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Sich selbsttätig hydraulisch einstellendes Spielausgleichs- element
für die Ventilsteuerung von Kolbenbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
ein sich selbsttätig hydraulisch einstellendes Spielausgleichselement für die Ventilsteuerung
-von Kolbenbrennkraftmaschinen, das aus zwei längsverschiebbar ineinander geführten
Teilen besteht, von denen das eine mit der hohlen Stoßstange und das andere mit
dem Kipphebel zusammenwirkt und die zwischen sich einen mit einer gedrosselten Leckage
versehenen Druckraum einschließen, der über ein Rückachlagventil von durch die hohle
Stoßstange zufließendem Öl aus dem Schmiermittelkreislauf der Maseliine beaufschlagt
ist.
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Hydraulische Spielausgleichselemente dienen zur Beseitigung des durch
Verschleiß und Wärmedehnung in der Ventilsteuerung von Kolbenbrennkraftmaschinen
auftretenden Spiels. Ihre Wirkungsweise besteht darin, daß die das Ausgleichselement
bildenden, ineinander geführten Teile an einer-beliehigen Stelle des Ventilsteuergestänges
gegeneinander längsverschiebbar
eingeschaltet sind. Sobald-ein
Spiel auftritt, drückt eine
im Druckraum untergebrachte Feder die beiden Teile
so weit
auseinander, bis dieses Spiel beseitigt ist. Durch den-dabei
im Drückräum entstehenden Unterdruck wird über das Rück-
achlagventil
Ö1 in.den Druckraum gesaugt. Wenn dieser vollständig-_mit--Öl
gefüllt ist, ergibt sich beim Öffnen des Ma-
schinenventils praktisch eine
starre Verbindung der beiden
Teile, da das Ö1 als inkompressibel
angesehen werden kann.
Hei jedem Maschinenventilhub kann eine kleine
Ölmenge über
eine gedrosselte Leckage aus dem Druckraum entweichen. Dies
ist
notwendig, damit das Ausgleichselement auch dann wirk-
sam ist, wenn sich
das Spiel im Ventilsteuergestänge ver-
kleinert.
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Die einwandfreie Funktion der gedrosselten Leckage bildet somit eine
wesentliche Voraussetzung für das störungsfreie Arbeiten eines derartigen
Ausgleichselementes. Einerseits
soll die Leckölmenge so klein als möglich gehalten
werden, um nicht zu viel Öl aus dem Druckraum -entwei--ehen zu=en. Dieses
Ö1 müßte dann aus dem Vorraum ersetzt werden und es entatündQ ein Öldurchfluß
durch das Ausgleichselement. We-
gen der Verschmutzung des Schmieröles würden
zahlreiche Partikel ins Innere des Ausgleichselementes gelangen und sich
dort ansammeln. Andererseits soll die Leckölmenge groß genug
sein,
um einen Spielausgleich mit Sicherheit auch dann zu
ermöglichen,--wenn
das Spiel im Ventilsteuergestänge kleiner wird. Die richtige Größe der Leckölmenge
muß sehr genau eingehalten werden und darf sich alzch während einer möglichst langen
Betriebsdauer durch Verschleiß nicht wesentlich ändern. Bei bekannten Spielausgleichselementen
wird die gedrosselte Leckage durch das Passungsspiel zwischen den beiden ineinander
geführten Teilen gebildet. Um hierbei die gewünschte Größe der Leckölmenge einhalten
zu können, müssen die Herstellungstoleranzen der entsprechenden Flächen der beiden
Teile außerordentlich klein gehalten werden. Außerdem werden in die Leckage eingedrungene
Schmutzteilchen@nur sehr schwer entfernt, da die Relativbewegung der beiden Teile
gegeneinan-, der gering ist. Der Öldruck reicht in manchen Fällen nicht aus, um
ein in die Leckage eingedrungenes Teilchen wieder herauszuspülen. Dies kann mit
der Zeit--zu-einer Verstopfung der Leckage führen. Es wurden daher schon zahlreiche
Ausbildungen der Leckage vorgeschlagen, die ein störungsfreies Arbeiten des Spielausgleichselementes
ermöglichen sollen. Diese bekannten Maßnahmen zur Drosselung des Leckspaltes bedingen
jedoch alle einen verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwand, wodurch sich die
Ausmaße und das Gewicht des Spielausgleichselementes vergrößern. Ein Spielausgleichselement
soll jedoch so klein und leicht wie möglich gebaut werden, um auch im Ventilateuergestänge
von schnell laufenden Maschinen verwendet werden zu können.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches
Spielausgleicheelement
zu schaffen, bei dem die Größe der
gedrosselten Leckage sich durch
Verschleiß während der Be-
triebsdauer nicht nennenswert ändert
und somit ein störungs-
freies Arbeiten des Ausgleichselementes gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein
vom
Druckraum ausgehender Kanal in der Lastzone der als
Gleitlager ausgebildeten
Kipphebellagerunß mündet, dessen
Lagerspalt die gedrosselte Leckage
bestimmt.
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mei einem erfindungsgemäßen Spielausgleichselement wird
die
gedrosselte Leckage durch mehrere Faktoren bestimmt, Neben
dem Querschnitt des vom Druckraum ausgehenden Kanals sind
noch der
Winkel zwieohen der Richtung der in die Kipphebellagerung eingeleiteten
Kraft und der Mündung dieses Kanalst sowie der axiale Abstand
der Kanalmündung zur Seitenfläche
des Gleitlagers von Bedeutung,
Das Spiel zwischen der Kipphebelaehse und der Bohrung den Xipphebels.wirkt
sich adf die Größe der Leokage unterschiedlich stark aus, je
nachdem, in welchem Winkel die Kanalmündung zur Richtung
der in die
Kipphebellagerung eingeleiteten Kraft angeordnet
ist. Wenn beispielsweise der Kanal unter einem Winkel
von etwa 450
zur Richtung der eingeleiteten Kraft in der IGastzone
des
Gleitlagers mündet, so ist die gedroeaelte Leckage weitgehend unabhängig
von den sich während der Betriebndauer
durch Verschleiß
ergebenden Veränderungen. Durch eine geeignete Wahl der oben erwähnten Einflußgrößen
läßt sich daher die gewünschte Drosselung der Leckage bestimmen und einhalten, ohne
daß eine unzulässige Änderung der Drosselung während der Betriebsdauer durch Verschleiß
zu befürchten ist. Die ständigen Schwenkbewegungen des Kipphebels auf der Kipphebelachse
fördern die Reinigung der.Zeckage von eingedrungenen Schmutzteilchen. ' Außerordentlich
günstige Verhältnisse ergeben sich beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes
für die Schmierung der Kipphebellagerung. Beim Öffnen des Maschinenventils wird
im Zeitpunkt der höchsten Belastung des Gleitlagers eine kleine Ölmenge unter hohem
Druck in die Lastzone eingespeist. Der Verschleiß der Kipphebellagerung wird dadurch
sehr starklherabgesetzt. Es sind zwar bereits Spielausgleichselemente vorgeschlagen
worden, bei. denen das: aus dem Druckraum austretende Lecköl zur Schmierung der
Kipphebellagerung herangezogen wird. Dies erwies sich jedoch als unzureichend, da
die zur Verfügung stehende Leckölmenge zu gering war. Die ebenfalls vorgeschlagene
Verbindung der Kipphebellagerung mit dem Schmiermittelkreislauf der Maschine brachte
zwar genügend Schmieröl zur Lagerstelle, eine Verbesserung gegenüber der Schmierung
bei Ventilateuergestängen ohne Spielausgleichselement trat jedoch nicht ein.
Bei
dem erfindungsgemäßen Spielausgleichselement steht zwar ebenfalls zur Schmierung
der Kipphebelachse nur die relativ kleine Leckölmenge zur Verfügung, diese wird
Jedoch unter hohem Druck direkt in die Lastzone des Lagers eingespeist. Da diese
Schmierwirkung praktisch beim An-
lassen der Kolbenmaschine sofort zur Verfügung
steht, ist auch bei Kaltstarts eine sofortige Schmierwirkung gewährleistet.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes
besteht darin, daß es aus wenigen, leicht herzustellenden Teilen besteht, die verhältnismäßig
dünnwandig sind und daher nur ein geringes Gewicht aufweisen. Grundsätzlich wirktbei,einem
erfindungsgemäßen Ausgleichselement auch der Ringspalt zwischen den beiden längsverschiebbar
ineinander geführten Teilen als gedrosselte Leckage. Durch die Länge und Breite
dieses Ringspaltes kann das Verhältnis der durch ihn austretenden Verlustölmenge
zur Ölmenge bestimmt werden, die zur Schmierung der Kipphebellagerung verwendet
wird. In den Fällen, in denen die gesamte Leckölmenge zur Schmierung der Kipphebellagerung
verwendet werden soll, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Ringspalt
zwischen den beiden längsverschiebbar ineinander geführten Teilen abgedichtet ist.
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben.
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Der Nocken 1 wirkt über den Stößel 2 und die hohle Stoßstange 3 auf
den Kipphebel 4. Am oberen Ende der Stoßstange 3 ist das hydraulische Spielausgleichselement
angebracht, das aus den beiden Teilen 5 und 6 besteht, die längsverschiebbar ineinander
geführt sind und die zwischen sich einen Druckraum 7 einschließen. Sobald im Ventilantriebsgestänge
ein Spiel auftritt_,_ wird dieses durch die Feder 8 im Druckraum 7 ausgeglichen.
Dabei wird Öl über das Rückschlagventil 9 aus der hohlen Stoßstange 3 in den Druckraum
7 gesaugt. Die hohle Stoßstange 3 wird aus dem Schmiermittelkreislauf loder Maschine
mit unter dem Schmieröldruck stehenden Ö1 gefüllt und dient somit als Ölvorratsraum.
Sie kann zweckmäßigerweise mit einer Auslaufsicherung versehen sein, damit der in
ihr befindliche Ölvorrat während des Stillstandes der Kolbenma-: schine nicht in
den Ölsumpf zurückläuft, sondern beim Anlassen der Maschine sofort zur Auffüllung
des Druckraumes zur Verfügung steht. Zwischen den beiden Teilen 5 und 6 besteht
während des Maschinenventilhubes praktisch eine starre Verbindung, da das Ö1 im
Druckraum als inkompressibel angesehen werden kann. Damit ein Spielausgleich nicht
nur dann erfolgen kann, wenn sich das Spiel im Ventilantriebsgestänge vergrößert,
sondern auch wenn es sich verringert, muß eine geringe Ölmenge wieder aus dem Druckraum
austreten k -.--__
Dazu dient eine gedrosselte Leckage, die bei
bekannten Spielausgleichselementen durch das Passungsspiel zwischen
den
Teilen 5 und 6 gebildet wird, Bei dem dargestellten
Spielausgleichselement
ist dieser Ringspalt jedoch durch einen 0-Ring 11 abgedichtet.
Die Leckage wird statt dessen
durch die als Gleitlager ausgebildete
Kipphebellagerung bestimmt, die durch einen Kanal 12 mit dem Druckraum
7
verbunden ist. Der Kanal 12 ist als Bohrung im Kipphebel ,
ausgeführt und an seinem Ende 13 verschlossen.
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In der Zeichnung ist der Lagerspalt zwischen der Kipphebelachle
14 und der Bohrung 15 des Kipphebels übertrieben groß
dargestellt.
Die Lastzone der Kipphebellagerung liegt stets
in der gleichen
Umfangszone der Kipphebeiachse 14 und der
Bohrung 15
des Kipphebels. Diese Umfangszonen sind daher
stark dem Verschleiß
unterworfen. Durch den Kanal 12 wird
jedoch gerade in die Lastzone der
Kipphebellagerung Schmier-
öl unter hohem Druck eingespeist und
bewirkt dadurch eine
ausgezeichnete Schmierung dieser Lagerstelle.
Der Verschleißwird dadurch stark herabgesetzt und die.Lebensdaueeltntspre-@-chend
erhöht.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wirkt sich das Spiel zwischen
der Kipphebelachse und der Bohrung des Kipphebels
auf die Größe
der Leckage unterschiedlich stark aus, je nach
de,, in welchem Winkel
die Kanalmündung zur Richtung der in
die Kipphebellagerung
eingeleiteten Kraft angeordnet ist. Ordnet man die Kanalmündung in der dargestellten
Weise an, so wirkt sich die Änderung des Spiels in der Kipphebellagerung während
deren Lebensdauer praktisch nicht auf die Größe der gedrosselten Leckage aus. Diese
ist auch von Fertigungstoleranzen weitgehend unabhängig.
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Eine wesentliche Voraussetzung für die einwandfreie Funk-' tion des
erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes ist der absolut dichte Sitz zwischen
dem Küge-tk es äußeren Teiles 5 des Elementes und der entsprechenden Innenkalotte
des Kipphebels. Bereits nach kurzer Betriebsdauer treten in dieser Hinsicht an dieser
Lagerstelle keine Pro- . bleme mehr auf, da sich die beiden Teile durch ihre ständige
gegenseitige Reibung ausgezeichnet aneinander anpassen. Dieser Vorgang wird noch
dadurch gefördert, daß der Nocken 1 nicht auf das Zentrum des Stößeln 2 wirkt,,
sondern daß der Angriffspunkt des Nockens zum Zentrum des Stößels versetzt
ist. Dadurch wird dem Stößel eine Drehbewegung aufgezwungen,
die eich
über die Stößelstange 3 auch auf das Spielausgleichselement überträgt.