DE3150083C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstnachstellenden, hydraulischen Ventilstößel, der im Oberbegriff des Patentanspruches erläuterten Art.

Ein derartiger Ventilstößel ist aus der DE-OS 18 08 000 bekannt. Beim bekannten Ventilstößel befindet sich der Durchlaß für die Hydraulikflüssigkeit zum Betätigen der Spielausgleichseinrichtung knapp oberhalb des Abstandsteiles, das die untere Führung für den Zylinder des Ausgleichselementes bildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es nicht zu vermeiden, daß die Hydraulikflüssigkeit während eines Motorstillstandes durch den Durchlaß aus dem Vorratsraum ausläuft, so daß die zum Nachstellen des Ventils notwendige Menge an Hydraulikflüssigkeit erst dann vorhanden ist, wenn sich ein für die Speisung des Ventilstößels ausreichender Hydraulikdruck aufgebaut hat. Das kann insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen dazu führen, daß das notwendige Nachstellen der Ventilstößel mit beträchtlicher Verzögerung nach dem Anlassen des Motors erfolgt.

Die DE-AS 10 93 140 beschreibt einen selbstnachstellenden hydraulischen Ventilstößel, der jedoch keine Vorratskammer aufweist. Bei diesem Ventilstößel füllt die Druckkammer das gesamte Innere des Zylinders aus, wobei dieser direkt in der Deckwand des Stößelkopfes geführt ist. Zwischen dem Zylinder und dem Stößelkopf ist ein Sickerspalt ausgebildet, durch den das bei jedem Ventilhub ausgepreßte Öl austreten kann. Der Durchlaß mündet in das obere Ende des Sickerspaltes, wobei an dieser Stelle eine Erweiterung vorgesehen ist. Das die Druckkammer abschließende Rückschlagventil ist in Form einer topfförmigen Manschette aus elastischem Material ausgebildet und erstreckt sich von oben her über den Durchlaß in die Erweiterung. Bei Motorstillstand wird die Druckkammer auch dieses Ventilstößels zumindest bis Oberkante Zylinder leerlaufen, und zwar unabhängig davon, ob der Durchlaß durch das Rückschlagventil verschlossen oder offen ist. Darüber hinaus verbraucht der bekannte Ventilstößel relativ viel Öl, das durch den relativ großen Sickerspalt nach unten sickert und sich am Ventilschaft bzw. am Ventil selbst festsetzen kann. Dies ist insbesondere bei modernen Hochleistungsmotoren wegen der Gefahr von Verkrustungen und Verschmutzungen unerwünscht. Darüber hinaus steht kein Vorratsraum zur Verfügung, der eventuelle Unregelmäßigkeiten im Schmierkreislauf ausgleichen könnte.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen selbstnachstellenden, hydraulischen Ventilstößel bereitzustellen, der ein Auslaufen der Hydraulikflüssigkeit verhindert und der für moderne, klein bauende Motoren geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des zweiten Rückschlagventiles wird der Vorratsraum auch bei Motorstillstand sicher gegen ein Auslaufen der Hydraulikflüssigkeit geschützt. Es steht deshalb sofort beim Anlassen des Motores genügend Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Öl, zur Verfügung, um ein eventuelles Spiel gleich zu Beginn des Motorbetriebs nachzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen, selbstnachstellenden Ventilstößels.

Für die Verwendung in modernen, klein bauenden Motoren mit obenliegender Nockenwelle werden Ventilstößel mit erheb­ lich verkleinerten axialen Abmessungen benötigt. Die Anordnung derartiger Ventilstößel in einem Ventiltrieb 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 obenliegenden 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 Kolben 34 eine Druckkammer 30 geformt. Der Außendurchmesser des Kolbens 34 ist so auf den Innendurchmesser des Zylinders 32 abge­ stimmt, daß zwischen den beiden Teilen ein enger Spalt 36 vorhanden ist, durch welchen hindurch eine äußerst kleine Menge eines in der Druckkammer 30 enthaltenen Druckmittels, z. B. Öl, in einen Vorratsraum 38a entweichen kann, wenn die Kolben-Zylinderanordnung 34/32 durch einen Axial­ druck beaufschlagt wird.

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 Auf­ nahme eines geschlitzten Federrings 58, welcher die Ab­ wärtsbewegung des Zylinders 32 begrenzt und damit die Teile des fertig montierten Ventilstößels zusammenhält. Die Tiefe der Ringnut 56 ist so bemessen, daß der Feder­ ring 58 vollständig darin versenkbar ist, um das Einsetzen des Zylinders 32 in den Ventilstößel zu erleichtern.

Eine im mittleren Bereich des Kolbens 34 geformte Trenn­ wand ist mittig von einem Durchlaß 42 durchsetzt, welcher die Druckkammer 30 mit einem darüber liegenden Vorratsraum 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 Durch­ lasses 42. Die Ventilfassung 46 weist mehrere Öffnungen auf, durch welche hindurch das Druckmittel vom Vorratsraum 38b in die Druckkammer 30 strömen kann. Eine zweite, grö­ ßere Schraubenfeder 50 hält die Ventilfassung 46 in fester Anlage an der Trennwand des Kolbens 34.

Eine weitere und wichtigere Aufgabe der zweiten Schrauben­ feder 50 besteht darin, den Zylinder 32 und den Kolben 34 in Axialrichtung voneinander weg zu belasten. Auf diese Weise werden der Zylinder 32 und der sich an der Innen­ seite 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 Vorratsraum 38a zum inne­ ren Vorratsraum 38b.

Der Zylinder 32, der Kolben 34, die Schraubenfeder 50 und das Rückschlagventil 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 unterschied­ licher Länge in einen gegebenen Ventilstößel eingesetzt werden, um dessen wirksame Länge den Erfordernissen ver­ schiedener Motoren anzupassen.

Die Zylinder-Kolbenanordnung sitzt in einem als Traghülse 60 ausgebildeten Abstandsteil, welches einen über den äußeren Umfang hervorstehenden Flansch 62 hat. Dieser findet Aufnahme in einer Ausfrä­ sung 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 32 bis zur Anlage des Kolbens 34 an der Innenseite des Stößel­ kopfs 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 Vorratsraum 38a vorhandenen Öls geschmiert, sie ist dabei jedoch eng genug, daß ein größerer Ölverlust an dieser Stelle vermieden ist. In gleicher Weise sind auch Öl­ verluste um den Flansch 62 herum vermieden.

Bei dem Stößelkopf 52 handelt es sich um ein oben geschlos­ senes und unten offenes becherförmiges Teil, 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 Stößelkopf 52 eine V-förmige 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 Vorratsraum 38a strömungsverbunden.

Zwischen der Traghülse 60 und dem Stößelkopf 52 ist eine als Rückschlagventil ausgebildete Dichtung 84 angeordnet. Die Dichtung 84 ist eine ringförmige Manschette aus flexiblem, gummiartigem Material, hat einen L-förmigen Querschnitt, 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 Stößel­ kopfs 52 kommt. Die Berührungsstelle liegt dabei um ein beträchtliches Stück unterhalb der Einmündung des Durch­ lasses 78 in den Vorratsraum 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 Vorratsraum 38a in den Durchlaß 78. Der im Vorratsraum 38a auftretende 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 92 von der Innenwand abhebt und den Zutritt des Öls zum Vorratsraum 38a freigibt.

Der vorstehend beschriebene selbstnachstellende Ventil­ stößel arbeitet folgendermaßen: Der Stößel wird, wie in Fig. 1 dargestellt, in eine zylindrische Bohrung des Zylinderkopfs 24 eingesetzt, so daß er mit der Erhebung 40 an der Unterseite des Zylinders 32 auf dem Ventilschaft 12 aufsitzt. 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 nach­ gebenden Nocken 14 abstützt. Die Ventilkugel 44 verhindert den Rückfluß des in der Druckkammer 30 enthaltenen Öls in den Vorratsraum 38b, so daß sich der Ventilstößel insgesamt nicht in Axialrichtung zusammendrücken, d. h. ver­ kürzen läßt.

Eine gewisse Menge des in der Druckkammer 30 eingeschlos­ senen Öls kann jedoch langsam durch den schmalen Spalt 36 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 26 aufgehoben, so daß kein weiteres Öl mehr aus der Druck­ kammer 30 entweicht. Damit ist der Stößel nun richtig und 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.

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

In diesem Falle verschiebt die größere Feder 50 den Kol­ ben 34 und über diesen den Stößelkopf 52 aufwärts, bis er in Anlage am Nocken kommt. Dabei verringert sich der Druck in der Druckkammer 30 gegenüber dem im Vorratsbehälter 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 dem Vorratsraum 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.

Um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motors zu gewährleisten, muß der Ventilstößel in der Lage sein, die exzentrische Drehbewegung des Nockens auf das jeweilige Ventil zu über­ tragen, 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 lichen Drucks über eine Zeitspanne von mehreren Sekunden erfordert. So bewirkt etwa ein über eine Zeitspanne von 5 bis 25 sec 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 sec 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 Ventil­ stößels, 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 ausge­ glichen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern erlaubt die verschiedensten Abwandlungen desselben im Rahmen der Ansprüche.

Claims (1)

1. Selbstnachstellender, hydraulischer Ventilstößel, mit einem tassenförmigen Stößelkopf, einem darin angeordneten Zylinder, einem im Zylinder angeordneten und mit ihm eine Druckkammer begrenzenden Kolben, einem mit der Druckkammer über ein Rückschlagventil in Verbindung stehenden Vorratsraum und einem in den Vorratsraum mündenden, mit einem Hydraulikkreislauf in Verbindung stehenden Durchlaß durch den Stößelkopf, wobei der Zylinder mit Hilfe eines Abstandsteiles im Stößelkopf gehalten ist und der Vorratsraum durch das Abstandsteil, den Stößelkopf und den Zylinder begrenzt ist, gekennzeichnet durch ein den Zutritt des Hydraulikmittels über den Vorratsraum (38a) freigebendes und den Rückfluß des Hydraulikmittels aus dem Vorratsraum (38a) sperrendes, zweites Rückschlagventil (84), das eine aus flexiblem Material bestehende, als ringförmige Manschette ausgebildete Dichtung mit im wesentlichen L-förmigem Querschnitt aufweist, die auf dem Abstandsteil (60) aufsitzt, wobei der Durchmesser der Manschette etwa gleich oder etwas größer als der Innendurchmesser des Vorratsraumes (38a) an der Einmündung des Durchlasses (78) ist, und wobei die Manschette im Bereich der Einmündung des Durchlasses (78) in Anlage an der Wand des Vorratsraumes (38a) belastet ist.