DE4102537A1 - Auslass-ventilstoessel fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auslaß-Ventilstößel gemäß dem Gattungsbegriff.

Zur Erhöhung der Bremsleistung von Brennkraftmaschinen in Nutzfahrzeugen ist es bekannt, das Auslaßventil auch wäh­ rend des Verdichtungstaktes kurz vor dem Erreichen von Zünd-OT zu öffnen, um die verdichtete Luft abzublasen und so deren Rückexpansion zu verhindern. Um das Auslaßventil vor Zünd-OT zu öffnen wird zwischen Auslaßnocken und Aus­ laßventil ein hydraulisch betätigbarer Ventilstößel ein­ geschaltet, welcher von einer externen Druckquelle beauf­ schlagbar ist. Zwischen Stößel-Außenteil und einem darin beweglichen Innenteil ist ein Druckraum vorgesehen, der über eine Bohrung mit der Druckquelle verbunden ist, die als Hydraulikpumpeneinheit ausgeführt sein kann. Soll nun das Auslaßventil vor Zünd-OT angehoben werden, wird die Hydraulikpumpeneinheit betätigt und der Druckraum mit Hy­ draulikdruck beaufschlagt, so daß das Innenteil über die Stößelstange gegen die Kraft der Ventilfeder das Auslaß­ ventil anhebt, wobei der Ventilstößel in dieser Phase auf dem Grundkreis des Auslaßnockens aufsitzt. Die Nockener­ hebung dient ausschließlich, wie sonst üblich, der Anhe­ bung des Auslaßventils während des Auslaßtaktes. Im Brems­ betrieb öffnet das Auslaßventil im Verlauf des Verdich­ tungstaktes. Durch den im Verdichtungstakt ansteigenden Druck steigt die Kraft auf das Auslaßventil. Über die Stößelstange überträgt sich diese Kraft rückwirkend auf das Innenteil des Auslaß-Ventilstößels und führt dort zu einem Druckanstieg, der erheblich den Druck übersteigt, der für die Öffnung des Auslaßventils entgegen der Kraft der Ventilfeder erforderlich ist. Dieser Druck pflanzt sich über alle druckführenden Teile bis zur externen Druckquelle fort und führt zu Schäden durch Kavitation, Erosion und Undichtheiten.

Ausgehend von dem Auslaß-Ventilstößel entsprechend dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, überhöhte Öldrücke außerhalb des Stößels zu vermeiden, um so zu erreichen, daß alle öldruckbeaufschlagten Teile nur dem relativ niedrigen, lediglich zur Erzeugung der Zusatz­ erhebung des Auslaßventiles notwendigen Öldruck ausgesetzt werden, so daß die Gefahr von Schäden weitgehend ausge­ schlossen und hohe Betriebssicherheit über lange Laufzei­ ten gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß der Druckraum unterhalb des Innenteiles durch die Kugel gegenüber den druckführenden Organen absperrbar ist, kann sich in ihm ein Druckniveau ausbilden, welches ein Mehrfaches dessen beträgt, was zur Öffnung des Auslaß­ ventiles notwendig ist, ohne daß die externen druckführen­ den Organe davon berührt werden. Somit wird von ihnen mit Sicherheit Schaden abgewandt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den An­ sprüchen 2 bis 5 entnommen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Auslaß-Ventilstößel zwischen Nocken­ welle und Auslaßventil,

Fig. 2 einen Auslaß-Ventilstößel mit mechanisch wirkendem Anschlag in Ruhestellung,

Fig. 3 einen Auslaß-Ventilstößel mit mechanisch wirkendem Anschlag gemäß Fig. 2, jedoch in Arbeitsstellung,

Fig. 4 einen Auslaß-Ventilstößel mit hydraulisch wirkender Hubbegrenzung in Ruhestellung,

Fig. 5 einen Auslaß-Ventilstößel mit hydraulisch wirkender Hubbegrenzung nach Fig. 4, jedoch in Arbeitsstellung,

Fig. 1 zeigt einen Auslaß-Ventilstößel 1 welcher zwischen einer Nockenwelle 2 und einer Stößelstange 3 angeordnet ist. Die Stößelstange 3 betätigt ein Auslaßventil 4, wel­ ches gegen die Rückstellkraft einer Ventilfeder 5 geöffnet wird. Im normalen Motorbetrieb wird das Auslaßventil 4 durch einen Nocken 6 geöffnet, welcher den Auslaß-Ventil­ stößel 1 anhebt und dieser seine Bewegung nach Ausschöp­ fung eines Spieles 9 über die Stößelstange 3 auf das Aus­ laßventil 4 weiterleitet.

Im Motorbremsbetrieb soll das Auslaßventil 4 zusätzlich während des Verdichtungstaktes leicht angehoben werden, um die verdichtete Luft abzublasen, so daß zusätzliche Bremsarbeit verrichtet wird.

Zu diesem Zweck weist der Auslaß-Ventilstößel 1 ein in einem Stößel-Außenteil 7 axial bewegliches Innenteil 8 auf, welches mit Hub 9 eingebaut ist. Während des Verdich­ tungstaktes, also wenn der Auslaß-Ventilstößel 1 auf einem Grundkreis 10 der Nockenwelle 2 aufsitzt wird von einer externen Druckquelle 11 Druckflüssigkeit zugeführt, welche den Innenteil 8 samt Stößelstange 3 anhebt, bis der Innen­ teil 8 einen vorgesehenen Hub 9 ausgeführt hat und zwischen Innenteil 8 und einem Anschlag 8a ein Spiel 9a verbleibt (Fig. 2). Das Auslaßventil 4 öffnet dadurch und die vor­ verdichtete Luft wird abgeblasen. Da das Auslaßventil in dieser Phase nur geringfügig angehoben wird baut sich bis zum Ende des Verdichtungshubes ein beachtlicher Druck im Zylinder auf, der das Auslaßventil 4 in Richtung Schließ­ stellung belastet. Das Auslaßventil 4 leitet diese Kraft über die Stößelstange 3 auf das Innenteil 8 des Auslaß-Ven­ tilstößels 1 weiter. Durch diese Kraft baut sich in allen druckführenden Bauteilen ein hoher hydraulischer Druck auf, welcher zu Schäden führen kann.

Erfindungsgemäß wird dieser Überdruck auf den Auslaßven­ tilstößel begrenzt und kann sich nicht weiter in die druckführenden Organe fortpflanzen.

Nach Fig. 2 wird dabei das Innenteil 8 einer besonderen Ausbildung unterzogen, um die Rückwirkung zu hohen Hydrau­ likdruckes auf die druckführenden Teile zu unterbinden. Zu diesem Zweck weist der Innenteil 8 einen axial beweglichen Kolben 12 auf, welcher durch eine Druckfeder 13 in Aus­ gangslage gehalten wird und den Ventilsitz 25 geöffnet hält. Der Kolben 12 verfügt einerseits über eine Hubbegrenzung 14 und andererseits über einen Dorn 15. Das Innenteil weist an seinem oberen Ende eine Kugelpfanne 16 auf, während das un­ tere Ende durch ein Ventil 17 abgeschlossen ist. In der Ku­ gelpfanne 16 ist die aus Fig. 1 zu ersehende Stößelstange 3 gelagert. Über durchgehende Bohrungen 18 kann ein erster Druckraum 19 unter dem Kolben 12 mit der externen Druck­ quelle 11 (Fig. 1) verbunden werden.

Der erste Druckraum 19 wiederum kommuniziert in der darge­ stellten Ruhelage des Kolbens 12 über erste und zweite Boh­ rungen 20, 21 im Ventil 17 mit einem zweiten Druckraum 22 unterhalb des Innenteils 8.

Im Ventil 17 befindet sich eine Feder 23 mit Kugel 24, welche über den Dorn 15 mittels der Druckfeder 13 in Aus­ gangslage gehalten wird.

Das Innenteil 8 ist mit Hub 9 plus einem Spiel 9a begrenz­ bar durch Anschlagring 8a in einem Stößel-Außenteil 7 des Auslaß-Ventilstößels 1 geführt.

Was die Funktion betrifft, wird auf Fig. 3 verwiesen. Bei Betätigung der Motorbremse kann der erste Druckraum 19 über die Bohrungen 18 mit der in Fig. 1 dargestellten Druck­ quelle 11 verbunden werden. Beim druckbeaufschlagen des Druckraumes 19 wird zunächst die Druckfeder 13 durch den Kolben 12 gestaucht, bis die Hubbegrenzung 14 am Innen­ teil 8 zum Anschlag kommt. Gleichzeitig wird die Kugel 24 nach Freigabe durch den Dorn 15 mittels der Feder 23 in einen Sitz 25 gedrückt und verschließt zunächst die erste Bohrung 20.

Die Kraft der Feder 23 ist nun so ausgelegt, daß die Ku­ gel 24 dennoch durch den sich im ersten Druckraum 19 auf­ bauenden Druck öffnen kann und den Weg der Druckflüssigkeit über die erste Bohrung 20 und die zweite Bohrung 21 zum zweiten Druckraum 22 freigibt. Durch die vom zweiten Druck­ raum 22 auf das Innenteil 8 ausgeübte Kraft wird dieses samt der in der Kugelkalotte 16 gelagerten Stößelstange 3 (Fig. 1) angehoben und solange verschoben, bis der Hub 9 (Fig. 2) ausgeschöpft ist. Der Hub 9 ergibt sich als eine Funktion der von der Druckquelle 11 geförderten Ölmenge. Diese stellt eine Konstante dar, da die Druckquelle 11 Fig. 1) als Verdrängerpumpe ausgeführt ist. Entsprechend der Wegstrecke des Hubes 9 wird das Auslaßventil 4 Fig. 1) geöffnet. Unter normalen Betriebsbedingungen ver­ bleibt zwischen Innenteil 8 und Anschlagring 8a ein Spiel 9a.

Da die Öffnung des Auslaßventiles 4 während des Verdich­ tungstaktes erfolgt steigt mit zunehmendem Verdichtungs­ druck die in Schließrichtung wirkende Kraft auf das Aus­ laßventil. Diese Kraft wird über die Stößelstange 3 Fig. 1) auf das Innenteil 8 übertragen.

Um das Auslaßventil 4 gegen diese steigende Kraft im ge­ öffneten Zustand zu halten müßte der von der Druckquelle 11 bereitzustellende Druck - resultierend aus der Kraft auf das Innenteil 8 und dessen Querschnittsfläche - ständig steigen. Dies führt aber zu Schäden durch Kavitation und Undichtheiten in den druckführenden Organen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der im zweiten Druckraum 22 sich aufbauende Druck die Kugel 24 zusätzlich zur Kraft der Feder 23 in den Sitz 25 preßt und dadurch der zweite Druckraum 22 hermetisch abgeriegelt wird und sich der ansteigende Druck nicht mehr über die erste Bohrung 20 und die Bohrungen 18 in die druckführen­ den Organe zurück fortpflanzen kann. Somit wird die Druck­ quelle 11 und die Verbindungsleitungen vor erhöhten Drücken und deren nachteiligen Wirkungen verschont. Wenn der von der Druckquelle 11 aufgebrachte Druck absinkt, entriegelt der, von der Druckfeder 13 in Ausgangsstellung zurückbe­ wegte Kolben 12 die Kugel 24 des Ventils 17. Das Öl aus dem zweiten Druckraum 22 kann abströmen und der Hub 9 des Innenteils 8 und damit des Auslaßventils 4 werden beendet.

Nach den Fig. 4 und 5 kann anstelle der mechanischen Hubbegrenzung 14 eine hydraulisch wirkende Hubbegrenzung verwendet werden. Aus diesem Grund werden nach Fig. 4 im Innenteil 8 erste und zweite Abregelbohrungen 26, 27 vorgesehen, welche über einen Überströmkanal 28 unterein­ ander verbunden sind. In Ruhestellung des Kolbens 12 kann der von der Bohrung 18 zugeführte Hydraulikdruck auf des­ sen, dem ersten Druckraum 19 zugewandte Seite einwirken und ihn gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 13 verschie­ ben. Wenn die Unterkante 29 des Kolbens 12 die erste Abre­ gelbohrung 26 erreicht, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, kann über diese, den Überströmkanal 28 und die zweite Ab­ regelbohrung 27 Hydraulikflüssigkeit in den von der Druck­ feder 13 ausgefüllten Raum einströmen. Dieser Raum ist über eine Entlastungsbohrung 30 zum Druckausgleich mit der Um­ gebung verbunden, wodurch eine weitere Bewegung des Kolbens 12 gestoppt wird. Die Funktionen der übrigen Teile gleicht der Ausführung nach den Fig. 2 und 3 und wurde dort aus­ führlich erläutert. Vorteil dieser Stößelausführung ist, daß auf das Überdruckventil (siehe Anspruch 3) verzichtet werden kann.

Claims (5)

1. Auslaß-Ventilstößel für eine Brennkraftmaschine, bei welcher der Ventilstößel zwischen einem Auslaßnocken und einer Stößelstange eines Auslaßventiltriebes einge­ schaltet ist, wobei der Ventilstößel im wesentlichen aus einem Stößel-Außenteil und einem darin axial beweg­ lichen und von einer externen Druckquelle beaufschlag­ baren Innenteil gebildet wird und das Innenteil mit Spiel axial beweglich im Stößel-Außenteil geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil (8) einen mittels Druckfeder (13) in Ausgangsstellung gehaltenen Kolben (12) aufweist, dessen axiale Bewegung in Rich­ tung der Stößelstange (3) durch eine Hubbegrenzung und an dem der Druckfeder (13) abgewandten Ende durch einen Dorn (15) begrenzbar ist, wobei der Dorn (15) auf eine Kugel (24) drückt, welche in Richtung des Kolbens (12) durch eine Feder (23) belastbar ist, derart, daß zu­ nächst ein zwischen Stößel-Außenteil (7) und Innenteil (8) befindlicher zweiter Druckraum (22) über Bohrun­ gen (18), erste und zweite Bohrungen (20, 21) und einen Ventilsitz (25) mit der externen Druckquelle (11) ver­ bindbar ist und anschließend durch steigenden Druck in einem ersten Druckraum (19), ausgelöst durch die externe Druckquelle (11), der Kolben (12) gegen die Druckfeder (13) bewegt, und damit die Kugel (24) freigegeben wird, wobei die Kugel (24) durch die Feder (23) den zweiten Druckraum (22) gegen den ersten Druckraum (19) absperrt, und wobei die Feder (23) so abgestimmt ist, daß der Druck der Druckquelle (11) zunächst ausreicht, die Ku­ gel (24) vom Ventilsitz (25) abzuheben, wobei das in den zweiten Druckraum (22) einströmende Öl das Innen­ teil (8) anhebt und dadurch das Auslaßventil (4) geöff­ net wird, und daß bei zunehmendem Druck aus der Kraft der Stößelstange (3) auf das Innenteil (8) durch den daraus im zweiten Druckraum (22) resultierenden, an­ steigenden Druck die Kugel (24) über den Ventilsitz (25) den Druckraum (22) absperrt und die Rückströmung vom zweiten Druckraum (22) zur externen Druckquelle (11) durch Schließen des Ventilsitzes (25) unterbin­ det, und daß nach Absinken des Druckes von der exter­ nen Druckquelle (11) die Druckfeder (13) den Kolben (12) gegen die Kugel (24) in seine Ausgangslage zu­ rückbringt, wodurch der Ventilsitz (25) geöffnet, das Öl aus dem zweiten Druckraum (22) ausströmen und der Hub des Innenteils (8) und damit des Auslaßventils (4) beendet wird.

2. Auslaß-Ventilstößel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hubbegrenzung aus einem Anschlag (14) gebildet wird, welcher starr mit dem Kolben (12) ver­ bunden ist.

3. Auslaß-Ventilstößel nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der maximale Hub (9) und eines verbleibenden Spiels (9a) des Stößel-Innentei­ les (8) durch einen Anschlagring (8a) begrenzt wird, um ein Anschlagen des Auslaßventiles (4) auf einen Motor-Kolben bei extremer Überdrehzahl sicher zu ver­ meiden, wobei das in diesem Falle wegen des bereits durch den normalen Öldruck vollzogenen Zusatzhubes von einer Hydraulikpumpeneinheit der Druckquelle (11) unnö­ tig geförderte Öl über ein Überdruckventil in der Hydraulikpumpeneinheit entweicht.

4. Auslaß-Ventilstößel nach Anspruch 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hubbegrenzung aus einer ersten und zweiten Abregelbohrung (26, 27) gebildet wird, wobei die erste Abregelbohrung (26) derart im Innen­ teil (8) lokalisiert ist, daß bei gewünschter Endlage des Kolbens (12) dieser Kolben die erste Abregelboh­ rung (26) freigibt, so daß diese über einen Über­ strömkanal (28), die zweite Abregelbohrung (27) und eine Entlastungsbohrung (30) mit der Umgebung korres­ pondiert.

5. Auslaß-Ventilstößel nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hub (9) so festgelegt ist, daß im regulären Motor-Bremsbetrieb bei maxi­ malem Zusatzhub, der durch die Hydraulikpumpeneinheit der Druckquelle (11) ausgelöst wird, ein Spiel (9a) zwischen Stößel-Innenteil (8) und Anschlagring (8a) vorhanden ist.