EP0281990A1 - Hydraulisches Ausgleichselement - Google Patents

Hydraulisches Ausgleichselement Download PDF

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EP0281990A1
EP0281990A1 EP88103558A EP88103558A EP0281990A1 EP 0281990 A1 EP0281990 A1 EP 0281990A1 EP 88103558 A EP88103558 A EP 88103558A EP 88103558 A EP88103558 A EP 88103558A EP 0281990 A1 EP0281990 A1 EP 0281990A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
compensating element
sleeve part
hydraulic medium
leakage opening
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88103558A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Feustel
Alois Haberl
Alwin Macht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245—Hydraulic tappets

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic compensating element according to the preamble of claim 1, as it is used, for example, as a clamping compensating element on endless traction mechanisms or as a play compensating element in the valve train of internal combustion engines.
  • a generic clamping compensation element shows, for example, DE-PS 849938; In the valve train, such compensating elements are known both on tappets (for example from DE-OS 34 37 478) or as insertion or support elements on rocker arms or finger levers (for example from DE-OS 34 15 889).
  • Conventional hydraulic compensation elements have a rate of descent that changes with the temperature of the hydraulic medium. That sink rate results from the leakage losses of the hydraulic medium stored in the hydraulic chamber of the compensating element via the annular gap formed by the piston part and sleeve part, and is strongly dependent on the viscosity of the hydraulic medium and thus on its temperature. For example, with conventional compensation elements at a temperature of the hydraulic medium of 20 ° C a sink rate of 1 mm was found in 100 seconds, while at a temperature of 120 ° C the sink rate of 1 mm was already reached within 10 seconds.
  • the lubricating oil of the machine is mostly used as the hydraulic medium, which, however, has a significantly higher viscosity when the internal combustion engine is cold than when the engine is at operating temperature. The result is very different sink rates over the operating temperature. This is extremely disadvantageous both on tension compensation elements and on play compensation elements. In the former case, the traction mechanism drive is overstressed as a result of reactions to load changes that cannot be determined exactly; in the valve train of an internal combustion engine, the valve control times inevitably change as they heat up. This is also undesirable because of the increase in wear and the influence on the gas exchange.
  • a remedial measure was known from DE-PS 823538. It proposes a play compensation element, the piston part of which is made of a material whose coefficient of thermal expansion is higher than that of the material used for the sleeve part. When the hydraulic medium and the compensating element are heated, the piston part thus expands more than the sleeve part, as a result of which the cross section of the annular gap formed by these two parts is reduced. The decreasing viscosity with increasing heating of the hydraulic medium as well as the resulting increased leakage losses are thus compensated for by a reduction in the leakage cross-section. Even though the proposed solution to achieve a constant rate of descent is astounded by its simplicity, such a compensation element cannot fully meet the requirements. Experiments and calculations have shown that it is not possible to achieve a rate of descent that is completely independent of the temperature of the hydraulic medium. The results that can be achieved with that element do not justify the increased construction effort.
  • the object of the invention is to provide an improved hydraulic compensation element which, in the cold operating state and in particular in the case of a cold hydraulic medium, has an at least approximately the same rate of descent as in the completely heated operating state with likewise heated hydraulic medium. This object is achieved by the characterizing features of the first claim.
  • the annular gap formed by the piston part and the sleeve part preferably serves as the leakage opening.
  • the regulating body is preferably designed as a tension ring which promotes the thermal expansion of the piston part or reduces that of the sleeve part.
  • the clamping ring can be arranged within the piston part, in the latter case it envelops the sleeve part in some areas.
  • sleeve part 1 consists essentially of the sleeve part 1 and the piston part 2, which is guided longitudinally displaceably therein, which is designed here as divided and is composed of a piston lower part 2a and a piston upper part 2b. The latter is led out of the sleeve part and provided with a ball socket 3 for supporting a rocker arm, not shown, of an internal combustion engine valve train, also not shown.
  • the piston part 2 and the sleeve part 1 form the hydraulic chamber 4, which is filled via a bore 6 provided with a check valve 5 (consisting of a spring 5a and a sealing ball 5b).
  • the volume of this hydraulic chamber 4 finally determines the total length L of the compensating element, so that the desired length compensation can take place by appropriately filling the hydraulic chamber.
  • these leakage losses remain almost constant regardless of changing temperatures of the hydraulic medium if the cross-section of the annular gap 7 decreases with increasing temperature of the hydraulic medium.
  • a reduction is achieved in that the piston part 2 expands more than the sleeve part 1 when heated.
  • the lower piston part 2 a is provided with a clamping ring 8, which has a higher coefficient of thermal expansion than the piston part 2 or the sleeve part 1.
  • the heating hydraulic medium also heats the sleeve part 1, the piston lower part 2a, and the clamping ring 8, whereby the components mentioned expand.
  • the clamping ring 8 expands more than the lower piston part 2a and the sleeve part 1 and thus mechanically brings about an additional expansion of the piston lower part 2a, whereby the cross section of the annular gap 7 is reduced.
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 2.
  • the same reference numbers are used on the hydraulic tensioning compensation element for the same components.
  • a coil spring 10 is provided within the hydraulic space 4 to apply the required clamping force.
  • a separate leakage opening 11 is provided to achieve a constant sink rate, in the mouth region of which a control body 12 forms a throttle gap 13.
  • the control body 12 is suspended within a cage 14, which is provided with openings 15 to the hydraulic chamber 4, so that there is a continuous hydraulic connection between the hydraulic chamber 4 and the leakage opening 11.
  • the hydraulic flow flowing through that leakage opening 11 is determined by the cross section of the Throttle gap 13 determined.
  • control body expands more than the piston part 2 or the sleeve part 1 due to its higher coefficient of thermal expansion with heating of the hydraulic medium, the throttle gap 13 narrows. Despite a decreasing viscosity, an approximately constant amount of hydraulic medium flows over that leak opening 11. The rate of descent of that tension compensation element can thus be kept constant. It is also important here that, in addition to the first influencing parameter of the different thermal expansion coefficients, there is a second influencing parameter in the form of the geometry of control body 12 and leakage opening 11 or throttle gap 13.

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Abstract

Ein hydraulisches Ausgleichselement (Spiel-Ausgleichselement im Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine oder Spann-Ausgleichselement an einem endlosen Riementrieb) weist eine von der Temperatur bzw. Viskosität des Hydraulikmediums unabhängige konstante Absinkrate auf. Dazu weist der Hydraulikraum (4) eine Leckageöffnung (11) auf, deren Querschnitt unter Einfluß eines Regelkörpers (12) veränderbar ist. Dabei ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Regelkörpers (12) wesentlich höher als derjenige des Ausgleichselementes.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ausgleichs­element nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise als Spann-Ausgleichselement an endlosen Zugmittelgetrieben oder als Spiel-Ausgleichselement im Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Ein gattungsgemäßes Spann-Ausgleichselement zeigt beispielsweise die DE-PS 849938; im Ventiltrieb sind derartige Ausgleichselemente sowohl an Tassenstößeln (beispielsweise aus der DE-OS 34 37 478) oder als Einsteck- oder Abstützelemente an Kipp- oder Schlepp­hebeln (beispielsweise aus der DE-OS 34 15 889) bekannt.
  • Übliche hydraulische Ausgleichselemente weisen eine sich mit der Temperatur des Hydraulikmediums ändernde Ab­sinkrate auf. Jene Absinkrate resultiert aus den Lecka­geverlusten des im Hydraulikraum des Ausgleichselementes gespeicherten Hydraulikmediums über den vom Kolbenteil und Hülsenteil gebildeten Ringspalt, und ist stark von der Viskosität des Hydraulikmediums und damit von dessen Temperatur abhängig. So wurde beispielsweise bei üb­lichen Ausgleichselementen bei einer Temperatur des Hydraulikmediums von 20°C eine Absinkrate von 1 mm in 100 Sekunden festgestellt, während bei einer Temperatur von 120°C die Absinkrate von 1 mm bereits innerhalb von 10 Sekunden erreicht wurde.
  • An Brennkraftmaschinen dient als Hydraulikmedium zumeist das Schmieröl der Maschine, welches jedoch bei kalter Brennkraftmaschine eine deutlich höhere Viskosität aufweist, als bei betriebswarmer Maschine. Über der Betriebstemperatur stark unterschiedliche Absinkraten sind die Folge. Dies ist sowohl an Spann-Ausgleichs­elementen als auch an Spiel-Ausgleichselementen äußerst nachteilig. Im erstgenannten Fall wird der Zugmittel­trieb als Folge nicht genau bestimmbarer Reaktionen auf Laständerungen übergebühr beansprucht, im Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ändern sich über deren Erwär­mung zwangsläufig die Ventilsteuerzeiten. Auch dies ist unerwünscht wegen Erhöhung des Verschleißes sowie Beeinflussung des Ladungswechsels.
  • Eine Abhilfemaßnahme wurde aus der DE-PS 823538 bekannt. Darin wird ein Spiel-Ausgleichselement vorgeschlagen, dessen Kolbenteil aus einem Material hergestellt ist, dessen Wärmeausdehnungszahl höher ist als diejenige des für das Hülsenteil verwendeten Materials. Bei Erwärmung des Hydraulikmediums sowie des Ausgleichselementes dehnt sich somit das Kolbenteil sterker aus als das Hülsen­teil, wodurch sich der Querschnitt des von diesen beiden Teilen gebildeten Ringspaltes verringert. Die mit zunehmender Erwärmung des Hydraulikmediums abnehmende Viskosität sowie die daraus prinzipiell bedingten erhöhten Leckageverluste werden somit ausgeglichen durch eine Verringerung des Leckage-Querschnittes.
    Wenngleich jener Lösungsvorschlag zur Erzielung einer konstanten Absinkrate durch seine Einfachheit verblüfft, so kann ein derartiges Ausgleichselement den gestellten Anforderungen nicht voll genügen. Versuche sowie Be­rechnungen haben gezeigt, daß es nicht möglich ist, mit jener Maßnahme eine von der Temperatur des Hydraulik­mediums vollständig unabhängige Absinkrate zu erzielen. Die mit jenem Element erzielbaren Ergebnisse rechtfer­tigen den erhöhten Bauaufwand nicht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes hydrau­lisches Ausgleichselement bereitzustellen, welches im kalten Betriebszustand und insbesondere bei kaltem Hydraulikmedium eine zumindest annähernd gleiche Ab­sinkrate aufweist, wie im vollständig erwärmten Be­triebszustand mit ebenfalls erwärmtem Hydraulikmedium. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.
  • Unter Zuhilfenahme eines separaten Regelkörpers, welcher den Querschnitt einer Leckageöffnung bestimmt, ist es tatsächlich möglich, eine annähernd konstante Absinkrate einzustellen. Während die DE-PS 823538 hierzu nur einen einzigen Einflußparameter, nämlich den Unterschied der Wärmeausdehnungszahlen bietet, gewährt die Erfindung eine weitere Einflußgröße, nämlich die geometrische Zuordnung zwischen Regelkörper und Leckageöffnung. Nur eine sinnvolle Kombination jener beiden Einflußparameter erlaubt es, ein hydraulisches Ausgleichselement derart auszulegen, daß eine Verringerung der Hydraulikviskosi­tät durch eine Verringerung des Leckagequerschnittes kompensiert wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es dabei, den Regelkörper in einem von dem Hydraulikmedium beaufschlagten Bereich anzuordnen, da dieser somit direkt auf wechselnde Temperaturen des Hydraulikmediums zu reagieren in der Lage ist. Eine konstruktiv einfache Lösung ergibt sich dabei, wenn der Regelkörper im Bereich der Leckageöff­nung einen Drosselspalt bildet, so daß sich der Quer­schnitt des Drosselspaltes mit der Temperatur des Hydraulikmediums ändert.
  • Ebenso ist es auch möglich, mit Hilfe des Regelkörpers die Wärmedehnung des Kolbenteiles bzw. Hülsenteiles zu beeinflussen. In diesem Falle dient als Leckageöffnung vorzugsweise wieder der von Kolbenteil und Hülsenteil gebildete Ringspalt. Abweichend von der DE-PS 823538 ist es jedoch nunmehr durch entsprechende Formgebung des Regelkörpers möglich, die Querschnittsänderung jenes Ringspaltes in weitergehendem Maße zu beeinflussen. Vorzugsweise ist dazu der Regelkörper als ein die Wärmeausdehnung des Kolbenteiles fördernder oder die­jenige des Hülsenteiles herabsetzender Spannring aus­gebildet. Im erstgenannten Fall kann der Spannring innerhalb des Kolbenteiles angeordnet sein, im letzt­genannten Fall umhüllt er bereichsweise das Hülsenteil.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher be­schrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1 ein hydraulisches Spiel-Ausgleichselement nach Anspruch 4, sowie
    • Fig. 2 ein hydraulisches Spann-Ausgleichselement nach Anspruch 3.
  • Das als Einsteckelement ausgebildete Spiel-Ausgleichs­element aus Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem Hülsenteil 1 sowie dem darin längsverschiebbar geführten Kolbenteil 2, welches hier geteilt ausgeführt ist und zusammengesetzt ist aus einem Kolbenunterteil 2a sowie einem Kolbenoberteil 2b. Letzteres ist aus dem Hülsen­teil herausgeführt und mit einer Kugelpfanne 3 zur Abstützung eines nicht dargestellten Kipphebels eines ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschinen-Ven­tiltriebes versehen.
  • Das Kolbenteil 2 sowie das Hülsenteil 1 bilden den Hydraulikraum 4, welcher über eine mit einem Rück­schlagventil 5 (bestehend aus einer Feder 5a sowie einer Dichtkugel 5b) versehenen Bohrung 6 befüllt wird. Das Volumen dieses Hydraulikraumes 4 bestimmt schließlich die Gesamtlänge L des Ausgleichselementes, so daß über eine entsprechende Befüllung des Hydraulikraumes der gewünschte Längenausgleich erfolgen kann.
  • Da das Kolbenteil 2 im Hülsenteil 1 längsverschiebbar geführt ist, treten über den vom Kolbenteil 2 sowie dem Hülsenteil 1 gebildeten Ringspalt 7 zwangsläufig Lecka­geverluste des Hydraulikmediums auf. Die Höhe dieser Leckageverluste ist aber stark abhängig von der Visko­sität des Hydraulikmediums, welche ihrerseits von dessen Temperatur abhängt.
  • Erfindungsgemäß bleiben diese Leckageverluste unabhängig von sich ändernden Temperaturen des Hydraulikmediums nahezu konstant, wenn sich der Querschnitt des Ring­spaltes 7 mit steigender Temperatur des Hydraulikmediums verkleinert.
    Eine derartige Verkleinerung wird dadurch erzielt, daß sich das Kolbenteil 2 bei Erwärmung stärker ausdehnt, als das Hülsenteil 1. Dazu ist das Kolbenunterteil 2a mit einem Spannring 8 versehen, welcher einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, als das Kolben­teil 2 bzw. das Hülsenteil 1.
    Das sich erwärmende Hydraulikmedium erwärmt ebenfalls das Hülsenteil 1, das Kolbenunterteil 2a, sowie den Spannring 8, wodurch sich die genannten Bauteile aus­dehnen. Wegen des höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten erweitert sich der Spannring 8 stärker als das Kolben­unterteil 2a und das Hülsenteil 1 und bewirkt somit mechanisch eine zusätzliche Ausdehnung des Kolben­ unterteiles 2a, wodurch sich der Querschnitt des Ring­spaltes 7 verringert.
    Alternativ ist es ebenso möglich, die Wärmedehnung des Hülsenteiles 1 durch einen jenes Hülsenteil umhüllenden Spannring herabzusetzen.
  • Generell bietet jener Spannring 8 neben seinem verschie­denartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten durch seine Geometrie einen weiteren Einflußparameter zur Festlegung einer gewünschten Funktion des sich über der Temperatur des Hydraulikmediums ändernden Ringspalt-Querschnittes 7.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Dabei werden an jenem hydraulischen Spann-Ausgleichselement für gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet. Zum Aufbringen der erforderlichen Spannkraft ist dabei innerhalb des Hydraulikraumes 4 eine Schraubenfeder 10 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist zur Erzielung einer konstanten Absinkrate eine separate Leckageöffnung 11 vorgesehen, in deren Mündungsbereich ein Regelkörper 12 einen Drosselspalt 13 bildet. Der Regelkörper 12 ist dabei aufgehängt innerhalb eines Käfigs 14, welcher mit Durchbrüchen 15 zum Hydraulikraum 4 versehen ist, so daß eine durchgehende hydraulische Verbindung besteht zwischen dem Hydraulikraum 4 sowie der Leckageöffnung 11. Die über jene Leckageöffnung 11 abströmende Hydrau­likmenge wird dabei durch den Querschnitt des Drossel­spaltes 13 bestimmt.
  • Dehnt sich nun der Regelkörper aufgrund seines höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit Erwärmung des Hydrau­likmediums stärker aus als das Kolbenteil 2 bzw. das Hülsenteil 1, so verengt sich der Drosselspalt 13. Trotz abnehmender Viskosität strömt somit eine annähernd konstante Menge von Hydraulikmedium über jene Leckage­ öffnung 11. Die Absinkrate auch jenes Spann-Ausgleichs­elementes kann somit konstant gehalten werden. Wesent­lich ist auch hierbei, daß neben dem ersten Einflußpara­meter der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizien­ten ein zweiter Einflußparameter in Form der Geometrie von Regelkörper 12 sowie Leckageöffnung 11 bzw. Dros­selspalt 13 gegeben ist.

Claims (4)

1. Hydraulisches Ausgleichselement, insbesondere Spann-Ausgleichselement an endlosen Zugmittelge­trieben oder Spiel-Ausgleichselement im Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen, wobei ein Hülsenteil und ein darin längsverschiebbar gelagertes Kolbenteil einen für den Ausgleich ein veränderbares Volumen aufweisenden Hydraulikraum bilden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikraum (4) eine Leckageöffnung (11) aufweist, deren Quer­schnitt unter Einfluß eines Regelkörpers (12), welcher einen vom Material des Ausgleichselementes verschiedenen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, bei hohen Temperaturen des Hydraulikmediums kleiner ist als bei niedrigen Temperaturen.
2. Ausgleichselement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper (12) in einem von dem Hydraulikmedium beaufschlagten Bereich angeordnet ist.
3. Ausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkörper (12) im Bereich der Leckageöffnung (11) einen Drosselspalt (13) bildet.
4. Ausgleichselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leckageöffnung (11) der von Kolbenteil (2) und Hülsenteil (1) gebildete Ringspalt (7) ist, und daß der Regelkörper (12) ein die Wärmeausdehnung des Kolbenteiles (2) fördernder oder die des Hülsenteiles (1) herabsetzender Spannring (8) ist.
EP88103558A 1987-03-11 1988-03-08 Hydraulisches Ausgleichselement Withdrawn EP0281990A1 (de)

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