindet sich der Ausgleichkolben 5 in der rechten Endstellung
des Kolbendruckstückes 2.
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A b b. 4 stellt den gleichen Längsschnitt wie Ab b. 1
dar, jedoch befindet sich in dem Ausgleichkolben 5 ein mit einer Feder belastetes
Rückschlagventil 14. Der Kolben 9 ist mit einer härteren und verschleißfesteren
Laufschicht 15 versehen, sofern der Kolben aus einem weicheren Material besteht
mit einem größeren Ausdehnungskoeffizienten als Stößelhauptteil 1 oder Kolbendruckstück
2.
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A b b. 5 stellt einen Ausgleichkolben 5 dar, dem jedoch
ein Manschettenkolben 16 vorgeschaltet ist. Dieser Manschettenkolben
16 kann zugleich als Rückschlagventil ausgebildet sein.
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A b b. 6 stellt einen Ausgleichkolben 5 mit Dichtring
6 dar, bei welchem das Rückschlagventil aus einem elastischen Schlauchstück
17 besteht.
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A b b. 7 stellt einen Längsschnitt ähnlich A b b. 1
dar,
jedoch befindet sich vor dem Kolbendruckstück 2 ein ringförmiges Dosierungselement
18. Dieses Dosierungselement 18 ist gegen das Kolbendruckstück 2 vermittels
einer Dichtung 19 abgedichtet. Ab-
weichend von der Ausbildung nach
Ab b. 1 befindet sich das Rückschlagventil 10 im Kolbendruckstück
2.
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A b b. 8 stellt einen Längsschnitt durch einen Ventilstößel
dar, bei dem als Volumenausgleich im Stößelhauptteil 1 ein membranartiges
Element 26
vorgesehen ist.
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Die Wirkungsweise des hydraulischen Stößels mit innerem Druckölkreislauf
ist wie folgt: Nach Ab b. 1 gelangt das Motorenumlauföl durch die Bohrung
21 des Stößelkörpers 1 über einen ringförmigen Druckraum 22 des Kolbendruckstückes
2 und die Bohrung 23 in das Innere des hydraulischen Stößels. Es drückt einmal
gegen den Ausgleichkolben 5, andererseits kann es zur Schmierung des Ventiltriebes
verwendet werden.
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In dem inneren, vorderen Teil des Stößels befindet sich der geschlossene
Druckölkreislauf. Das Kolbendruckstück 2 ist mit einem Dichtring 4 von der Kammer
24 getrennt. In dieser Kammer befindet sich ein Teil des öles vom inneren Druckölkreislauf.
Eine weitere Abdichtung 6 im Ausgleichkolben 5 verhindert einen übertritt
des Drucköles des inneren Kreislaufes zum Motorenumlauföl. Durch die Feder 12 wird
der vorgelagerte Kolben 9 über das Druckstück 2 und das Teil 3 gegen
das nicht gezeichnete Ventil der Brennkraftmaschine gedrückt, so daß kein Ventilspiel
entsteht. Da auch der Raum 25 vor dem Kolben 9 mit Drucköl des inneren
ölkreislaufes gefüllt ist, so muß durch das Kugelventil 10 das
Öl aus der Kammer 24 in die Kammer 25 überfließen. In der Kammer 24
entsteht also eine Verringerung der öhnenge. Diese öhnengenverringerung wird durch
den Ausgleichskolben 5 ausgeglichen, indem derselbe sich durch die Volumenänderung
etwas nach der linken Seite bewegt. Wie schon erwähnt, kann Motorenumlauföl nicht
nachfließen, da dies durch die Dichtung 6 verhindert wird. Wenn nun der Stößel
durch den Nocken 26 angehoben wird, so erfolgt eine spiellose übertragung
auf das Ventil, da das Öl in den Kammern 24 und 25 praktisch nicht
zusammendrückbar ist. Es ist jedoch nötig, den Kolben 9 mit etwas Radialspiel
in den Stößelkörper 1 einzubauen, damit bei Längendifferenzen, z. B. im Ventilschaft
oder im Gehäuse (Wärmedifferenzen), eine kleine Axialverschiebung des Kolbens stattfinden
kann. Das Drucköl des inneren ölkreislaufes gelangt dann von Kammer 25 zu
Kammer 24 nur über den radialen Spalt des Kolbens 9, von Kammer 24 zu
Kammer 25 aber über das Rückschlagventil 10. Der Kolben
9
wird zweckmäßig mit einem Füllstück 11 versehen, das einen größeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt als das Stößelgehäuse 1. Hierdurch
wird erreicht, daß der Ringspalt des Kolbens bei Erwärmung des öles verkleinert
und damit der Leckverlust geringer wird. Sollte durch irgendeinen Umstand
- ein Leckverlust im inneren Druckölkreislauf eintreten, so würde der Stößel
normalerweise funktionsunfähig sein. Um dieses zu verhindern, ist das Kolbendruckstück
2 nach A b b. 2 an seinem linken Ende freigedreht, so daß die Dichtung
6 des Ausgleichkolbens keine Berührung mehr mit dem Kolbendruckstück 2 besitzt.
Es kann also Motorenöl über den Dichtring 6
und die Ausdrehung im Kolbendruckstück
2 zur Kammer 24 gelangen, und zwar mengenmäßig nur so viel, wie zum weiteren Betrieb
des Stößels nötig ist. Die Feder 7 drückt dabei den Ausgleichkolben
6
wieder in die normale Arbeitsstellung und verhindert dadurch ein Zurückfließen
des inneren Druckölumlaufes zum Motorenölumlauf.
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In A b b. 3 ist der Ausgleichkolben 5 in die rechte
Endstellung verschoben. Eine Ausdrehung im Kolbendruckstück 2 verhindert wieder
eine Berühmng des Dichtringes 6 mit dem Kolbendruckstück 2 und gestattet
einen Durchtritt des inneren Druckölkreislaufes zum Motorenumlauföl. Dieser Fall
könnte eintreten, wenn z. B. durch wesentliche überdrehzahlen des Motors die Fliehkräfte
so groß werden, daß sich der Stößel aufpumpt und somit beim Sinken der Drehzahlen
ein einwandfreier Ventilschluß nicht mehr gewährleistet wäre. In diesem Fall kann
also das aufgepumpte Öl wieder in den Motorkreislauf gelangen.
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Ab b. 4 zeigt in der allgemeinen Ausführung den Stößel nach
Ab b. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß in dem Ausgleichkolben
5 ein Kugelrückschlagventil 14 eingebaut ist, welches mit einer Feder
13 auf Dichtsitz gedrückt wird. Die Feder 13 ist in ihrer Druckspannung
so bemessen, daß das Kugelventil in der normalen Arbeitsstellung immer auf seinem
Dichtsitz verbleibt. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund im inneren Druckölumlauf
ein ölverlust eintritt, so kann vermittels des Druckes im Motorenölumlauf dieses
über das Kugelventil 14 in den inneren Druckölumlauf fließen, und zwar so lange,
bis die Öl-
menge im inneren Druckölumlauf sich genügend gefüllt hat.
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Weiter ist der Kolben 9, sofern er aus einem weicheren Material
mit größerem Ausdehnungskoeffizienten besteht, mit einer hartverchromten Schicht
15 versehen. Bei Verwendung von Aluminium kann diese Schicht auch harteloxiert
sein, beides Maßnahmen, um den Verschleiß zu reduzieren.
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In der A b b. 5 ist der Ausgleichkolben 5 in Verbindung
mit einer elastischen Manschette dargestellt. Diese Manschette hat die gleiche Funktion
wie entweder
der Dichtring 6 in A b b. 1 oder das
Kugelventil 14 in A b b. 4. Die beiden Funktionen können auch kombiniert
sein.
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In Ab b. 6 ist eine weitere Ausführungsform für den Ausgleichskolben
dargestellt. Hier wird das Rückschlagventil durch ein elastisches Schlauchstück
17 gebildet. Es verhindert ein Rückströmen des inneren Drucköles zum Motorenumlauföl;
andererseits aber kann das Motorenumlauföl zum inneren Druckölkreislauf gelangen,
falls dies nötig sein sollte.
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A b b. 7 stellt eine weitere Ausführungsform eines Stößels
mit innerem Druckölkreislauf dar. Hierbei befindet sich wieder in dem Stößelgehäuse
1 das Kolbendruckstück 2 mit dem Abdichtrina 4. In dem Kolbendruckstück 2
ist jedoch das Kugelrückschlagventil 10 eingebaut. Dem Kolbendruckstück 2
ist aber ein ringförmiges Dosierungsteil 18 vorgelagert, welches aus einem
Material besteht, das die Durchflußmenge über den Ringquerschnitt möglichst proportional
der Verflüssigung des Drucköles ausgleicht. Es könnte beispielsweise aus Aluminium
(eloxiert) oder Zink (verchromt) bestehen. Es wird hierbei erreicht, daß die Leckölmenge
bei kaltem und heißem Motor möglichst weit den Bedürfnissen angeglichen ist.
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Um einen unerwünschten Durchtritt des Oles von Kammer 25 in
Kammer 24 zu vermeiden, ist eine elastische Dichtung 19 zwischen dem Do-sierungsstück
18 und dem Kolbendruckstück 2 vorgesehen. Die übrige Wirkungsweise des Stößels
ist die gleiche, wie bereits zu Anfang beschrieben.
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Ab b. 8 stellt noch eine weitere Ausführung des Stößels dar,
wobei in dem Stößelkörper 1 ein meinbranenförmiger Ring 26 vorgesehen
ist, der dieselbe Aufgabe wie der Ausgleichkolben 5 entsprechend
Ab-
bildung und Beschreibung 1 hat. Diese Membran kann die Funktion
eines Rückschlagventils entsprechend Ab b. 6 übernehmen, so daß bei fehlendem
innerem Drucköl dieses durch das Motorenöl ersetzt wird.