DE4334518A1 - Hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung für ein nockengesteuertes Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1. Derartige Ventilspielausgleichsvorrichtungen, wie sie an verschiedenen Stellen von Ventiltrieben für Hubventile, die Ladungswechselventile in Brennkraftmaschinen bilden, im Einsatz sind, enthalten als wesentlichen Bestandteil ein Rück­ schlagventil, das einen im Normalfall als Kugel gestalteten beweglichen Ventilkörper und eine auf diesen einwirkende Druckfeder aufweist. Diese herkömmliche Bauweise von Rück­ schlagventilen nimmt relativ viel Platz in der Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung in Anspruch, die aber aus Gründen der be­ engten Raumverhältnisse und zwecks Verringerung der bewegten Massen des Ventiltriebs gerade kompakt ausgeführt werden soll. Selbst wenn man aber von dieser Kugelventil-Ausbildung der Rückschlagventile in hydraulischen Ventilspielausgleichsvor­ richtungen einmal abgeht, wie dies beispielsweise in der Kon­ struktion nach der US-PS 3,728,990, FOIL 1/24, durch Verwen­ dung eines scheibenförmigen Ventilkörpers geschehen ist, bleibt das entgegen Federkraft durch den Druck eines Druckmit­ tels, das in der Regel aus der Ölversorgung der Maschine abge­ zweigt wird, belastete Rückschlagventil doch ein gewisser Un­ sicherheitsfaktor. Daher wäre eine Konstruktion für eine hy­ draulische Ventilspielausgleichsvorrichtung von Vorteil, die ohne ein derartiges Rückschlagventil auskommt.

Die DE-PS 28 43 918, FOIL 1/24, beschreibt eine Konstruktion für einen hydraulischen Stößel eines Ventiltriebs einer Brenn­ kraftmaschine, bei dem das beschriebene Rückschlagventil durch ein federbelastetes Verschlußelement gebildet oder ersetzt ist, das von einer auf dem Nocken ausgebildeten zusätzlichen Bahn zwangsweise betätigbar ist. Im einzelnen sieht diese Kon­ struktion zwischen zwei axial verschiebbar in dem äußeren Zylinder gelagerten kolbenartigen Endstücken einen federbe­ lasteten Stößelkolben vor, der topfförmig ausgebildet ist, einen Vorratsraum für das Druckmittel umschließt und axial einen Druckraum begrenzt, der eine Druckfeder zwischen dem Boden dieses Stößelkolbens einerseits und einem der Endstücke andererseits aufnimmt. Bei dieser Konstruktion sind also alle von dem Außenzylinder aufgenommenen Teile - Endstücke, Stößel­ kolben - relativ zum Außenzylinder axial verschiebbar in die­ sem gelagert. In der Mantelwand des Stößelkolbens sowie im Außenzylinder sind Ausnehmungen und Durchgangslöcher vorgese­ hen, die einerseits bei allen Stellungen des Außenzylinders mit den von ihm aufgenommenen Bauteilen eine Verbindung zwi­ schen dem Vorratsraum und der Druckmittelversorgung herstel­ len, andererseits nur bei einer bestimmten relativen axialen Stellung des Stößelkolbens bezüglich des Außenzylinders eine Verbindung zwischen Vorratsraum und Druckraum gewährleisten. Diese relative axiale Lage zwischen Stößelkolben und Außenzy­ linder wird durch eine zusätzliche Nockenbahn während der Grundkreisphasen des Nockens hergestellt, die den Außenzylin­ der gegen Federkraft relativ zum Stößelkolben verschiebt. Die zusätzliche Nockenbahn ist so gestaltet, daß außerhalb der Grundkreisphasen des Nockens die erwähnte Federkraft den Außenzylinder relativ zum Stößelkolben, der im Wege der Kraft­ übertragung zwischen Nocken und Ventil liegt, wieder in eine axiale Relativlage verschiebt-u in der die Strömungsverbindung unterbrochen ist.

Wie schon diese erste Erläuterung der gattungsbildenden bekann­ ten Konstruktion erkennen läßt, ist diese wegen ihres Aufwands an unter Wahrung einer Dichtheit relativ zueinander bewegbaren Bauteilen und die komplizierte Nockenform für die Großserien­ fertigung kaum geeignet.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gat­ tungsgemäße hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung un­ ter Wahrung der vorteilhaften Vermeidung von Rückschlagventi­ len so auszubilden, daß der Herstellungsaufwand, die bewegten Massen und letztlich die Kosten erheblich verringert sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Der große Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die grundlegende Aufgabe der Vermeidung von Rückschlagventilen in bestechend einfacher Weise mit einer Konstruktion löst, die im Prinzip nur zwei relativ zueinander axial bewegbare Teile, nämlich den Tassenstößel und den Kolben, enthält. Allein durch geeignete Anordnung und Ausbildung von Strömungskanälen bzw. Strömungsverbindungen im Tassenstößel und in der - beispiels­ weise in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vorgese­ henen - Führung für diesen wird sichergestellt, daß der Druck­ raum nur während der Grundkreisphasen mit dem Vorratsraum, dagegen dieser mit der Druckmittelversorgung nur außerhalb der Grundkreisphasen des dem betreffenden Ventil zugeordneten Nockens verbunden ist. Ein Nocken mit einer zusätzlichen Nockenbahn erübrigt sich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Querschnitte während der Grundkreisphase (Fig. 1) bzw. während der Ventilöffnungsphase (Fig. 2) wiedergebenden Zeich­ nung erläutert. Dabei ist angenommen, daß der Vorratsraum in die Führung des Tassenstößels eingearbeitet ist; grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Konstruktion jedoch auch dann anwend­ bar, wenn auch der Vorratsraum innerhalb des Tassenstößels un­ tergebracht ist. Der Erläuterung der Arbeitsweise dient das Diagramm gemäß Fig. 3.

Das Ventil 1, von dem nur der Ventilschaft dargestellt ist, wird in bei Ladungswechselventilen von Brennkraftmaschinen üb­ licher Weise mittels einer nicht dargestellten, da bekannten Ventilschließfeder in der Darstellung der Figuren nach oben gedrückt. In ebenfalls üblicher Weise dient zur Bewegung des Ventils 1 in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Öffnungs­ richtung, ein von der Maschine her angetriebener Nocken 2. Seine Hubkurve wird über die hydraulische Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung 3 auf das Ventil 1 linear übertragen, die dafür sorgt, daß aus unterschiedlichen Gründen auftretende Än­ derungen des Ventilspiels kompensiert werden. Diese Vorrich­ tung 3 enthält zwei Hauptbestandteile, nämlich den Tassenstö­ ßel 4 mit der mit dem Mantel des Tassenstößels einstückigen Querwand 5, die die zentrale Einziehung 6 zur Erleichterung der Unterbringung der Kraftübertragungsrolle 7 am Tassen­ stößel 4 sowie zur Bildung einer Führung für die Druckfeder 8 enthält, sowie denn topfartigen Kolben 9, an dem sich das Ven­ til 1 abstützt. Zwischen der Querwand 5 einerseits und dem Boden des Kolbens 9 andererseits, der axial verschiebbar (be­ grenzt durch den Anschlagring 10) im Tassenstößel 4 geführt ist, erkennt man den Druckraum 11.

Der Tassenstößel 4 ist mittels der Führung 12 im Zylinderkopf 13 der mit dem Ventil 1 bestückten Maschine drehgesichert axial verschiebbar gelagert.

Betrachtet man nun zunächst die Verhältnisse während der Grundkreisphasen des Nockens 2 in Fig. 1, so fluchten das Durchgangsloch 14 nahe der Querwand 5 in der Mantelwand des Tassenstößels 4 und der ringförmige Vorratsraum 15, dem übri­ gens die Be- und Entlüftung 16 zugeordnet ist. Entsprechend dem jeweils vorliegenden Ventilspiel wird über den Druck des Druckmittels also während der Grundkreisphasen des Nockens 2 der axiale Abstand zwischen Querwand 5 und Boden des Kolbens 9 eingestellt.

In dem Diagramm nach Fig. 3, das den Verlauf des Ventilhubs s über dem Nockenwinkel α zeigt, ist dieser Bereich mit α₂ be­ zeichnet.

Sobald nun die Öffnungsbewegung des Ventils beginnt, wird die Steueröffnung 14 in Fig. 1 nach unten bewegt, wobei bis zum endgültigen Verschließen der Öffnung 14 durch die Führung 12 ein Kurbelwinkelbereich α₁ vorliegt, innerhalb dessen bereits ein Druckaufbau im Druckraum 11 erfolgt. Dies bedeutet einen gewissen Verlust an Druckmittel im Druckraum 11, da ein - allerdings sehr kleiner - Anteil des in diesem ursprünglich befindlichen Druckmittels in den Vorratsraum 15 zurückgedrückt wird. Da aber diese zurückgedrückte Menge, wie gesagt, sehr klein ist, bleibt der dadurch bedingte Ventilhubverlust eben­ falls sehr klein.

Während des übrigen Verlaufs der Ventilhubkurve ist die Ver­ bindung über die Steueröffnung 14 unterbunden. Sobald aber, wie in Fig. 2 dargestellt, der in den Außenumfang des Tassen­ stößels 4 eingearbeitete Kanal 17 eine Verbindung zwischen Vorratsraum 15 und Druckmittelversorgung 18 hergestellt hat, erfolgt während des Nockenwinkelbereichs ein Nachfüllen von Druckmittel in den Vorratsraum 15. In diesem enthaltene, bei­ spielsweise mit dem Druckmittel mitgerissene Luft kann, sofern vorhanden, durch die Be- und Entlüftungsöffnung 16 entweichen; andernfalls dient hierzu ein Spalt zwischen Tassenstößel 4 und Führung 12.

Im Zusammenhang mit der Luftabfuhr ist es zweckmäßig, die Steueröffnung 14 am oberen Ende des Druckraums 11, also unmit­ telbar unter der Querwand 5, vorzusehen. Ebenso ist es zweck­ mäßig, den Vorratsraum 15 so hoch (d. h. in axialer Richtung) anzuordnen, daß die Steueröffnung 14 mit dem unteren Bereich desselben kommuniziert. Dort enthält das Öl am wenigsten Luft.

Wie das Diagramm nach Fig. 3 zeigt, stehen der Druckraum 11 mit dem Vorratsraum 15 sowie der Vorratsraum 15 mit der Druck­ mittelversorgung 18 während unterschiedlicher Nockenwinkel α₂ bzw. α₃ in Strömungsverbindung. Das bedeutet, daß während des eigentlichen Spielkompensationsvorgangs die Ventilspielaus­ gleichsvorrichtung nach außen abgeschlossen ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße hydrauli­ sche Ventilspielausgleichsvorrichtung geschaffen, die sich durch besonderes geringen Aufwand und damit durch eine beson­ ders kleine bewegte Masse auszeichnet.

Claims (7)

1. Hydraulische Ventilspielausgleichsvorrichtung für ein nockengesteuertes Hubventil mit einem unter dem Einfluß des Nockens axial verschiebbar geführten Außenzylinder, einem in diesem axial verschiebbaren Kolben, der mit einer Querwand im Außenzylinder einen eine Spreizfeder enthal­ tenden hydraulischen Druckraum begrenzt, einem von einer äußeren Druckmittelversorgung gespeisten Vorratsraum für ein hydraulisches Druckmittel und mit einer nur während der Grundkreisphasen des Nockens über zumindest eine Steu­ erkante im Außenzylinder freigegebenen Strömungsverbindung zwischen Vorratsraum und Druckraum, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querwand (5) mit dem Außenzylinder starr un­ ter Bildung eines äußeren Tassenstößels (4) verbunden ist, der in einem die Umfangswand des Druckraums (11) bildenden Bereich eine die Steuerkante enthaltende Steueröffnung (14) zu seiner Führung (12) besitzt, in die in einer von der Steueröffnung (14) nur während der Grundkreisphasen des Nockens (2) eingenommenen axialen Lage eine Verbindung zum Vorratsraum (15) eingearbeitet ist, der ebenfalls über einen eine Steuerkante im Tassenstößel (4) enthaltenden Kanal (17) nur außerhalb der Grundkreisphasen des Nockens (2) mit der äußeren Druckmittelversorgung (18) kommuni­ ziert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum (15) in die Führung (12) des Tassenstößels (4) eingearbeitet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querwand (5) eine in Richtung auf den Kolben (9) weisende zentrale Einziehung (6) besitzt, auf deren dem Druckraum (11) abgekehrter Seite am Tassenstößel (4) eine Krafteinleitungsrolle (7) gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einziehung (6) ein Lager für die Spreizfeder (8) bil­ det.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Vorratsraum (15) eine Be- und/oder Entlüftung (16) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steueröffnung (14) am im Betrieb oberen Ende des Druckraums (11) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strömungsverbindung zwischen Druck­ raum (11) und Vorratsraum (15) von einem im Betrieb unte­ ren Bereich desselben abgeht.