DE4138985C2 - Hydraulische Längenausgleichsvorrichtung, insbesondere Spielausgleichsvorrichtung für ein Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Längenausgleichsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich als Spielausgleichsvorrichtung für ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, ist eine derartige Konstruktion beispielsweise aus der US 4 373 477 bekannt. Dort besteht eine dauernde Strömungsverbindung zwischen den beiden Niederdruckräumen über eine Vertiefung in der inneren Bodenfläche des tassenförmigen Gehäuses, die den Rand des Stützkolbens bei seiner Auflage auf dieser Bodenfläche umgeht.

Im Prinzip arbeiten derartige Längen- oder Spielausgleichsvorrichtungen so, daß, wenn man einmal den Fall einer Spielausgleichsvorrichtung eines Hubventils betrachtet, bei in Schließstellung befindlichem Hubventil unter der Wirkung der Druckfeder in dem Hochdruckraum eine Verlängerung desselben durch axiale Spreizung von Stütz- und Ausgleichskolben unter Nachsaugen von Öl über das dann öffnende Rückschlagventil aus dem zentralen Niederdruckraum erfolgt. Da dieser, wie beschrieben, dauernd in seinem oberen Bereich in Strömungsverbindung ebenfalls mit dem oberen Bereich des ringförmigen Niederdruckraums steht, der seinerseits von außen mit Druckmedium gespeist wird, besteht die Gefahr, daß in dem ringförmigen Niederdruckraum angesammelte Luft über den zentralen Niederdruckraum und das Rückschlagventil in den Hochdruckraum gelangt. Bekanntlich sind die Folge davon Klappergeräusche und erhöhter Ventiltriebverschleiß.

Beispielsweise aus der US 4 745 889 bekannte Gegenmaßnahmen bestehen darin, die Strömungsverbindung zwischen den beiden Niederdruckräumen vom höchsten Punkt derselben auf eine möglichst niedrige Stelle des ringförmigen Niederdruckraums zu verlegen, d. h. an einen Ort, an dem sich im ringförmigen Niederdruckraum keine Luft ansammeln kann. Konstruktiv geschieht dies dadurch, daß von der inneren Bodenfläche des tassenförmigen Gehäuses eine zylindrische Wand abgeht, die den Ausgleichskolben unter Bildung eines achsparallelen Kanals für das Druckmedium umschließt.

Voraussetzung für den Erfolg dieser Maßnahme ist verständlicherweise ein auch über längere Betriebszeiten bei unterschiedlichen Temperaturen dichter Abschluß zwischen dieser zylindrischen Wand einerseits und der Bodenfläche des tassenförmigen Gehäuses andererseits. Das bedeutet, daß diese bekannten Lösungen eine aufwendige Fertigung erfordern. Außerdem ist nicht zu erkennen, durch welche Maßnahmen bei diesem Stand der Technik die sich im ringförmigen Niederdruckraum ansammelnde Luft abgeführt werden kann.

Die DE 29 42 926 A1 offenbart einen Tassenstößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich. Hierbei ist jedoch eine Verbindung zwischen Druckmittelzuführung und Hochdruckraum derart getroffen, daß in dem Druckmittel enthaltenes Gas unausweichlich zunächst in den Hochdruckraum gelangt. Hierzu wird in DE 29 42 926 A1 als Verbesserung eine spezielle Entlüftung des Hochdruckraumes vorgeschlagen. Diese Anordnung ist jedoch aufwendig und kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße hydraulische Längenausgleichsvorrichtung zu schaffen, die bei einer herstellungs- bzw. montagefreundlichen Konstruktion auch über lange Betriebszeiten mit Sicherheit den Übertritt von Luft aus dem ringförmigen Niederdruckraum in den zentralen Niederdruckraum verhindert und die Möglichkeit der Abfuhr von Luft aus dem ringförmigen Niederdruckraum bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Längenausgleichsvorrichtung der o. g. Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung behält also die Strömungsverbindung zwischen den am Boden des tassenförmigen Gehäuses befindlichen ("oberen") Enden der beiden Niederdruckräume bei und sieht zwischen ihnen einen federbelasteten Trennkolben vor, der in dem Stützkolben mit einem Spiel geführt ist, das einen leckageartigen Zutritt von Druckmedium, nicht aber Luft in den zentralen Niederdruckraum ermöglicht. Gerade in den bezüglich des Vorhandenseins von Luft kritischen Startphasen verhindert dieser Trennkolben den Zutritt von Luft über den zentralen Niederdruckraum in den Hochdruckraum.

Dies hat den Vorteil, daß eine hydraulische Längenausgleichsvorrichtung zur Verfügung steht, welche mit einfachen, fertigungsfreundlichen Maßnahmen den Lufteintritt in den Hochdruckraum verhindert und damit dem Aufhefen von Klappergeräuschen und erhöhtem Verschleiß entgegenwirkt. Durch die zentrale Entlüftungsbohrung im Boden des tassenförmigen Gehäuses ist eine Luftabfuhr aus dem Niederdrucksystem bereits vor dem Eindringen in den Hochdruckraum sichergestellt. Dabei wird durch Aufliegen des federbelasteten Trennkolbens und dadurch erfolgende zumindest weitgehende Abdeckung der Entlüftungsbohrung insbesondere bei Stillstand der mit dem Ventil oder dergleichen ausgerüsteten Maschine der Austritt von Druckmedium und der Eintritt von Luft in der Niederdrucksystem verhindert. Diese Entlüftungsbohrung kann im übrigen zugleich zur Schmierung der durch den Boden des tassenförmigen Gehäuses gebildeten Auflagefläche für ein Krafteinleitungsglied, beispielsweise einen Nocken, dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Axialschnitt durch einen entsprechend der Erfindung ausgeführten Tassenstößel für ein durch einen Nocken betätigtes Hubventil einer Brennkraftmaschine zeigt.

An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Trennkolbenprinzip beispielsweise auch bei Kipphebelventiltrieben (mit bewegter Ausgleichsvorrichtung) und bei Schlepphebelventiltrieben (mit unbewegter Ausgleichsvorrichtung) einsetzbar ist.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Ventilspielausgleichsvorrichtung erstreckt sich in Richtung ihrer Achse 2 zwischen dem in bekannter Weise von der Brennkraftmaschine her angetriebenen Nocken 3 einerseits und dem Ende des Ventilschafts 4 andererseits.

Das Ventil wird in üblicher Weise mittels der Ventilschließfeder 5 gegen einen nicht dargestellten Ventilsitz in die in der Figur dargestellten geschlossene Lage gezogen.

Als einen ersten wesentlichen Bestandteil enthält die Vorrichtung 1 das tassenförmige Gehäuse 6, das in diesem Ausführungsbeispiel einen üblichen Tassenstößel bildet, der in dem Zylinderkopf 7 der Maschine geführt ist. Sein Mantel ist bei 8 mit einer Durchtrittsöffnung versehen, die mit der Zufuhr 9 für Hydrauliköl zumindest über einen Teil des axialen Verschiebewegs des Tassenstößels 6 in Strömungsverbindung steht. Der Boden 10 des Tassenstößels 6 bildet also die Auflagefläche 11 für den Nocken 3, während sich das freie Ende des Ventilschafts 4 auf einem topfförmigen Ausgleichskolben 12 abstützt. Dieser ist an einer in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Tassenstößel 6 einstückig ausgebildeten zylindrischen Führung 13 in axialer Richtung geführt und weist mit seinem Rand in Richtung auf den Boden 10 des Tassenstößels 6. Der Ausgleichskolben 12 dient seinerseits zur axialen Führung eines Stützkolbens 14, wobei sich zwischen den Böden der beiden topfförmigen Kolben 12 und 14 ein Hochdruckraum 15 erstreckt. Dieser enthält eine Druckfeder 16, die die beiden Kolben 12 und 14 im Sinne eines axialen Auseinanderspreizens kraftbeaufschlagt.

Schließlich enthält die Vorrichtung noch einen weiteren Kolben in Form eines Trennkolbens 17, der ebenfalls axial verschiebbar in dem Stützkolben 14 geführt ist, und zwar mit einer Leckage, so daß eine gewisse Strömungsverbindung zwischen dem zentralen Niederdruckraum 18 innerhalb des Stützkolbens 14 einerseits und dem die Kolben umgebenden ringförmigen Niederdruckraum 19 über die Vertiefung 20 in der inneren Bodenfläche des Bodens 10 sichergestellt ist. Wie aus der einzigen Figur ersichtlich, ist innerhalb des zentralen Niederdruckraums 18 eine Druckfeder 21 angeordnet, die den Trennkolben 17 in der Figur in Richtung nach oben gegen die innere Fläche des Bodens 10 des Tassenstößels 6 mit Kraft beaufschlagt.

In dem Boden 10 erkennt man die zentrale Entlüftungsöffnung 22, die bei anfliegendem Trennkolben 17, dessen nach oben weisende Fläche 23 konkav gekrümmt ist, zumindest weitgehend abgedeckt wird.

Geht man einmal vom Stillstand der mit dem Ventil bestückten Maschine und von einem nach unten weisenden Nocken 3 aus, so steht der Hochdruckraum 15 unter der Wirkung der Kraft der Ventilschließfeder 5. Infolge der Leckage zwischen Ausgleichskolben 12 und Stützkolben 14 verringert sich entgegen der Wirkung der Feder 16 die axiale Länge des Hochdruckraums 15, bis der Rand des Ausgleichskolbens 12 zum Anschlag an der inneren Oberfläche des Bodens 10 gelangt. Zumindest bei längerer Standzeit der Maschine kann auch von einem zumindest teilweisen Leerlaufen des ringförmigen Niederdruckraums 2 und der Ölzufuhr 9 ausgegangen werden.

Bei einem Start der Brennkraftmaschine verlängert sich in der jeweiligen Grundkreisphase des Nockens 3 die Einrichtung 1 bis zur spielfreien Anlage des Ausgleichskolbens 12 mit seiner äußeren Bodenfläche am Schaftende 4 des Ventils. Dabei erfolgt eine Volumenvergrößerung des Hochdruckraums 15 unter der Wirkung der Druckfeder 16, wobei über das dann öffnende Rückschlagventil 24 Druckmedium aus dem Niederdruckraum 18 nachgesaugt wird. Die im ringförmigen Niederdruckraum 19 befindliche Luft steht unter dem sich im Ölsystem der Maschine aufbauenden Öldruck, der über den Trennkolben 17 auf den zentralen Niederdruckraum 18 einwirkt. Dies hat eine Verschiebung des Trennkolbens 17 in der Figur nach unten entgegen der Wirkung der Feder 21 zur Folge und verhindert damit einen Übertritt von komprimierter Luft aus dem ringförmigen Niederdruckraum 19 in den zentralen Niederdruckraum 18. Dies wiederum macht einen Übertritt von Luft in den Hochdruckraum 15 unmöglich.

Sobald der Ausgleichskolben 12 diejenige Position eingenommen hat, in der das Ventilspiel ausgeglichen ist, wird der Fluß von Druckmedium aus dem zentralen Niederdruckraum 18 in den Hochdruckraum 15, bedingt durch die Leckage zwischen den Kolben 12 und 14, sehr klein, so daß die Feder 21 den Trennkolben 17 zur Anlage an dem Boden 10 des Tassenstößels 6 bringt. Zwischen den Kolben 14 und 17 herrscht eine Spielpassung, die einen geringen Fluß von Druckmedium zuläßt.

Die Entlüftungsbohrung 22 liegt so, daß jetzt der Trennkolben 17 mit seiner balligen oberen Fläche 23 den Austritt von Druckmedium aus ihr reduziert, andererseits bei stehender Maschine einen unerwünschten Lufteintritt in den Niederdruckraum 19 verhindert. Die Entlüftungsbohrung 22 dient weiterhin der Nockenschmierung, so daß sie also zur Lösung von zwei Teilaufgaben herangezogen wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Ventilspielausgleichsvorrichtung

2

Achse

3

Nocken

4

Ventilschaft

5

Ventilschließfeder

6

tassenförmiges Gehäuse/Tassenstößel

7

Zylinderkopf

8

Durchtrittsöffnung

9

Zufuhr für Hydrauliköl

10

Boden

11

Auflagefläche

12

Ausgleichskolben

13

zylindrische Führung

14

Stützkolbens

15

Hochdruckraum

16

Druckfeder

17

Trennkolbens

18

zentraler Niederdruckraum

19

ringförmiger Niederdruckraum

20

Vertiefung

21

Druckfeder

22

zentrale Entlüftungsöffnung

23

nach oben weisende Fläche des Trennkolbens

17

24

Rückschlagventil

Claims (3)

1. Hydraulische Längenausgleichsvorrichtung (1), insbesondere Spielausgleichsvorrichtung für ein Hubventil, mit einem tassenförmigen Gehäuse (6), das auf der Außenfläche seines Bodens (10) zur Auflage eines Krafteinleitungsglieds, insbesondere eines Nockens (3), eingerichtet ist und mit einer inneren koaxialen Führung (13) einen topfartigen Ausgleichskolben (12) axial verschiebbar aufnimmt, der mit seinem dem Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) abgekehrten Boden und mit einem im Ausgleichskolben (12) axial verschiebbaren Stützkolben (14) einen Hochdruckraum (15) ausbildet, der über ein Rückschlagventil (24) im Stützkolben (14) bei durch eine im Hochdruckraum (15) angeordnete Druckfeder (16) hervorgerufenen axialen Spreizbewegungen zwischen Ausgleichskolben (12) und Stützkolben (14) Druckmittel aus einem von dem ebenfalls topfförmigen Stützkolben (14) gebildeten zentralen Niederdruckraum (18) saugt, der seinerseits nahe dem Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) in Strömungsverbindung mit einem die Kolben (12, 14) umschließenden, mit einer äußeren Druckmittelzufuhr (9) versehenen ringförmigen Niederdruckraum (19) steht, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Niederdruckraum (18) in Richtung auf den Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) durch einen im Stützkolben (14) mit Leckage axial verschiebbar geführten, über eine Druckfeder (21) axial zur Auflage auf dem Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) vorgespannten Trennkolben (17) begrenzt ist, wobei im Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) innerhalb eines bei Aufliegen des Trennkolbens (17) von diesem zumindest annähernd abgedeckten Bereichs zumindest eine Entlüftungsöffnung (22) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkolben (17) eine Oberfläche (23) besitzt, die zur Auflage auf dem Boden (10) des tassenförmigen Gehäuses (6) eine zentrale Erhebung besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine in Axialschnitten konvex gekrümmte Oberfläche (23).