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Hydraulische Vorrichtung zur Nachstellung des Ventilspieles bei Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Vorrichtung zur Nachstellung des
Ventilspieles bei Brennkraftmaschinen, die das Spiel in der Ventilsteuerung automatisch
auszuschalten vermag.
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Der Mechanismus für die Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen besteht
gewöhnlich aus einer Reihe zusammen arbeitender Teile, die die Bewegung vom Nocken
zum Ventil übertragen. Da sich das Spiel zwischen den Teilen infolge von Temperaturschwankungen
und Abnutzung ändert, ist es schwierig, ein gleichmäßiges, ruhiges und mit hohem
Wirkungsgrad arbeitendes Funktionieren der Maschine zu erzielen. Deshalb ist es
wünschenswert, ?Mittel wie eine hydraulische Nachstellung des Spieles einzubauen,
die diese Veränderungen ausgleicht.
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Hauptzweck der Erfindung ist Verbesserung und Vereinfachung der hydraulischen
Nachstellung des Spieles, so claß eine derartige Vorrichtung mit geringeren Kosten
als bisher hergestellt und eingebaut werden kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. r ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer Brennkraftmaschine,
die eine Nachstellung des Spieles nach der Erfindung aufweist; Fig.2 ist ein vergrößerter
Längsschnitt durch die Vorrichtung zum Nachstellen des Spieles; Fig. 3 ist ein vergrößerter
Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2; Fig.4 ist eine perspektivische Ansicht
eines Ventilkäfigs, der einen Teil der Vorrichtung bildet, und Fig.5 ist ein vergrößerter
Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Wie in Fig. t dargestellt, liegt die hydraulische
Vorrichtung
i o zum Nachstellen des Spieles zwischen dem Nocken 12 und dem Tellerventil 14,
welches normalerweise durch eine Feder 16 auf seinem Sitz gehalten wird. Die Vorrichtung
ist in einer zylindrischen Öffnung 18 im Motorblock 2o geführt, in dem sich eine
Ölzuleitung 22 von der nicht dargestellten Druckölung zu der Vorrichtung befindet,
um so eine für ihren Betrieb ausreichende Ölzufuhr sicherzustellen.
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Nach Fig. 2 besitzt die Vorrichtung io ein zylindrisches Glied 24,
dessen unteres Ende geschlossen ist, und einen Kolben 26, der mit dem zylindrischen
Glied einen Innenraum 28 bildet, der normalerweise mit Öl gefüllt ist und bei 36
eine Erweiterung der Bohrung aufweist.
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Das zylindrische Glied 24 ist aus Stahl oder Gußeisen und abgeschreckt
oder wärmebehandelt, um die Abnutzung gering zu halten. Der Mechanisinus, der das
Olvolumen in dem Raum 28 steuert und damit dieLage des Kolbens in dem zylindrischen
Teil 24 bestimmt, um automatisch jedes Spiel aufzunehmen, das sich zwischen den
hintereinandergeschalteten Teilen bilden könnte, und die Einführung des Öles in
den Raum 28 werden weiter unten beschrieben.
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Das zylindrische Glied 24 hat innen und außen je eine umlaufende Rille
30 und 32, die durch eine Otfnung 34 verbunden sind, so daß Öl aus dem Zuleitungskanal
22 durch die Öffnung 44 in das Innere des Kolbens 26 fließen kann. Die Rille
30 wird vorzugsweise breit genug gemacht, um während des ganzen Arbeitshubes
des zylindrischen Gliedes 24 den Verbindungskanal 22 'ZU überdecken. Das
ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da der Mechanismus auch zufriedenstellend
arbeitet, wenn die Überdeckung nur etwa ein Drittel des Arbeitshubes beträgt.
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Der Kolben 26 besitzt einen hohlen Innenraum 38, der mit dem Raum
28 durch einen mit Kugelrückschlagventil 42 verschlossenen Kanal 40 in Verbindung
steht. Der Raum 38 dient als Ölreservoir für den Raum 28 und soll ein Fassungsvermögen
haben, <las groß genug ist, das einwandfreie Funktionieren des 'Mechanismus auch
dann zu garantieren, wenn zeitweise kein Öl aus dem Verbindungskanal 22 dem Raum
38 zufließen kann, wie es beim .lnlassen der kalten Maschine, wenn das 0I sehr dickflüssig
ist, vorkommen kann, oder wenn der Ülzufluß bei vollständig erwärmter Maschine zeitweilig
unterbrochen oder behindert ist. Während solcher Zustände soll der Raum 38 für längere
Zeit xveiterhin 01 an den Raum 28 abgeben können und so ein einwandfreies
Funktionieren gewährleisten, solange noch Öl im Raum 38 vorhanden ist.
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Eine Nut 46 in der äußeren Wandung des Kolbens 26 in der Nähe der
Öffnungen 44 bildet eine ununterbrochene Verbindung zwischen den Öffnungen 34 und
44 ohne Rücksicht auf ihre radiale Lage oder Winkelstellung zueinander. Diese Nut
sammelt auch das Öl, welches durch den Druck in dem inneren Raum 28 zwischen der
Außenwand des Kolbens 26 und der Innenwand des zylindrischen Gliedes 24 nach oben
gedrückt wird, so daß es durch die Öffnungen 44 in den Raum 38 zurÜckfließen kann.
Dadurch wird ein Ölrücklauf in der Vorrichtung selbst hergestellt.
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In einer laufenden Maschine bilden sich auf Teilen des Kolbens und
der Zylinderwände, die nicht in dauernder Berührung miteinander sind, harte Überzüge
von Ölrückständen, die hart gewordenem Lack ähneln. Wenn der Kolben sich aus seiner
hier gezeigten normalen Betriebsstellung zum Ausgleich des Ventilspieles nur geringfügig
herausbewegt, stören solche harten Ablagerungen das Funktionieren der Vorrichtung
nicht. Wenn der Kolbenweg jedoch größer wird, z. B. wenn die Maschine nicht arbeitet
und der Druck der Feder 16 den Kolben gegen den Boden des zylindrischen Gliedes
24 drückt, kann der harte Überzug zwischen der Außenwand des Kolbens und der Innenwand
des zylindrischen Gliedes eine Keilwirkung ausüben, die die Teile verklemmt und
die Vorrichtung unwirksam macht. Die Rillen 32 und 46 und die Erweiterung der Bohrung
bei 36 sind genügend weit und tief, um zu verhindern, daß solche harten Überzüge
das Funktionieren der Vorrichtung gefährden. Außerdem geht die Erweiterung bei 36
über die Schulter am Kolben 26 hinaus, die durch die Verringerung seines Endquerschnittes
gebildet wird. Durch diese Anordnung der Rillen wird ein Festklammern oder Sitzenbleiben
der Teile verhindert, da die Bewegung des Kolbens in die Lage, die er bei Stillstand
einnehmen kann, von den Stellen, auf denen sich ein harter Überzug bildet, fortführt.
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In dem schmaleren Endteil 48 des Kolbens befindet sich eine Bohrung
5o mit einem Ventilsitz 52, auf welchen sich das Kugelventil -12 setzt, dessen Krümmungsradius
vorzugsweise nicht kleiner als o,oi8 mm und nicht größer als o,o25 mm ist. Da der
Ventilsitz durch Wärmebehandlung oberflächlich gehärtet ist, um die Abnutzung zu
verringern, ist die Krümmung der Oberfläche, auf der die Kugel sitzt, vorzugsweise
nicht kleiner als oben angegeben. Damit vermeidet man eine Überlastung an irgendeiner
Stelle des Sitzes, an der ein Fremdteilchen durch die Kugel eingeklemmt werden könnte,
während diese dem sich in dem Raum 28 entwickelnden hohen Druck ausgesetzt ist.
Da nahe der Kante eines Ventilsitzes mit einem Mindestradius von o,oi8 mm genügend
Material vorhanden ist, bildet die Kante eine harte Fläche, auf der im Öl schwimmende
Teilchen, die sich auf dem Ventilsitz absetzen, durch die Wirkung der auf ihren
Sitz gepreßten Kugel zerquetscht werden, ohne den Ventilsitz durch Überlastung zu
beschädigen.
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Das Kugelventil 42 wird in der Bohrung 5o durch einen becherartigen
Käfig 54 (Fig. 4) gehalten, der mit einem runden Flansch -56 und Öffnungen 58 versehen
ist, die den Durchfluß des Öles in den Raum 28 gestatten. Dieser Käfig paßt lose
auf den verringerten Kolbenquerschnitt 48. Seine Tiefe ist vorzugsweise etwas geringer
als die Länge dieses schmaleren Kolbenendes 48, so daß sich nach Aufbringung des
Käfigs 54 ein Spalt 6o bildet. Der Käfig 54 wird durch eine Feder 64
zwischen
dem Boden des zylindrischen Gliedes 24 und dem Flansch 56 des Käfigs in seiner Lage
gehalten. Um das von einem hydraulischen Ventilstößel verlangte richtige Funktionieren
zu gewährleisten, wird zwischen der Kugel 42 und dem Sitz 52 ein Abstand von 0,012
mm bis 0,02 mm eingehalten. Wenn der Abstand kleiner als o,oi2 mm ist, tritt eine
Verzögerung im Nachfluß des Öles aus dem Raum 38 in den Raum 28 ein, wenn das 0I
sehr dickflüssig ist, wodurch der Mechanismus geräuschvoll wird. Ist der Abstand
größer als 0,02 mm, so kommt die Kugel zu spät auf ihren Sitz zurück; dadurch wird
01 durch die Öffnung 4o in den Rauire 38 zurückgedrückt und Spiel und Geräusch
erzeugt, wenn das 01 durch hohe Temperaturen dünnflüssig geworden ist.
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Damit der Ventilhub innerhalb der obigen Grenzen im wesentlichen konstant
bleibt, wird der Ventilkäfig 54 in der oben beschriebenen U"eise lose auf den verringerten
Kolbenquerschnitt 48 aufgesetzt, so daß eine gewisse Abnutzung an der Unterseite
des Kolbens und an dem entsprechenden Teil des Ventilkäfigs auftritt, dadurch, daß
sich der Ventilkäfig, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, auf seinem Kolbensitz
dauernd dreht. Diese Abnutzung kompensiert die Abnutzung, welche am Ventilsitz und
au dem Punkt entsteht, wo die Kugel den Käfig berührt, wodurch der für das gute
Funktionieren des Ventilstößels notwendige Abstand zwischen der Kugel und dem Ventilsitz
dauernd aufrechterhalten wird. Der Ventilkäfig 54 wird vorzugsweise durch Wärmebehandlung
gehärtet, um übermäßige Abnutzung und damit ein Liberkompensieren der Abnutzung
am Ventilsitz zu verhindern.
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Eine Kappe 66 verschließt das offene Ende des Kolbens und hat eine
halbkugelige Delle 68, die das kugelige Ende des Schaftes des Ventils 14 auf= nimmt.
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Nach dem Zusammenbau werden die Teile durch den geschlitzten Federring
70 zusammengehalten, der in eine entsprechende Rille 72 in der Wandung der
Bohrung des zylindrischen Gliedes 24 einschnappt und sich gegenüberliegende gerade
Teile 74 aufweist (Fig. 3), so daß die Kappe 66 nicht das zylindrische Glied 24
zti berühren braucht und dadurch Abnutzung hervorruft.
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Die in Fig. 5 gezeigte zweite Ausführungsform, die für Maschinen finit
abnehmbarer Stößelführung bestimmt ist, unterscheidet sich von der oben beschriebenen
dadurch, daß das offene Ende des Kolbens durch eitle Kappe 78 geschlossen ist, die
ein nach oben gehendes Teil 8o hat, welches den Ventilschaft 14 betätigt. Außerdem
hat das zylindrische Glied 82 einen vergrößerten Querschnitt 84 für verhältnismäßig
große Nocken 12.
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Wenn im Betrieb der Ventilstößel auf dem Grundkreis des Nockens 12
ruht, strömt Öl unter Druck durch den Kanal 22 und die sich überdeckenden Einlässe
Lind Rillen in den Seitenwänden des Kolbens und des zylindrischen Gliedes in den
Raum 38 des Kolbens 26. Das 01 wird dann durch den Druck der Druckölschmierung
Tiber den Kanal 4o vorbei an dem Kugelventil 42 in den inneren Raum 28 gedrückt.
Dabei hilft die Feder 64, indem sie den Kolben nach oben schiebt, wodurch gleichzeitig
jedes Spiel zwischen den Teilen der Ventilbetätigung ausgeschaltet wird. Wenn sich
der Nocken i 2 weiterdreht, hebt sein exzentrischer Teil die Vorrichtung gegen die
Wirkung der Feder 16 hoch. Der dadurch in dem Raum 28 erzeugte Druck zwingt das
Kugelventil 42 auf seinen Sitz 52, so claß die so gebildete abgeschlossene Olmenge
z-,vischen Kolben und dem zylindrischen Glied nun den Schub übertragen kann. Etwas0l
wird zwischen den `-\'änden des Kolbens und des zylindrischen Gliedes nach oben
gedrückt und sammelt sich in der Rille 46, aus der es durch die Öffnungen 44 in
den Rauire 38 zurückfließt. Beim Rückgang hält die Feder 16 das Kugelventil auf
seinem Sitz, bis die Vorrichtung wieder auf dem Grundkreis des Nockens 12 angekommen
ist.
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Wenn sich bei einem vollständigen Hin- und Hergang des Ventils zwischen
den Teilen Spiel bildet, so wird es automatisch durch die Feder 64 aufgenommen,
die den Kolben nach oben drückt, um dieses Spiel aufzunehmen. Durch diesen Vorgang
öffnet sich das Kugelventil, und Öl fließt in das Innere des Raumes 28 nach, um
ihn für den nächsten Arbeitszyklus zu füllen.
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Dem zylindrischen Glied 24 wird durch den Nocken 12 eitle Rotation
verliehen, die dazu benutzt wird, den für das einwandfreie Funktionieren nötigen
Abstand zwischen Kugel 42 und Ventilsitz 52 aufrechtzuerhalten. Um das zylindrische
Glied 24 in Drehung zu versetzen, wird die auf dem Nocken arbeitende Fläche leicht
gewölbt und die Oberfläche des Nockens etwas konisch oder abgeschrägt gehalten.
Beim Einbau der Vorrichtung in die Maschine wird darauf geachtet, daß der Nocken
12 und das zylindrische Glied 24 sich an einem Punkt berühren, der etwas neben der
Mittellinie des Ventilstößels liegt. Durch diese Anordnung wird eilte bestimmte
und kontrollierte Drehung des zylindrischen Gliedes 24 hervorgerufen und weiter
durch die Wirkung der Feder 64 auf den Käfig 54 übertragen. Diese Bewegung des Käfigs
54 auf dem Kolben 26 nutzt die Oberfläche zwischen Käfig, Kolben tind Kugel gerade
so viel ab, um die Abnutzung der Kugel auf dem Ventilsitz des Kolbens zu kompensieren.
Auf diese Weise wird der @bstand zwischen Kugel und Ventilsitz in den für ein einNvandfreies
Funktionieren wünschenswerten Grenzen wirksam aufrechterhalten.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet über eine lange Zeit ruhig
und mit hohem Wirkungsgrad, und die Einfachheit der benötigten Bauteile und des
Zusammenbaues ermöglicht eine billige Herstellung.