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Die
Erfindung befaßt
sich mit einer Technik zum Einstellen des Ventilspiels bei einem
Kolben-Verbrennungsmotor, wobei jedes Ventil über einen eine Einstellschraube
und eine Sicherungsmutter umfassenden Mechanismus betätigt wird.
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Bekannte
Verfahren und Vorrichtungen zu diesem Zweck (siehe US-A-6,205,850)
schließen
die Verwendung von Fühlerlehren
und/oder Fühlern
zur Erfassung der Verlagerung zum Anzeigen und Überprüfen der Ventilspieleinstellungen
ein. Die Ausrüstung
zum Durchführen
dieser Verfahren nach dem Stand der Technik leidet an einer unerwünschten
Empfindlichkeit gegenüber
Umgebungsfaktoren, wie z. B. Vibrationen, Schmutz, Temperaturänderungen
usw., die üblicherweise
an den Fertigungslinien für
Motoren der vorstehend genannten Art vorliegen. Das Ergebnis ist
eine nicht akzeptable schlechte Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Spieleinstellungen.
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Die
Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Technik
zum Bewerkstelligen einer einfachen und zuverlässigen Ventilspieleinstellung
bei Verbrennungskraftmotoren zu schaffen, die gegenüber Umgebungsfaktoren
weniger empfindlich ist und zu einem zuverlässigen und genauen Ergebnis
führt.
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Weitere
charakteristische Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen.
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1a bis c drei aufeinanderfolgende Einstellpositionen
einer Doppelventilanordnung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren;
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2a bis c drei aufeinanderfolgende Einstellpositionen
einer Einzelventilanordnung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren;
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3 ein
Diagramm, das das Erreichen eines Anlagedrehmomentniveaus beim Anziehen
der Einstellschraube zeigt;
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4 einen
Graph, der während
des Durchführens
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgedruckt worden ist;
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5 schematisch
eine Vorrichtung zur Spieleinstellung als einen Teil der erfindungsgemäßen Technik
zur Spieleinstellung.
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Wie
vorstehend erwähnt,
bedeuten das Verfahren und die Vorrichtung zur Ventilspieleinstellung
gemäß der Erfindung
eine Verbesserung und Vereinfachung im Hinblick auf bekannte Techniken
zu diesem Zweck. Dies wird dadurch erreicht, daß die neue Technik auf dem
Einsatz nur einer koaxialen Doppelspin del beruht und keine Lehren
und Fühler
zum Erfassen und Überprüfen der
Ergebnisse der Spieleinstellung verwendet. Dadurch werden die Probleme
unerwünschter
Empfindlichkeit gegenüber
störenden
Faktoren, wie z. B. Vibrationen, Schmutz, Temperaturänderungen
und dergleichen, eliminiert.
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Um
ein korrektes Schließen
der Ventile gegenüber
den Ventilsitzen unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen,
muß ein
Spiel in dem Betätigungsmechanismus
des Ventils zwischen der Nockenwelle und den Ventilen vorliegen.
Die Größe dieses
Spiels hängt
von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. dem Profil des das Ventil
anhebenden Nockens, temperaturabhängigen Verformungen der umfaßten Teile
und dergleichen, und müssen
eine sehr genaue Einstellung haben. Eine falsche Einstellung des
Ventilspiels führt
zu fehlerhaften Ventilzeiten und darüber hinaus würde ein
zu kleines oder nicht existierendes Ventilspiel zu einem Verbrennen
der Ventile führen
und zu großes
Spiel würde
zu einem geräuschvollen
Betätigungsmechanismus der
Ventile führen.
Es ist daher sehr wichtig, daß das
Ergebnis des Einstellvorgangs des Ventilspiels korrekt ist, d. h.
daß das
Spiel sicher innerhalb vorbestimmter Grenzwerte liegt, wie auch
immer die Umgebungsbedingungen im Betriebsrahmen sein mögen.
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Typische
Einstellwerte für
einen Lastwagendieselmotor sind:
| Einlaßventil: | 0,3–0,5 mm
+/– 0,1
mm |
| Auslaßventil: | 0,6–0,8 mm
+/– 0,1
mm |
| Jake
Brake: | 0,8–1,2 mm
+/– 0,1
mm |
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Bei
dem in 1a bis c gezeigten
Beispiel wird das Verfahren bei einem Dieselmotor angewendet, der eine
Doppelventil anordnung für
jeden Zylinder besitzt, d. h. zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile.
Jedes Paar Ventile 11a, 11b wird durch ein Nockenprofil 10 einer
obenliegenden Nockenwelle betätigt.
Die Ventile 11a, 11b sind zu den Ventilsitzen 12a, 12b durch
Federn 13a, 13b vorbelastet und werden durch das
Nockenprofil 10 über
einen Mechanismus betätigt,
der einen Kipphebel 14 und ein Joch 15 aufweist.
Der Kipphebel 14 wird um eine Welle 16 verschwenkt
und ist an seinem einen Ende mit einem Nockenfolger 17 und
an seinem gegenüberliegenden
Ende mit einer Einstellschraube 18 und einer Schließmutter 19 versehen.
Die Einstellschraube 18 ist in den Kipphebel 14 eingeschraubt
und dient dazu, die Ventilöffnungskraft
von dem Kipphebel 14 auf die Ventile 11a, 11b durch
Anlage gegen das Joch 15 zu übertragen. Die Schließmutter 19 ist
auf die Einstellschraube 18 aufgeschraubt und ist gegen
den Kipphebel 14 festschraubbar, um die Einstellschraube 18 in
Drehrichtung zu blockieren.
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Das
einzustellende Ventilspiel ist das Gesamtspiel in dem Ventilbetätigungsmechanismus
und wird zufällig
geteilt in ein Spiel zwischen dem Nockenprofil 10 und dem
Nockenfolger 17 und einem Spiel zwischen der Einstellschraube 18 und
dem Joch 15. Da der Kipphebel 14 auf der Welle 16 frei
schwenkbar ist, kann das gesamte Ventilspiel an jeweils einem Ende
des Kipphebels 14 oder zufällig verteilt zwischen diesen
beiden Kontaktstellen vorliegen.
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Um
das Einstellen des Ventilspiels eines Motors zu bewerkstelligen,
wird ein Motorwerkzeug verwendet, das eine oder mehrere sich drehende
Doppelspindeln 22 einsetzt, um ein Ventilspiel oder mehrere
Ventilspiele zur gleichen Zeit einzustellen. Die Doppelspindeln 22 weisen
jeweils eine innere Spindel 23 und eine äußere Hohlspindel 24 auf,
die die innere Spindel 23 umgibt. Die beiden Spindeln 23, 24 werden
einzeln durch zwei Motoren 25, 26, vorzugsweise
Elektromotoren über
Antriebsstränge 27, 28 gedreht,
die Reduktionsgetriebe 29, 30 umfassen. Die Hohlspindel 24 wird
mit dem Motor 26 und dem Reduktionsgetriebe 30 über Zahnräder 31a, b verbunden.
Die beiden Motoren 25, 26 werden so gesteuert,
daß sie
die Einstellschraube 18 und die Schließmutter 19 über die
Spindeln 23, 24 getrennt betätigen. Die innere Spindel 23 ist
mit einem Einsatz 20 zum Angreifen an die Einstellschraube 18 versehen,
während
die äußere Spindel 24 einen
Schlüsseleinsatz 21 zum
Angreifen an der Schließmutter 29 trägt.
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Die
Motoren 25, 26 sind beide mit nicht dargestellten
Mitteln zum Erfassen der Winkelverlagerung der individuellen Spindeln 23 und
Drehmomentübertragern
zum Erfassen des tatsächlich über die
Spindeln 22, 23 abgegebenen Drehmoments versehen.
Diese winkelerfassenden Mittel und Drehmomentübertrager sind mit einer Betriebssteuerungseinrichtung 32 für die Rückkopplung
von Betriebsdaten verbunden. Statt der Drehmomentübertrager
könnte
das tatsächliche
Drehmomentniveau in den Spindelmotoren 25, 26 auch
als ein bestimmtes Stromniveau in dem jeweiligen Motorantrieb gemessen
werden.
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Die
Steuereinheit 32 besitzt zwei Motortreiber 33, 34 und
eine programmierbare Steuervorrichtung 35. Die Steuereinheit 32 dient
zur Steuerung der Ausgangsleistung der Motortreiber 33, 34,
um auf diese Weise die Spindelmotoren 25, 26 entsprechend
einer bestimmten Strategie zu betreiben, die durch das in die Steuervorrichtung 35 geladene
Programm bestimmt wird.
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Eine
geeignete einsetzbare Steuereinheit ist die von Atlas Copco vertriebene
Power MACS.
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Das
erfindungsgemäße Spieleinstellverfahren
basiert auf einer besonderen Weise des Betätigens der Einstellschraube 18 und
der Schließmutter 19 in
Abhängigkeit
von der Gewindesteigung der Einstellschraube. Das Verfahren umfaßt typischerweise
die folgenden grundlegenden, nacheinander folgenden Schritte:
- a) Es wird dafür gesorgt und/oder überprüft, daß sich die
Einstellschraube 18 in einer Stellung befindet, in welcher
ein sicheres Ventilspiel vorliegt, um sicherzustellen, daß der Spieleinstellvorgang
aus einem gewünschten
Zustand heraus beginnt,
- b) die koaxiale Doppelspindel 24 wird auf der Einstellschraube 18 und
der Schließmutter 19 mit
die Einstellschraube 18 angreifender innerer Spindel 23 und
die Schließmutter 19 angreifender äußerer Spindel 24 angesetzt,
die Schließmutter 19 wird
auf ein vorbestimmtes Drehmomentniveau von 5 Nm angezogen, siehe 1a.
- c) Das mechanische Spiel in den Antriebssträngen des Motorwerkzeuges und
den Spindeln wird zunächst durch
Aufbringen eines umgekehrten Drehmomentes von 1,0 Nm auf die Einstellschraube 18 gegen
die Klemmkraft der noch angezogenen Schließmutter 19 bestimmt,
und dann wird ein Anziehmoment auf die Einstellschraube 18 von
1,0 Nm aufgebracht, während
die Winkelbewegung der Einstellschraube 18 gemessen wird.
Diese Bewegung ist das mechanische Spiel des Antriebsstranges 27 der
inneren Spindel 31 und sollte beim Bestimmen des endgültigen Ventilspiels
kompensiert werden,
- d) die Schließmutter 19 wird über beispielsweise
60 Grad gelockert, um sicherzustellen, daß die Einstellschraube 18 zur
Betätigung
frei ist,
- e) die Einstellschraube 18 wird eingedreht, bis ein
Anlagedrehmomentniveau TS von 0,7 +/– 0,3 Nm
erreicht wird, und die Winkelposition der Einstellschraube 18 wird
aufgezeichnet, wenn das Anlagedrehmomentniveau TS erreicht
ist. Die ist der Punkt S0 an welchem das
Spiel 0 wird und die Ventile 11a, 11b beginnen, sich
zu öffnen,
- f) die Ventile 11a, 11b werden durch Drehen
der Einstellschraube 18 um 90 Grad geöffnet, während man überprüft, daß das dafür erforderliche Drehmoment
1,3 Nm nicht übersteigt,
wodurch sichergestellt wird, daß keine
Hindernisse für
die Ventile 11a, 11b vorhanden sind, sich frei
zu bewegen, siehe 1b.
- g) Die Einstellschraube 18 wird um 130 Grad zurückgedreht,
um sicherzustellen, daß das
Verfahren aus einem Spielzustand fortgesetzt wird,
- h) die Einstellschraube 18 wird wieder auf das Anlagedrehmomentniveau
TS von 0,7 +/– 0,3 Nm angezogen, um die
Nullstellung S0 des Ventilspiels zu erhalten,
wobei die Ventile 11a, 11b dabei sind, sich zu öffnen, und
die Winkelpositionen der Einstellschraube 18 wird aufgezeichnet,
- i) die Einstellschraube 18 wird um einen Winkel von
170 Grad zurückgedreht,
um das gewünschte
Ventilspiel einzustellen, und
- j) die Einstellschraube 18 wird stationär gehalten
und die Schließmutter 19 auf
30 Nm angezogen. Siehe 1c.
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Durch
Zurückdrehen
der Einstellschraube 18 um einen Winkel von 170 Grad aus
der Stellung S0, die durch das Anlagedrehmo mentniveau
TS dargestellt ist, erhält man die korrekte Ventilspieleinstellung über die tatsächliche
Gewindesteigung der Einstellschraube 18.
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Die
zuvor in Bezug genommene Prozedur ist in 4 dargestellt,
die ein Drehmoment/Bewegungs-Diagramm mit einer während eines
praktischen Einstellvorgangs des Ventilspiels ausgedruckten Kurve
ist. Die Kurve beginnt aus dem Ursprung des Diagramms und zeigt
einen leichten Anstieg im Drehmoment und einen recht plötzlichen
Drehmomentanstieg bis auf 0,7 Nm, wo die erste Anzugssequenz unterbrochen
wird. Nachdem man sie um ungefähr
60 Grad zurückgedreht
hat, wird die Einstellschraube 18 wiederum auf 0,7 Nm angezogen,
um eine genauere Anzeige des Anlagedrehmomentniveaus TS,
oder besser der Winkelposition S0 der Einstellschraube 18 entsprechend
dem Anlagedrehmomentniveau TS zu erhalten,
in welcher das Ventilspiel 0 ist.
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Nachdem
man die Anlagedrehmomentstellung S0 in Erfahrung
gebracht hat, wird die Einstellschraube 18 um 90 Grad betätigt, um
die Ventile 11a, 11b vollständig zu öffnen und dadurch die freie
Beweglichkeit der Ventile zu überprüfen, wobei
das erforderliche Drehmoment 1,3 Nm nicht übersteigt. Nachdem man die
Einstellschraube 18 um 130 Grad zurückgedreht hat, wird die Einstellschraube 18 erneut
auf das Anlageniveau TS angezogen und damit
in die Nullspielstellung S0. Abschließend wird
die Einstellschraube 18 um 170 Grad zum Einstellpunkt SS des Ventilspiels zurückgedreht, in welchem man das
gewünschte
Ventilspiel erhält.
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Entsprechend
diesem neuen Verfahren kann man eine korrekte Ventilspieleinstellung
ohne die Verwendung von Fühlerlehren
und Tiefenmeßfühlern, sondern
durch Steuern des Verfahrens über
vorbestimmte Drehmoment- und Winkelwerte, die mit den Antriebsspindeln
verknüpft
sind, und durch Ausgleichen des Spiels der mechanischen Antriebsspindeln
erreichen. Dies bedeutet, daß das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhaft
sind, weil sie viel einfacher und viel weniger empfindlich auf Umgebungsfaktoren
am Arbeitsplatz als vorbekannte Techniken zu diesem Zweck sind.
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Bei
der in 2a bis c gezeigten
Anwendung ist das Ventilspiel an einer Verbrennungskraftmaschine einzustellen,
die eine schubstangengetriebene Anordnung mit einem einzelnen Ventil
aufweist. Die Ventilanordnung besitzt ein Ventil 111, das
durch eine Feder 113 in Richtung einer geschlossenen Stellung
vorbelastet ist, einen Kipphebel 114, der auf einer Kipphebelwelle
verschwenkt wird, und eine Schubstange 122. An seinem einen
Ende ist der Kipphebel 114 mit einem an dem Ventil angreifenden
Kopf 123 versehen und an seinem anderen Ende trägt der Kipphebel 114 eine
Einstellschraube 118 zum Zusammenwirken mit der Schubstange 122.
Eine Schließmutter 119 ist
auf die Einstellschraube 118 aufgeschraubt, um letztere
relativ zu dem Kipphebel 114 zu verriegeln, wie gewünscht.
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Zum
Einstellen des Ventilspiels wird eine koaxiale Doppelspindel gleicher
Ausführung
wie zuvor beschrieben eingesetzt, wobei man die innere Spindel 31 an
der Einstellschraube 118 und die äußere Spindel 32 an
der Schließmutter 119 ansetzt.
Das Verfahren der Spieleinstellung ist identisch zu dem zuvor beschriebenen
Verfahren und wird hier nicht wiederholt.
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Das
Einstellverfahren für
das Ventilspiel wird jedoch durch die in 3 und 4 gezeigten
Diagramme dargestellt. In 3 ist die
Ventilbewegung S im Verhältnis
zum aufgebrach ten Drehmoment T dargestellt. Im linken Teil des Diagramms
ist die Deformation der Teile des Ventilmechanismus bis zum Anlagedrehmomentniveau
TS dargestellt, wo die das Ventil schließende Federlast
von der Einstellschraube 18 übernommen wird und das Ventil
oder die Ventile beginnt beziehungsweise beginnen sich zu öffnen. Im
dargestellten Fall tritt dies bei einem Drehmomentniveau von ungefähr 1,45
Nm auf. Die Deformation der Teile des Ventilmechanismus beträgt ungefähr 0,01
mm. Oberhalb des Anlagedrehmomentniveaus, auf der rechten Seite
des Diagramms, beginnt das Ventil beziehungsweise beginnen die Ventile
sich zu öffnen.
Dies ist durch einen steilen Anstieg der Ventilbewegung dargestellt.