DE19653459A1 - Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschi­ ne nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Stößel ist in der DE-OS 41 11 610 offenbart. Ein Boden des Stößels ist von einem Stellglied durchdrungen, welches einenends auf einen Schließkörper eines Rückschlagventils eines Spielausgleichselements einwirkt und anderenends mit einer Nut am Außenmantel eines beaufschlagenden Nockens kommuniziert. Diese Nut ist nur über einen geringen Teilbereich des Außenmantels des Nockens angeordnet und erstreckt sich beidseitig der Nockenspitze im Bereich einer huberzeugenden Nockenanlauf- bzw. Ablauf­ flanke. Durch Öffnen des Schließkörpers des Rückschlagventils außerhalb des Bereiches der Nut des Nockens sollen beliebige Ventileinlaß- bzw. Auslaß­ steuerzeiten erzielt werden. Insbesondere ist angestrebt, eine selbsttätige dreh­ zahlabhängige Verlagerung des Schließzeitpunktes des beaufschlagten Gaswech­ selventils zu erzielen.

Jedoch bekommt der Fachmann aus der gattungsbildenden Druckschrift keiner­ lei Anregungen darüber, wie er mit den aufgezeigten Mitteln im Nockengrund­ kreis einen Hochdruckraum des Spielausgleichselements entlasten kann, um Nockenwellenverlagerungen, Transversalschwingungen der Nockenwelle und weitere Einflüsse wie Unrundheiten im Nockengrundkreis vom Gaswechselven­ til fernzuhalten, welche ungünstigstenfalls zum Öffnen des betreffenden Gas­ wechselventils im Grundkreis führen können.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stößel der genannten Art zu schaffen, bei dem die besprochenen Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln ein unerwünschtes Öffnen dessen Gaswechselventils während einer Grundkreisphase vermieden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung aus den Unter­ ansprüchen hervorgehen.

Dadurch, daß die Nut des Nockens sich über dessen gesamten Außenmantel, mit Ausnahme des Grundkreisbereiches, erstreckt, wird das Rückschlagventil des Spielausgleichselements definiert und zwangsweise geöffnet. Durch dieses "Öffnen" sind der Hochdruckraum und ein Vorratsraum des Spielausgleichs­ elements hydraulisch miteinander verbunden. Mögliche Nockenwellenver­ lagerungen bzw. Transversalschwingungen der Nockenwelle oder Unrundheiten im Nockengrundkreis führen nicht mehr, wie dem Fachmann an sich bekannt, zu unerwünschtem Verhärten des Hochdruckraumes und eventuellem Entlasten des in Schließrichtung beaufschlagten Gaswechselventils bzw. sogar Öffnen des Gaswechselventils. Mit vom Schutzumfang dieser Erfindung eingeschlossen ist jedoch auch eine Lösung, bei welcher die Nut des Nockens noch in Teilab­ schnitten dessen Grundkreisbereiches verläuft.

Während der soeben genannten Zwangsöffnung ist es somit möglich, während der Hubphase des Gaswechselventils entstandenes Spiel durch Mengenaus­ gleich an Hydraulikmittel in bekannter Weise auszugleichen. Gleichzeitig wird eine unerwünschte Ausbildung eines Hochdruckes im Hochdruckraum während der Grundkreisphase verhindert. Rückkopplungen von Zusatznocken wie Nocken von Einspritzpumpen im Grundkreis der Nockenwelle auf den hydrauli­ schen Ventilspielausgleich werden ebenfalls ausgeschlossen. Ebenso ist es bekannt, daß insbesondere im Transient-Betrieb, d. h. während eines schnellen Hochfahrens der Brennkraftmaschine aus ihrem Start heraus, es zu relativ großen Dilatationen am Auslaßventil kommt. Diese Längenänderungen können im ungünstigsten Fall dazu führen, daß das Spielausgleichselement über seine Leckfunktion nicht mehr diese Längenänderung ausgleichen kann und das Gaswechselventil um einen Teilbetrag im Grundkreis der Nocken offenbleibt. Auch dieser Nachteil kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mittel auf einfache Art und Weise beseitigt werden.

Gleichzeitig ist im Hauptanspruch vorgeschlagen, die Federkraft des den Schließkörper beaufschlagenden Federmittels wesentlich größer als bei bisheri­ gen Federmitteln auszuführen. Somit wird die Dichtfunktion des Rückschlagven­ tils, auch insbesondere bei hohen Beschleunigungen des Stößels, deutlich gesteigert. Es erweist sich zum Öffnen des Schließkörpers entgegen der Kraft des Federmittels kein Mindestdruck an Hydraulikmittel aus dem Vorratsraum als erforderlich. Da dieser Mindestdruck bei bisher ausgeführten Tassenstößeln beispielsweise im Leerlaufbereich relativ gering ist, mußte die Kraft des Feder­ mittels für das Rückschlagventil ebenfalls relativ gering ausgelegt werden, damit auch im Leerlaufbereich eine ordnungsgemäße Spielausgleichsfunktion des Spielausgleichselements gewährleistet war. Durch die nunmehr vorgeschlagene höhere Federkraft des Federmittels wird gleichzeitig ein schnelleres und sichere­ res Schließen des Rückschlagventils mit beginnendem Nockenhub realisiert.

Gleichzeitig gelingt es, den Hub des Schließkörpers gegenüber bisherigen Hüben deutlich zu vergrößern, so daß über das Stellglied mit beginnender Grundkreisphase sofort ein relativ großer Durchströmquerschnitt am Ventil hergestellt werden kann. Auch kann die bisher relativ eng gehaltene Toleranz im Bereich des Hubes für den Schließkörper entfeinert werden, was sich ferti­ gungstechnisch besonders günstig auswirkt.

Vorgeschlagen ist eine relativ hohe Federkraft des Federmittels für den Schließ­ körper, so daß zum Öffnen des Schließkörpers im Grundkreis des Nockens ein Differenzdruck an Hydraulikmittel von Δ p ≧ 0,4 bar erforderlich ist, wobei bisherig maximale Differenzdrücke von ≦ 0,2 bar aufgrund der eben dargeleg­ ten Situation realisiert wurden. Dieser Druck wird am Durchlaß für den Schließ­ körper gemessen, jedoch unbeachtlich der Massenkräfte und weiterer nicht näher zu erläuternder Einflüsse. Je größer demnach die Kraft des den Schließkör­ per beaufschlagenden Federmittels in Abhängigkeit der Dimensionierung des Stößels gewählt wird, desto sicherer ist das Schließverhalten des Schließkörpers.

Denkbar ist es auch, den unausgesparten Mantelbereich des Nockens geringfü­ gig über dessen Grundkreisbereich in den Vornockenbereich zu verlängern.

Ebenfalls kann es vorgesehen sein, einen sich an eine Ablaufflanke des Nockens anschließenden Bereich dessen Schließrampe zu verkürzen (in Drehrichtung des Nockens gesehen). Dies wird durch die Maßnahmen nach der Erfindung (Zwangsöffnung des Rückschlagventils) ermöglicht, da über die Länge der Schließrampe keine Rücksicht auf unterschiedliche Absinkwerte des Spielaus­ gleichselements mehr genommen werden muß. Somit kann die Leistung bzw. das Drehmoment der Brennkraftmaschine günstig beeinflußt werden, da ein größerer Ventilöffnungsquerschnitt über der Zeit festzustellen ist und ein Be­ reich einer Überschneidung mit einer Öffnungsrampe eines gegensätzlich wirkenden Gaswechselventils am Zylinder verkleinert ist. Bisherige Schließram­ pen wiesen dabei eine Höhe von etwa 0,1 bis 0,2 mm auf, wobei nunmehr durch die Erfindung die Schließrampe eine Höhe von < 0,1 mm besitzen soll.

Diese Höhe von < 0,1 mm erweist sich analog der Höhe der Öffnungsrampe zur Eliminierung der Kompressibilität des Spielausgleichselements noch als erforderlich.

Als Federmittel ist in Ausgestaltung der Erfindung eine einfache Schraubenfeder und als Rückschlagventil ein an sich bekanntes Kugelventil vorgeschlagen. Es sind jedoch auch weitere Ventile wie Plattenventile u. ä. denkbar. Auch kann als Federmittel eine Spiralfeder, Tellerfeder oder ein ähnlich geeignetes Medium verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Öffnung im Bereich des Bodens des Tassenstößels gleichzeitig einen Entlüftungsquerschnitt aufweist. Über diesen Entlüftungsquerschnitt gelingt es, im Vorratsraum befindliche Luft auf einfache Art und Weise ins Freie zu leiten. Gleichzeitig kann über diesen Querschnitt eine gewisse Schmierung der Oberseite des Bodens im an laufenden Nockenbe­ reich realisiert werden.

Durch die Zwangsöffnung des Schließkörpers im Bereich des Nockengrund­ kreises entweicht auch eventuell im Hochdruckraum befindliche Luft. Hierdurch ist es nicht mehr erforderlich, den Vorratsraum in Axialrichtung gesehen ober­ halb des Hochdruckraums zu positionieren, um dort die entweichende Luft zu akkumulieren. Somit ist eine weitere Möglichkeit gegeben, eine Einbaulänge zwischen dem Boden des Druckkolbens und dem Boden des Stößels zu mini­ mieren.

Besonders günstige Strömungsverhältnisse am Stellglied werden dadurch ge­ schaffen, daß dieses, ausgehend vom Schließkörper, konisch ausgebildet wird. Auch kann eine schließkörperseitige Stirnseite des Stellgliedes eine Fase auf­ weisen, so daß an dieser Fase ebenfalls günstige Strömungsverhältnisse für das Hydraulikmittel geschaffen sind.

Ein weiteres ausgestaltendes Merkmal der Erfindung ist es, daß das Stellglied mit einem Sicherungselement wie einer Tellerfeder versehen ist. Diese Tellerfeder verhindert insbesondere für den Transport des Stößels ein unerwünschtes Herausfallen dessen Stellgliedes aus einem Stößelinneren. Auch verhindert diese Feder undefinierte Axialbewegungen des Stellgliedes. Denkbar sind eine Viel­ zahl von Sicherungselementen, wie auch einteilig mit dem Stellglied verbunde­ ne und ähnliche.

Selbstverständlich bezieht sich diese Erfindung auf eine Vielzahl von hydrauli­ schen Nockenfolgern, nicht nur auf den hier beschriebenen tassenförmigen Stößel.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Zweckmäßigerweise wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Teilansicht einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stößel und

Fig. 2 schematisch einen Nocken mit erfindungsgemäßer Nut.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Aus Fig. 1 geht ein Stößel 1 hervor, dessen Funktion an dieser Stelle nicht näher erläutert werden muß. Dieser Stößel 1 besitzt ein hohlzylindrisches Hemd 2. Mit diesem Hemd 2 oszilliert der Stößel 1 in einer nicht dargestellten Bohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine. Das Hemd 2 ist einen­ ends durch einen Boden 3 verschlossen. Eine Oberseite 4 des Bodens 3 wird von einem Nocken 5 (s. auch Fig. 2) im Hubsinn beaufschlagt.

Gegen eine Unterseite 6 des Bodens 3 ist zentrisch ein hydraulisches Spielaus­ gleichselement 7 angelegt. Dieses Spielausgleichselement 7 besteht aus einer Hülse 8, die unmittelbar an der Unterseite 6 verläuft. Eine Mantelfläche 9 (Außenmantel) der Hülse 8 ist abschnittsweise von einem Druckkolben 10 umschlossen. Dieser Druckkolben 10 besitzt einen dem Boden 3 abgewandten Boden 11. Über diesen Boden 11 ist das gesamte Spielausgleichselement 7 und somit der Stößel 1 auf einem nicht dargestellten Gaswechselventil abgestützt.

Axial zwischen einem radial nach innen weisenden Ringabsatz 12 der Hülse 8 und dem Boden 11 verläuft ein Hochdruckraum 13 für Hydraulikmittel. Ober­ halb des Ringabsatzes 12 und zwischen diesem sowie dem Boden 3 ist ein Vorratsraum 14 für Hydraulikmittel positioniert.

Innerhalb des Hochdruckraumes 13 ist ein Rückschlagventil 15 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 15 besteht aus einem als Kugel ausgebildeten Schließ­ körper 16 und einem Federmittel 17. Das Federmittel 17 stützt sich einenends an einer Haltekappe 18 ab und wirkt anderenends auf den Schließkörper 16 in Richtung zum Boden 3 ein. Der Schließkörper 16 verschließt in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht einen Durchlaß 19 am Ringabsatz 12. Der Durchlaß 19 weist einen Querschnitt A auf.

Gleichzeitig erstreckt sich durch eine zentrische Öffnung 20 im Boden 3 ein als Stift ausgebildetes Stellglied 21. Dieses Stellglied 21 wirkt einenends auf den Schließkörper 16 ein und durchragt anderenends die Oberseite 4 des Bodens 3 in Richtung zum Nocken 5. Der Nocken 5 wiederum besitzt eine dem Stellglied 21 gegenüberliegende Nut 22 an seinem Außenmantel 23. Diese Nut 22 erstreckt sich außerhalb eines Grundkreisbereiches α des Nockens 5 über dessen gesamten Umfang. Dabei besitzt die Nut 22 in Verbindung mit einer Länge des Stellgliedes 21 eine derartige Tiefe, daß bei dem Stellglied 21 gegen­ überliegender Nut 22 das Stellglied 21 den Schließkörper 16 derartig entlastet, daß er den vorzugsweise als Bohrung hergestellten Durchlaß 19 vollständig verschließt. Andererseits wird das Stellglied 21 bei anlaufendem Grundkreisbe­ reich α des Nockens 5 zwangsweise derartig in Richtung zum Boden 11 des Druckkolbens 10 verlagert, daß zwischen Schließkörper 16 und Durchlaß 19 ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt für das Hydraulikmittel hergestellt ist. Somit kann einerseits die zum Spielausgleich während der Hubphase des Nockens 5 aus dem Hochdruckraum 13 ausgepreßte Menge an Hydraulikmittel in einfacher Art und Weise in den Hochdruckraum 13 nachgesaugt werden. Andererseits wirken sich durch diese Zwangsöffnung Transversalschwingungen der Nockenwelle, Unrundheiten des Nockens 5 und andere Einflüsse (s. auch Beschreibungseinleitung) nicht mehr negativ auf die Spielausgleichsfunktion des Spielausgleichselements 7 aus.

Dadurch, daß der Schließkörper 16 während des gesamten Grundkreisbereiches a den Durchlaß 19 freigibt, kann es nicht mehr zu einem unerwünschten Verhärten des Hochdruckraumes 13 und somit Entlasten des Gaswechselventils bzw. sogar Öffnen des Gaswechselventils mit den der Fachwelt bekannten Nachteilen kommen. Auch muß das Federmittel 17 über den Schließkörper 16 nicht mehr über am Querschnitt A aus dem Vorratsraum 14 anliegenden Hy­ draulikmitteldruck geöffnet werden. Deshalb kann die Kraft des Federmittels 17 im Vergleich zu bisherig ausgeführten Federkräften stark erhöht werden.

Innerhalb des Vorratsraumes 14 ist an einem Außenmantel 24 des Stellgliedes 21 ein tellerfederartiges Plättchen 25 angelegt. Dieses Plättchen 25 gestattet zwar eine Axialbewegung des Stellgliedes 21 in Richtung zum Boden 11, verhindert jedoch ein Herausfallen des Stellgliedes 21 aus seiner Öffnung 20.

Bezugszeichenliste

1

Stößel

2

Hemd

3

Boden

4

Oberseite

5

Nocken

6

Unterseite

7

hydraulisches Spielausgleichselement

8

Hülse

9

Mantelfläche

10

Druckkolben

11

Boden

12

Ringabsatz

13

Hochdruckraum

14

Vorratsraum

15

Rückschlagventil

16

Schließkörper

17

Federmittel

18

Haltekappe

19

Durchlaß

20

Öffnung

21

Stellglied

22

Nut

23

Außenmantel

24

Außenmantel

25

Plättchen
A Querschnitt Durchlaß

19

α Grundkreisbereich
β Schließrampe
γ Ablaufflanke

Claims (9)

1. Stößel (1) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der mit seinem Hemd (2) in einer Bohrung eines Zylinderkopfes oszilliert und an einer Obersei­ te (4) seines Bodens (3) von einem Nocken (5) einer Nockenwelle beaufschlagt ist, wobei gegen eine Unterseite (6) des Bodens (3) ein hydraulisches Spiel­ ausgleichselement (7) mit einer Hülse (8) festgelegt ist, welche Hülse (8) an einer ihrer Mantelflächen (9) von einem relativ zur Hülse (8) axial verschiebli­ chen Druckkolben (10) beaufschlagt ist, welcher Druckkolben (10) über seinen Boden (11) wenigstens einem Gaswechselventil zugewandt ist, wobei axial zwischen dem Boden (11) und einem Ringabsatz (12) der Hülse (8) ein Hoch­ druckraum (13) und bevorzugt axial zwischen dem Ringabsatz (12) und dem Boden (3) ein Vorratsraum (14) für Hydraulikmittel verläuft, wobei der Ring­ absatz (12) wenigstens einen Durchlaß (19) aufweist, der von der Seite des Hochdruckraumes (13) durch ein in Richtung zum Hochdruckraum (13) sich öffnendes Rückschlagventil (15) verschlossen ist, dessen Schließkörper (16) in Richtung zum Vorratsraum (14) über ein Federmittel (17) beaufschlagt ist und wobei der Schließkörper (16) durch ein eine Öffnung (20) des Bodens (3) durchragendes Stellglied (21) in Richtung zum Boden (11) verlagerbar ist, welches Stellglied (21) mit einer Nut (22) am Außenmantel (23) des Nockens (5) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Nut (22) sich über einen gesamten Außenmantel (23) des Nockens (5) unter Auslassung seines Grundkreisbereiches α erstreckt, wobei die Nut (22) eine derartige Tiefe besitzt, daß das in der Nut (22) verlaufende Stellglied (21) den Schließkörper (16) soweit frei gibt, daß der Schließkörper (16) durch die Kraft seines Federmittels (17) am Durchlaß (19) anliegt und
• - daß die Kraft des Feder mittels (17) derartig groß ausgelegt ist, das zum Öffnen des Schließkörpers (16) im Grundkreis des Nockens (5) ein Differenzdruck von Δ p an Hydraulikmittel von ≧ 0,4 bar am Querschnitt A des Durchlasses (19) erforderlich ist.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Federmittel (17) eine Schraubenfeder und als Rückschlagventil (15) ein Kugelventil appliziert ist.

3. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (20) gleichzeitig als Entlüftungspfad für den Vorratsraum (14) ausgebildet ist.

4. Stößel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (21), ausgehend von seiner Ventilseite, konisch, partiell konisch bzw. mit steigendem Außendurchmesser hergestellt ist.

5. Stößel nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied (21) ein Stift bzw. ein stiftähnliches Bauteil verwendet ist.

6. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (21) innerhalb des Vorratsraumes (14) an seinem Außenmantel (24) mit einem Sicherungselement (25) verbunden ist.

7. Stößel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungsele­ ment (25) als Feder hergestellt ist, welche Feder sich an der Unterseite (6) des Bodens (3) abstützt, wobei die Kraft dieser Feder deutlich geringer ist als die Kraft des Federmittels (17).

8. Stößel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche­ rungselement (25) als in Richtung zum Boden (3) weisendes tellerfederartiges Plättchen bzw. als Scheibe o. ä. gefertigt ist.

9. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich in Drehrich­ tung des Nockens (5) gesehen an dessen Ablaufflanke (γ) anschließende Schließ­ rampe (β) eine Höhe von < 0,1 mm aufweist.