DE3718393A1 - Hydraulisches ausgleichselement fuer gaswechselventile von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Aus­ gleichselement der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art und geht aus von der gattungsbildenden DE-OS 19 58 627.

Beschrieben ist darin eine Vorrichtung für eine Ventil­ steuerung, welche den Ausgleich des sich einstellenden Ventilspieles vornimmt und darüberhinaus die Ventiler­ hebungskurve drehzahlabhängig beeinflußt. Dazu ist eine zwischen einem Ventilstößel und einem Nockenstößel angeordnete Hydraulikkammer mit einer Drosselbohrung versehen, über welche eine Teilmenge des Hydraulikme­ diums entweichen kann. Bei hohen Brennkraftmaschinen­ drehzahlen ist jene Teilmenge naturgemäß geringer als bei niedrigen Drehzahlen, so daß der vom Nocken vorge­ gebene Hubverlauf bei hohen Drehzahlen nahezu unverän­ dert, bei niedrigen Drehzahlen nur in abgeschwächter Form auf das Gaswechselventil übertragen wird. Variable Ventilsteuerzeiten dergestalt, daß bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine das Ventil länger, und bei niedrigen Drehzahlen zur Erzielung einer gewünschten Saugrohrdynamik kürzer geöffnet ist, sind mit dieser Maßnahme einfach erzielbar.

Allerdings weist die in der oben genannten Schrift gezeigte Vorrichtung lediglich eine mangelhafte Funk­ tionssicherheit sowie einen äußerst schlechten mecha­ nischen Wirkungsgrad auf. Bei dem in Fig. 1 jener Schrift dargestellten Ausführungsbeispiel muß die gesamte über die Drosselbohrung entwichene Hydraulik­ teilmenge während der Schließbewegung des Gaswechsel­ ventiles wieder nachgefüllt werden, wozu die Schmier­ mittelpumpe der Brennkraftmaschine eine nicht unwesent­ liche Förderleistung erbringen muß. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zwar zumindest ein Teil der abgeführten Hydraulikmenge in einer Speicher­ kammer zurückbehalten, dabei sind aber keine Maßnahmen für eine sichere und schnelle Wiederbefüllung der Hydraulikkammer getroffen. Bei jener Lösung kann sich somit zwischen dem Nocken sowie dem zugehörigen Nocken­ stößel ein unerwünschtes Spiel einstellen. Im übrigen erfolgt auch dabei die Wiederbefüllung allein aufgrund der Förderleistung der Schmiermittelpumpe.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes hydraulisches Ausgleichselement hinsichtlich seines Wirkungsgrades sowie seiner Funktionssicherheit zu optimieren.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 oder 3 gelöst.

Ein zwischen dem Ventilstößel und dem Nockenstößel wirkendes Kraftspeicherelement, beispielsweise eine Schraubenfeder, sorgt stets für ein spielfreies Anliegen des Nockenstößels am Nocken. Somit stellt die Schmier­ mittelpumpe der Brennkraftmaschine nurmehr eine aus­ reichende Menge von Hydraulikmedium zur Verfügung, ein besonders hoher Hydraulikdruck, welcher ein sicheres Anliegen des Nockenstößels am Nocken bewirken soll, ist aufgrund jenes Kraftspeicherelementes nicht mehr erfor­ derlich.

Ist zwischen der Speicherkammer und der Hydraulikkammer ein Befüllkanal vorgesehen, so kann die Hydraulikkammer innerhalb deutlich kürzerer Zeitspannen befüllt werden. Da die Befüllung nicht mehr in äußerst langwieriger Weise über die Drosselbohrung erfolgt, wird durch jene Maßnahme die Funktionssicherheit eines derartigen hydraulischen Ausgleichselementes deutlich erhöht. Um ein Entleeren der Hydraulikkammer über jenen Befüllkanal zu vermeiden, ist in diesem ein von der Hydraulikkammer aus sperrendes Rückschlagventil vorgesehen.

Durch ein in der Speicherkammer vorgesehenes Element zur Speicherung des hydraulischen Druckes, beispielsweise durch einen federbelasteten Kolben, wird bereits während der Absteuerung des Ventilhubes, also während der Abfuhr von Hydraulikmedium aus der Hydraulikkammer die für die Wiederbefüllung der Hydraulikkammer erforderliche Förderenergie gewonnen. Diese Maßnahme reduziert somit die von der Schmiermittelpumpe der Brennkraftmaschine zu erbringende Förderleistung.

Besonders vorteilhaft ist es, die kennzeichnenden Merkmale zumindest zweier der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3 miteinander zu kombinieren. Insbesondere eine Kombination der Ansprüche 1 und 2 oder der Ansprüche und 3 zeigt den Vorteil, daß die Wiederbefüllung der Hydraulikkammer schnell - hierzu ist der separate Befüllkanal vorgesehen - und nahezu verlustfrei - hierzu ist ein Kraftspeicherelement oder ein Druck­ speicherelement vorgesehen - erfolgt.

Anspruch 4 bildet den Befüllkanal sowie das darin angeordnete Rückschlagventil weiter. Eine einfache Fertigungsmöglichkeit ist gegeben, wenn der Befüllkanal als ringförmiger Spalt zwischen dem Nockenstößel und dem Ventilstößel ausgebildet ist; vorteilhafterweise dient dabei als Rückschlagventil ein innerhalb dieses Spaltes angeordneter Dichtring, vorzugsweise ein verstärkter Lippen-Dichtring. Jene verstärkte Lippe ist dabei so ausgebildet, daß ein Durchtritt von Hydraulikmedium von der Speicherkammer zur Hydraulikkammer ermöglicht, in der umgekehrten Richtung jedoch gesperrt wird.

Nach Anspruch 5 ist der Querschnitt des Drosselkanales temperaturabhängig veränderbar. Dies ist vorteilhaft, um unabhängig von der Temperatur und Viskosität des Hydrau­ likmediums stets eine konstante Hubabsteuerungscharak­ teristik zu erzielen. So ist der Querschnitt bei heißem Hydraulikmedium, also dann, wenn dieses eine relativ geringe Viskosität aufweist, deutlich enger als bei kaltem Hydraulikmedium, dessen Viskosität relativ hoch ist. Dazu kann das den Drosselkanal bildende Drossel­ element aus einem Material gefertigt sein, dessen Verhalten vergleichbar ist mit den der beispielsweise in Kühlmittel-Thermostaten vorgesehenen Dehnstoffelemente. Denkbar ist aber auch eine Ausbildung des Drosselele­ mentes als eine aus Thermobimetall gefertigte Drossel­ scheibe, welche aufgrund ihrer temperaturabhängigen Formänderung den Querschnitt des Drosselkanales verän­ dert.

Ein gemäß Anspruch 6 vorgesehener Hydraulikraum mit einem sich verengenden Drosselspalt wirkt an einem erfindungsgemäßen Ausgleichselement während der Ventil­ schließbewegung als hydraulische Bremse. Da insbesondere bei niedrigen Brennkraftmaschinen-Drehzahlen das Gas­ wechselventil deutlich früher schließt, als dies durch die Nockenform vorgegeben ist, würde jenes Ventil ohne eine derartige Bremse mit einer mechanisch unzulässig hohen Geschwindigkeit auf seinem Ventilsitzring auf­ setzen. Derartige hydraulische Bremsen sind zwar bei­ spielsweise aus der DE-OS 35 37 630 bekannt, der dort gezeigte Aufbau ist jedoch deutlich aufwendiger und nicht ohne weiteres auf ein erfindungsgemäßes Aus­ gleichselement übertragbar.

Ist gemäß Anspruch 7 dabei der Hydraulikraum mit der Speicherkammer verbunden, so ergibt sich ein besonders einfacher Kreislauf für das Hydraulikmedium. Vorteil­ hafterweise kann in jenen Verbindungskanal die von der Schmiermittelpumpe kommende und mit einem Rückschlag­ ventil versehene Zulaufbohrung für das Hydraulikmedium münden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben; erfindungsrelevant sind dabei alle gekennzeichneten Merkmale. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausgleichselement mit vollständig befüllter Hydraulikkammer,

Fig. 2 jenes Ausgleichselement mit nur teilweise befüllter Hydraulikkammer, also im Zustand der nur teilweisen Bewegungsübertragung vom Nocken auf das Gaswechselventil.

In einer Führungswand 1 innerhalb eines nicht näher dargestellten Zylinderkopfes einer Hubkolben-Brennkraft­ maschine ist zwischen einem Nocken 2 und einem Gaswech­ selventil 3 ein in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnetes erfindungsgemäßes hydraulisches Ausgleichselement längsverschieblich gelagert. Dieses ist im wesentlichen aufgebaut aus dem Nockenstößel 5, sowie dem Ventilstößel 6. Diese beiden Stößel bilden einen ringförmigen Spalt 7, welcher von einem verstärkt ausgebildeten Lippen- Dichtring 8 unterteilt ist in eine oberhalb des Dicht­ ringes 8 liegende Hydraulikkammer 9 sowie eine unterhalb des Dichtringes 8 liegende Speicherkammer 10. Der Lippen-Dichtring 8 ist dabei so ausgebildet, daß ein Übertritt von Hydraulikmedium von der Speicherkammer 10 zur Hydraulikkammer 9 ermöglicht wird, ein Übertritt in der entgegengesetzten Richtung jedoch gesperrt ist. Gewährleistet wird ein derartiges Verhalten beispiels­ weise aufgrund der entsprechend gezielten Ausbildung eines den Lippen-Dichtring verstärkenden Metallein­ satzes. Fixiert ist der Lippen-Dichtring 8 dabei mittels einer Büchse 11 im Ventilstößel 6.

Desweiteren ist die Hydraulikkammer 9 mit der Speicher­ kammer 10 über einen Drosselkanal 12 verbunden. Dieser Drosselkanal 12 ist als Bohrung in einem Drosselelement 13 ausgebildet, welches angeordnet ist innerhalb einer von einem Verschlußstopfen 14 verschlossenen Steuerboh­ rung 15 im Ventilstößel 6. Über Übertrittsbohrungen 16 und 17 ist jene Steuerbohrung 15 mit der Hydraulikkammer 9 bzw. der Speicherkammer 10 verbunden.

Zwischen dem Nockenstößel 5 sowie dem Ventilstößel 6 wirkt ein Kraftspeicherelement 18 in Form einer Spiral­ feder.

Die Wirkungsweise jenes Ausgleichselementes 4 ist wie folgt:

Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine sowie des Nockens 2 wird die durch die Nockenform vorgegebene Hubkurve nahezu unverändert auf das Gaswechselventil 3 übertragen, da aus der Hydraulikkammer 9 nur geringe Mengen von Hydraulikmedium über den Drosselkanal 12 in die Speicherkammer 10 abgeführt werden. Bei niedrigeren Drehzahlen hingegen erfolgt die Bewegungsübertragung vom Nocken 2 auf den Nockenstößel 5 und von diesem auf den Ventilstößel 6 deutlich langsamer, so daß hierbei eine größere Menge von Hydraulikmedium über den Drosselkanal 12 in die Speicherkammer 10 strömt. Somit wird der vom Nocken 2 vorgegebene Hubverlauf nicht mehr vollständig auf den Ventilstößel 6 sowie das Gaswechselventil 3 übertragen. Jene Konfiguration ist in Fig. 2 darge­ stellt, dabei liegt der Nockenstößel 5 nahezu bündig auf dem Ventilstößel 6 auf.

Während der durch die Ventilfeder 19 hervorgerufenen Ventilschließbewegung wird die Hydraulikkammer 9 wiede­ rum neu befüllt. Unter Einwirkung der Spiralfeder 18 folgt der Nockenstößel 5 der Nockenkontur und vergrößert somit das Volumen der Hydraulikkammer 9. Unter Passie­ rung des Lippen-Dichtringes 8 gelangt nunmehr das in der Speicherkammer 10 befindliche Hydraulikmedium in die Hydraulikkammer 9. Zur Bereitstellung einer ausreichen­ den Hydraulikmenge ist die Speicherkammer 10 über Stichbohrungen 20, 21, 22 und 23 mit dem Schmierölkreis­ lauf der Brennkraftmaschine verbunden.

Erfindungsgemäß muß durch die nicht dargestellte Schmier­ mittelpumpe lediglich der erforderliche Förderdruck auf das Hydraulikmedium aufgebracht werden, da die Verschie­ bebewegung des Nockenstößels 5 zur Vergrößerung der Hydraulikkammer 9 aufgrund der Vorspannung der Spiral­ feder 18 erfolgt. Die Befüllung der Hydraulikkammer 9 erfordert erfindungsgemäß nur eine relativ kurze Zeit­ spanne, da über den ringförmigen Spalt 7 bzw. den Lippen-Dichtring 8 eine große Menge von Hydraulikmedium gelangen kann.

Zwischen dem Ventilstößel 6 sowie seiner Führungswand 1 ist ein Hydraulikraum 24 vorgesehen, in welchem ein Drosselring 25 angeordnet ist, welcher mit einer konus­ förmigen Abschrägung 26 an der Außenwand des Ventil­ stößels 6 einen sich gegen Ende der Ventilschließbewe­ gung verengenden Drosselspalt 27 bildet. Jene Konfigura­ tion dient bei einer vorzeitigen Ventilschließbewegung - hervorgerufen durch eine Entleerung der Hydraulikkam­ mer 9 - als hydraulische Bremse. Indem die unterhalb des Drosselringes befindliche Hydraulikmenge nurmehr deutlich gedrosselt den sich verengenden Drosselspalt 27 zu passieren vermag, wird die Geschwindigkeit der Ventilschließbewegung so weit reduziert, daß das Gas­ wechselventil 3 ohne irgendwelche mechanische Beschädi­ gung auf seinem nicht dargestellten Ventilsitzring aufsetzen kann.

Über die Stichbohrung 20 ist jene Hydraulikkammer 24 sowohl mit der Speicherkammer 10 als auch über die Stichbohrung 21 mit dem Schmierölkreislauf der Brenn­ kraftmaschine verbunden. Auf diese Weise ist ein ein­ facher aber wirkungsvoller Hydraulikkreislauf geschaf­ fen.

Desweiteren ist in der Stichbohrung 23, wie an sich bekannt, ein Rückschlagventil 28 vorgesehen. Zum Aus­ gleich auftretender Leckageverluste kann hierüber das gesamte Hydrauliksystem stets wieder befüllt werden. Um Leckagemengen aus der Speicherkammer 10 einfach ableiten zu können, ist in dem Ventilstößel 6 eine Ablaufbohrung 29 vorgesehen.

Obwohl jenes Ausführungsbeispiel ein hydraulisches Ausgleichselement in Form eines Tassenstößels zeigt, bleibt die Erfindung nicht auf derartige Ausführungs­ formen beschränkt. Vielmehr ist auch eine Realisierung in Form von Ausgleichselementen für Kipphebel-Ventil­ steuerungen möglich. Auch hieran lassen sich ohne weiteres die erfindungswesentlichen Merkmale zur Ver­ besserung des Wirkungsgrades sowie der Funktionssicher­ heit verwirklichen. Selbstverständlich können dazu auch die Funktionen der hydraulischen Bremse sowie der drehzahlabhängigen Ventilhubabsteuerung räumlich von­ einander getrennt in verschiedenen Bauteilen ausgeführt sein.

Claims (7)

1. Hydraulisches Ausgleichselement für Gaswechselven­ tile von Brennkraftmaschinen, mit einer von einem Nockenstößel und einem Ventilstößel gebildeten Hydraulikkammer, welche über einen Drosselkanal mit einer im Ausgleichselement vorgesehenen Speicher­ kammer verbunden ist, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Ventilstößel (6) und dem Nockenstößel (5) wirkendes Kraftspei­ cherelement (18).

2. Hydraulisches Ausgleichselement für Gaswechselven­ tile von Brennkraftmaschinen, mit einer von einem Nockenstößel und einem Ventilstößel gebildeten Hydraulikkammer, welche über einen Drosselkanal mit einer im Ausgleichselement vorgesehenen Speicher­ kammer verbunden ist, gekennzeichnet durch einen zwischen der Speicher­ kammer (10) und der Hydraulikkammer (9) vorgesehe­ nen Befüllkanal mit einem von der Hydraulikkammer aus sperrenden Rückschlagventil.

3. Hydraulisches Ausgleichselement für Gaswechselven­ tile von Brennkraftmaschinen, mit einer von einem Nockenstößel und einem Ventilstößel gebildeten Hydraulikkammer, welche über einen Drosselkanal mit einer im Ausgleichselement vorgesehenen Speicher­ kammer verbunden ist, gekennzeichnet durch ein in der Speicherkammer vorgesehenes Element zur Speicherung des hydrau­ lischen Druckes.

4. Ausgleichselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befüllkanal als ringförmiger Spalt (7) zwischen dem Nockenstößel (5) und dem Ventilstößel (6) und das Rückschlagven­ til als ein innerhalb dieses Spaltes (7) angeord­ neter Dichtring (8) ausgebildet ist.

5. Ausgleichselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (12) von einem Drosselelement (13) gebildet ist, welches den Querschnitt des Drosselkanales (12) temperatur­ abhängig verändert.

6. Ausgleichselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß zwischen dem Ventil­ stößel (6) und einer diesen umgebenden Führungswand (1) ein Hydraulikraum (24) mit einem sich gegen Ende der Ventilschließbewegung verengenden Dros­ selspalt (27) vorgesehen ist.

7. Ausgleichselement nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikraum (24) mit der Speicherkammer (10) verbunden ist.