DE19710577B4

DE19710577B4 - Hydraulisches Spielausgleichselement

Info

Publication number: DE19710577B4
Application number: DE19710577.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Deberle Markus; Dipl.-Ing. Speil Walter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: WO1998041741A1; DE19710577A1

Abstract

Hydraulisches Spielausgleichselement (2), insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (5) und einem relativ zum Gehäuse (5) axial beweglichen Druckkolben (6), wobei Gehäuse (5) und Druckkolben (6) ineinander gesteckt sind und der Druckkolben (6) oder das Gehäuse (5) über eine erste Stirnseite (7) zumindest mittelbar mit einem oder mehreren Nocken (30) einer Nockenwelle (31) kommuniziert und das Gehäuse (5) oder der Druckkolben (6) mit einer weiteren Stirnseite (9) einem oder mehreren Gaswechselventilen (10) zugewandt ist, wobei axial zwischen Druckkolben (6) und Gehäuse (5) ein Hochdruckraum (15) für Hydraulikmittel verläuft, der aus einem von dem Druckkolben (6) oder dem Gehäuse (5)) eingeschlossenen Vorratsraum (11) mit dem Hydraulikmittel versorgbar ist, wobei der Vorratsraum (11) in Richtung zum Hochdruckraum (15) einen Boden (12) mit einer Ventilsitzbohrung (13) aufweist, welche Ventilsitzbohrung (13) auf der Seite des Hochdruckraumes (15) durch ein Ventilmittel (14) wie eine Kugel im Hochdruckfall verschlossen ist, welches Ventilmittel (14) in Richtung zum Hochdruckraum (15) von einem Haltemittel (32) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass in Axialrichtung zwischen dem Ventilmittel (14) und dem Haltemittel (32) lediglich Hydraulikmittel angeordnet ist, – dass das Ventilmittel (14) in Öffnungsrichtung durch ein mechanisches Federmittel (17) wie eine Schrauben- oder Spiralfeder beaufschlagt ist, – dass das Federmittel (17) anderen Ends durch die Ventilsitzbohrung (13) geführt und an einem dünnwandig ausgeführten Halteteil (18) wie einer Haltescheibe abgestützt ist, – dass das Halteteil (18) an einer vorratsraumseitigen Stirnseite (19a) des Bodens (12) des Vorratsraums (11) befestigt ist und einen Durchlass (23) für das Hydraulikmittel aufweist und – dass die Kraft des Federmittels (17) so ausgelegt ist, dass bei Druckgleichheit im Vorratsraum (11) und im Hochdruckraum (15) die Ventilsitzbohrung (13) geöffnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine.
Derartige Spielausgleichselemente sind der Fachwelt hinreichend bekannt (siehe INA-Druckschrift: ”Hydraulic Valve Lash Adjustment; Types, function and application examples” 1996) und müssen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Dabei ist in aller Regel deren Ventilmittel in Richtung zum Vorratsraum durch ein Federmittel beaufschlagt. Während einer Grundkreisphase wird der während einer Hochdruckphase des Spielausgleichselements funktionsbedingt aus seinem Hochdruckraum gepresste Anteil an Hydraulikmittel über eine Ventilsitzbohrung und das offene Ventilmittel in den Hochdruckraum nachgesaugt. Während dieser Phase findet somit ein Ausgleich aller im Ventiltrieb auftretenden unerwünschten Spiele statt. Kommt es nun während der eben genannten Grundkreisphase (bei Spiel = 0) zu unerwünschten Be- oder Entlastungen des Spielausgleichselements, beispielsweise hervorgerufen durch Transversalschwingungen der Nockenwelle bzw. Unrundheiten des Nockengrundkreises und anderes, so kann dies zum Aufpumpen des Spielausgleichselements und somit zum ”Verhärten” des Hochdruckraumes führen. Dieses ”Verhärten” kann eine unkontrollierte Entlastung des vom Spielausgleichselement beaufschlagten Gaswechselventils erzeugen. Im ungünstigsten Fall kommt es während der Grundkreisphase sogar zum Öffnen des betreffenden Gaswechselventils. Da dieser Nachteil der Fachwelt bekannt ist und immer strengere Gesetzgebungen den Motorenhersteller zwingen die Abgasqualität zu verbessern, hat die Fachwelt bisher versucht, diesen Mangel u. a. dadurch zu beheben, indem sie das Spielausgleichselement während seiner Grundkreisphase geringfügig elastisch auslegte. Beispielsweise sind hierfür nachgiebige Glieder wie Kolben am Hochdruckraum bzw. dem Ventilschaft zugeordnete, elastisch verformbare Puffer vorgeschlagen. Diese Maßnahmen sind jedoch relativ aufwendig in ihrer Herstellung, da die Toleranzen extrem fein eingestellt werden müssen und nicht garantiert ist, dass diese über die Lebensdauer des Elements hinweg erhalten bleiben. Zusätzlich ist ein unnötiger und masseerhöhender Teileaufwand im Ventiltrieb zur Erzielung des angestrebten Erfolgs notwendig. Gefördert wird das Auftreten des unerwünschten Entlastens des Ventiltriebs bzw. des Öffnens der Gaswechselventile während der Grundkreisphase noch durch die drastische Reduzierung der Ventilfederkräfte, hervorgerufen durch den Wunsch nach einem möglichst reibungsarmen Ventiltrieb. Insgesamt gesehen ist bei Auftreten der obengenannten ungünstigen Betriebszuständen mit einem unrunden Motorlauf, einer schlechteren Abgaszusammensetzung sowie mit Fehlzündungen (Mißfiring) zu rechnen.
Die JP S61-185 607 A beschreibt ein Spielausgleichselement bei dem der Druckkolben ein Übertragungselement eines Ventiltriebes abstützt. Zwischen dem Druckkolben und einem mittels Feder am Gehäuse abgestützten Halteelement, das auch die Ventilkugel aufnimmt, ist eine Federscheibe eingebaut, die Öffnungen aufweist und einen Anschlag für die Ventilkugel bildet. Bei hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine soll durch diese Maßnahme ein Lastwechsel schnell erfolgen und eine Rückströmung von Öl aus der Druckkammer in den Vorratsraum verringert werden. Bei geringer Drehzahl der Brennkraftmaschine soll der Ventilhub verringert und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden. Maßnahmen, die die Nachgiebigkeit des Spielausgleichselements in der Grundkreisphase erhöhen, sind nicht angesprochen.
In der DE 39 35 027 A1 ist ein hydraulisches Spielausgleichselement erläutert, dessen Ventilausgestaltung der INA Druckschrift entspricht. Vorgeschlagen ist, dass im Hochdruckraum ein Zusatzkolben eingebaut ist.
Das weiterhin bekannte Spielausgleichselement eines Tassenstößels, DE 93 13 919 U1 , weist eine Ventilkugel auf, die frei beweglich in dem Haltemittel-Gehäuse angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist davon auszugehen, dass das Ausgleichselement nur verzögert, entsprechend der Überwindung eines großen Spiels, dann aber plötzlich schießt, sodass unerwünscht hohe Belastungen im Ventiltrieb entstehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei welcher die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit geringem Aufwand eine gewisse Nachgiebigkeit des Spielausgleichselements in der Grundkreisphase geschaffen ist, wobei gleichzeitig ein sehr schnelles und sicheres Schließen des Ventilmittels (vorzugsweise Kugel) bei beginnendem Nockenhub festzustellen ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind, welche auch selbständig schutzfähige Maßnahmen beinhalten können.
Somit ist ein Ventilmittel vorgeschlagen, bei dem auf die bisher verwendete Schließfeder verzichtet wird. Bei Belastung des Spielausgleichselements während der obengenannten Grundkreisphase ist eine gewisse ”Nachgiebigkeit” des Stößels und somit des Ventiltriebs dadurch geschaffen, dass eine Teilmenge an Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum in den Vorratsraum strömen kann, ohne dass das Ventilmittel unerwünscht schließt.
Die Freigängigkeit der federbelasteten Kugel ist derartig ausgestaltet, dass mit einem enorm schnellen und sicheren Schließen der Kugel bei Nockenhub zu rechnen ist. Als Federmittel ist an dieser Stelle zwar eine Schraub- oder Spiralfeder angeführt, denkbar sind jedoch auch andere Federmittel, wie plattenartige und ähnliche. Das schnelle Schließen der Kugel wird bei Nockenhub durch die sich im Hochdruckraum ausbildende Saugwirkung durch Vorbeiströmen des Hydraulikmittels zwischen der Ventilsitzbohrung und der Kugel sowie durch den sich im Hochdruckraum ausbildenden Überdruck bewirkt.
Das als Abstützung für das mechanische Federmittel erfindungsgemäß vorgeschlagene Halteteil ist vorzugsweise als dünnwandige Blechscheibe mit mittigem Durchlass für das Hydraulikmittel ausgebildet. Diese Blechscheibe kann nach einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung als Federscheibe ausgebildet sein, welche einen in Bohrungsrichtung gekröpften Rand aufweist. Durch diese Kröpfung erfolgt eine hervorragende und einfache kraftschlüssige Befestigung des Halteteils gegenüber der Bohrung des jeweiligen Elements.
Denkbar ist es jedoch auch, in die Bohrung des jeweiligen Elements einen Ringabschnitt einzufügen, welcher das Halteteil für das Federmittel gegenüber dem Boden des Vorratsraums fixiert. Dabei soll dieser Ringabschnitt durch an sich bekannte Verfahren wie Verstemmen, Verschweißen, Verlöten, Verkleben und ähnliches gegenüber der Bohrung befestigt werden.
Jedoch ist es auch Gegenstand der Erfindung, das Halteteil gegenüber der Bohrung über einen in dieser befestigten Sicherungsring zu fixieren. Gegebenenfalls kann dieser Sicherungsring auf ein zwischen diesem und dem Halteteil verlaufendes Scheibenteil einwirken.
Auf der Seite der Kugel kann eine Windung der Feder selbstverständlich vergrößert sein, was die Führung der Kugel in Axialrichtung verbessert.
Ein Einsatz des Spielausgleichselements mit der hier erzielten erfindungsgemäßen Leerhubfunktion ist nicht nur bei Tassenstößeln denkbar und vorgesehen. Er bezieht sich gleichermaßen auch auf Applikationen in Nockenfolgern wie Schlepp-, Kipp- oder Schwinghebel und ähnliches.
Die Erfindung ist zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes hydraulisches Spielausgleichselement, hier in einen Tassenstößel eingebaut und
2–6 einen Druckkolben des hydraulischen Spielausgleichselements, in dem das erfindungsgemäße Halteteil in verschiedenen Ausgestaltungen dargestellt ist.
1 zeigt ein in einen Tassenstößel 1 eingebautes hydraulisches Spielausgleichselement 2, so wie es von seinem prinzipiellen Aufbau und der Wirkungsweise her der Fachwelt ausreichend bekannt ist.
Der Tassenstößel 1 verläuft in einer Bohrung 3 eines Zylinderkopfes 4. Das Spielausgleichselement 2 besteht aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 5, welches axial beweglich gegenüber einem Druckkolben 6 ist. Gehäuse 5 und Druckkolben 6 sind ineinander gesteckt ausgebildet. Der Druckkolben 6 weist eine erste Stirnseite 7 auf, die gegen einen Boden 8 des Tassenstößels 1 angelegt ist. Mit einer Stirnseite 9 kommuniziert das Gehäuse 5 unmittelbar mit einem Ende eines Gaswechselventils 10. Gleichzeitig schließt der Druckkolben 6 einen zentrischen Vorratsraum 11 für Hydraulikmittel ein. In Richtung zum Gaswechselventil 10 ist der Vorratsraum 11 durch einen Boden 12 begrenzt. Der Boden 12 besitzt eine zentrische Ventilsitzbohrung 13. Diese ist von ihrer vorratsraumfernen Seite durch ein Ventilmittel 14 wie eine Kugel verschlossen. Axial zwischen dem Boden 12 und der Stirnseite 9 verläuft ein Hochdruckraum 15 für Hydraulikmittel.
Die 1 zeigt, wie schon genannt, ein Spielausgleichselement 2, so wie es der Fachwelt an sich bekannt ist. Dessen Ventilmittel 14 ist normalerweise durch eine Druckfeder 16 in Richtung zum Vorratsraum 11 angefedert. Nach der Erfindung soll nunmehr auf diese Druckfeder 16 verzichtet werden. Das Ventilmittel 14 ist durch ein in seine Öffnungsrichtung wirkendes mechanisches Federmittel 17 (siehe 2 bis 6) beaufschlagt. Das mechanische Federmittel 17 bewirkt bei Druckgleichheit im Hochdruckraum 15 und Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13, so dass bei den eingangs genannten evtl. auftretenden Transversalschwingungen der Nockenwelle, bei Unrundheiten im Nockengrundkreis und anderem es zu einer gewissen Leerhubwirkung am Spielausgleichselement 2 kommt. Diese Leerhubwirkung rührt daher, dass bei den im Grundkreis unerwünscht auftretenden Druckspitzen im Hochdruckraum eine gewisse Menge Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 15 über die offene Ventilsitzbohrung 13 in den Vorratsraum 11 strömen kann. Somit kommt es nicht zu den beschreibungseinleitend genannten unerwünschten Öffnungsbewegungen des Gaswechselventils 10. Das mechanische Federmittel 17 ist so ausgelegt, dass auch bei geringfügig vorliegendem Überdruck im Hochdruckraum 15 gegenüber dem Vorratsraum 11 ein Offenbleiben der Ventilsitzbohrung 13 noch gewährleistet ist.
Aus 2 ist entnehmbar, dass das mechanische Federmittel 17 in Richtung zum Vorratsraum 11 an einem separaten Halteteil 18 abgestützt ist. Das Halteteil 18 verläuft hier mit seiner einen Stirnseite 19 auf dem Boden 12 des Druckkolbens 6. Eine Fixierung des Halteteils 18 ist dadurch hergestellt, dass innerhalb einer Bohrung 20 des Druckkolbens 6 ein Ringabschnitt 21 angeordnet ist. Dieser Ringabschnitt 21 wirkt mit seiner einen Stirnseite 22 auf das Halteteil 18 ein. Der Ringabschnitt 21 ist hier beispielsweise durch eine Preßpassung, jedoch auch durch eine Klebeverbindung und ähnliches gegenüber der Bohrung 20 fixiert. Gleichzeitig geht aus 2 hervor, dass das Halteteil 18 einen zentrischen Durchlass 23 für das Hydraulikmittel aufweist. Dieser Durchlass 23 steht in unmittelbarer Verbindung mit der Ventilsitzbohrung 13.
Alternativ zu 2 ist es in 3 vorgeschlagen, das dünnwandige Halteteil 18 über einen Sicherungsring 24 zu fixieren. Der Sicherungsring 24 ist in einer Ringnut 25 der Bohrung 20 des Druckkolbens 6 angeordnet. Denkbar ist beispielsweise eine Ausbildung als Sprengring für den Sicherungsring 24. Es kann jedoch auch zwischen Halteteil 18 und Sicherungsring 24 ein Distanz überbrückendes Mittel wie eine Paßscheibe 26 verlaufen.
Die 4 zeigt eine weitere Befestigungsmöglichkeit für das Halteteil 18 auf dem Boden 12 des Druckkolbens 6. Dabei ist das Halteteil 18 von einem dünnwandigen Federblech 27 beaufschlagt. Das Federblech 27 weist einen in Bohrungsrichtung umgebördelten Rand 28 auf, welcher sich förmlich in die Bohrung 20 des Druckkolbens 6 krallt. Eine kragenförmige Stirnseite 29 des Federblechs 27 (in Ventilrichtung weisend) sitzt unmittelbar auf dem Halteteil 18 auf.
5 offenbart eine ähnliche Ausgestaltung wie 4, jedoch sind hier dem Halteteil 18 die vorgenannt aufgezeigten federnden Eigenschaften selbst immanent. Das Halteteil 18 besitzt wiederum den in Axialrichtung gekröpften Rand 28 zur ortsfesten Anordnung des Halteteils 18 in der Bohrung 20.
Schließt geht aus 6 eine Abwandlung der Ausgestaltung nach 2 hervor. Der Ringabschnitt 21 kann einteilig mit dem Halteteil 18 ausgebildet und wiederum über eine Klemm-, Klebe- oder ähnliche Verbindung gegenüber der Bohrung 20 lagefixiert sein.
Bezugszeichenliste

1: Tassenstößel
2: hydraulisches Spielausgleichselement
3: Bohrung
4: Zylinderkopf
5: Gehäuse
6: Druckkolben
7: Stirnseite
8: Boden
9: Stirnseite
10: Gaswechselventil
11: Vorratsraum
12: Boden
13: Ventilsitzbohrung
14: Ventilmittel
15: Hochdruckraum
16: Druckfeder
17: mechanisches Federmittel
18: Halteteil
19: Stirnseite
19a: Stirnseite
20: Bohrung
21: Ringabschnitt
22: Stirnseite
23: Durchlass
24: Sicherungsring
25: Ringnut
26: Paßscheibe, Scheibe
27: Federblech
28: Rand
29: Stirnseite
30: Nocken
31: Nockenwelle
32: Haltemittel

Claims

Hydraulisches Spielausgleichselement (2), insbesondere für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlzylindrischen Gehäuse (5) und einem relativ zum Gehäuse (5) axial beweglichen Druckkolben (6), wobei Gehäuse (5) und Druckkolben (6) ineinander gesteckt sind und der Druckkolben (6) oder das Gehäuse (5) über eine erste Stirnseite (7) zumindest mittelbar mit einem oder mehreren Nocken (30) einer Nockenwelle (31) kommuniziert und das Gehäuse (5) oder der Druckkolben (6) mit einer weiteren Stirnseite (9) einem oder mehreren Gaswechselventilen (10) zugewandt ist, wobei axial zwischen Druckkolben (6) und Gehäuse (5) ein Hochdruckraum (15) für Hydraulikmittel verläuft, der aus einem von dem Druckkolben (6) oder dem Gehäuse (5)) eingeschlossenen Vorratsraum (11) mit dem Hydraulikmittel versorgbar ist, wobei der Vorratsraum (11) in Richtung zum Hochdruckraum (15) einen Boden (12) mit einer Ventilsitzbohrung (13) aufweist, welche Ventilsitzbohrung (13) auf der Seite des Hochdruckraumes (15) durch ein Ventilmittel (14) wie eine Kugel im Hochdruckfall verschlossen ist, welches Ventilmittel (14) in Richtung zum Hochdruckraum (15) von einem Haltemittel (32) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, – dass in Axialrichtung zwischen dem Ventilmittel (14) und dem Haltemittel (32) lediglich Hydraulikmittel angeordnet ist, – dass das Ventilmittel (14) in Öffnungsrichtung durch ein mechanisches Federmittel (17) wie eine Schrauben- oder Spiralfeder beaufschlagt ist, – dass das Federmittel (17) anderen Ends durch die Ventilsitzbohrung (13) geführt und an einem dünnwandig ausgeführten Halteteil (18) wie einer Haltescheibe abgestützt ist, – dass das Halteteil (18) an einer vorratsraumseitigen Stirnseite (19a) des Bodens (12) des Vorratsraums (11) befestigt ist und einen Durchlass (23) für das Hydraulikmittel aufweist und – dass die Kraft des Federmittels (17) so ausgelegt ist, dass bei Druckgleichheit im Vorratsraum (11) und im Hochdruckraum (15) die Ventilsitzbohrung (13) geöffnet ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Bohrung (20) des Druckkolbens (6) oder des Gehäuses (5), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiger Ringabschnitt (21) befestigt ist, welcher Ringabschnitt (21) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (22) das Halteteil (18) auf dem Boden (12) fixiert.
Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringabschnitt (21) wahlweise durch Kleben, Schweißen, Einpressen oder Verstemmen in der Bohrung (20) des Druckkolbens (6) oder des Gehäuses (5) befestigt ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringabschnitt (21) einteilig mit dem Halteteil (18) verbunden ist.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ringnut (25) einer Bohrung (20) des Druckkolbens (6) oder des Gehäuses (5), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein Sicherungsring (24) befestigt ist, welcher Sicherungsring (24) zumindest mittelbar über eine auf dem Halteteil (18) angeordnete Scheibe (26) wie eine Paßscheibe oder unmittelbar das Halteteil (18) in Vorratsraumrichtung lagefixiert.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegen eine Bohrung (20) des Druckkolbens (6) oder des Gehäuses (5), welches den Vorratsraum (11) einschließt, ein dünnwandiges Federblech (27) mit einem in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) überwiegend kraftschlüssig angelegt ist, welches Federblech (27) mit seiner in Bodenrichtung weisenden Stirnseite (29) das Halteteil (18) fixiert.
Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteteil (18) selbst als Federblech hergestellt ist und einen in Bohrungsrichtung abgewinkelten Rand (28) aufweist, über welchen Rand (28) das Halteteil (18) überwiegend kraftschlüssig in einer Bohrung (20) des Druckkolbens (6) oder des Gehäuses (5) befestigt ist, welches den Vorratsraum (11) einschließt.