DE4334517A1 - Rollentassenstößel für ein Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rollentassenstößel gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1. Tassenstößel bieten bekanntlich vorteilhafte Möglichkeiten zur Unterbringung hydraulischer Ven­ tilspielausgleichselemente. Mit Rollen zur Abstützung am Umfang eines Nockens, der bei der Ladungswechselsteuerung von Brenn­ kraftmaschinen auf einer von der Maschine her angetriebenen Nockenwelle sitzt, ausgerüstete Tassenstößel bieten den Vorteil einer besonders großen Reibungsarmut, und zwar sowohl was den Kontakt zwischen ihnen und dem Nocken als auch die seitliche Abstützung an Gleitflächen einer Aufnahmebohrung beispielsweise im Zylinderkopf anbelangt.

Wie aber beispielsweise der gattungsbildende Stand der Technik, nämlich die DE-OS 40 23 886, F01L 1/14, und die EP 0 468 201 A1, F01L 1/24, belegen, macht die platzsparende und gewichtsarme Ausbildung von Rollentassenstößeln, die zugleich hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtungen aufnehmen, Schwierigkeiten. So beschreibt die Offenlegungsschrift Konstruktionen, bei denen zumindest eine Rolle seitlich des zugehörigen Tassenstößels an­ geordnet ist, während in der Konstruktion nach der europäischen Patentanmeldung zur Unterbringung des Hydraulik-Vorratsraums der Ventilspielausgleichseinrichtung der hohl ausgebildete Rollen­ bolzen dient. Die erstgenannte Konstruktion besitzt den grund­ legenden Nachteil, daß durch den seitlichen Versatz der Rolle Kippmomente erzeugt werden, während die europäische Konstruktion einen relativ großen Rollendurchmesser und eine axiale Hinter­ einanderanordnung von Rolle und Druckraum der Ventilspielaus­ gleichseinrichtung vorsieht und demgemäß eine relativ große Bau­ länge besitzt.

In allen Fällen ist auch zu beachten, daß jede Vergrößerung der Masse des Tassenstößels sich als Vergrößerung der bewegten Masse des Ventiltriebs äußert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Rollentassenstößel unter Wahrung seiner grundsätzlichen Vorteile zu schaffen, der einen massearmen, nur wenig Platz erfordernden Aufbau besitzt und dennoch die Möglichkeit bietet, durch ein­ fache Maßnahmen eine Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall vorzunehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung ist also der sonst ungenutzte Raum am Umfang der jeweiligen Rolle durch entsprechende Formgebung des Tassen­ bodens zur Unterbringung des Druckraum der Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung ausgenutzt. Man kann auch sagen, dieser Druckraum sei etwa bis in den Höhenbereich der Achse des Rollen­ bolzens hochgezogen, wozu in einem Längsschnitt durch den Tas­ senstößel der Boden der Tasse einen sich an den Umfang der Rolle anschmiegenden teilzylindrischen Bereich besitzt.

Besonders platz- und massesparend ist eine Konstruktion des zu der Ventilspielausgleichsvorrichtung gehörenden Rückschlagven­ tils gemäß Anspruch 2. Ein derartiges federndes Ringband besitzt sowohl eine minimale Masse als auch einen minimalen-Platzbedarf. Zwar ist aus der US-PS 2 862 486 eine hydraulische Ventilspiel­ ausgleichsvorrichtung bekannt, die ebenfalls ein geschlitztes Ringband verwendet. Hier werden jedoch nicht die radialen Druck­ verhältnisse im Druckraum der Ventilspielausgleichsvorrichtung gleichsam zur Steuerung des Durchmessers dieses Ringbandes und damit zur abwechselnden Freigabe und Absperrung von radial ver­ laufenden Kanälen ausgenutzt, sondern das Ringband ist mit axialem Spiel von einer umlaufenden Nut aufgenommen und stützt sich unter Gleitreibung an der Innenfläche der Tasse ab. Das bedeutet, daß je nach Bewegungsrichtung des Kolbens der Ventil­ spielausgleichsvorrichtung das Ringband zwischen einer oberen Stellung, in der es einen strömungsquerschnitt freigibt, und einer unteren Stellung, in der es diesen abdeckt, bewegbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt durch die hier interessierenden Teile des Ventiltriebs eines Ladungswechsel­ ventils einer Brennkraftmaschine wiedergibt.

Das als Hubventil ausgeführte Ladungswechselventil ist durch seinen Ventilstößel 1 angedeutet, der unter der Wirkung der üblichen Ventilschließfeder 2, die sich über den Ventilteller 3 am Ventilstößel 1 abstützt, in Richtung nach oben kraftbeauf­ schlagt ist. Zur Erzeugung von Hubbewegungen des Ventils dient in üblicher Weise der Nocken 4, der von einer Nockenwelle in Rotation versetzt wird, die durch die Brennkraftmaschine in üblicher Weise angetrieben wird.

Zwischen dem antreibenden Nocken 4 und dem Ventil 1 ist der allgemein mit 5 bezeichnete drehgesicherte Rollentassenstößel eingeschaltet, dessen wesentliche Bestandteile die äußere Tasse 6 mit Tassenmantel 7 und Tassenboden 8, der Kolben 9 und die Rolle 10 sind, deren Rollenbolzen oder -achse 11 in seitlichen Lagerböcken 12 der Tasse 6 gelagert ist. Wie ersichtlich, liegen die Drehachsen von Nocken 4 und Rolle 10 parallel zueinander, so daß die in diesem Ausführungsbeispiel über ein Nadel- oder Rol­ lenlager 13 auf dem Bolzen 11 gelagerte Rolle 10 eine reibungs­ arme Übertragung des Hubverlaufs des Nockens 4 auf den Rollen­ tassenstößel 5 sicherstellt, der in der Führungsbohrung 14 im Zylinderkopf 15 der Brennkraftmaschine axial verschiebbar ge­ lagert ist.

Einen wesentlichen Bestandteil der Ventilspielausgleichsvor­ richtung bildet der hydraulische Druckraum 16, der sich zwischen dem axial verschiebbar in der Tasse 6 gelagerten Kolben 9 und dem Tassenboden 8 erstreckt. In diesem Druckraum 16 erkennt man ferner die Druckfeder 25, die den axialen Abstand zwischen Kolben 9 und Tassenboden 8 zu vergrößern sucht.

Zwecks Erzielung eines minimalen Platzaufwands für die Unter­ bringung der Rolle 10 und des Druckraum 16 ist der Tassenboden 8 in dem gezeigten Längsschnitt teilzylindrisch ausgebildet, so daß er sich - selbstverständlich unter Wahrung eines kleinen Ab­ stands - an den Umfang der Rolle. 10 anschmiegt und den dort zur Verfügung stehenden Raum zur Unterbringung zumindest eines Teils des Druckraums 16 ausnutzt.

Wie bereits diese Beschreibung des Ausführungsbeispiels erkennen läßt, ist eine zentrale Einleitung der vom Nocken 4 ausgeübten Kräfte gewährleistet; auch ist der Platzbedarf für die Unter­ bringung der Rolle 10 und des Druckraums 16 minimal.

Diese grundlegenden Vorteile, die verbunden sind mit einer geringen oszillierenden Masse, gehen jedoch nicht auf Kosten der Anpassungsmöglichkeiten des Rollentassenstößels an den jeweili­ gen Einsatzfall. Dies wird deutlich, wenn man die Möglichkeiten der Druckmittelversorgung des Druckraums 16 betrachtet:

Man erkennt im Kolben 9 die rinnenförmige äußere Einziehung 17, an deren Boden zumindest ein Verbindungskanal 18 zum Druckraum 16 vorgesehen ist. Diese Einziehung 17 bildet den üblichen Vor­ ratsraum der hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung. Nur dann, wenn der Druck im Druckraum 16 während Grundkreisphasen des Nockens, also bei geschlossenem Hubventil 1, niedriger ist als im Vorratsraum 17, darf eine Strömungsverbindung über den Kanal 18 hergestellt sein. Dem dient das im wesentlichen aus dem geschlitzten federnden Ringband 19 bestehende Rückschlagventil. Dieses Federband 19, das einen im rechten Teil der Figur ange­ deuteten Schlitz besitzt, ist durch den in den Schlitz ein­ greifenden Bolzen 20 gegen Drehung gesichert, so daß stets ein ungeschlitzter Bereich des Ringbands 19 dem Kanal 18 gegenüber­ steht, und von der druckraumseitigen umlaufenden Rinne 21 im Kolben 9 axial gesichert aufgenommen. Nur dann, wenn der Druck im Druckraum 16 kleiner ist als der Druck im Vorratsraum 17, erfolgt durch die Druckdifferenz eine Verringerung des Durchmes­ sers des federnden Ringbands 19, so daß über den Kanal 18 eine Strömungsverbindung zum Nachsaugen von hydraulischem Druckmedium in den Druckraum 16 hergestellt wird.

Verständlicherweise kann die Rinne 21 auch durch örtliche, nach innen weisende Vorsprünge des Materials des Kolbens 9 gewonnen sein.

Zur Nachlieferung von hydraulischem Druckmedium, als das in vor­ teilhafter Weise Öl aus dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine verwendet werden kann, dienen der ortsfeste, d. h. in den Zylin­ derkopf 15 eingearbeitete Kanal 22 und der weitere ortsfeste Kanal 23. Beide stehen zeitweilig über den Durchbruch 24 mit dem Vorratsraum 17 in Strömungsverbindung. In diesem Ausführungs­ beispiel sind die Verhältnisse während der Grundkreisphase des Nockens 4 angenommen: Der Durchbruch 24 ist bezüglich der Ein­ mündungsstelle des weiteren ortsfesten Kanals 23 so angeordnet, daß jetzt eine Strömungsverbindung über den Durchbruch 24 nur zwischen dem weiteren Kanal 23 und dem Vorratsraum 17 herge­ stellt ist. Demgemäß wird bei niedrigem Druck im Druckraum 16 und demgemäß Absaugen von Hydraulikmedium aus dem Vorratsraum 17 in diesen im weiteren ortsfesten Kanal 23 gespeichertes Druck­ medium nachgeliefert.

Bei beginnender Hubbewegung des Ladungswechselventils 1 bewegt sich der Durchbruch 24 in der Zeichnung nach unten, so daß kurz­ zeitig eine Verbindung zwischen dem mit einer Quelle für das hydraulische Medium, beispielsweise dem Schmierölsystem der Maschine, verbundenen ortsfesten Kanal 22 und dem weiteren ortsfesten Kanal 23 hergestellt wird, wodurch der letztgenannte Kanal wieder gefüllt wird. Im weiteren Verlauf der Hubbewegung des Ventils 1 und damit auch der in der Zeichnung abwärts ge­ richteten Bewegung des Kolbens 9 stellt der Durchbruch 24 eine Strömungsverbindung lediglich zwischen dem ortsfesten Kanal 22 und dem Vorratsraum 17 her, während der weitere ortsfeste Kanal 23 durch den Tassenmantel 7 abgedeckt ist.

Durch entsprechende Ausbildung und Anordnung des Durchbruchs 24 ist sichergestellt, daß die Verbindung zwischen ortsfestem Kanal 22 und Vorratsraum 17 nur in Hubstellungen des Hubventils 1 her­ gestellt ist, in denen kraftschlüssige Verbindungen zwischen allen Bestandteilen des Ventiltriebs vorliegen. Dabei wird die Tatsache berücksichtigt, daß bei hohen Drehzahlen der Brenn­ kraftmaschine im Bereich großer Ventilhübe wegen der dann auf­ tretenden hohen Massenkräfte die Kraft der Ventilschließfeder 2 nicht ausreichen kann, um den Kraftschluß zwischen Nocken und Ventil zu wahren. Es kommt dann zum sogenannten Ventilflattern, das zu einem unerwünschten "Aufpumpen" der hydraulischen Ventil­ spielausgleichsvorrichtung Anlaß geben kann. Dies wird erfin­ dungsgemäß durch die Trennung der Räume der Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung von dem ortsfesten Kanal 22 vermieden.

Die dargestellte Lösung mit zwei ortsfesten Kanälen 22 und 23 bietet darüber hinaus den Vorteil, daß das Auftreten großer Hydraulikkräfte, die die Rolle 10 während Grundkreisphasen zusätzlich zur Kraft der Schließfeder 2 und der Druckfeder 25 gegen den Nocken 4 drücken, vermieden sind. Zum Nachfüllen des Vorratsraums 17 steht nämlich nur die im weiteren ortsfesten Kanal 23 befindliche Menge des Druckmediums zur Verfügung.

Wie ebenfalls aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Kanal 18 im Kolben 9 etwas tiefer angeordnet als der Durchbruch 24 im Tas­ senmantel 7. Da der schmale Spalt zwischen Tassenmantel 7 und zylinderkopfseitiger Führung 14 für diesen zur Entlüftung des im Vorratsraum 17 befindlichen Druckmediums dient, ist durch diese relative Anordnung der beiden Durchlässe 18 und 24 sicherge­ stellt, daß in den Druckraum 16 nur entlüftetes Druckmedium gelangt. Die Abfuhr von Luft aus dem Druckraum 16 erfolgt über den Spalt zwischen der Innenfläche des Tassenmantels 7 und der Außenfläche des Kolbens 9 in den Vorratsraum 17 und von diesem in beschriebener Weise längs der Führung 14.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Rollentassen­ stößel geschaffen, der sich durch geringe Abmessungen und ge­ ringe oszillierende Massen auszeichnet.

Claims (8)

1. Rollentassenstößel für den Ventiltrieb eines Hubventils mit einer axial verschiebbar geführten äußeren Tasse und einem von dieser verschiebbar aufgenommenen Kolben, die zur Bildung einer hydraulischen Ventilspielausgleichsvorrichtung zwischen ihren einander zugekehrten Bodenflächen einen mit einer Druckflüssigkeit gefüllten Druckraum bilden, der über ein Rückschlagventil zeitweilig in Nachfüllverbindung mit einem Vorratsraum steht, und mit einem an der dem Druckraum abge­ kehrten Seite des Tassenbodens über eine Drehachse gelagerten Kraftübertragungsrolle, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (10) teilweise von einem in einem Längsschnitt durch den Tassenstößel teilzylindrischen Bereich des Tassenbodens (8) aufgenommen ist.

2. Rollentassenstößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil zumindest einen Kanal (18) in einem Mantel des Kolbens (9) und ein radial druckbeaufschlagtes, gegen axiale Bewegungen gesichertes federndes geschlitztes Ringband (19) zur druckabhängigen Freigabe und Abdeckung des Kanals (18) enthält.

3. Rollentassenstößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorratsraum durch eine vom Tassenmantel (7) abgedeckte ringartige Einziehung (17) des Kolbens (9) gebil­ det ist, an der das Rückschlagventil (18, 19) angeordnet ist.

4. Rollentassenstößel nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringartige Einziehung (17) druckraum­ seitig eine umlaufende Nut (21) zur Aufnahme des geschlitzten Ringbandes (19) aufweist, unter dem der zum Vorratsraum (17) führende Kanal (18) im Kolben (9) liegt.

5. Rollentassenstößel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorratsraum (17) zumindest in vorgegebenen Hubstellungen des Hubventils (1) über zumindest einen Durch­ bruch (24) im Tassenmantel (7) in Strömungsverbindung mit zumindest einem ortsfesten Versorgungskanal (22) steht.

6. Rollentassenstößel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch (24) und der ortsfeste Kanal (22) nur bei Hubstellungen des Hubventils (1) kommunizieren, in denen kraftschlüssige Verbindungen zwischen den Bestandteilen des Ventiltriebs vorliegen.

7. Rollentassenstößel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein weiterer ortsfester Kanal (23) bezüglich des Durchbruchs (24) derart angeordnet und dieser derart bemessen ist, daß während Schließphasen des Hubventils (1) nur der weitere ortsfeste Kanal (23) mit dem Durchbruch (24) kommuniziert, während Hubbewegungen des Hubventils (1) der Durchbruch (24) zeitweilig beide ortsfeste Kanäle (22, 23) verbindet und bei in den vorgegebenen Hubstellungen befindlichem Hubventil (1) nur der ortsfeste Kanal (22) mit dem Durchbruch (24) kommuniziert.

8. Rollentassenstößel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18) im Kolben tiefer als der Durchbruch (24) liegt.