DE2843918A1

DE2843918A1 - Hydraulischer stoessel in einem ventiltrieb, insbesondere einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2843918A1
Application number: DE19782843918
Authority: DE
Inventors: Peter Reinhold Trzoska
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1980-04-10
Also published as: GB2033525A; US4291652A; DE2843918B1; GB2033525B; DE2843918C2

Description

(022i)S25-5585 Z/DRR-21 Sp uk Patentanmeldung

Hydraulischer Stößel in einem Ventiltrieb.insbesondere einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Stößel in einem Ventiltrieb, insbesondere einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher hydraulischer Stößel in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ist ζ. B. aus der DE-PS 1 033 459, insbesondere deren Fig. 3 und der dazugehörigen Beschreibung bekannt.

Dieser bekannte hydraulische Stößel sorgt in selbständiger, passiver Weise gesteuert durch den Reaktionsdruck im Stößel - für eine Spielkompensation im Ventiltrieb der Brennkraftmaschine. Solche bekannten hydraulischen Stößel mit passivem Längenausgleich stehen im wesentlichen aus einemvon einem Nocken betätigten Stößelzylinder und einem in diesem gleitend und federbelastet angeordneten, unmittelbar oder mittelbar auf das Ventil wirkenden Stößelkolben, der einen vom Schmieröldruck ständig beaufschlag ten Vorratsraum enthält und über einen mit diesem fallweise verbindbaren Druckraum in Richtung Spielausgleich bewegbar ist.

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Sitz der Gesellschaft: Köln ■ Registergericht Köln, HRB 84 ■ Vorsitzender des Aufsichtsrates: Hans Schaberger

Vorstand- Peter Weiher. Vorsitzender · Horst Bergemann · Waldemar Ebers ■ Wilhelm Inden · Alfred Langer Stellvertretend: Hermann Dederichs · Hans Wilhelm Gab · Paul A. Guckel · Hans-Joachim Lehmann · Dieter Ullsperger

Fcrd / D-250 / 16. August 1978

Im Vorratsraum kann sich luftver schäumtes öl beruhigen und über ein Rückschlagventil in den Druckraum gelangen. Außerdem kann über eine Drossel abgeschiedene Luft und öl zur Schmierung des Kipphebels oder des Ventiles nach oben aus dem hydraulischen Stößel entweichen.

Bei Übertragung von Wegen und Kräften zwischen Nocken und Kipphebel bzw Ventil stützt sich der Stößelkolben bei geschlossenem Rückschlagventil über die eingeschlossene öl säule im Druckraum am Stößelzylinder ab und bildet so eine annähernd starre Verbindung.

Bei einer Spielvergrößerung im Ventiltrieb wird eine Verlängerung des hydraulischen Stößels dadurch bewirkt, daß der federbelastete Stößelkolben vom Boden des Stößelzylinders wegdrückt, derart, daß im Druckraum ein Unterdruck entsteht, der in Verbindung mit der Schmier öldruckv er sorgung bewirkt, daß das Rückschlagventil öffnet und Schmieröl aus dem Vorratsraum in den Druckraum strömt, bis das vorhandene Spiel ausgeglichen ist.

Bei einer Spielverkleinerung im Ventiltrieb wird eine Verkürzung des hydraulischen Stößels dadurch bewirkt, daß das im Bereich der Nockenerhebung geöffnete Ventil große Kräfte und damit hohe Drücke im Druckraum hervorruft, wodurch am Umfangsspalt zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder Lecköl aus dem Druckraum entweichen kann, bis die erfordert iche Spielverkleinerung ausgeglichen ist.

Obwohl die bekannten hydraulischen Stößel in Ventiltrieben von Brennkraftmaschinen beachtliche Vorteile wie Verringerung des Geräuschniveaus und Vermeidung der Ventil spielein Stellungsarbeiten erbringen, weisen sie durch den passiven Längenausgleich bedingte Nachteile auf, die in einer Beschränkung der Höchstdrehzahl, Begrenzung auf sanfte Nockenerhebungen und hohe Anforderungen an die Luftfreiheit des Schmieröles liegen.

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Die einzelnen Punkte, die diese Nachteile bewirken, werden nachfolgend aufgezeigt:

Um den bei einer Spielvergrößerung erforderlichen Übertritt des Schmieröles vom Vorratsraum in den Druckraum zu ermöglichen, muß der Druck der Schmierölversorgung den Widerstand des Rückschlagventiles überwinden. Hierdurch werden bestimmte Anforderungen an den minimalen Schmierölsystemdruck gestellt. Kritischer Punkt ist hierbei der Schmierölsystemdruck bei Leerlaufdrehzahl und maximaler öl temperatur, der eine entsprechend große Dimensionierung der Schmierölpumpe und eine widerstandsarme Gestaltung der Schmierölleitungen im Motor bedingt.

Die aus konstruktiven Gründen bedingte Anordnung des Rückschlagventiles im Druckraum führt zu einem relativ großen Volumen im Druckraum, so daß die statische Steifigkeit der ölsäule

c = BA² /V

(mit B = Kompressibilitätsmodul des Öls, A = wirksame Kolbenfläche und V = Volumen des Druckraumes)

absinkt und somit die Eigenfrequenz und die Übertragungsfunktion des Ventiltriebes negativ beeinflußt.

Um den passiven Längenausgleich des hydraulischen Stößels bei Spielverkleinerungen sicherzustellen, sind am Umfangsspalt zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder relativ große Spaltweiten erforderlich, da ansonsten in der Anwärmphase des Motors, wenn sofortige Leistungsanforderung zu einer schnellen Erwärmung des Motors und damit zu schnellen Längenvergrößerungen im Ventiltrieb und Volumenzunahmen des Öles im Druckraum führen, eine entsprechend rasche Verkürzung des

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hydraulischen Stößels nicht zu erzielen wäre.

Die aus den oben genannten Gründen erforderlichen großen Spaltweiten beeinflussen jedoch die dynamische Steifigkeit des hydraulischen Stößels speziell bei höheren öltemperaturen und höheren Kräften nachteilig, da zusätzlich zum Durchfedern der Ölsäule aufgrund ihrer statischen Steifigkeit eine bleibende Verkürzung des hydraulischen Stößels durch die Leckage am Umfangs spalt zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder auftritt.

Q= ps b/ 12 ij 1

(Q = Leckströmung, P = Druck im Druckraum, S = Radialspalt, b = Spaltbreite, 1 = Spaltlänge und η = Zähigkeit des Öls).

Weitere Schwierigkeiten bei den bekannten hydraulischen Stößeln ergeben sich dadurch, daß beim Abstellen des Motors das Entschäumen des Schmieröles im Vorratsraum zu einer Luftblase führt, die bei demjenigen Stößel, der bei geöffnetem Ventil stehengeblieben war, zum Ansaugen von Luft in den Druckraum führt, wodurch der hydraulische Stößel eine zeitlang funktionsunfähig wird, was zu hartnäckigen Klappererscheinungen und verminderten Ventilhüben führt. Weitere Schwierigkeiten bei bekannten hydraulischen Stößeln ergeben sich dadurch, daß bei Erreichen der Ventildrehzahlgrenze, bei der Kipphebel und Stößel durch die Ventilfeder nicht mehr gegen den Nocken gepreßt werden, es durch Zurückfedern der Ölsäule im Druckraum zum Ansaugen von. Öl und damit zu einem Aufpumpen des hydraulischen Stößels kommt, das zur Zerstörung des Stößels führt. Auch Eigenschwingungen des hydraulischen Stößel·s aufgrund ungenügender Steifigkeit können zum Aufpumpen führen.

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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile der bekannten hydraulischen Stößel zu vermeiden, indem anstelle eines passiv gesteuerten hydraulischen Stößels eine aktive Steuerung nach einem einfachen mechanisch-hydraulischen Prinzip vorgeschlagen wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein hydraulischer Stößel in einem Ventiltrieb die im Patentanspruch 1 aufgezeigten Merkmale aufweist, Die in den Patentansprüchen 2 und 3 aufgezeigten Merkmale beziehen sich auf eine bevorzugte Ausführung eines hydraulischen Stößels in einem Ventiltrieb. Dadurch, daß die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum überdurch Bahnen des Nockens betätigte Elemente zwangsweise steuerbar ist, wird eine Vorsteuerung des hydraulischen Stößels in der Weise bewirkt, daß im Bereich des Grundkreises, d.h. außerhalb der Nockenerhebung, eine Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum hergestellt und somit sichergestellt wird, daß im Bereich des Grundkreises je nach Bedarf Schmieröl in den Druckraum strömt bzw herausgedrückt wird und somit sowohl eine Spielvergrößerung als auch eine Spielverkleinerung im Ventiltrieb kompensiert werden kann. Im Bereich der Nockenerhebung wird die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum zwangsläufig geschlossen, so daß eine starre Verbindung zwischen dem Nocken und dem Kipphebel bzw dem Ventil besteht.

Durch den neuen vorgesteuerten hydraulischen Stößel ergeben sich gegenüber den bekannten hydraulischen Stößeln folgende Vorteile:

Dadurch, daß die Freigabe eines großen Verbindungsquerschnittes zwischen der Vorratskammer und dem Druckraum vorgesteuert und nicht durch Überwindung des Widerstandes eines Rückschlagventiles erfolgt, werden die Anforderungen an den minimalen Schmier öl systemdruck geringer.

Dadurch, daß im Druckraum kein Rückschlagventil angeordnet werden

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muß, kann der Druckraum extrem klein gestaltet werden, wodurch die statische Steifigkeit und Eigenfrequenz des hydraulischen Stößels erheblich verbessert und der Einfluß von luftverschäumten Schmieröl auf die Steifigkeit stark verringert wird.

Durch die zwangsweise Vorsteuerung des hydraulischen Stößels werden die bisher bei der Anwärmphase eines kalten Motors auftretenden Schwierigkeiten durch schnelle Spielverkleinerung im Ventiltrieb und Volumenzunahmen im Druckraum weitgehend vermieden. Durch die Aufsteuerung der Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum bei jeder Nockenwellendrehung kann auch bei rascher Spiel verkleinerung im Ventiltrieb das im Druckraum eingeschlossene ölvolumen entsprechend angepaßt werden und die Spaltweiten am Umfang zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder können optimal klein gehalten werden.

Dadurch, daß die Spaltweiten optimal klein gehalten werden können, wird weiterhin die dynamische Steifigkeit des hydraulischen Stößels und damit seine Übertragungseigenschaften weiter erheblich verbessert.

Der hydraulische Stößel ist durch den durch geringere Spaltverluste geringeren Schmieröldurchsatz weniger anfällig gegenüber luftver schaum tem Schmieröl und erleichtert das Abfließen einer sich beim Abstellen der Brennkraftmaschine bildenden Luftblase. Durch die zwangsweise Steuerung der Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum ist auch ein Aufpumpen des hydraulischen Stößels nicht mehr möglich.

Diese Vorteile des vorgesteuerten hydraulischen Stößels in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine stellen eine zuverlässige Funktion auch bei höheren öltemperaturen, höheren Drehzahlen und schärferen Nockenerhebungen ohne übermäßige Anforderung an die Luftfreiheit des Schmieröles sicher.

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Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigti

Fig. 1 einen vorgesteuerten hydraulischen Stößel in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2 einen vergrößerten vertikalen Schnitt durch den vor ge steuerten, hydraulischen Stößel nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist der Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine schematisch aufgezeigt. Eine Nockenwelle 1 weist Nocken 2 auf, die neben den Bereichen eines Grundkreises 3 und einer Nockenerhebung 4 eine weitere Bahn 5 aufweisen.

Die Nocken 2 der Nockenwelle 1 wirken mit dem einen Ende eines hydraulischen Stößels 6 zusammen, dessen anderes Ende mit dem einen Ende eines Kipphebels 7 zusammenwirkt, dessen anderes Ende in bekannter Weise ein Ventil 8 der Brennkraftmaschine betätigt.

Der hydraulische Stößel 6 ist hierbei in herkömmlicher Weise in einer Stößelbohrung 9 im Zylinderkopf 10 der Brennkraftmaschine gleitend geführt.

In Fig. 2 ist der hydraulische Stößel 6 in einem vergrößerten Schnitt gezeigt. Er besteht aus einem rohrförmigen Stößelzylinder 11, in dem ein federbelasteter Stößelkolben 12 und ein Bodenkolben 13 koaxial und gleitend angeordnet sind. Der Stößelkolben 12 ist in bekannter Weise hohl ausgebildet und an seinem oberen Ende mit einem Endstück 14 verschlossen und bildet einen Vorratsraum 15, in dem sich luftverschäumtes öl beruhigen kann.

Zwischen einer Schulter des Endstückes 14 und dem oberen Ende des

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Stößelzylinders 11 ist eine Schraubenfeder 16 angeordnet, die dafür sorgt, daß der Stößelzylinder 11 mit seinem unteren Ende gegen den Nocken an der Nockenwelle anliegt.

Zwischen dem StöJ3elkolben 12 und dem Bodenkolben 13 ist eine Tellerfeder 17 angeordnet, die den Stößelkolben 12 gegen den Kipphebel und den Bodenkolben 13 gegen den Nocken ander Nockenwelle drückt. Zwischen dem Stößelkolben 12 und dem Bodenkolben 13 wird auf diese Weise ein Druckraum 18 gebildet, der durch die flache Bauhöhe der Tellerfeder 17 in seinem Volumen verhältnismäßig klein gehalten werden kann.

Der Zusammenhalt der montierten Einzelteile des hydraulischen Stößels 6 wird hierbei einerseits über eine mit dem oberen Ende des Stößelzylinders 11 durch Einpressen verbundene Blechhülse 19 und andererseits durch einen am unteren Ende des Stößelzylinders 11 angeordneten Sicherung sr in gleicher ge stellt.

Der im Stößelkolben 12 gebildete Vorratsraum 15 steht über eine Schmieröldruckleitung 21, eine Öffnung 22 im Stößelzylinder 11 und eine Öffnung 23 im Stößelkolben 12 in ständiger Verbindung mit dem Schmieröldruckkreislauf der Brennkraftmaschine.

Das dem Vorratsraum 15 unter Druck zugeführte Schmieröl kann einerseits über eine Drossel 24 und einen Kanal 25 zur Lagerstelle des Kipphebels 7 gelangen und andererseits über eine Öffnung 26 und einen Verbindungsquerschnitt 27 zwangsweise gesteuert dem Druckraum 18 zugeführt werden.

Zur Erläuterung des vorgesteuerten hydraulischen Stößels 6 betrachten wir nun die Fig. 1. Im Bereich von Nockenwellenwinkeln nachfolgend der Nockenerhebung 4, also im Übergangsbereich zum Grundkreis 3, wird keine starre Verbindung durch den hydraulischen Stößel gefordert. Dementsprechend weichen die an der Nockenerhebung 4 in gleicher Ebene liegenden Bahnen

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für die Abstützung des Bodenkolbens 13 und des Stößelzylinders 11 voneinander ab, wobei der Bodenkolben 13 sich weiterhin am Grundkreis 3 abstützt, während sich der Stößelzylinder 11 auf seitlichen, tiefer liegenden Bahnen 5 abstützt und hierdurch relativ zum Stößelkolben 12 verschoben wird. Bei dieser durch die Schraubenfeder 16 sichergestellte relative Verschiebung des Stößelzylinders 11 gegenüber dem Stößelkolben 12 wird der Verbindungsquerschnitt 27 zwangsläufig aufgesteuert, so daß den». Druckraum 18 entsprechend den Verhältnissen im Ventiltrieb, nämlich Spielvergrößerung oder Spielverringerung, Schmieröl unter Druck zugeführt oder verdrängt werden kann. Da vor der Erreichung der Nockenerhebung 4 der Verbindungsquerschnitt 27 wieder zwangsläufig zugesteuert wird, wirkt der hydraulische Stößel wieder in erwünschter Weise al s starre Verbindung, wobei die bereits erläuterten Vorteile im Hinblick auf eine verbesserte statische und dynamische Steifigkeit durch das geringere Volumen des Druckraumes und die möglichen geringen Spaltweiten erzielt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel, bei dem der Stößelzylinder die Steuerung des Verbindungsquerschnittes übernimmt, beschränkt, es sind vielmehr auch andere Ausführungsformen denkbar, bei denen ein im hydraulischen Stößel gleitender Ventilschieber von einer Bahn an der Nockenwelle gesteuert wird.

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Leerseite

Claims

JTord / D-250 / 16. August 1978 Patentansprüche 2 8 4 3 9 >

Hydraulischer Stößel in einem Ventiltrieb, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem Nocken betätigten Stößelzylinder und einem in diesem gleitend und federbelastet angeordneten, unmittelbar oder mittelbar auf das Ventil einwirkenden Stößelkorben, der einen vom Schmieröldruck ständig beaufschlagten Vorratsraum enthält und über einen mit diesem 'fallweise vexbindbaren Druckraum in Richtung Spielausgleich bewegbar ist, dadurch gekennzeiclmet, daß ein Verbindung «querschnitt (27) .zwischen dem Vorratsraum (15) und dem Druckraum (18) über ein durch eine Bahn (5) des Nockens (2) betätigtes Element (11) zwangsweise vorsteuerbar ist.
2. Hydraulischer Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Bahnen (5) des Nockens (2) betätigte Element von einem rohrförmigen Stößelzylinder (11) gebildet ist, in dem der Stößelkolben (12) gleitend angeordnet und über eine Tellerfeder (17) einen Druckraum (18) bildend an einem koaxial und gleitend angeordneten Bodenkolben (13) abgestützt ist, der am Nocken (2) anliegt.
3. Hydraulischer Stößel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadur ch gekennzeichnet, daß die Abstützung des rohrförmigen Stößelzylinders (11) und des Bodenkolbens (13) im Bereich des Überganges und der Nockenerhebung (4) auf gleicher Ebene und im Bereich des Grundkreises (3) auf unterschiedlichen Ebenen erfolgt.

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