DE3151953C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckgesteuerten, ausfahrbaren hydraulischen Stößel zur Verwendung in einem Verbrennungs­ motor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Stößel ist aus der EP 17 413 A1 bekannt. Bei derar­ tigen Stößeln läßt sich die wirksame Kraftübertragungs­ strecke zwischen Nockenwelle und einem eine Einspritz­ düse schließenden und öffnenden Tauchkolben verkürzen, um eine frühzeitige Einspritzung des Kraftstoffs in den betreffenden Zylinder zu erreichen. In seiner unwirksamen Stellung bewirkt der Mechanismus, daß die Kolbeneinrichtung direkt (mechanisch) den Tauchkolben beaufschlagt. In seiner wirksamen Betriebsstellung wird der Tauchkolben frühzeitig von der Kolbeneinrichtung dadurch bewegt, daß die Kolben­ einrichtung durch das in der Kammer enthaltene, nicht kom­ primierbare Strömungsmittel gleichsam verlängert wird. Am Ende eines solches Bewegungshubs muß der Druck in der Kammer entlastet werden. Hierzu dient die Auslaß-Ventil­ einrichtung.

Bei der bekannten Auslaß-Ventileinrichtung nach der EP 17 713 A1 sitzt die Ventilkugel auf einem Ventilsitz, der sich ein kleines Stück in Bewegungsrichtung der Kugel ver­ breitert. Wenn die Kugel von dem Ventilsitz abhebt, kann das Strömungsmittel praktisch ungedrosselt aus der Kammer abströmen. Die Vorspannvorrichtung für die Auslaß-Ventil­ einrichtung besteht aus einer die Ventilkugel in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagenden Feder. Diese Feder ist sehr stark ausgebildet, damit der Druck in der Kammer rela­ tiv lange aufrechterhalten bleibt, ohne daß das Auslaß­ ventil öffnet. Dementsprechend wird nach der Druckabnahme in der Kammer die Ventilkugel mit großer Kraft wieder auf den Ventilsitz gedrückt. Hierdurch wird die Ventileinrich­ tung sehr stark belastet, so daß sich die Lebensdauer der Anordnung verkürzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stößel der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ohne Einschränkung der Funktionsweise des Stößels eine längere Lebensdauer gewährleistet wird, indem die auf die Auslaß-Ventileinrichtung einwirkenden mechani­ schen Belastungen verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Im Betrieb beschränkt der Ringspalt zwischen Kugel und Bohrung das Ausströmen des Strömungsmittels aus der Kammer, wenn das Ventil öffnet. Außerdem beschränkt der als Drossel wirkende Ringspalt die Geschwindigkeit der Ventilkugel, mit der sich diese auf den Ventilsitz zubewegt. Bei der bekannten Anordnung nach der EP 17 413 kann das bei der Schließbewegung der Ventilkugel verdrängte Strömungsmit­ tel seitlich praktisch ungehemmt entweichen. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion nicht möglich. Die er­ findungsgemäße Anordnung wirkt gleichsam als Stoßdämpfer, so daß die Kugel sich sanft an den Ventilsitz anlegt. Eine Beschädigung der Auslaß-Ventileinrichtung wird dadurch sicher vermieden.

Zwar ist es aus der DE-AS 11 60 693 bei einer Vorrichtung zum Zumessen einer Schmiermittelmenge für die Ventilsteue­ rung von Brennkraftmaschinen bereite bekannt, abstromseitig eines Kugelventils eine Bohrung vorzusehen, deren Durchmes­ ser etwas größer ist als der Durchmesser des Kugelventils, so daß bei gegebenem Schmiermitteldruck und gegebener Öffnungszeit des Ventils eine vorgegebene Menge Schmier­ mittel durch das Ventil hindurchgelangt, jedoch ergibt sich bei der bekannten Anordnung nicht die Problematik, daß die Ventilkugel aufgrund der extrem hohen Vorspannkraft mit sehr hoher Geschwindigkeit auf den Ventilsitz schlägt, so daß bei der bekannten Anordnung demzufolge auch nicht eine Dämpfungseinrichtung benötigt wird.

Aus der US-PS 31 76 669 ist ein hydraulischer Stößel als Ventilheber für einen Motor bekannt, bei dem zur Vermei­ dung des Lufteinschlusses innerhalb des Stößels eine Lüf­ tungsbohrung vorgesehen ist, die von einem Kugelventil ver­ schlossen wird, um ein übermäßiges Austreten von Hydraulik­ öl durch die Bohrung zu vermeiden. Das Ventil schafft eine begrenzte Ventilöffnung zum Zwecke der Entlüftung dadurch, daß für die Ventilkugel ein Anschlagelement vorgesehen ist, welches den Bewegungshub der Kugel beschränkt. Dieses Ven­ til hat also eine andere Aufgabe als die erfindungsgemäße Auslaß-Ventileinrichtung. Auch wird hier keine Dämpfung der Bewegung der Ventilkugel angestrebt.

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

Fig. 1 eine schematische Teildarstellung eines Zylinders eines Dieselmotors, und zwar teilweise im Ver­ tikalschnitt gezeigt, unter Verwendung einer Aus­ führungsform des Stößels,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Vertikalschnitts des Stößels der Fig. 1 in eingefahrenem Zustand, und

Fig. 3 und 4 jeweils eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts durch den Stößel der Fig. 2.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; ein Dieselmotor E umfaßt einen Zylinderblock 1 mit einem Kolben 2, der hin- und herbeweglich innerhalb einer Zylinderbüchse 3 angeordnet ist, welche in eine Zylinderbohrung B im Block eingepaßt ist. Ein Pleuel 4 verbindet den Kol­ ben 2 mit einer Kurbelwelle 5, welche drehbar im Block ange­ bracht ist. Die Anzahl von Bohrungen B, die im Block ausge­ bildet sind, hängt ab von den betrieblichen Anforderungen.

Ein Zylinderkopf 10, der über dem Block 1 angeordnet und starr an diesem befestigt ist, wirkt mit der Zylinder­ büchse 3 und dem Kolben 2 zusammen, um eine Verdichtungs­ kammer 11 zu bilden. Eine Treibstoffeinspritzdüse 12 ist im Kopf angebracht und ist mit ihrer Spitze 13 im obersten Abschnitt der Kammer 11 angeordnet.

Treibstoff wird der Einspritzdüse 12 von einer Quelle 14 mittels einer Treibstoff­ pumpe 15 durch eine Treibstoffleitung 16 zugeführt. Der Treibstoff tritt in die Einspritzdüse 12 ein und wird dosiert in einen Sack 17 eingeleitet, der in oder nahe der Spitze 13 der Einspritz­ düse angeordnet ist. Ein hin- und herbeweglicher Tauchkolben 18 im Inneren der Einspritzdüse erstreckt sich über deren Länge und ragt mit einer Spitze 19, in den Sack 17.

Eine Nockenwelle 22, welche eine ausgewählte Anzahl exzen­ trischer Vorsprünge 23 aufweist ist drehbarinnerhalb des Blocks angebracht und mit der Kurbelwelle 5 durch eine Antriebsein­ richtung 24 gekoppelt, um eine feste zeitliche Zuordnung aufrechtzuerhalten, welche die Bewegung von einem Kurvenfühler 25, der mit dem Umfang des Vorsprungs in Eingriff steht, mit jener des Kolbens 2 koordiniert. Die Einrichtung zum Herstellen der zeitli­ chen Zuordnung können Zahnräder, eine Kette oder dergl. sein.

Der Kurvenfühler 25 ist starr mit einer Schubstange 26 ver­ bunden und bewegt sich hiermit als eine Einheit. Ein 27 ist an einer Welle 28 angebracht, welche nahe dem oberen Ende der Stange 26 angebracht ist. Ein erstes Ende 27A des Kipphebels 27 ist mit der Schubstange 26 ver­ bunden, und ein zweites Ende 27B des Kipphebels, welches an der gegenüberliegenden Seite der Welle 28 angeordnet ist, steht in Berührung mit dem einen Ende eines Schwenkarm- Verbindungsteils 31. Das Verbindungsteil steht mit dem hy­ draulischen Stößel 30 in Eingriff, welcher seinerseits mit dem obersten Ende des Tauchkolbens 18 der Einspritz­ düse in Berührung steht.

Ein hydraulisches Strömungsmittel wird dem Stößel von einer Quelle 32 mittels einer Pumpe 33 durch eine Strömungsmittelleitung 34 zugeführt. Innerhalb der Leitung 34 ist ein Ventil 34A angeordnet. Das Strömungs­ mittel füllt nach seinem Eintritt in den Stößel eine innere Kammer 35, die hierin ausgebildet ist, und bewirkt die Expansion oder Verkleinerung einer Kolbenanordnung, welche innerhalb der Stößelkammer angeordnet ist. Der Stößel wird nachfolgend noch detaillierter beschrieben. Die Relativ­ bewegung der verschiedenartigen Komponenten der Kolbenan­ ordnung verlängert oder verkürzt die kraftübertragende Strecke (beispielsweise Fühler 25, Stange 26, Kipphebel 27, Verbindungsteil 31 und Stößel 30) zwischen der Nocken­ welle 22 und der Einspritzdüse 12, wobei das Nockenwellen­ profil und die Zeitsteuerung der Einspritzdüse geändert werden. Der Stößel kann an irgendeiner bequemen Stelle innerhalb der Kraftübertragungsstrecke angeordnet sein.

Wenn die Kolbenanordnung in zurückgezogener Stellung ar­ beitet, bleibt die Länge der Kraftübertragungsstrecke und dementsprechend auch das Profil der Nockenwelle unver­ ändert. Insbesondere drehen sich die Kurbelwelle 5 und die Nockenwelle 22 in festgelegter, zeitlicher Zuordnung zur Hin- und Herbewegung des Kolbens 2. Wenn sich die Kraft­ übertragungsstrecke in einem unbelasteten Zustand befindet, wie dargestellt (d. h., der Kurbelwellen-Kurventaster 25 ist nicht vom Kurbelwellenvorsprung 23 angehoben), ist auch der Tauchkolben 18 der Einspritzdüse bezüglich der Spitze 13 angehoben oder zurückgefahren. Während dieser Zeit wird eine Treibstoffdosis 14 an die Einspritzdüse mit einer bestimmten Menge abgegeben, welche sich im Sack 17 der Einspritzdüse sammelt. Die fortgesetzte Drehung des Nockenwellenvorsprungs 23 veranläßt die Kraftübertragungs­ strecke, die Kolbenanordnung niederzudrücken, welche als ein massives Verbindungsstück wirksam ist, und drückt auch den Tauchkolben 18 der Einspritzdüse zurück. Wenn der Tauchkolben niedergedrückt ist, dann bewegt sich sein an­ gespitztes Ende 19 in den Sack 17 und stößt hieraus unter hohem Druck (näherungsweise 207 bar) den ab­ gemessenen Treibstoff in den Verbrennungsraum 11. Der Kol­ ben wird in seiner niedergedrückten Position für eine be­ stimmte Dauer und unter einem vorgegebenen Druck gehalten, in Abhängigkeit von der Ausbildung des Nockenwellenvor­ sprungs 23.

Wenn es erwünscht ist, den Einspritzzeitpunkt nach vorne zu verlegen, wird die Kolbenanordnung des Stößels hydraulisch ausgefahren, um die oben erwähnte Kraftüber­ tragungsstrecke zu verlängern, wobei selektiv das Kurbel­ wellenprofil geändert wird. Beim Betrieb, der mit der ent­ lasteten Stellung der Kraftübertragungsstrecke beginnt, wird hydraulisches Stömungsmittel aus der Quelle 32 abge­ messen und in die Stößelkammer 35 eingeleitet, was die Kol­ benanordnung veranlaßt, in axialer Richtung auszufahren. Wie bereits früher vermerkt, drückt die fortgesetzte Drehung des Nockenwellenvorsprungs 23 den Tauchkolben 18 der Ein­ spritzdüse nach unten, und infolge der ausgefahrenen Kolben­ anordnung ist die Kraftübertragungsstrecke verlängert, was den Tauchkolben 18 der Einspritzdüse veranlaßt, eine über­ mäßige Bewegungsstrecke und übermäßigen Druck zu erfahren. So lange die Kolbenanordnung des Stößels sich nicht in ihre entlastete Position nach dem Einspritzen des Treibstoffes und nach dem Aufsitzen der Tauchkolbenspitze im Treibstoff­ sack zurückbewegt, wird die übermäßige Bewegungsstrecke und der übermäßige Druck danach trachten, den Treibstoff­ sack 17 zu sprengen und die Einspritzdüse 12 zu zerstören. Es ist ferner wesentlich, das der Kolben in seiner nieder­ gedrückten Position relativ zur Spitze 13 für eine be­ stimmte Dauer und unter einem bestimmten Druck gehalten wird, da sonst der Tauchkolben vorzeitig zurückfährt, was es entweder Verbrennungsgas gestattet, in den Treibstoff­ sack 17 hinein zu entweichen, oder es dem Treibstoff ge­ stattet, in den Verbrennungsraum nach dem Einspritzvorgang nachzutropfen, statt abrupt unterbrochen zu werden.

Die Erfindung löst diese Probleme dadurch, daß das unter Druck stehende, hydraulische Strömungsmittel aus der Stößelkammer 35 in Abhängigkeit von dem Druck abgegeben wird, der innerhalb der Kammer durch die fortgesetzte Kompression der Kolbenanordnung durch die Nockenwellen- Kraftübertragungsstrecke erzeugt wird. Das Abgeben des Strömungsmittels veranlaßt die Stößel-Kolbenanordnung, sich zusammenzuziehen, aber doch einen verhältnismäßig gleichmäßigen, bestimmten Druck beizubehalten und gegen den Tauchkolben der Einspritzdüse aufzubringen, wie dies für den optimalen Betrieb eines Dieselmotors gewünscht ist. Bei ordnungsgemäßer Auslegung werden die Drücke infolge der Nockenwellendrehung die Stößel-Kolbenanordnungen zu­ sammendrücken, was es diesen gestattet, in ihren entlasteten oder eingefahrenen Zustand während eines jeden Zyklus zu­ rückzukehren. Somit kann ein Betrieb bei verfrühter oder verspäteter Betriebsart für jeden Zyklus ausgewählt werden.

Der Betrieb des Stößels ist im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 erörtert; der Stößel umfaßt ein Gehäuse 42, das in sich eine zylindrische Längs­ bohrung 43 oder eine kolbenaufnehmende Einrichtung aufweist. Eine mit einer hydraulischen Stömungsmittelleitung 34 ver­ bunde Bohrung 44 ist im Gehäuse ausgebildet und steht mit einer Ringnut 45 in Verbindung, welche in der eine Oberfläche be­ grenzenden Bohrung 43 vorgesehen ist. Das hydraulische Strömungsmittel, das in die Bohrung 44 eintritt, kann Maschi­ nenöl sein, das bei herkömmlichen Drücken umgepumpt wird. Das Stößelgehäuse 42 kann mit einem Zylinderkopf oder einem Einspritzdüsenadapter (nicht gezeigt) verbunden sein und ist in tyischer Weise zwischen dem Verbindungsstück 31 und einem zweiten Verbindungsstück 18 angeordnet (bei­ spielsweise einem Tauchkolben für Einspritzdüse), oder an einem anderen, von der Nockenwelle betätigten Mechanis­ mus (nicht gezeigt).

Ein erster Kolben 50 der Kolbenanordnung ist in der Bohrung 53 zur koaxiälen Hin- und Herbewegung angeordnet und bildet mit ihr eine dichte hydraulische Abdichtung.

Der Kolben 50 bewegt sich innerhalb der Bohrung hin und her und weist einen allgemein H-förmigen Axialquer­ schnitt auf. Sein oberer Abschnitt 50A ist mit einer zylindrischen Kolbenführung 51 versehen, der zur Bohrung 43 des Gehäuses 42 koaxial ist. Eine Anzahl mit Winkelabstand angeordneten Öffnungen 52 ist im oberen Abschnitt 50A aus­ gebildet und ermöglicht es dem hydraulischen Strömungs­ mittel, aus der Bohrung 44 zur Oberfläche zu strömen. Die axiale Anordnung dieser Öffnungen 52 am oberen Abschnitt 50A ist frei wählbar vorausgesetzt, daß man nicht in unnötiger Weise die Strö­ mungsmittelströmung abdrosselt, wenn sich der erste Kolben 50 innerhalb der Bohrung 43 hin- und herbewegt.

Der untere Abschnitt 50B des Kolbens 50 begrenzt einen unteren Hohlraum 53, der allgemein zylindrisch und koaxial zur Bohrung 43 ausgebildet ist. Ein oder mehrere Kanäle 54 entlüften den Hohlraum 53 nach außen. Ein mittle­ rer Abschnitt 50C des Kolbens 50 trennt die Hohlräume 51, 53 und bildet den Boden der Innenkammer 35. Der mittlere Ab­ schnitt 50C ist mit einer Auslaßöffnung versehen, deren unteres Ende angesenkt bzw. aufgebohrt ist, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.

Ein zweiter Kolben 60 der Kolbenanordnung bewegt sich in der Kolben­ führung 51 des Kolbens 50 hin und her und bildet mit ihm eine dichte, hydraulische Abdichtung. Ein Ende 60A des Kolbens 60 weist eine konkave Ausbildung auf und nimmt entfernbar das Ende des Verbindungsteils 31 auf, welches einen Teil der Nockenwellen-Kraftübertragungsstrecke bildet. Das gegenüber­ liegende oder untere Ende des Kolbens 60 bildet eine Schürze 60B, welche die untere Oberfläche der Kammer 35 begrenzt. Wie vorher schon vermerkt, ist die untere Oberfläche der Kammer 35 vom Mittelabschnitt 50C begrenzt. Eine Ringnut 63 ist in der Außenseite des zweiten Kolbens 60 mitten zwischen dem Ende 60A und der Schürze 60B ausgebildet. Die Nut 63 steht mit der Kammer 35 über mehrere Innenkanäle 64 in Ver­ bindung. Die Innenenden der Kanäle 64 enden an einem Ventil 70, das am oberen Ende der Kammer 35 angeordnet ist.

Eine pumpende Spiralfeder 65 ist in der Kammer 35 zwischen dem ersten und zweiten Kol­ ben 50, 60 angeordnet und drückt diese auseinander, um die Berührung zwischen diesen und dem Verbindungsteil 31 bzw. dem Tauchkolben 18 aufrechtzuerhalten. Die Bewegung des Kolbens 60 in der Kolbenführung 51 ist an der Oberseite durch einen Sprengring 67 begrenzt, der in die Kolbenführung 51 hineinragt und in einer Nut 68 sitzt, die in der Wand der Kolbenführung ausgebildet ist. Die Bewegung des Kolbens 60 nach unten ist dadurch begrenzt, daß die Schürze 60B in Eingriff mit einer Ringschulter 69 tritt, welche nahe dem Boden der Kolbenführung 51 angeordnet ist, jedoch mit Axialabstand von diesem getrennt ist. Die Ausbildung des Halterings 67 und seine Anbringungsstelle kann gegenüber der Darstellung abgeändert werden, vorausgesetzt, daß die Bewegung des Kolbens 60 bezüglich dem Kolben 50 nicht die Zu­ fuhr von hydraulischem Strömungsmittel aus den Öffnungen 52 durch die Nut 63 abdrosselt. Die Bewegung des Kolbens 50 in der Gehäusebohrung 43 kann in ähnlicher Weise begrenzt sein.

Das Einlaßventil 70, das zwischen Kammer 35 und Strömungs­ förderleitung 34 zwischengeschaltet ist, ist im Inneren des Kolbens 60 angeordnet und umfaßt eine Kugel 71 und einen dazu passenden Sitz 72, obwohl auch viele Abwandlun­ gen geeignet sind. Eine Einlaßfeder 73, wie eine Spiral- Druckfeder, und eine Federführung 74 sind unter der Kugel 71 angeordnet und wirken dabei zusammen, diese in Richtung zu ihrer geschlossenen Stellung in Anlage gegen den Sitz 72 anzustellen, wobei sie die inneren Enden 64 versperrt. Das Einlaßventil bleibt infolge der Feder 73 verschlossen, so lange nicht der Druck des hydraulischen Strömungsmittels, das in die Öffnung 52 eintritt, über einer bestimmten Höhe liegt und sich die Antriebsstrecke in ihrem unbelasteten Zustand befindet. Öffnungen 75 in der Federführung 74 stellen die freie Strömungsmittelströmung aus dem offenen Einlaßventil 70 in den unteren Abschnitt der Kammer 35 sicher.

Eine Auslaßöffnung 80 ist im Mittelabschnitt 50C des Teils 50 ausgebildet, um die Verbindung zwischen dem Hohlraum 51 und dem Hohlraum 53 zu bewirken. Ein Auslaßventil 81 ist stromabwärts der Öffnung 80 angeordnet und umfaßt eine Auslaßkugel 82 und einen passenden Kugelsitz 83.

Eine Kugelführung 84 unterstützt die Kugel 82 und ist im oberen Abschnitt des Hohlraums 53 zur Hin- und Herbewegung hierin angeordnet. Die obere Oberfläche 85 der Führung 84 ist schüsselartig vertieft und stützt die Unterseite der Kugel 82. Der untere Endabschnitt 86 der Führung 84 steht in Eingriff mit dem oberen Ende einer als Vorspanneinrichtung fungierenden Spiralfeder 93. Das gegenüberliegende oder untere Ende der Feder 93 steht mit einem Kupplungsteil 87 in Eingriff, wel­ ches am unteren Ende des Hohlraums 53 angeordnet ist. Das Kupplungsteil 87 ist zwischen einem Sprengring 89, der in den Hohlraum hineinragt und in einer entsprechenden Nut 90 sitzt, die in der Hohlraumwand ausgebildet ist, und einer Ringschulter 91 festgehalten, die in der Hohlraumwand aus­ gebildet ist und gegenüber der Nut 90 einen Axialabstand aufweist. Die untere Seite des Kupplungsteils 87 weist eine schüsselartig vertiefte Oberfläche 87A auf, um entfernbar das obere Ende des Tauchkolbens 18 der Einspritzdüse aufzunehmen.

Die Feder 93 drückt durch die Führung 84 die Kugel 82 gegen den Sitz 83. Die Bewegung der Kugel vom Sitz 83 weg wird da­ durch begrenzt, daß die Führung 84 in die Kupplung 87 ein­ greift.

Die Unterseite des Mittelabschnitts 50C ist unter Bildung einer Gegenbohrung 94 aufgebohrt. Der Durchmesser der Aufbohrung 94 ist größer als jener der Kugel 82. Die Aufbohrung 94 umfaßt einen ersten Abschnitt 95 nächst dem Ventilsitz 83 und einen zweiten Ab­ schnitt 96 stromabwärts vom Ventilsitz. Wie detaillierter unten beschrieben, veranlaßt der erste Abschnitt 95 ein be­ stimmtes Volumen an Strömungsmittel, nahe dem Sitz 83 einge­ schlossen zu werden, und dämpft somit die Bewegung der Ku­ gel 82 zum Sitz hin. Der zweite Abschnitt 96 der Aufbohrung bildet einen Strömungsmittel-Steuerbereich, der die Strö­ mungsgeschwindigkeit bzw. den Strömungsdurchsatz des Strö­ mungsmittels aus der Kammer 35 durch die Auslaßöffnung 80 und zu den Kanälen 54 nach außen moduliert.

Während des Betriebs in einer Betriebsart mit Verzögerung sind die Stößelkolbenbestandteile eingefahren, wobei sie eine verkürzte Antriebsstrecke zwischen der Nockenwelle und dem Tauchkolben der Einspritzdüse aufrechterhalten. Wenn das Ventil 34A (Fig. 1) geschlossen ist, dann beträgt der hydraulische Strömungsmitteldruck in der Leitung 34 und dem Kanal 64 Null oder beinahe Null. Fehlt dieser Druck strom­ aufwärts an der Einlaßöffnungsseite des Ventils 70, dann hält die Einlaßfeder 73 die Kugel 71 in Anlage gegen den Sitz 72, welche die Kammer 35 abdichtet und den Eintritt von irgendeinem Strömungsmittel hier hinein sperrt. Wenn sich das Nockenwellenprofil in seine unbelastete Betriebs­ stellung dreht (d. h., der Nockenwellenvorsprung 23 befindet sich nicht in Berührung mit dem Fühler 25 oder übt keinen Druck gegen diesen aus, wie in Fig. 1 gezeigt), dann zwingt die Pumpfeder 65 den Kolben 60, sich von der Auslaß­ öffnung 80 wegzubewegen, fährt die Kolbenanordnung aus und nimmt jeglichen Totgang in der Kurbelwellen-Antriebsstrecke auf. Ein leichter negativer Druck wird in der Kammer wegen ihrer Abdichtung erzeugt; die Kraft der Ventilfeder 73 reicht allerdings aus, die Kugel in dichtender Zuordnung gegenüber ihrem Sitz zu halten. Wenn sich die Nockenwelle in ihre wirksame Betriebsstellung dreht, dann veranlaßt der Vor­ sprung 23, daß ein nach unten gerichteter Druck auf das Verbindungsteil 31 ausgeübt wird. Dieser Druck überwindet die Kraft der Feder 65 und veranlaßt den Kolben 60 zur Aus­ laßöffnung 80 des Kolbens 50 zurückzufahren, bis der Kolben 60 gegen eine Innenschulter 69 anschlägt, die im Kolben 50 ausge­ bildet ist. Der Stößel ist nun als massives Verbindungsteil wirksam und weist somit, so lange er sich in der Ruhestellung befindet, keine Auswirkung auf die Motorzeitsteuerung aus und wirkt lediglich als Spannglied bzw. Teil zum Nachstellen von Totgang oder lockerer Verbindung.

Während des Betriebs in einer Betriebsstellung mit Vorver­ stellung ist die Stößelkolbenanordnung ausgefahren, um die Antriebsstrecke zu verlängern. Beginnt man mit dem Kolben 60 in seiner zurückgefahrenen Stellung (wie in Fig. 2 gezeigt), dann wird das Ventil 34A (Fig. 1) in Leitung 34 geöffnet und veranlaßt hierbei, daß unter Druck stehendes hydraulisches Strömungsmittel an der Bohrung 44 vorliegt. Bei einem typi­ schen Motor beträgt der Strömungsmittel-Betriebsdruck (Öl­ druck) etwa 1 bar. Der hydraulische Strömungs­ mitteldruck füllt die Nut 45 und strömt durch die Öffnungen 52, die Nut 63 und die Kanäle 64 zur stromaufwärtsgelegenen Einlaßseite des Ventils 70. Die Kraft, die vom Druck des hydraulischen Strömungsmittels gegen den freiliegenden Oberflächenabschnitt der Kugel 71 ausgeübt wird, ist größer als die Gegenkraft der Ventilfeder 73 und löst hierbei die Kugel 71 aus dem Sitz 72 und gestattet es dem Strömungs­ mittel, in die Kammer 35 einzudringen. Während das Kurbel­ wellenprofil sich in seinem unbelasteten Zustand befindet, bewegt die Pumpfeder 65 wiederum den Kolben 60 vom Kolben 50 weg, was es der vergrößerten Kammer 35 gestattet, sich mit hydraulischem Strömungsmittel zu füllen. Das Strömungsmittel wird in der Kammer 35 durch das Auslaßventil gehalten, wel­ ches in Richtung einer geschlossenen Stellung angestellt ist und hierbei das Strömungsmittel in der Kammer abdichtet. Wenn sich die Nockenwelle in ihre wirksame Betriebsstellung dreht (d. h., der Vorsprung 23 greift in den Fühler 25 ein), dann wird ein Druck auf die Antriebsstrecke der Nockenwelle ausgeübt, welcher seinerseits rasch und in bezeichnender Weise den Druck des hydraulischen Strömungsmittels in der Kammer 35 bis über die Spannkraft an der Kugel 71 des Ven­ tils 70 steigert. Da das eingeschlossene Strömungsmittel nicht kompressibel ist, führt dies bei der Kolbenanordnung dazu, daß diese als massives Verbindungsteil in der Antriebsstrecke wirkt. Aufgrund dieser Folge von Ereignissen beginnt der Tauchkolben 18 der Einspritzdüse seine nach unten gerichtete Bewegung früher als normal, was den Treibstoff-Einspritzvorgang nach vorne verlegt. Das Maß der Frühverstellung bzw. der Verlegung nach vorne hängt ab vom Maß der Verlängerung der Kolbenanordnung.

Wenn der Vorsprung 23 der Nockenwelle mit seiner Drehung fortfährt und den Fühler 25 in seine größtmögliche Verlage­ rung bringt, dann steigert der Druck der Belastung in der Antriebsstrecke den hydraulischen Druck im Innern der Kammer 35. Die Auslaßventilkugel 82 bleibt auf ihrem Sitz, bis die Kraft, die vom Kammerdruck gegen die Einlaßseite des Ventils 81 erzeugt wird, die Kraft der Lastzellenfeder 93 und die Trägheitswirkungen auf Ventilkugel 82 und Kugel­ führung 84 überwindet. Wenn die Kugel 82 aus ihrem Sitz 83 entfernt wird, dann ist der Druck in der Kammer 35 nicht länger am Auslaßöffnungsbereich wirksam, sondern an der gesamten Durchmesserfläche der Kugel. Die erhöhte Fläche führt zu einer erhöhten Kraft, welche die nach unten gerich­ tete Bewegung der Kugel 82 und der Kugelführung 84 vom Sitz 83 weg beschleunigt. Somit beginnt sich der Kolben 50 relativ zum Stößelgehäuse 42 nach unten zu bewegen und hindert den Druck in der Nockenwellen-Kraftübertragungsstrecke einen übermäßigen Spitzenwert anzunehmen und den Tauchkolben 18 etwa zu veranlassen, die Einspritzdüse 12 zu beschädigen. Allerdings muß infolge der raschen Beschleunigung der Kugel 82 vom Ventilsitz weg der Strömungsbereich im Ventil einge­ schränkt werden, sonst würde die Belastung in der Antriebs­ strecke vorzeitig zusammenbrechen. Das Maß der austretenden Strömungsmittelströmung wird dadurch eingeschränkt, daß man die toroidförmige Differenzfläche zwischen der Aus­ laßkugel 82 und der Oberfläche der Aufbohrung 94 begrenzt, wobei diese Fläche durch die Kugelmitte senkrecht zur Längs­ achse des Gehäuses gemessen wird. Die Zusammenwirkung von Führung 84 und Kupplungsteil 87 begrenzt die axiale Kugelbe­ wegung, so daß die Mitte der Kugel nicht über das stromab­ wärtsgelegene Ende der Aufbohrung 94 hinaustritt.

Die Ausbildung und Größe der Differenzfläche kann wunschge­ mäß geändert werden, um irgendeine Anzahl von Strömungswer­ ten zu erreichen. Wenn ein einziger Strömungswert erwünscht ist, dann kann die Aufbohrung 94 zylindrisch sein, was zu einer Differenzfläche führt, die von der Kugellage unab­ hängig ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Aufbohrung 94 kann aber auch abgesetzt sein, was zu einer Aufbohrung führt, die eine Vielzahl unterschiedlicher Durchmesser aufweist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In der Ausführungsform der Fig. 3 kann ein Abschnitt 95A der Aufbohrung, der dem Ventilsitz nächstgelegen ist, einen Durchmesser aufweisen, was zu ei­ ner ersten Differenzfläche und einem ersten Strömungswert führt, und ein zweiter Abschnitt 96A, der den Auslaßöffnungen 54A nächstgelegen ist, kann einen größeren Durchmesser auf­ weisen, was zu einer größeren Differenzfläche und einem größeren Strömungswert führt, wodurch der Strömungswert erhöht wird, wenn der erhöhte Kammerdruck die Kugel 82A vom Sitz 83A weiter wegbewegt.

Eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Aufbohrung ist in Fig. 4 dargestellt und umfaßt eine sich verjüngende Aufbohrung 94B, welche einen kleineren Durchmesser 95B nahe dem Ventilsitz 83B und einen größeren Durchmesser 96B nahe den Auslaßöffnungen 54B aufweist. Somit kann jede wünschens­ werte Ausbildung für die Aufbohrung verwendet werden, in Abhängigkeit von Herstellungstoleranzen und den Charakteris­ tiken des Belastungsabfalls.

Die Größe der auftretenden Strömung kann auch dadurch kon­ trolliert werden, daß man die Axialbewegung der Kugel be­ grenzt, um den Strömungsbereich zwischen der Kugel 82 und dem Sitz 83 zu beschränken. Allerdings verursacht die Summe der Herstellungstoleranzen für Ventilsitz, Sitzdurchmesser, Kugeldurchmesser und Dicke der Kugelführung sowie des Kupp­ lungsteils eine Aufhäufung von Toleranzen, die zu unannehm­ baren Leistungsänderungen führt.

Zusätzlich zur Verhinderung des vorzeigten Belastungsabfalls dämpft die Differenz-Strömungsfläche auch die Kugelbewegung, wenn die Kugel in ihre Abdichtungsposition auf dem Sitz zurück­ kehrt. Es wird nun nochmals auf Fig. 2 übergegangen; wenn der Druck in der Kammer nachläßt, dann wird die Kugel 82 in Richtung zu ihrem Sitz 83 durch die Feder 93 gedrückt. Öl ist im oberen, torusförmigen Abschnitt 95 der Aufbohrung 94 eingeschlossen und wird lediglich dadurch verlagert, daß es durch die begrenzte Differenzfläche zwischen dem Umfang der Kugel 82 und der Wand der Aufbohrung strömt, was dazu führt, daß die Kugel sanft in ihren Sitz zurückkehrt, wodurch beträchtlich die Ventil-Lebensdauer verlängert wird.

Claims (5)

1. Druckgesteuerter, ausfahrbarer hydraulischer Stößel zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zum selektiven Ändern des wirksamen Profils einer Nockenwelle dadurch, daß die Antriebs-Übertragungsstrecke zwischen der Nockenwelle und einem von dieser betätigten Mechanismus verlängert wird, mit folgenden Merkmalen:

• - einem Gehäuse (42) mit einer inneren Kolbenaufnahmebohrung (43),
• - einer ausfahrbaren Kolbenanordnung, die einen ersten und einen zweiten Kolben aufweist, hin- und herbeweglich im Gehäuse angeordnet ist, und zwischen den beiden Kolben (50, 60) eine Kammer (35) bildet, welche eine Einlaßöff­ nung (64) und eine Auslaßöffnung (80) aufweist,
• - einer an die Einlaßöffnung angeschlossenen Zufuhr (34) für hydraulisches Strömungsmittel,
• - einer Einlaß-Ventileinrichtung (70), welche zwischen der Strömungsmittelzufuhr und der Kammer angeordnet und in Schließstellung vorgespannt ist, wobei die Ventilein­ richtung aufmacht, um Strömungsmittel in die Kammer ein­ zulassen und dadurch die Kolbenanordnung auszufahren, wenn eine bestimmte Ventil-Öffnungskraft auf der strom­ aufwärts gelegenen Seite der Ventileinrichtung ausgeübt wird, und wobei die Einlaß-Ventileinrichtung schließt und das Strömungsmittel in der Kammer einschließt, wenn die Ventil-Schließkraft stromabwärts von der Ventil­ einrichtung die Ventil-Öffnungskraft überschreitet, und
• - einer Auslaß-Ventileinrichtung (81), die an der Aus­ laßöffnung angeschlossen ist, um wahlweise die Kammer zu schließen oder zu öffnen, wobei die Auslaß-Ventilein­ richtung, wenn der Druck in der Kammer (35) einen vorbe­ stimmten Wert übersteigt, öffnet, um Strömungsmittel aus der Kammer (35) auströmen zu lassen, wozu die Auslaß- Ventileinrichtung eine Auslaßkugel (82) , einen Kugelsitz (83) und eine sich stromabwärts von dem Kugelsitz (83) erstreckende Gegenbohrung (94), sowie eine Vorspannvorrich­ tung (93) aufweist, die die Auslaß-Ventileinrichtung schließt und das Strömungsmittel in der Kammer (35) hält, wenn der Druck in der Kammer unterhalb des vorbestimmten Werts liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß- Ventileinrichtung (81) zum Steuern der Schließgeschwindigkeit des Ventils und zum Steuern der Durchflußmenge des Strömungsmittels eine Dämpfungsanordnung (82, 94, 96) aufweist, die dadurch gebildet ist, daß die Gegenbohrung (94) einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als die Auslaßkugel (82), und der Hin- und Herweg der Auslaßkugel im wesentlichen innerhalb der Gegenbohrung (94) liegt, wobei Kugel und Bohrung einen Ringspalt (96) bilden, der die Durchflußmenge begrenzt.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenbohrung (94) zylindrisch ist.

3. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenbohrung (94) einen ersten Abschnitt (95) nach dem Kugelsitz (83) mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Abschnitt (96) stromabwärts vom ersten Abschnitt aufweist, mit einem zweiten Durchmesser, der größer ist als der erste Durchmesser.

4. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenbohrung (94) im wesentlichen kegelstumpf­ förmig ist, wobei der kleinste Durchmesser nahe dem Kugelsitz (83) und ein größerer Durchmesser stromab­ wärts hiervon vorliegt.

5. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventileinrichtung (81) eine Vorspannungs- Steuereinrichtung aufweist, die aus einer Kugelführung (85) besteht, welche zwischen der Auslaßkugel (82) und der Vorspannvorrichtung (93) angeordnet ist, welche die Auslaßkugel (82) in Berührung mit dem Kugelsitz (83) drückt.