DE4124484C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilspielausgleichs­ einrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Spielausgleichselement in einer zylindrischen Führung in axialer Richtung auf und ab bewegbar ist, umfassend einen ersten und einen zweiten Hohlzylinder, die gegeneinander abgedichtet und durch eine Druckfeder axial elastisch aufein­ ander abgestützt sind und von einem im wesentlichen tassenför­ migen Gehäuse mit ebenem Boden und mit zumindest einer umfangs­ seitig angeordneten Schmiermitteldurchtrittsöffnung konzen­ trisch umschlossen sind, wobei der erste Hohlzylinder und die Schmiermitteldurchtrittsöffnung flüssigkeitsleitend verbunden sind und wobei der Schmiermitteldurchtrittsöffnung auf der den Hohlzylindern zugewandten Seite ein erstes Rückschlagventil zugeordnet ist, das den Schmiermitteldurchtritt durch die Öffnung in Richtung des ersten Hohlzylinders frei gibt und den Rückfluß aus dem ersten Hohlzylinder durch die Öffnung sperrt.

Eine solche Ventilspielausgleichseinrichtung ist aus der DE-OS 31 50 083 bekannt. Danach bildet eine flexible Gummidich­ tung ein erstes Rückschlagventil zur Abdichtung des Vorratsbehälters für ein hydraulisches Druckmittel. Selbst nach längerem Stillstand des Motors enthält der Ventilstößel die für den ordnungsgemäßen Betrieb notwendige Druckmittelmenge da der Rückfluß des Druckmittels aus dem Behälter durch das flexible Rückschlagventil aus Gummi gesperrt ist. Dabei ist allerdings zu beachten, daß der Ventilstößel durch eine Zuführbohrung mit einem Schmiermittel aus dem Schmiermittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine befüllt wird. Eine derartige Ausge­ staltung bedingt durch die in Zylinderkopf angeordneten Boh­ rungen einen hohen Herstellungsaufwand und ist daher in wirt­ schaftlicher Hinsicht wenig befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß der erste Hohlzylinder stets mit Druckmittel gefüllt ist, selbst wenn die Ventile bei längerem Stillstand der Brennkraftmaschine in Offenstellung gehalten werden und daß zur Befüllung des Spielaus­ gleichselement keine speziell dafür vorgesehene Ölzuführungsboh­ rungen im Zylinderkopf vorgesehen ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche bezug.

Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Ventilspielausgleichs­ einrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine weist das Gehäuse einen Außendurchmesser auf, der im Bereich der Öffnung beginnend in Richtung des Bodens verkleinert ist. Eine Zufüh­ rung von Öl in den zweiten Hohlzylinder, der als Hochdruckraum ausgebildet ist, erfolgt im Aufwärtshub des Gehäuses dadurch, daß zwischen der zylindrischen Führung und dem im Durchmesser verkleinerten Bereich des Außendurchmessers ein Spalt gebildet ist, wodurch das Öl durch die Schmiermitteldurchtrittsöffnung, am ersten Rückschlagventil vorbei in den ersten Hohlzylinder und von dort über ein zweites Rückschlagventil in den zweiten Hohlzylinder gelangt. Bei dem zur Füllung verwendeten Öl handelt es sich um Spritzöl, das im Zylinderkopf zur Schmierung von Nockenwelle, Nocken und Stößel ohnehin vorhanden ist.

Ist der Aufwärtshub beendet, befindet sich das Ventil in Geschlossenstellung und die beiden Hohlzylinder weisen in axialer Richtung, durch die Druckfeder bedingt, den größt­ möglichen Abstand voneinander auf. Zum Öffnen des Ventils wird das Spielausgleichselement durch einen Nocken in eine Abwärtsbe­ wegung versetzt. Sowohl das zweite Rückschlagventil, das den zweiten Hohlzylinder vom ersten Hohlzylinder trennt, als auch das erste Rückschlagventil, das den Rückfluß aus dem ersten Hohlzylinder durch die Öffnung in Richtung Zylinderkopf sperrt, sind geschlossen. Dadurch wird einerseits eine in axialer Richtung nahezu unnachgiebige Verbindung zwischen Nockenwelle und Ventil hergestellt und andererseits bewirkt, daß zumindest der erste Hohlzylinder bei jedem Betriebszustand des Motors, auch nach längerem Stillstand vollständig mit Öl gefüllt ist. Eine Gefahr des Klapperns dadurch, daß Luft vom ersten in den zweiten Hohlzylinder gelangt, besteht nicht. Der wesentliche Vorteil ist darin zu sehen, daß die schwierig zu fertigenden Zuführungsbohrungen im Zylinderkopf, die bisher zur Versorgung der Spielausgleichselementes mit Schmiermittel benötigt wurden, vermieden werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist in wirtschaftlicher Hinsicht besonders vorteilhaft.

Das Gehäuse kann entlang einer Umfangslinie in allen Teilbereichen einen gleichmäßig verringerten Außendurchmesser aufweisen. Diese Gehäuseform kann besonders einfach hergestellt werden, was Vorteile bezüglich der Wirtschaftlichkeit bedingt.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß das Gehäuse umfangsseitig zumindest einen segmentartig keilförmigen Abschnitt aufweist, dessen Begrenzungen den selben Außendurchmesser aufweisen wie das Gehäuse im Bereich der zylindrischen Führung. Hierbei ist von Vorteil, daß sich die Führungsfläche des Gehäuses über ihre gesamte axiale Ausdehnung in einer Führungsbuchse eine Zylinderkopfes abstützen kann. Der Verschleiß der Führungsfläche des Gehäuses, bedingt durch die Kippmomente bei der Bewegung des Gehäuses in axialer Richtung, ist dadurch vergleichsweise verringert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß umfangsseitig jeweils rechtwinklig zueinander vier segmentartig keilförmige Abschnit­ te entlang des Umfangs angeordnet sind.

Der Außendurchmesser kann im Bereich der Öffnung beginnend in Richtung des Bodens kontinuierlich ineinander übergehend oder stufenförmig verkleinert sein. Die Form des Gehäuses in diesem Bereich kann den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles dadurch besonders gut angepaßt werden. Einige der relevanten Parameter, von denen die Spaltgröße zwischen Gehäuse und Führung abhängt, werden durch das erste Rückschlagventil, die Größe der Schmiermitteldurchtrittsöffnung sowie die geome­ trischen Abmessungen der Hohlzylinder gebildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß im Gehäuse innenseitig eine Trennwand festgelegt ist, die mit dem Boden einen ringförmigen Kanal begrenzt und daß der Kanal mit dem ersten Hohlzylinder flüssigkeitsleitend verbunden ist. Die Trennwand, die das erste Rückschlagventil, das beispiels­ weise aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff besteht, in radialer Richtung im Bereich der Schmiermitteldurchtrittsöff­ nung des Gehäuses fixiert, gewährleistet gute Gebrauchseigen­ schaften bei kompakten Abmessungen des Spielausgleichselemen­ tes.

Die Trennwand wird auf der in axialer Richtung dem Boden abgewandten Seite von der dem Kanal zugewandten Stirnseite des ersten Hohlzylinders anliegend berührt und von dem zweiten Hohlzylinder nur bei größtmöglicher Einfederung. Als Druckbe­ grenzung im ersten Hohlzylinder kann die Stirnseite des ersten Hohlzylinders und/oder die Gegenfläche der Trennwand eine Rautiefe von wenigstens 1 µm aufweisen. Bei Überschreitung eines bestimmten Druckes im ersten Hohlzylinder kann die darin enthaltene Flüssigkeitsmenge in Form einer Leckage zwischen dem ersten Hohlzylinder und der Trennwand entweichen. Eine weitere Leckage, die während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Ventilspielausgleichseinrichtung auftritt, entsteht zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Hohlzylinders und der Innen­ fläche des zweiten Hohlzylinders. Dadurch, daß diese beiden Teile in axialer Richtung beweglich ineinander geführt sind, und der zweite Hohlzylinder als Hochdruckraum ausgebildet ist, wird die Passung zwischen den beiden Teilen von Schmiermittel durchdrungen. Diese geringe Menge bewirkt eine einwandfreie Schmierung zwischen den beiden Teilen und einen verschleißarmen Betrieb sowie einen permanenten Austausch und eine Auffrischung des Schmiermittels.

Der zweite Hohlzylinder kann während der bestimmungsgemäßen Verwendung durch ein Befestigungselement unverlierbar, aber axial verschieblich im Gehäuse angeordnet sein. Das Befesti­ gungselement gewährleistet eine einfache Montage des Spielaus­ gleichselementes im Ventiltrieb einer Verbrennungskraftma­ schine. Das Befestigungselement kann beispielsweise in einer Nut entlang der innenseitigen Umfangsfläche des Gehäuses angeordnet sein und neben dem zweiten Hohlzylinder auch die Trennwand mit dem darin angeordneten ersten Rückschlageventil in ihrer radialen Richtung fixieren.

Zur einfacheren Montage und Demontage des Befestigungselementes sowie zum Ableiten der durch Leckage entstandenen Schmiermit­ telverluste aus den Hohlzylindern kann dieses mit Ausnehmungen in Richtung des Brennraumes versehen sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Trennwand und das Befestigungselement einstückig ausgebildet sein und aus polymerem Werkstoff bestehen. Sowohl im Hinblick auf eine weiter vereinfachte Montage als auch im Hinblick auf eine möglichst geringe zu beschleunigende Masse des Spielaus­ gleichselementes ist dies von Vorteil. Zur weiteren Verbes­ serung der Gebrauchseigenschaften sowie zur weiteren Verringe­ rung des Verschleißes kann das Befestigungselement aus einem Werkstoff mit besonders geringem Reibungskoeffizienten bestehen oder mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein, die eine geringe Reibung zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen gewährleistet.

Eine Ventilspielausgleichseinrichtung der erfindungsgemäßen Art kann in Zylinderköpfen von Verbrennungskraftmaschinen zur Anwendung gelangen, die keine separaten Leitungen zur Befüllung des Spielausgleichselementes aufweisen.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Diese zeigen die zu berücksichtigenden Einzelkomponenten teilweise in schematischer Darstellung.

Es zeigt

Fig. 1 die hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung, wobei die Trennwand und das Befestigungselement zweiteilig ausgebil­ det sind.

Fig. 2 eine andere Ausgestaltung der hydraulischen Ventilspiel­ ausgleichseinrichtung, bei der die Trennwand und das Befesti­ gungselement einstückig ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung der umfangsseitig angeordneten, segmentartig keilförmigen Abschnitte.

In Fig. 1 sind zwei Belastungszustände der hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung dargestellt. Im linken Teil der Darstellung begrenzt der zweite Hohlzylinder 4 das gering­ ste Volumen des Hochdruckraumes und liegt mit seiner in axialer Richtung geöffneten Stirnfläche an der Trennwand 8 an. Im rechten Teil der Darstellung weist der Hochdruckraum, der im wesentlichen von dem zweiten Hohlzylinder 4 begrenzt ist, sein größtes Volumen auf. Der zweite Hohlzylinder 4 liegt in axialer Richtung mit einem Vorsprung an einer Anschlagfläche des Befestigungselementes 10 an. Der im linken Teil dargestellte Belastungszustand tritt beispielsweise dann ein, wenn das Spielausgleichselement 1 bei abgeschalteter Verbrennungskraft­ maschine längerer Zeit unter axialer Belastung zwischen einem hier nicht dargestellten Nocken und einem geöffneten Ventil angeordnet ist. In diesem Fall entweicht über die Fassung zwischen dem ersten Hohlzylinder 3 und dem zweiten Hohlzy­ linder 4 das im Hochdruckraum befindliche Öl allmählich und bewirkt gleichzeitig eine allmähliche Lageveränderung des angrenzenden Ventiles in Richtung Geschlossenstellung. Diese Verschiebung des zweiten Hohlzylinders relativ zum ortsfesten ersten Hohlzylinder 3 und dem Gehäuse 6 ist dann beendet, wenn dieser wie beispielsweise hier dargestellt an der Trennwand 8 anliegt.

Im rechten Teil der Darstellung ist ein Belastungszustand des Spielausgleichselementes 1 dargestellt, wie er sich während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ergibt. Ohne von außen angreifende Belastung, also im oberen Todpunkt des Spielaus­ gleichselementes 1 bewegt die Druckfeder 5 den ersten 3 und zweiten Hohlzylinder 4 voneinander weg, bis der zweite Hohlzy­ linder 4, der relativ beweglich ist, an dem Befestigungsele­ ment 10 zu Anlage gelangt. In diesem Stadium, also bei ent­ spanntem Hochdruckraum, kann Schmiermittel, das sich im ersten Hohlzylinder und im damit flüssigkeitsleitend verbundenen Kanal 9 befindet, über das zweite Rückschlagventil 13 in den Hochdruckraum nachströmen und so durch Leckage verdrängtes Flüssigkeitsvolumen auffüllen. Die Befüllung des Spielaus­ gleichselementes 1 erfolgt über einen Spalt 12, der durch das Gehäuse 6 und die zylindrische Führung 2 gebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, daß das Gehäuse 6 einen Außendurchmesser aufweist, der im Bereich der Öffnung 6.2 beginnend in Richtung des Bodens 6.1 verkleinert ist.

Zur Funktion ist folgendes auszuführen: Ausgangspunkt des Funktionsablaufes ist die Stellung, in der das Ventil der Brennkraftmaschine vollständig geöffnet ist, d. h. der Nocken hat das gesamte Spielausgleichselement 1 in seinen unteren Totpunkt gebracht. Oberhalb des Gehäuses 6 und an der Wandung der Führung 2 befindet sich Öl, das als Spritzöl zur Schmierung der Nockenwelle, der Nocken und der Lauffläche zwischen Nocken und Gehäuse 6 benötigt wird. Dieses Öl wird bei der nun folgen­ den Aufwärtsbewegung des Gehäuses 6 in den keilförmigen Spalt 12 gedrückt und über die Schmiermitteldurchtrittsöff­ nungen 6.2 an dem ersten Rückschlagventil 7 vorbei in den Kanal 9 und den ersten Hohlzylinder 3 bewegt. Die Aufwärtsbe­ wegung des Spielausgleichselementes 1 gelangt im oberen Tod­ punkt zum Stillstand. In diesem Fall ist das Ventil der Brenn­ kraftmaschine geschlossen. Danach bewegt der Nocken das gesamte Spielausgleichselement 1 wieder abwärts zur Öffnung des Ven­ tils. Dabei verhindert das erste Rückschlagventil 7 das Rück­ strömen des Öls aus dem ersten Hohlzylinder 3 und dem Kanal 9 zurück durch die Schmiermitteldurchtrittsöffnung 6.2 in den keilförmigen Spalt 12. Im betriebsbedingten, hier rechts dargestellten Zustand werden die Verluste durch Leckage im Hochdruckraum durch ein Nachströmen des Schmiermittels aus dem ersten Hohlzylinder 3 und dem Kanal 9 ausgeglichen, so daß eine weitgehend unnachgiebige Verbindung zwischen Nocken und Ventil entsteht. Auch bei Stillstand des Motors verhindert das erste Rückschlagventil 7 daß der erste Hohlzylinder 3 sowie der Kanal 9 mit zunehmender Zeit leerlaufen. Damit ist sicherge­ stellt, daß sich im Kanal 9 sowie im ersten Hohlzylinder 3 immer ausreichend Öl befindet zur Versorgung des Hochdruck­ raumes innerhalb des zweiten Hohlzylinders 4.

Die Gefahr, daß bei Inbetriebnahme der Verbrennungskraftma­ schine Luft in den Hochdruckraum einströmt, besteht damit nicht.

In Fig. 2 ist eine hydraulische Ventilspielausgleichseinrich­ tung dargestellt, die der in Fig. 1 sehr ähnlich ist. Sie unterscheidet sich primär dadurch, daß die Trennwand 8 und das Befestigungselement 10 einstückig ausgebildet sind und aus polymerem Werkstoff bestehen. Die Funktionsweise ist der vorstehend beschriebenen ähnlich.

In Fig. 3 ist eine Ventilspielausgleichseinrichtung in perspek­ tivischer Darstellung gezeigt, bei der die Verkleinerung des Außendurchmessers in Richtung des Bodens 6.1 des Gehäuses 6 nur segmentartig ausgeführt ist. Die segmentartigen Abschnitte 12.1 weisen im Bereich ihrer Begrenzungen einen derartigen Außen­ durchmesser auf, daß sich umfangsseitig zwischen den keil­ förmigen Abschnitten 12.1 ein durchgehend konstanter Außen­ durchmesser in axialer Richtung des Gehäuses ergibt. Neben guten Gebrauchseigenschaften ist die Gefahr einer Verkantung in einem hier nicht dargestellten Zylinderkopf bei axialer Bewegung durch die vergleichsweise große Ausdehnung des Ge­ häuses 6 in axialer Richtung deutlich verringert.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist in der Ölzuführung zu sehen, die während der Aufwärtsbewegung des Spielausgleichs­ elementes 1 selbsttätig durch den im Spalt 12 entstehenden Druck erfolgt. Eine wesentliche Vereinfachung bei der Konstruk­ tion und Herstellung der Zylinderköpfe und Zylinderblöcke der Verbrennungskraftmaschine wird hierdurch bedingt.

Claims (12)

1. Hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Spielausgleichs­ element in einer zylindrischen Führung in axialer Richtung auf und ab bewegbar ist, umfassend einen ersten und einen zweiten Hohlzylinder, die gegeneinan­ der abgedichtet und durch eine Druckfeder axial elas­ tisch aufeinander abgestützt sind und von einem im wesentlichen tassenförmigen Gehäuse mit ebenem Boden und mit zumindest einer umfangsseitig angeordneten Schmiermitteldurchtrittsöffnung konzentrisch umschlos­ sen sind, wobei der erste Hohlzylinder und die Schmier­ mitteldurchtrittsöffnung flüssigkeitsleitend verbunden sind und wobei der Schmiermitteldurchtrittsöffnung auf der den Hohlzylindern zugewandten Seite ein erstes Rückschlagventil zugeordnet ist, das den Schmiermittel­ durchtritt durch die Öffnung in Richtung des ersten Hohlzylinders frei gibt und den Rückfluß aus dem ersten Hohlzylinder durch die Öffnung sperrt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (6) in zumindest einem Teilbereich einen Außendurchmesser aufweist, der im Bereich der Öffnung (6.2) beginnend in Richtung des Bodens (6.1) verkleinert ist.

2. Ventilspielausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) entlang einer Umfangslinie in allen Teilbereichen einen gleich­ mäßig verringerten Außendurchmesser aufweist.

3. Ventilspielausgleichseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) umfangs­ seitig zumindest einen segmentartig keilförmigen Abschnitt (12.1) aufweist, dessen Begrenzungen den selben Außendurchmesser aufweisen, wie das Gehäuse (6) im Bereich der zylindrischen Führung.

4. Ventilspielausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser im Bereich der Öffnung (6.2) beginnend in Richtung des Bodens (6.1) kontinuierlich ineinander übergehend verkleinert ist.

5. Ventilspielausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser im Bereich der Öffnung (6.2) beginnend in Richtung des Bodens (6.1) stufenförmig verkleinert ist.

6. Ventilspielausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (6) innenseitig eine Trennwand (8) festgelegt ist, die mit dem Boden (6.1) einen ringförmigen Kanal (9) begrenzt, der mit dem ersten Hohlzylinder (3) flüssigkeitsleitend verbunden ist.

7. Ventilspielausgleichseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) auf der in axialer Richtung dem Boden (6.1) abgewandten Seite von der dem Kanal (9) zugewandten Stirnseite des ersten Hohlzylinders (3) anliegend berührt ist und von dem zweiten Hohlzylinder (4) nur bei größtmöglicher Einfe­ derung.

8. Ventilspielausgleichseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite des ersten Hohlzylinders (3) und/oder die Gegenfläche der Trenn­ wand (8) eine Rautiefe von wenigstens 1 µm aufweisen.

9. Ventilspielausgleichseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlzylinder (4) durch ein Befestigungselement (10) unverlierbar, aber axial verschieblich im Gehäuse (6) angeordnet ist.

10. Ventilspielausgleichseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (10) zumindest eine Ausnehmung (11) in Richtung des Brennraums aufweist.

11. Ventilspielsausgleichseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) und das Befestigungselement (10) einstückig ausgebildet sind.

12. Ventilspielausgleichseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Zylinderkopf, der keine separate Leitung zur Befüllung des Spielausgleichselementes (1) aufweist.