DE19617695A1 - Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Ventilspiel-Aus­ gleichselement, das einen mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Hochdruckraum aufweist, dessen eine Seite durch einen Ausgleichskolben begrenzt ist und der über einen durch ein Rückschlagventil verschließbaren Verbindungskanal mit ei­ nem Vorratsraum für die hydraulische Flüssigkeit verbunden ist.

Hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselemente werden beispiels­ weise bei der Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren einge­ setzt und dienen dort zum Ausgleich von Abstands- bzw. Ven­ tilspieländerungen zwischen Nockenwelle und Ventilschaftende. Diese Änderungen können aus Temperatureinflüssen, Verschleiß oder Fertigungstoleranzen herrühren. Das Ventilspiel-Aus­ gleichselement ist permanent bestrebt, das Ventilspiel zwi­ schen Nockenwelle und Ventilschaftende spielfrei, d. h. ohne Kontaktverlust, auszugleichen. Es ist in der Lage, jegliche Ventilspielvergrößerung äußerst schnell auszugleichen, indem der Ausgleichskolben durch die resultierende Kraft aus der durch den Druck der hydraulischen Flüssigkeit ausgeübten Kraft und der Kraft einer Rückstellfeder nachgeführt wird.

Verringert sich jedoch der Abstand zwischen der Nockenwelle und dem Ventilschaftende bei Änderung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors, so kann das Ventilspiel-Aus­ gleichselement nur relativ langsam nachgeben, da dies in erster Linie nur durch ein Einsinken des Ausgleichskolbens in die in dem Hochdruckraum befindliche hydraulische Flüssigkeit erfolgen kann. Dieses Einsinken hängt seinerseits maßgeblich von der Größe des Leckageringspaltes, durch den hydraulische Flüssigkeit aus dem Hochdruckraum entweichen kann, sowie von der aktuellen Ölviskosität ab, die ihrerseits von der verwendeten Ölsorte und der herrschenden Öltemperatur bestimmt ist. Wenn sich das Ventilspiel-Ausgleichselement nur unvollkommen oder nicht schnell genug verkürzt, bauen sich infolge der Rückstellfeder zunächst Kräfte auf, welche die Reibleistung auf der Nockenlauffläche erhöhen. Werden diese Kräfte zu groß, so vermindern sich die Schließkräfte der Ven­ tile, was zu Undichtigkeiten an den Ventilsitzen sowie zu ei­ nem ungünstigen Tragbild der Ventilsitze führen kann. In Ex­ tremfällen, so etwa bei größeren Lastwechseln in Kombination mit geringerem Einsinkvermögen des Ventilspiel-Aus­ gleichselementes, können die Ventile sogar den Kontakt mit dem Ventilsitz ganz verlieren, was zu einem Verbrennungs­ bzw. Frischgasverlust und insgesamt sowohl zu Leistungsverlu­ sten des Motors als auch zu Ablagerungen im Brennraum, an den Ventilen und im Abgaskanal führen kann.

Um bei einem geringeren Abstand zwischen Ventilschaftende und Nockenwelle ein ausreichend schnelles Verkürzen des Ausgleichelementes zu bewirken, wird gemäß der DE-OS 42 01 618 die Anordnung eines Leerhubkolbens vorgeschlagen, wobei für die dem Hochdruckraum zugewandten Kolbenflächen des Ausgleichs- und des Leerhubkolbens bestimmte Größenverhältnisse vorgegeben werden. Eine derartige Lösung ist relativ aufwendig, da ein zusätzliches Element notwendig ist.

Entsprechendes gilt für die aus der GB-PS 14 98 460 bekannte Einrichtung, bei der der Hochdruckraum an der dem Ausgleichs­ kolben gegenüberliegenden Seite durch einen schwimmenden Kol­ ben abgeschlossen ist.

Bei dem aus der DE-AS 12 73 256 bekannten Ventilspiel-Aus­ gleichselement ist ebenfalls ein zusätzliches schwimmendes Element angeordnet, mit dem die Leckage so beeinflußt werden soll, daß sie einerseits groß genug ist, um einen Ventil­ spielausgleich auch bei Spielverkleinerung zu ermöglichen, und daß andererseits die Größe der Leckage auf Dauer, d. h. verschleiß- sowie öltemperaturunabhängig, beibehalten wird.

Gemäß der DE-AS 10 01 048 sollen besondere Kanäle vorgesehen werden, um bei Ventilspielverkleinerungen ebenfalls ein ge­ drosseltes Entweichen von hydraulischer Flüssigkeit aus dem Hochdruckraum zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei einem erforderlichen Verkürzen des Ausgleichselementes ein schneller Ausgleich bei gegenüber dem Stand der Technik verringertem konstruktiven Aufwand erfolgt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem hydraulischen Ventil­ spiel-Ausgleichselement der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß im Hochdruckraum wenigstens ein ständiges pneu­ matisches Polster ausgebildet ist, gegen das sich die hydrau­ lische Flüssigkeit abstützt.

Da ein pneumatisches Polster schnell kompressibel ist, ermöglicht ein erfindungsgemäßes hydraulisches Ventilspiel-Aus­ gleichselement eine schnelle Reaktion auf Ventilspielver­ kürzungen. Durch das ständig vorhandene pneumatische Polster wird im Hochdruckraum ein definiertes pneumatisches Volumen geschaffen, das insbesondere unabhängig von der Leckagerate ist und dessen große Kompressionsfähigkeit einen schnellen definierten Ausgleich bei einem Verkürzen des Abstandes zwischen Ventilschaftende und Nockenwelle gewährleistet. Ein pneumatisches Polster kann durch einfache konstruktive Maßnahmen erzeugt werden und erfordert keine zusätzlichen Bauelemente.

Die Gestaltung ist vorzugsweise so, daß sich das pneumatische Polster in einer oder mehreren, in dem Hochdruckraum vorgesehenen Kammern ausbildet. Dabei sollte die Kammer ein oberhalb ihrer Zugangsöffnung abgeschlossenes Innenvolumen aufweisen. Die Form und die Lage der Kammer bzw. der Kammern sollte derart sein, daß das pneumatisch wirksame Polster weitgehend unabhängig von einem Austausch der in dem Hochdruckraum befindlichen hydraulischen Flüssigkeit in der Kammer bzw. in den Kammern bestehen bleibt, wobei das Volumen der Kammern bzw. der Kammern größenmäßig dem erforderlichen Kompensationsweg angepaßt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine pneumatische Polster in mindestens einer ta­ schenförmigen Aussparung ausgebildet, die in einer bei norma­ ler Betriebslage des Verbrennungsmotors oben liegenden Innenwandung des Hochdruckraums angeordnet ist. Ganz besonders bevorzugt besteht hierbei das pneumatische Polster aus in der taschenförmigen Aussparung angesammelter Luft. Hierdurch wird ein besonders einfach aufgebautes hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement geschaffen, das kostengünstig hergestellt werden kann. Die taschenförmige Aussparung um Hochdruckraum führt dazu, daß sich in der Aussparung bzw. in den Aussparungen aufgrund des Auftriebs Hydraulikflüssigkeit mit erhöhtem Luftanteil ansammelt. Auf diese Weise steht ein gewünschter bestimmter Luftanteil unabhängig vom Betriebszustand des Motors jederzeit zur Verfügung, da diese in der taschenförmigen Aussparung angesammelten Luftanteile trotz des ständigen Ölaustausches weitgehend im Hochdruckraum verbleiben.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementes weist der Hockdruckraum mindestens eine Kammer mit untenliegender Öffnung auf, die derart angeordnet ist, daß sich in der Kammer Hydraulikflüssigkeit mit erhöhtem Luftanteil aufgrund der Auftriebskräfte sammelt und dort verbleibt. Vorzugsweise wird das Höhen-/Breitenverhältnis der Kammer so gewählt, daß sich die Luftanteile der Hydraulikflüssigkeit möglichst lange dort halten. Das Volumen der Kammer bzw. der Kammern wird entsprechend dem erforderlichen Kompensationsweg ausgelegt. Damit wird erreicht, daß die Größe des pneumatischen Polsters ausreichend ist, um den bei einer Verkleinerung des Abstandes zwischen Ventilschaftende und Nockenwelle notwendig werdenden Kompensationsweg zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielshalber noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement.

Das in der Figur dargestellte hydraulische Ventilspiel-Aus­ gleichselement 1 ist in einer zylindrischen Führung 2 eines (nicht näher dargestellten) Tassenstößels verschiebbar ange­ ordnet. Es weist einen einseitig offenen Zylinder 3 auf, der in der Führung 2 des Tassenstößels in axialer Richtung ver­ schiebbar ist und mit seiner geschlossenen Stirnfläche 4 am Ende eines Ventilschaftes 5 anliegt. Entlang der Zylinderin­ nenwände wird gleitend ein verschiebbarer Ausgleichskolben 6 geführt, der einen Vorratsraum 7 für hydraulische Flüssigkeit enthält, der zu derselben Seite wie der offene Zylinder 3 hin offen ist.

Die geschlossene Seite des Ausgleichskolbens 6 schließt mit der geschlossenen Seite des Zylinders 3 einen Hochdruckraum 8 ein, wobei der Ausgleichskolben 6 die obere Innenwandung und der Zylinder 3 die seitlichen und die untere Innenwandungen ausbildet. Zwischen der Innenumfangswand des Zylinders 3 und der Außenumfangswand des Ausgleichskolbens 6 ist ein Lecka­ gespalt 9 ausgebildet, durch den hydraulische Flüssigkeit aus dem Hochdruckraum 8 entweichen kann. Über einen Verbindungs­ kanal 10 steht der Hochdruckraum 8 mit dem Vorratsraum 7 in Verbindung. Der Verbindungskanal 10 mündet in die obere In­ nenwandung des Hochdruckraumes 8 und ist durch ein in dem Hochdruckraum 8 angeordnetes Kugelventil 11 verschließbar. Die Kugel 12 des Kugelventils 11 ist in einem hutförmigen Kä­ fig 13 angeordnet, der über seine Ränder mittels einer Rück­ stellfeder 14 an die geschlossene Seite des Ausgleichskolbens 6 angedrückt wird. Mit ihrem anderen Ende liegt die Rück­ stellfeder 14 an der Innenseite der Stirnfläche 4 des ge­ schlossenen Zylinderendes an. Oberhalb der Einmündungsöffnung des Verbindungskanals 10 in den Hochdruckraum 8 sind erfindungsgemäß seitlich dieser Einmündungsöffnung mehrere taschenförmige Aussparungen 15 mit bei normaler Betriebslage eines das hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselement aufweisenden Verbrennungsmotors nach unten weisenden Eintrittsöffnungen in der geschlossenen Stirnfläche des Ausgleichskolbens 6 ausgebildet, die im vorliegenden Beispiel auf einer Kreislinie um die Einmündungsöffnung herum angeordnet sind. Die in der hydraulischen Flüssigkeit vorhandene Luft wird aufgrund ihres Auftriebes in den taschenförmigen Aussparungen 15 gesammelt und kann dort trotz des ständigen Austausches der hydraulischen Flüssigkeit im Hochdruckraum 8, je nach den dies bestimmenden Betriebsparametern, wie Motordrehzahl, Öldruck, Öltemperatur sowie dem Luftgehalt der hydraulischen Flüssigkeit, verbleiben.

Die Funktionsweise des dargestellten hydraulischen Ventil­ spiel-Ausgleichselementes 1 ist wie folgt:
Bei einer Ventilspielvergrößerung drückt die Rückstellfeder 14 den Ausgleichskolben 6 in Richtung des offenen Zylinderen­ des, wodurch sich das Volumen des Hochdruckraumes 8 ver­ größert. Diese Volumenvergrößerung bewirkt einen Unterdruck im Hochdruckraum 8, durch den die Kugel 12 des Kugelventils 11 den Verbindungskanal 10 freigibt. Durch den Verbindungska­ nal 10 fließt nun hydraulische Flüssigkeit vom Vorratsraum 7 in den Hochdruckraum 8, bis ein Gleichgewichtszustand er­ reicht ist und kein Ventilspiel mehr vorliegt.

Im Falle einer Verkürzung des Abstandes zwischen Ventilschaftende und Nockenwelle während der Grundkreisphase wird auf den Ausgleichskolben 6 entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 14 Druck ausgeübt, wodurch wiederum der Druck der hydraulischen Flüssigkeit im Hochdruckraum 8 erhöht wird. Dadurch schließt das Kugelventil 11 den Verbindungskanal 10 zwischen Vorratsraum 7 und Hochdruckraum 8. Aufgrund der im Hochdruckraum 8 erzeugten Druckerhöhung wird die in den taschenförmigen Aussparungen 15 angesammelte Luft komprimiert, so daß der Zylinder 3 eine Verschiebung in Richtung auf den Ausgleichskolben 6 ausführen kann und somit eine Kompensation ermöglicht wird. Das Volumen der taschenförmigen Aussparung(en) 15 wird dabei in Abhängigkeit von dem erforderlichen Verschiebungs- bzw. Kompensationsweg gewählt, wobei aber das Volumen so gering wie möglich gehalten werden sollte, um die Ventiltriebsdynamik nicht ungünstig zu beeinflussen.

Claims (7)

1. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement, das einen mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllten Hochdruckraum auf­ weist, dessen eine Seite durch einen Ausgleichskolben be­ grenzt ist und der über einen durch ein Rückschlagventil verschließbaren Verbindungskanal mit einem Vorratsraum für die hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Hochdruckraum (8) wenigstens ein ständiges pneumatisches Polster ausgebildet ist, gegen das sich die hydraulische Flüssigkeit abstützt.

2. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine pneumatische Polster in mindestens einer taschenförmigen Aussparung (15) ausgebildet ist, die eine in einer bei normaler Betriebslage oberhalb ihrer unten vorgesehenen Eintrittsöffnung abgeschlossen ausgebildete Kammer bildet.

3. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Polster aus in der mindestens einen taschenförmigen Aussparung (15) angesammelter Luft besteht.

4. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Form und Lage der wenigstens einen taschenförmigen Aussparung (15) derart ausgebildet ist, daß das pneumatisch wirksame Polster weitgehend unabhängig von einem Austausch der in dem Hochdruckraum befindlichen hydraulischen Flüssigkeit in der Aussparung bzw. den Aussparungen bestehen bleibt.

5. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumengröße der mindestens einen taschenförmigen Ausspa­ rung (15) entsprechend dem bei Ventilspielverkürzung er­ forderlichen Kompensationsweg ausgelegt ist.

6. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine taschenförmige Aussparung (15) kreis­ ringförmig ausgebildet ist.

7. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere diskrete taschenförmige Aussparungen (15) vorgesehen sind.