DE3311280A1

DE3311280A1 - Hydraulisches ventilspielausgleichselement

Info

Publication number: DE3311280A1
Application number: DE19833311280
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5100 Aachen Kreuter; Franz Prof. Dr. Pischinger
Original assignee: Fev Forsch Energietech Verbr
Current assignee: Fev Forsch Energietech Verbr
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1984-10-11

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein sich selbständig einstellendes hydraulisches Ausgleichselement zur spielfreien Betätigung mechanischer Ventiltriebe in Verbrennungsmotoren.

Derartige Ventilspielausgleichselemente erfüllen den Zweck, Fertigungstoleranzen, Montagetoleranzen, Wärmeausdehnungen, Verformungen aus mechanischen Belastungen und Verschleiß u.dgl. an den beteiligten Bauteilen auszugleichen und dadurch stoßartige mechanische Belastungen, die aus dem sonst erforderlichen Ventilspiel resultieren, zu vermeiden.

Den bekannten hydraulischen Ventilspielausgleichselementen ist gemeinsam, daß durch den Dichtspalt der gegeneinander bewegbaren Hydraulikbauteile ein Leckölstrom abfließt, der durch eine Ölversorgung dieser hydraulischen Ausgleichselemente ausgeglichen werden muß. Wenn dieser ölstrom dem Schmierölsystem der Motoren entnommen wird, hat dies den Nachteil, daß den Anforderungen des hydraulischen Ausgleichselementes an die Hydraulikflüssigkeit hinsichtlich Viskosität, Temperatur, Verschmutzungsfreiheit, Lüftfreiheit und Alterungsbeständigkeit nicht entsprochen werden kann. Die Anforderungen an die Verschmutzungsfreiheit können insbesondere bei Dieselmotoren wegen der Verschmutzung durch Rußpartikel Probleme verursachen. In der DE-OS 30 23 338 wird daher vorgeschlagen, daß der Leckölstrom nicht aus dem Motorölkreislauf, sondern einer separaten Ölversorgung, die mit dem Motoröldruck beaufschlagt ist, kompensiert wird. Diese Ausführung ist jedoch auf eine separate Zuführleitung angewiesen, die insbesondere

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bei dynamisch bewegten hydraulischen Ausgleichselementen aufwendig und problematisch ist. Außerdem muß dieses separate Versorgungssystem das gleiche öl zuführen, wie es im Motorkreislauf 'verwendet wird, weil der Leckölstrom dorthin abfließt. Das Druckniveau in der Ölversorgung für die hydraulischen Ausgleichselemente ist bei allen bisher genannten Ausführungen vom erheblich schwankenden Druckniveau im Motorölkreislauf abhängig und kann daher zu Betriebsstörungen des Ausgleichselementes führen.

Der Erfindung" ^'iegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement zu realisieren, das universell einsetzbar und von dem Ölversorgungssystem des Motors unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das hydraulische Ausgleichselement als eigenständiges Element mit einem integrierten Hydraulikflüssigkeitsreservoir ausgestattet ist und keinerlei Leckstrom nach außen abgibt.

Ein solches hydraulisches Ausgleichselement besteht im wesentlichen aus einem Bauteil, das als Zylinder ausgebildet ist, in dem ein Bauteil gleitet, das als Kolben ausgebildet ist. Der äußere Rand des Kolbenbodens ist als zylindrische dünne Dichtlippe ausgebildet, die durch den Innendruck der zwischen Zylinder und Kolben eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit auf die Zylinderwand gepreßt wird, so daß zwischen Kolben und Zylinder ein Leckstrom ab einem gewissen Druckniveau im Druckraum verhindert wird. Ein Abfließen der im Druckraum eingeschlossenen Hydraulikflüssigkeit zur gesteuerten Verkürzung des hydraulischen Ausgleichselementes wird durch eine definierte Abströmöffnung in Richtung Flussigkeitsreservoir erreicht.

über ein Rückschlagventil kann dem Druckraum sehr rasch Hydraulikflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir zugeführt werden. Der unter Umständen auftretende Leckstrom zwischen Zylinder und Kolben wird durch einen üalg, der dicht sowohl mit dem Kolbenbauteil als auch mit dem Zylinderbauteil verbunden ist, am Austritt nach außen gehindert und über eine öffnung wieder ins Flüssigkeitsreservoir zurückgeführt. Das Flüssigkeitsreservoir ist in einem Hohlraum im Kolben untergebracht und wird durch einen ebenfalls in diesem Raum befindlichen gasgefüllten Druckspeicher auf annähernd wegunabhängigem Druck gehalten.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das hydraulische Ausgleichselement gegenüber der Umgebung absolut dicht abgeschlossen ist, so daß Gase oder Flüssigkeiten weder eindringen noch austreten können. Die Umgebung kann daher durch die eingesetzte Hydraulikflüssigkeit nicht nachteilig beeinflußt werden Die Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeit können daher ausschließlich auf die Erfüllung der Aufgabe abgestimmt sein und durch die Vermeidung des Eindringens anderer Stoffe nicht nachteilig beeinflußt werden.

Dies erlaubt die Realisierung des erforderlichen Zähigkeitsverhaltens, Gasfreiheit sowie Verschmutzungsfreiheit. Daraus ergibt sich eine höhere Funktionssicherheit und Lebensdauer. Die besondere Ausbildung der Außenkanten des Kolbens in Form einer Dichtlippe vermindert das unkontrollierte Einsinken des Kolbens unter Betriebsbelastung, so daß die Spielausgleichsaufgabe besser erfüllt wird und die Aufsetzgeschwindigkeit der Ventile in den Sitzen vermindert wird. Der im Flüssigkeitsreservoir untergebrachte gasgefüllte Druckspeicher gewährleistet ein rasches Wiederauffüllen des Druckraumes über das Rückschlagventil nach kontrolliertem oder unkontrolliertem Einsinken des hydraulischen Ausgleichselementes, wie es beim Start eines Motors vorliegen kann.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 2 und Fig. 3 sind Einzelheiten weiterer Ausgestaltungen in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte hydraulische Längenausgleichselement besteht aus einem Zylinderbauteil 1 und einem Kolbenbauteil 2, die durch einen Balg 3 gas- und flüssigkeitsdicht verbunden sind, so daß weder Flüssigkeit austreten noch Schadstoffe eindringen können. Die gegeneinander gleitenden Mantelflächen 4 des Kolbenbauteils 2 und Zylinderbauteils 1 sind gleichzeitig als Führungsund Dichtflächen ausgebildet. Die Abdichtung des Druckraumes 5 gegenüber dem Leckflüssigkeitsraum 6 und dem Flüssigkeitsreservoir 7 wird durch eine dünnwandige Verlängerung 8 der unteren Kolbenkante erreicht. Die Leckflüssigkeit kann durch eine öffnung 9 in der Kolbenwand in das Flüssigkeitsreservoir 7 zurückstömen, in dem ein gasgefüllter Balg 10 als Druckspeicher und Volumenausgleichselement enthalten und mit dem oberen Kolbenboden fest verbunden ist. Der Kolbenboden 11 besteht aus einem Drehteil zur Aufnahme einer Abs trätbohrung 12 und eines federbelasteten Rückschlagventils 13. Ein Federkäfig 14, auf dem sich eine Feder 15 abstützt, die eine Bohrung 16 über eine Kugel 17 verschließt, ist im Kolbenboden zentriert und wird durch eine Feder 18 kraftschlüssig am Kolbenboden gehalten. Eine obere Stirnfläche 19 des Zylinders dient als Endanschlag für eine maximal mögliche Stauchung des Längenausgleichselementes.

Die Funktionsweise des Ventilspielausgleichselementes gemäß der Erfindung wird am Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen als hydraulischer Stößel zum Ausgleich des Ventilspiels nachfolgend erläutert.

Wenn auf das Ventilspielausgleichselement eine Kraft einwirkt, wie sie beim öffnen des Ventils durch den Nocken auftritt, so wird schon bei kleinen Wegdifferenzen zwischen Kolbenbauteil 2

und Zylinderbauteil 1 im flüssigkeitsgefüllten Druckraum 5 ein hoher Druck entstehen, durch den die Dichtlippe der unteren Kolbenkante an die Zylinderwand gepreßt wird, so daß der Druckraum 5 an den Führungsflächen 4 nahezu dicht abgeschlossen wird, über eine Ringnut 20 und eine Verbindungsnut 21 kann auch bei schnellen Belastungsänderungen die zwischen den Führungsflächen befindliche Hydraulikflüssigkeit schnell abtransportiert werden, so daß sich die erforderliche Druckdifferenz für das Anpressen der Dichtlippe 8 spontan einstellt. Da auch das Rückschlagventil 13 sperrt und über die Abströmbohrung nur sehr geringe Mengen Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 5 in das Flüssigkeitsreservoir 7 abfließen Können, sind Wegänderungen bei Krafteinwirkung nur in sehr geringem Maße möglich, so daß das öffnen des Ventils in der gewünschten Weise erfolgen kann.

Der nicht völlig zu vermeidende geringe Leckflüssigkeitsstrom gelangt über die Bohrung 9 in das Flüssigkeitsreservoir 7, welches so groß ausgebildet ist, daß sämtliche aus dem Druckraum 5 verdrängte Flüssigkeit aufgenommen werden kann, indem das Gasvolumen im Balg 10 entsprechend komprimiert wird. Bei einer Entlastung des Längenausglexchselementes, wie sie während der Nockenrast auftritt, gleicht die Feder 18 Längendifferenzen aus,· indem sie den Kolben 2 aus dem Zylinder 1 heraus bewegt, bis sich ein Kräftegleichgewicht mit den angreifenden äußeren Kräften einstellt. Dabei sorgen das nun öffnende Rückschlagventil 13 und ein geringer überdruck im Flüssigkeitsreservoir 7 für einen raschen Flüssigkeitsaustausch und damit für ein schnelles Einnehmen der neuen, durch das Kräftegleichgewicht bestimmten Position. Die maximale Auslenkung des Ventilspielausgleichselementes ist durch die maximal mögliche Längung des Balges 3 festgelegt. Ein von außen eingeleitetes Drehmoment wird von dem Balg 3 aufgenommen. Damit diese Beanspruchung gering bleibt, wird mindestens eine Stirnfläche 22 so ausgebildet, daß die an" greifenden Kräftekein großes Drehmoment ausüben können.

Das Rückschlagventil in Fig. 2, bestehend aus einer Kugel 23, auf die die eine Feder 24 Wirkt/ die von einem Stopfen 25 vor*" gespannt wird, ist so angeordnet, daß die Bewegungsrichtung des Rückschlagventils senkrecht zur Wirkungslinie der Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes liegt, so daß ein unkontrolliertes öffnen des Rückschlagventils durch geringere Auswirkungen der Beschleunigungskraft auf die Kugel vermieden werden kann.

Fig. 3 zeigt eine beschleunigungsneutrale Ausführung des Rückschlagventils. Das Rückschlagventil besteht aus einer Kugel 26, die mit einer Führung 27 über ein zylindrisches Bauteil 28 verbunden ist, und einem zylindrischen Dorn 29. Das Rückschlagventil schließt, durch eine Feder 30 belastet, die sich auf einem Stopfen 31 abstützt, das Flüssigkeitsreservoir 7 gegenüber dem Druckraum 5 ab. Die Bauteile des Rückschlagventils sind so bemessen, daß bei den vorwiegend auftretenden Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes senkrecht zur Bewegungsrichtung des Rückschlagventils das Massenträgheitsmoment des Dorns 29 mit dem Massenträgheitsmoment von Kugel 26 und Bauteil 28 in bezug auf die Führung 27 gleich groß sind, so daß durch die Beschleunigung des Rückschlagventils am Ventilsitz keine Reaktionskräfte auftreten. Im Ventilraum 32 herrscht über die Verbindung 33 immer das gleiche Druckniveau wie im Druckraum 5.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann sie auch für andere Zwecke als für den Ausgleich von Ventilspielen eingesetzt werden, vor allem dann, wenn durch Verschleiß, Fertigungsungenauigkeiten o.dgl. verursachte Spiele auszugleichen sind.

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Claims

dr.-.ng. FRIEDRICH B. FISCHER " ** 5000 KÖLN 50

PATENTANWALT SAARSTRASSE 71

FEV Forschungsgesellschaft ^p ^.

für Energietechnik und Dr.F/Wi

Verbrennungsmotoren mbH
Augustinergasse 2
Aachen

Hydraulisches Ventilspielausgleichselement Patentansprüche

Hydraulisches Ventilspielausgleichselement mit selbsttätiger Einstellung zur spielfreien Betätigung oszillierend bewegter Stellmechanismen, insbesondere für den Ventilspielausgleich in Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisches Längenausgleichselement mit Druckraum gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist und ein Flüssigkeitsreservoir zur Auffüllung des längenausgleichenden Druckraumes enthält.
2. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir in dem hohl ausgeführten Kolbenbauteil einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Kolbenbauteil und einem Zylinderbauteil untergebracht ist.
3. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander gleitenden Flächen des Zylinderbauteils und des Kolbenbauteils die Führung der beiden Teile gegeneinander übernehmen und einen Dichtspalt bilden.
4. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des Bodens des Kolben" bauteils eine zylindrische dünne Verlängerung aufweist, deren Außendurchmesser dem des Kolbenbauteils entspricht

und die sich unter dem Betriebsdruck der Hydraulikflüssigkeit im Druckraum so aufweitet, daß sie zur festen Anlage an der Zylinderfläche kommt und dadurch den Druckraum gegenüber dem Dichtspalt abdichtet.
5. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsreservoir ein gasgefüllter Druckspeicher untergebracht ist, der den Druck im Flüssigkeitsreservoir nahezu konstant hält.
6. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß ein zum gas- und flüssigkeitsdichten Abschluß der Kolben-Zylinder-Anordnung verwendeter Balg so bemessen ist, daß er eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt, um eine Längenausdehnung des hydraulischen Ausgleichselementes innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten und durch auftretende Drehmomente zwischen dem Zylinderbauteil und dem Kolbenbauteil nicht beschädigt zu werden.
7. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum der Kolben-Zylinder-Anordnung mit dem Flüssigkeitsreservoir über eine Abströmbohrung verbunden ist.
8. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir über ein Rückschlagventil rasch in den Druckraum fließen kann.
9. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 3 bis 8,

gekennzeichnet, daß der Leckstrom aus dem Dichtspalt über eine Öffnung in dem Kolbenbauteil in das Flüssigkeitsreservoir zurückströmen kann.
10. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 4 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die für das Anpressen der zylindrischen dünnen Verlängerung erforderliche Druckdifferenz auch bei schnellen Belastungsänderungen dadurch erzielt wird, daß oberhalb der Dichtlippe eine Ringnut angebracht ist, die mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist, so daß die Flüssigkeit aus dem Dichtspalt schnell abgeführt und damit der Druck hinter der zylindrischen dünnen Verlängerung schnell abgebaut wird.
11. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche des Zylinderbauteils und/oder des Kolbenbauteils so ausgebildet ist, daß die Abstützkräfte durch eine zentrale Abstützfläche mit kleinem Außendurchmesser aufgenommen werden.
12. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 8 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil im Boden des Kolbenbauteils so angeordnet ist, daß die Bewegungsrichtung des Rückschlagventils nicht mit der Hauptbeschleunigungsrichtung des Längenausgleichselementes übereinstimmt.

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13. Hydraulisches Ventilspielausgleichselement nach einem der Ansprüche 8 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil im Boden des Kolbenbauteils beschleunigungsneutral angeordnet ist/ so daß infolge der Beschleunigungen des Ventilspielausgleichselementes keine Kräfte an den Dichtflächen zwischen Ventil und Ventilsitz auftreten.