DE3150083A1

DE3150083A1 - Selbstnachstellender hydraulischer ventilstoessel

Info

Publication number: DE3150083A1
Application number: DE19813150083
Authority: DE
Inventors: Kenneth W. Wheaton Ill. Lesher
Original assignee: Stanadyne LLC
Current assignee: Stanadyne LLC
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1982-07-22
Also published as: GB2089923B; FR2496931A1; IT8149972A0; AU7844581A; US4392462A; GB2089923A; BR8108296A; DE3150083C2; FR2496931B1; AU542076B2; JPS6319682B2; JPS57129211A; IT1193787B; MX155364A

Description

Selbstnachstellender hydraul!scher Ventilstößel

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Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstnachstellenden hydraulischen "Ventilstößel für die Verwendung insbesondere in einem Motor mit obenliegender Nockenwelle. In einem solchen Motor ist der Ventilstößel über einen in seinem mittleren oder unteren Bereich angeordneten Durchlaß mit

¹^ dem für die Nachstellung benötigten Motorenöl gespeist. Gemäß der Erfindung ist eine flexible Dichtung aus guramiartigem Material vorgesehen, welche das Einströmen des Motoröls in den Stößel gestattet, den Rückfluß des Öls aus dem Stößel jedoch sperrt. Dadurch ist gewahrleistet, daß

¹^ der Stößel jederzeit, insbesondere auch nach längerem Stillstand des Motors, die notwendige ölmenge enthält.

Der Ventilstößel enthält eine mittig in einen Stößelkopf eingesetzte Zylinder-Kolbenanordnung. In den Stößelkopf

können verschieden lange Zylinder-Kolbenanordnungen gleichen Durchmessers eingesetzt werden, so daß eine ganze Familie von Ventilstößeln für die Verwendung in verschiedenen Motoren zur Verfugung steht.

Ein Ziel der Erfindung ist somit die Schaffung eines Ventilstößel, welcher nicht über seinen oberen Bereich mit einem Druckmittel gespeist ist und selbst nach längerem Stillstand des Motors gleichwohl die für den ordnungsgemäßen Betrieb notwendige Druckmittelmenge in sich enthält. 30

Gemäß der Erfindung ist dieses Ziel durch die Verwendung einer flexiblen Dichtung aus gummiartigem Material erreicht, welche im Betrieb des Motors den Zutritt des

Druckmittels zu einem im Stößel geformten Behälter gestat-35

tet und im Stillstand des Motors den Rückfluß des Druckmittels aus dem Behälter sperrt.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht einen gedrängten

Aufbau, welcher die Verwendung des Ventilstößels in einem modernen, niedrig bauenden Motor unmittelbar zwischen einem Ventilschaft und einer Nockenwelle ermöglicht.

Auswechselbare Zylinder-Kolbenanordnungen ermöglichen darüber hinaus die Verwendung von einer Familie angehörenden ^ventilstößeln in Motoren mit verschiedenen Abmessungen.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht des Zylinderkopfs eines Motors mit obenliegender Nockenwelle und einem selbstnachstellenden Ventilstößel gemäß der Erfindung, 15

Fig. 2 eine Axialschnittansicht eines selbstnachstellenden Ventilstößels gemäß der Erfindung.

Selbstnachstellende hydraulische Ventilstößel sind seit einigen Jahren bekannt.· Die meisten bekannten Ventilstößel dieser Art haben einen axialverschieblich in einem zylindrischen Stößelkopf geführten Kolben tm& eine zwischen den. beiden genannten Teilen gebildete Druckkammer. Im zylindrischen Innenraum des Kolbens ist gewöhnlich eine zweite Kammer bzw. ein Druckmittelbehälter geformt, welcher über Bohrungen und Durchlässe mit dem Motor-Schmieröl beschickt wird. Der Stößelkopf und der Kolben sind durch eine dazwischen angeordnete Druckfeder voneinander weg belastet. Ein an einem Ende des Kolbens angeordnetes Rück-

schlagventil gibt bei einer Auseinanderbewegung des Kolbens und des Stößelkopfs den Durchtritt des Öls vom Druckmittelbehälter in die Druckkammer frei.

Herkömmliche Ventilstößel der beschriebenen Art verwenden

gewöhn!ich ziemlich lange Teile, insbesondere einen sehr langen Kolben. Dies erleichtert die Schaffung eines Druckmittelbehälters innerhalb des Kolbens, welcher dann über das obere Ende des Stößels mit Motoröl beschickt werden

kann. !Dabei sind herkömmliche Ventilstößel dieser Art gewöhnlich so ausgebildet und angeordnet, daß das während des Betriebs des Motors in den Druckmittelbehälter geför- . derte Öl auch im Stillstand des Motors darin zurückgehalten wird. Dies ist insofern vorteilhaft oder notwendig, als häufig ein Nächsteilen des entilstößels unmittelbar nach dem Anlassen des Motors notwendig ist. In der bekannten Ausführung kann das zum Nachstellen benötigte öl dann sofort vom Druckmittelbehälter über das Rückschlagventil in die Druckkammer einströmen. Beim Fehlen eines Druckmittelbehälters oder in dem Falle, daß das Druckmittel während eines längeren Stillstands des Motors aus einem solchen Behälter abgelaufen ist, ist das zum Nachstellen des Ventilstößel s notwendige Öl zunächst nicht vorhanden, bis sich

!5 ein für die Speisung des Stößels ausreichender Öldruck aufgebaut hat. Dies kann insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen dazu führen, daß das notwendige Nachstellen der Ventilstößel mit beträchtlicher Verzögerung nach dem

Anlassen des Motors erfolgt.
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Für die Verwendung in modernen, klein bauenden Motoren mit obenliegender Nockenwelle werden Ventilstößel mit erheblich verkleinerten axialen Abmessungen benötigt. Die Anordnung derartiger Ventilstößel in einem Ventiltrieb ²^ macht es darüber hinaus äußerst schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die Ventilstößel über ihr oberes Ende mit dem zum Nachstellen benötigten Öl zu speisen. Fig. 1 zeigt die Anordnung eines solchen verkürzten Ventilstößels 10 unmittelbar zwischen dem Schaft 12 eines Ventils 21 und

einer obenlxegenden Nockenwelle 14-. Ein oberes Endstück 16 des Ventilstößels 10 steht hier um ein beträchtliches Stück über die Oberseite 18 eines Zylinderkopfs 24- hervor, in welchem Ölbohrungen und -durchlässe 20 geformt sind. Demzufolge muß das MotorÖl dem Ventilstößel 10 an einer beträchtlich unterhalb seines oberen Endes liegenden Stelle 22 zugeführt werden. Die Erfindung schafft nun einen klein bauenden, selbstnachstellenden hydraulischen Ventilstößel mit Einrichtungen zum Zurückhalten eines Druckmittelvorrats

während des Stillstands des Motors.

Bei einem in Fig. 2 in einer Axialschnittansicht gezeigten selbstnachstellenden Ventilstößel gemäß der Erfindung ist zwischen einem an einem Ende geschlossenen Zylinder 32 und einem axialverschieblich darin geführten Eolben 34 eine Druckkammer 30 geformt. Der Außendurchmesser des Eolbens ist so auf den Innendurchmesser des Zylinders 32 abgestimmt, daß zwischen den beiden Teilen ein eng r Spalt 36 vorhanden ist, durch welchen hindurch eine äußerst kleine Menge eines in der Druckkammer 30 enthaltenen Druckmittels, z.B. öl, in einen Druckmittelbehälter 38a entweichen kann, wenn die Kolben-Zylinderanordnung 34/32 durch einen Axialdruck beaufschlagt wird.

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Der Zylinder 32 hat an seiner. Unterseite eine Erhebung 40, mit welcher er sich auf dem "Ventilschaft abstützt. Eine Ringnut 56 am oberen Teil des Zylinders 32 dient der Aufnahme eines geschlitzten Pederrings 58, welcher die Abwärtsbewegung des Zylinders 32 begrenzt und damit die Teile des fertig montierten Ventilstößels zusammenhält. Die Tiefe der Ringnut 56 ist so bemessen, daß der !federring 58 vollständig darin versenkbar ist, um das Einsetzen

des Zylinders 32 in den Ventilstößel zu erleichtern.. 25

Eine im mittleren Bereich des Kolbens 34 geformte Trennwand ist mittig von einem Durchlaß 42 durchsetzt, welcher die Druckkammer 30 mit einer darüber liegenden Druckmittelkammer 38b verbindet. Ein die Durchströmung des Durchlas— ses 42 steuerndes Rückschlagventil weist eine Ventilkugel 44, eine Ventilfassung 46 und eine Schraubenfeder 48 auf. Die Schraubenfeder 48 stützt sich an der Ventilfassung 46 ab und hält die Ventilkugel 44 in Anlage am Rand des Durchlasses 42. Die Ventilfassung 46 weist mehrere Öffnungen auf, durch welche hindurch das Druckmittel von der Kammer 38b in die Druckkammer 30 strömen kann. Eine zweite, größere Schraubenfeder 50 hält die Ventilfassung 46 in fester Anlage an der Trennwand des Kolbens 34.

Eine weitere und wichtigere Aufgabe der zweiten Schraubenfeder. 50 besteht darin, den Zylinder 32 und den Kolben 34 in Axialrichtung voneinander weg zu belasten. Auf diese Welse werden der Zylinder 32 und der sich an der Innenseite eines becherförmigen Stößelkopfs 52 abstützende Kolben 34- auseinander bewegt, bis sich der Zylinder 34 auf dem Ventilschaft 12 und der Stößelkopf 52 an der Nockenwelle bzw. einem Nocken 14 abstützen. Im oberen Ende des Kolbens 34 geformte Schlitze 54 ermöglichen den Zufluß des Druckmittels vom äußeren Behälter 38a zur inneren Druckmittelkammer 38b.

Der Zylinder 32, der Kolben 34·» die Schraubenfeder 50 und das Bückschlagventil 44, 46, 48 bilden zusammen eine Zylinder-Kolbenanordnung, welche unter Zusammendrücken des Federrings 58 in den Ventilstößel einsetzbar ist. Auf diese Weise können Zylinder-Kolbenanordnungen unterschiedlicher Länge in einen gegebenen Ventilstößel eingesetzt werden, um dessen wirksame Länge den Erfordernissen verschiedener Motoren anzupassen.

Die Zylinder-Kolbenanordnung sitzt in einer Traghülse 60, welche einen über den äußeren Umfang hervorstehenden Flansch 62 hat. Dieser findet Aufnahme in einer Ausfräsung 64 an der zylindrischen Innenfläche des Stößelkopfs 52 und befindet sich in Anlage an einer Stufe 66. Durch einen in eine Ringnut 70 eingesetzten Federring 68 ist die Traghülse 60 festgehalten. Die zylindrische Innenfläche 72 der Traghülse 60 bildet mit der Außenseite 74 des Zylin-

ders 32 eine enge Gleitpassung. Dadurch ist der Zylinder bis zur Anlage des Kolbens 3^· an der Innenseite des Stößelkopfs 52 bzw. bis zur Anlage des Federrings 58 am oberen Ende 76 der Traghülse 60 axial hin und her bewegbar. Die Gleitpassung zwischen dem Zylinder und der Traghülse ist

mittels im Behälter 38a vorhandenen Öls geschmiert, sie ist dabei jedoch eng genug, daß ein größerer Ölverlust an dieser Stelle vermieden ist. In gleicher Weise sind auch Ölverluste um den Flansch 62 herum vermieden.

Bei dem Stößelkopf 52 handelt es sich, um ein oben geschlossenes und unten offenes becherförmiges Zeil, welches an der zylindrischen' Innenfläche, wie Vorstehend erwähnt, die Ausfräsung 64, die Stufe 66 und die Ringnut 70 aufweist. Der Außendurchmesser des Stößelkopfs 52 ist so bemessen, daß dieser in satter Gleitpassung in einer Bohrung des Zylinderkopfs 24 geführt ist. An.seinem äußeren Umfang hat der Stößelkopfs 52 eine V-formige Ringnut 22, welche so angeordnet ist, daß sie in Strömungsverbindung mit einer Ölbohrung 20 des Zylinderkopfs steht. Über einen Durchlaß 78 ist die äußere Ringnut 22 mit dem Druckmittelbehälter 38a strömungsverbunden.

Zwischen der Traghülse 60 und dem Stößelkopf 52 ist eine ringförmige Dichtung 84 angeordnet. Die Dichtung 84 ist auf die Traghülse 60 aufgeformt und hat einen äußeren Randwulst 94, welcher beim Zusammenbau des Stößels in abdichtende Druckanlage an einer Innenfläche 96 des Stößelkopfs 52 kommt. Die Berührungsstelle liegt dabei um ein

beträchtliches Stück unterhalb der Einmündung des Durchlasses 78 in den Behälter 38a, so daß der Zustrom von Öl zu diesem nicht behindert ist. Ein aufrecht stehender Rand 92 der Dichtung 84 ist in Anlage an der Innenwand des Stößelkopfs 52 belastet und verhindert den Rückfluß des Öls aus dem Behälter 38a in den Durchlaß 78. In dem Behälter 38a auftretender Überdruck preßt die Dichtung mit erhöhter Kraft in Anlage an der Innenseite des Stößelkopfs 52. Durch einen vom Durchlaß 78 auf die Dichtung ausgeübten Überdruck ist diese dagegen verformbar, so daß der Rand von der Innenwand abhebt und den Zutritt des Öls zum Behälter 38a freigibt.

Der vorstehend beschriebene selbstnachstel,ende Ventil-.

„_ s ößel arbeitet folgendermaßen: Der Stößel wird, wie in 35

Fig. 1 dargestellt, in eine zylindrische Bohrung des . Zylinderkopfs 24 eingesetzt, so daß er mit der Erhebung an der Unterseite des Zylinders 32 auf dem Ventilschaft aufsetzt. Anschließend wird dann die Nockenwelle 14 ober-

halb des Ventilstößels angebracht.

Die Ventilstößel können in trockenem oder in gefülltem Zustand eingebaut werden. Beim Einbau im trockenen Zustand werden sie nach dem Anlassen des Motors sehr schnell mit Schmieröl gefüllt, wie im folgenden beschrieben.

Beim Einbau des Ventilstößels im gefüllten Zustand berührt er mit seiner Oberseite 16 gerade eben den Grundkreis 28 des "Nockens 14, sofern sich das zugeordnete Ventil 21 dabei in Anlage an seinem Sitz 23 befindet. Dabei befindet sich das obere Ende des Ventilschafts 12 dann eben gerade in Anlage an der Erhebung 40 des Zylinders 32. In diesem Zustand ist dann also keinerlei Spiel zwischen dem Stößel einerseits und/oder dem Nocken 14- oder dem Ventil 21 andererseits vorhanden.

Falls dagegen die Druckkammer 30 beim Einbau des Stößels eine zu große Ölfüllung enthält, drückt die Erhebung 40 an der" Unterseite des Zylinders 32 das Ventil 21 nieder, so daß es von seinem Sitz 23 abhebt. Dabei übt dann die Ventilfeder 26 über den Ventilschaft 12 einen aufwärts gerichteten Druck auf den Zylinder 32 aus, während sich der Stößelkopf mit seiner Oberseite 16 an dem nicht nachgebenden Hocken 14 abstützt. Die Ventilkugel 44 verhindert den Rückfluß des in der Druckkammer 30 enthaltenen Öls in die Druckmittelkammer 38b, so daß sich der Ventilstößel insgesamt nicht in Axialrichtung zusammendrücken, d.h. verkürzen läßt.

Eine gewisse Menge des in der Druckkammer 30 eingeschlossenen Öls kann jedoch langsam durch den schmalen Spalt zwischen dem Zylinder 32 und dem Kolben 34 entweichen, so daß sich der Ventilstößel langsam verkürzt, bis das Ventil 21 in Anlage an seinem Sitz 23 kommt. Damit ist dann die den Ventilstößel beaufschlagende Kraft der Ventilfeder aufgehoben, so daß kein weiteres öl mehr aus der Druckkammer 30 entweicht. Damit ist der Stößel nun richtig und

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selbsttätig eingestellt. Die Oberseite 16 des Stößels befindet sich in Anlage am Grundkreis 28 des Nockens 14, und das obere Ende des Ventilschafts 12 liegt an der Erhebung 40 an der Unterseite des Zylinders 32 an.

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Ist der Ventilstößel dagegen beim Einbau mit einer zu kleinen ölmenge gefüllt, so kommt er mit seiner Oberöeite 16 nicht in Anlage am Hocken, während er unten auf dem Ventil aufsetzt.

In diesem Falle verschiebt die größere Feder 50 den Kolben 34 und über diesen den Stößelkopf 52 aufwärts, bis er in Anlage am Nocken kommt. Dabei verringert sich der Druck in der Druckkammer gegenüber dem in der Druckmittelkammer herrschenden, so daß die Ventilkugel 44 unter Überwindung der von der Feder 44 ausgeübten Belastung vom Durchlaß 42 abhebt, um den Zustrom von Öl aus der Druckmittelkammer in die Druckkammer, freizugeben. Sobald die Oberseite 16 des Stößelkopfs in Anlage am Nocken 14 kommt, hört die Längung der Zylinder-Kolbenanordnung 32-34 auf, da die Feder 50 nicht stark genug ist, um die Kraft der Ventilfeder 26 zu überwinden und das Ventil 21 von seinem Sitz 23 zu heben.

In der beschriebenen Weise stellt der Ventilstößel das gegebenenfalls im Ventiltrieb vorhandene Spiel selbsttätig nach, ohne dabei das korrekte Schließen des Ventils zu behindern. Im Betrieb des Motors ist die Wirkungsweise des selbstnachstellenden Ventilstößels im wesentlichen die

gleiche wie vorstehend anhand des Einbaus erläutert. 30

Um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motors zu gewährleisten, muß der Ventilstößel in der Lage sein, die exzentrische Drehbewegung des Nockens auf das jeweilige entil zu übertragen, so daß dieses öffnet. Zu diesem Zweck muß der Stößel seine axiale Länge beibehalten, d.h. er darf sich in Axialrichtung nicht zusammendrücken lassen, da sonst das Ventil vorzeitig schließen und damit die Durchströmung des jeweiligen Ein- oder Auslasses behindern würde.

Aufgrund des vorstehend beschriebenen Entweichens des Druckmittels durch den Spalt 36 ist jedoch eine gewisse Verkürzung, d.h. ein Zusammendrücken des Ventilstößels möglich. Daraus ergibt sich jedoch keine Beeinträchtigung, da eine nennenswerte Verkürzung die Ausübung eines beträcht-■ liehen Drucks über eine Zeitspanne von mehreren Sekunden erfordert'. So bewirkt etwa ein über eine Zeitspanne von 5 bis 25 see ausgeübter Druck von ca. 22 kp eine axiale Verkürzung des Stößels von nur etwa 1,27 mm. Im normalen Betrieb des Motors ist das Ventil jedoch jeweils nur über eine Zeitspanne von weniger als 1/10 see geöffnet. Ein über eine derart kurze Zeitspanne ausgeübter Druck bewirkt jedoch nur eine kaum nennenswerte Verkürzung des Stößels. Demgegenüber ermöglicht der relativ große Durchmesser des Durchlasses 42 eine sehr schnelle Längung des ^entilstößels, so daß eine axiale Verkürzung äußerst schnell wieder ausgeglichen werden kann. Dadurch können sich Druckmittelverluste aus der Druckkammer nicht kumulativ auswirken, vielmehr wird jeglicher Verlust unmittelbar nach dem Schließen des zugeordneten Ventils sofort ausgeglichen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern erlaubt due verschiedensten Abwandlungen desselben im Rahmen der Ansprüche.

Leerseite

Claims

P at entan sprüche

1.J Selbstnachstellender hydraulischer Ventilstößel mit einer zylindrischen hydraulischen Druckkammer, einem an einem. Ende der Druckkammer angeordneten, den Zutritt eines Druckmittels zur Druckkammer von einem benachbarten Behäl-

30 ter freigebenden ersten Rückschlagventil, einem zylindrischen Druckmittelbehälter und einem zwischen der Außenseite des Stößels und dem Druckmittelbehälter verlaufenden, vom Motoröl durchströmbaren Durchlaß, gekennzeichnet durch ein den Zutritt des Druckmittels

35 zum Behälter (38a, b) freigebendes und den Rückfluß des Druckmittels aus dem Behälter durch den Durchlaß sperrendes zweites Rückschlagventil (8A-).

"" * '■ ■ -' ^:- 3T50083

2. Ventilstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rückschlagventil ein flexibles Absperrglied (84) aus gümmiartigem Material aufweist.
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3. Ventilstößel nach Anspruch 2, dadurch g e k e n,n zeichnet, daß das flexible Absperrglied eine ringförmige Manschette (84) ist, deren Durchmesser etwa gleich dem Durchmesser des Druckmittelbehälters (38a) an der Einmündung des Durchlasses (78) oder etwas größer als dieser ist und daß das flexible Absperrglied im Bereich der Einmündung des Durchlasses in Anlage an der ¥and des Druckmittelbehälters belastet ist, so daß es durch über den Durchlaß auf es einwirkenden Druck für den Zutritt des Druckmittels zum Behälter verformbar und durch vom Druckmittelbehälter auf es einwirkenden Druck zum Sperren des Rückflusses des Druckmittels aus dem Behälter an dessen Wand in Anlage gehalten ist. .

4. Selbstnachstellender hydraulischer Ventilstößel, gekennzeichnet durch einen ein offenes und ein geschlossenes Ende aufweisenden Zylinder (32} durch einen axialverschieblich im Zylinder geführten, mit einem Endstück aus dem offenen Ende desselben hervorstehenden und in seinem mittleren Bereich eine den kreisförmigen Innenquerschnitt verschließende, von einem ersten Durchlaß (42) durchsetzte Trennwand aufweisenden Kolben (34), durch eine zwischen dem geschlossenen Ende des Zylinders und der Trennwand des Kolbens begrenzte Druckkammer (30), durch

ein in Wirkbeziehung zum ersten Durchlaß in der Druckkammer angeordnetes, den Austritt eines Drucmittels aus der Druckkammer sperrendes Rückschlagventil (44 - 50) und durch einen becherförmigen Stößelkopf (52), in welchem die Zylinder-Kolbenanordnung axialverschieblich gehalten ist.

5. Ventilstößel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß verschieden lange Zylinder-Kolbenanordnungen gleichen Durchmessers in den Stößelkopf einsetzbar sind. .. . .