EP0473887A2 - Hydraulisches Ventilspielausgleichselement für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a hydraulic valve lash adjuster for internal combustion engines, in which an inner tappet is axially displaceable relative to an outer tappet and, together with the latter, limits a volume-variable, oil-filled storage space which is sealed off from the outside by a seal.
- valve lash adjuster is known from DE-OS 35 06 730.
- the storage space contained therein is closed off from the outside by a bellows-shaped seal and, moreover, is adamantly limited.
- the durability is unsatisfactory and damage to the seal is particularly evident after a relatively short time.
- valve clearance compensation element is known from DE-OS 28 47 699. Thereafter, it is provided that a plurality of erectile tissue are assigned adjacent to one another and receive an air cushion between them. However, it should be noted that there is both hydraulic fluid and a certain amount of air in the reservoir. The resulting performance characteristics are unsatisfactory. According to another embodiment, it is provided that the air in the storage space is to be retained by glass balls or plastic beads, or that the erectile tissue is made of a sponge-like material, which is partially soaked in liquid and forms the air cushion with its predetermined proportion of air. An effective keeping away of the air components from the high pressure space cannot be guaranteed with this configuration.
- the invention has for its object to show a valve clearance compensation element with an externally closed storage space, which is inexpensive to manufacture and has a significantly improved service life and improved properties.
- valve lash adjuster of the type mentioned in that at least one compressible displacement body for compensating for volume changes is included in the storage space, that the displacement body consists of a closed-cell soft foam and that the soft foam is provided with a non-porous surface layer.
- the displacement body can consist of a soft foam sealed liquid-tight to the outside, for example a flexible polyurethane foam with a density of 30 to 700 kg / m3.
- the production is expediently carried out in such a way that an essentially non-porous surface skin is obtained.
- the diffusion of oil constituents into the pores of the soft foam body, which are closed off from the outside like a balloon, is thereby additionally hindered and the achievement of a particularly long service life is promoted.
- the compressible displacement body enclosed in the storage space can contain at least one gas-filled cavity and can be formed, for example, by a flexible and / or elastically deformable gas bubble which is made of polymeric material.
- the size depends on the particular circumstances of the application and in particular on the increase in volume experienced by the oil contained in the valve lash adjuster when the room temperature rises to operating temperature and / or changes in volume due to a change in the support length of the valve lash adjuster.
- the support length can change, for example, if a valve is still in the open position when the internal combustion engine is shut down. In this case, the valve clearance compensation element is loaded by the return spring of the valve over a longer period of time, which requires a gradual reduction in the support length.
- the mechanical load on the displacement body under normal operating conditions can be reduced if the displacement body is arranged in a recess in the wall of the storage space.
- a mutual gluing is carried out with the wall of the storage space, there is the additional advantage that in the region of the gluing zone a direct wetting of the displacement body by the oil contained in the storage space is not possible.
- the corresponding zone of the displacer is thereby protected in an excellent manner against physical and / or chemical effects from the oil contained in the storage space.
- the bonding can be effected using a secondary adhesive, which is introduced in the liquid state in the intermediate zone between the displacement body and the wall and subsequently solidified.
- the displacement body In the case of designs in which the displacement body is designed to be rotationally symmetrical, it is advisable for the displacement body to be concentric with the valve clearance compensation element assign. Damage and functional impairments resulting from undesired relative displacements can thereby be avoided.
- Fig. 1 to 3 different versions of valve clearance compensation elements in a longitudinal section.
- the valve clearance compensation element shown in FIG. 1 is intended for an internal combustion engine. It comprises an inner plunger 1 which is axially displaceably mounted in an outer plunger 2.
- the inner tappet 1 is supported by means of a compression spring 8 on a piston 7 which bears against the bottom of the outer tappet 2.
- the compression spring 8 has a softer spring identification than the return spring of the associated valve of the internal combustion engine (not shown). As a result, it is in no way able to hinder the closing movement of the valve. Rather, a secure installation of the valve plate on the valve seat is guaranteed at all times if the valve in question is not actuated.
- the force of the compression spring 8 is sufficiently large to ensure that the valve lash adjuster element engages without play on the one hand on the valve stem and on the other hand on the camshaft of the internal combustion engine (not shown). If the cam located on it comes into engagement with the valve lash adjuster, this results in an axial displacement of the valve lash adjuster including the valve supported thereby. This takes place in such a short time that the valve clearance compensation element behaves almost rigidly. The valve is thereby moved into its open position to the extent necessary to enable the desired gas exchange of the associated cylinder of the internal combustion engine.
- the cavities enclosed by the inner tappet 1, the outer tappet 2 and the piston 7 are filled with oil, it being additionally provided that a compressible displacement body 4 is arranged in the storage space 3.
- This consists of a circular, gas-filled rubber bubble, which is concentrically assigned to the valve lash adjuster. It is dimensioned so large that the change in the oil volume contained in the valve clearance compensation element as a result of temperature changes and / or changes in the support length can be absorbed while avoiding a pressure increase which impairs the functionality.
- the O-ring seal 6 is thus only used as a movement seal to the extent necessary for the gradual compensation of the valve wear.
- the resulting relative displacements are of very small size. As a result, the O-ring seal can guarantee excellent sealing results over very long periods of use. From a functional point of view, the explanations described below correspond to the above. Their structure differs only slightly from the embodiment according to FIG. 1.
- a guide ring made of a hard plastic is arranged between the inner plunger 1 and the outer plunger 2, which is opposite the outer plunger and is sealed from the inner tappet by an O-ring seal.
- the immovable fixing of the guide ring 11 with respect to the outer plunger 2 is carried out by a circumferential retaining claw 10 which is snapped into a circumferential groove of the outer plunger 2 or by other fastening means, for example a snap ring.
- the use of other fasteners is possible, for example snap rings.
- the guide ring has a U-shaped profile in its entirety, which encloses a compressible displacement body 4 in its lower region.
- the displacement body 4 consists of closed-cell foam made of polyurethane, silicone or another polymeric material, which is provided with a cast skin on the surface and has an average density of 35 kg / m3. It is also possible to use a silicone foam or other closed-cell soft foams made of polymer material. If necessary, the performance properties should be checked in a test.
- the soft foams used should have a cast skin on the surface. This is characterized by a particularly good permeation security when the displacement body is manufactured using the free-foam process.
- a cast skin produced using the free-foam process therefore has the function of an additional separating membrane.
- Figure 3 shows an embodiment similar to Figure 2, in which the outer plunger 2 and a displacer 4 receiving ring 15 are made of plastic.
- the ring 15 and the displacement body 4 on the one hand and the ring 15 and the outer plunger 2 on the other hand are captively connected to one another by welding or gluing.
- the displacement body 4 consisting of closed-cell polyurethane foam in the event of a temperature-related pressure increase in the storage space 3, it can nevertheless easily absorb the resulting increase in volume.
- An O-ring seal is again provided for the sealing against the inner tappet 1.
- the end face of the outer plunger 2 is glued to an armor plate 16 made of metallic or ceramic material. With a relatively low weight, the embodiment shown in FIG. 5 is characterized by particularly good durability.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Innenstößel relativ zu einem Außenstößel axial verschiebbar ist und gemeinsam mit diesem einen volumenveränderlichen, nach außen durch eine Dichtung abgeschlossenen, ölgefüllten Speicherraum begrenzt.
- Ein solches Ventilspielausgleichselement ist aus der DE-OS 35 06 730 bekannt. Der darin enthaltene Speicherraum ist durch eine balgartig ausgebildete Dichtung nach außen abgeschlossen und im übrigen unnachgiebig begrenzt. Die Dauerhaltbarkeit ist wenig befriedigend und es zeigen sich insbesondere bereits nach relativ kurzer Zeit Beschädigungen an der Dichtung.
- Ein weiteres Ventilspielausgleichselement ist aus der DE-OS 28 47 699 bekannt. Danach ist vorgesehen, daß mehrere Schwellkörper einander benachbart zugeordnet sind und zwischen sich fein verteilt ein Luftpolster aufnehmen. Dabei ist allerdings zu beachten, daß sich im Speicherraum sowohl Hydraulikflüssigkeit als auch ein bestimmter Luftanteil befindet. Die daraus resultierenden Gebrauchseigenschaften sind wenig befriedigend. Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Luft im Speicherraum durch Glaskugeln oder Kunststoffperlen zurückgehalten werden soll oder daß die Schwellkörper aus einem schwammartigen Material bestehen, die teilweise mit Flüssigkeit getränkt sind und mit ihrem vorgegebenen Luftanteil das Luftpolster bilden. Ein wirkungsvolles Fernhalten der Luftbestandteile aus dem Hochdruckraum kann nach dieser Ausgestaltung nicht gewährleistet werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventilspielausgleichselement mit nach außen abgeschlossenem Speicherraum zu zeigen, das kostengünstig herstellbar ist und eine deutlich verbesserte Gebrauchsdauer sowie verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ventilspielausgleichselement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in den Speicherraum zumindest ein komprimierbarer Verdrängungskörper zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlossen ist, daß der Verdrängungskörper aus einem geschlossenzelligen Weichschaum besteht und daß der Weichschaum mit einer porenfreien Oberflächenschicht versehen ist. Die Dichtung zwischen dem Innen- und dem Außenstößel ist hierdurch bei dem erfindungsgemäßen Ventilspielausgleichselement nur noch Verformungen ausgesetzt, die sich aus der Erfüllung der eigentlichen Dichtungsaufgabe ergeben.
- Temperaturbedingte Volumenveränderungen des enthaltenen Öls durch eine Änderung der Stützlänge führen demgegenüber nicht mehr zu einer Veränderung der Form der Dichtung. Das vorzeitige Auftreten von Undichtigkeiten ist dadurch weitestgehend ausgeschlossen und eine deutliche Verlängerung der Gebrauchsdauer des Ventilspielausgleichselementes ohne weiteres gewährleistet.
- Haben die Verdrängungskörper jeweils nur eine sehr geringe Größe, dann kann vielmehr der angestrebte Zweck auch dadurch erreicht werden, daß eine dem aufzunehmenden Volumen entsprechende Anzahl von Verdrängungskörpern in den Speicherraum eingeschlossen wird. Der Verdrängungskörper kann aus einem flüssigkeitsdicht nach außen abgeschlossenen Weichschaum bestehen, beispielsweise aus einem Polyurethanweichschaum einer Dichte von 30 bis 700 kg/m3. Zweckmäßigerweise wird die Herstellung so vorgenommen, daß eine im wesentlichen porenfreie Oberflächenhaut erhalten wird. Das Eindiffundieren von Ölbestandteilen in die ballonartig nach außen abgeschlossenen Poren des Weichschaumkörpers wird hierdurch zusätzlich behindert und die Erzielung einer besonders langen Gebrauchsdauer begünstigt.
- Der in den Speicherraum eingeschlossene, komprimierbare Verdrängungskörper kann wenigstens einen gasgefüllten Hohlraum enthalten und beispielsweise durch eine flexible und/oder elastisch verformbare Gasblase gebildet sein, die aus polymerem Werkstoff besteht. Die Größe hängt von den besonderen Gegebenheiten des Anwendungsfalles ab und insbesondere von der Volumenzunahme, die das in dem Ventilspielausgleichselement enthaltene Öl bei einer Erwärmung von Raum- auf Betriebstemperatur und/oder bei einer Volumenänderung erfährt, die durch eine Veränderung der Stützlänge des Ventilspielausgleichselementes bedingt ist. Eine Änderung der Stützlänge kann sich beispielsweise ergeben, wenn sich ein Ventil bei Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine noch in Offenstellung befindet. Das Ventilspielausgleichselement ist in diesem Falle über eine längere Zeitspanne durch die Rückholfeder des Ventils belastet, was eine allmähliche Reduzierung der Stützlänge bedingt. Bei erneuter Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ist gleichwohl bereits bei der ersten Umdrehung der Nockenwelle eine Wiederherstellung der ursprünglichen Stützlänge gewährleistet. Die letztgenannte Volumenänderung kann sich beispielsweise ergeben, wenn sich ein Ventil bei Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine in Offenstellung befindet. Es ist nicht zwingend nötig, nur einen einzigen Verdrängungskörper zu verwenden.
- Die mechanische Belastung des Verdrängungskörpers unter normalen Betriebsbedingungen läßt sich vermindern, wenn der Verdrängungskörper in einer Ausnehmung der Wandung des Speicherraumes angeordnet ist. In Fällen, in denen eine gegenseitige Verklebung mit der Wandung des Speicherraumes vorgenommen wird, resultiert der zusätzliche Vorteil, daß im Bereich der Verklebungszone eine unmittelbare Benetzung des Verdrängungskörpers durch das in dem Speicherraum enthaltene Öl nicht möglich ist. Die entsprechende Zone des Verdrängungskörpers ist hierdurch in ausgezeichneter Weise geschützt vor einer physikalischen und/oder chemischen Einwirkung durch das in dem Speicherraum enthaltene Öl. Die Verklebung läßt sich unter Verwendung eines sekundären Klebstoffes bewirken, der in flüssigem Zustand in die Zwischenzone zwischen dem Verdrängungskörper und der Wandung eingebracht und nachfolgend verfestigt wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Verdrängungskörper bei Verwendung eines Reaktionsschaumes zu seiner Herstellung unmittelbar in der Ausnehmung zu erzeugen und gleichzeitig mit der Ausnehmung zu verbinden. Die Verwendung eines sekundären Verklebungsmittels und eines sekundären Formwerkzeuges zur Herstellung des Verdrängungskörpers kann sich dann erübrigen, was unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten von großem Vorteil ist.
- Bei Ausführungen, bei denen der Verdrängungskörper rotationssymmetrisch gestaltet ist, bietet es sich an, den Verdrängungskörper dem Ventilspielausgleichselement konzentrisch zuzuordnen. Aus unerwünschten Relativverlagerungen resultierende Beschädigungen und Funktionsbeeinträchtigungen lassen sich dadurch vermeiden.
- Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnung weiter verdeutlicht. Es zeigen:
- Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungen von Ventilspielausgleichselementen in längsgeschnittener Darstellung.
- Das in Figur 1 gezeigte Ventilspielausgleichselement ist für eine Verbrennungskraftmaschine bestimmt. Es umfaßt einen Innenstößel 1, der axial verschiebbar in einem Außenstößel 2 gelagert ist. Der Innenstößel 1 ist mittels einer Druckfeder 8 auf einem Kolben 7 abgestützt, der am Boden des Außenstößels 2 anliegt. Die Druckfeder 8 hat eine weichere Federkennung als die Rückholfeder des zugehörigen Ventils der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt). Sie vermag dadurch die Schließbewegung des Ventils in keiner Weise zu behindern. Eine sichere Anlage des Ventiltellers am Ventilsitz ist bei Nichtbetätigung des betreffenden Ventils vielmehr jederzeit gewährleistet. Gleichwohl ist die Kraft der Druckfeder 8 hinreichend groß, um eine spielfreie Anlage des Ventilspielausgleichselementes einerseits am Ventilschaft und andererseits an der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) zu gewährleisten. Gelangt der daran befindliche Nocken mit dem Ventilspielausgleichselement in Eingriff, dann resultiert eine Axialverschiebung des Ventilspielausgleichselementes einschließlich des dadurch abgestützten Ventils. Diese vollzieht sich in so kurzer Zeit, daß sich das Ventilspielausgleichselement nahezu starr verhält. Das Ventil wird dadurch im erforderlichen Maße in seine Offenstellung überführt, um den angestrebten Gaswechsel des zugehörigen Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.
- Zunehmender Verschleiß des Ventils führt zu einer allmählichen Relativverlagerung des Innenstößels 1 in bezug auf den Außenstößel 2. Das Betriebsverhalten des Ventilspielausgleichselementes erfährt hierdurch keinerlei Veränderung. Es entspricht vielmehr vollständig den vorstehenden Darlegungen.
- Die von dem Innenstößel 1, dem Außenstößel 2 und dem Kolben 7 umschlossenen Hohlräume sind mit Öl gefüllt, wobei es zusätzlich vorgesehen ist, daß in dem Speicherraum 3 ein komprimierbarer Verdrängungskörper 4 angeordnet ist. Dieser besteht aus einer kreisringförmig gestalteten, gasgefüllten Gummiblase, welche dem Ventilspielausgleichselement konzentrisch zugeordnet ist. Sie ist so groß dimensioniert, daß die Veränderung des in dem Ventilspielausgleichselement enthaltenen Ölvolumens als Folge von Temperaturveränderungen und/oder von Änderungen der Stützlänge unter Vermeidung eines die Funktionsfähigkeit beeinträchtigenden Druckanstieges aufgenommen werden kann. Die O-Ringdichtung 6 wird hierdurch als Bewegungsdichtung nur in demjenigen Maße beansprucht, wie für den allmählichen Ausgleich des Ventilverschleißes erforderlich. Die daraus resultierenden Relativverlagerungen sind von sehr geringer Größe. Die O-Ringdichtung vermag hierdurch über sehr lange Gebrauchszeiträume ein ausgezeichnetes Abdichtungsergebnis zu gewährleisten. In funktionstechnischer Hinsicht entsprechen die nachfolgend beschriebenen Ausführungen der vorstehenden. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihres Aufbaues nur geringfügig von der Ausführung nach Figur 1.
- Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführung ist zwischen dem Innenstößel 1 und dem Außenstößel 2 ein Führungsring aus einem harten Kunststoff angeordnet, der gegenüber dem Außenstößel und gegenüber dem Innenstößel durch jeweils eine O-Ringdichtung abgedichtet ist. Die unverrückbare Festlegung des Führungsringes 11 in bezug auf den Außenstößel 2 erfolgt durch eine umlaufende Haltekralle 10, die in eine umlaufende Nut des Außenstößels 2 eingeschnappt ist oder durch andere Befestigungsmittel, z.B. einen Sprengring. Die Verwendung anderer Befestigungsmittel ist möglich, beispielsweise von Sprengringen. Der Führungsring hat in seiner Gesamtheit ein U-förmiges Profil, das einen komprimierbaren Verdrängungskörper 4 in seinem unteren Bereich umschließt. Der Verdrängungskörper 4 besteht aus geschlossenzelligem Schaumstoff aus Polyurethan, Silikon oder einem anderen polymeren Werkstoff, der mit einer Gußhaut an der Oberfläche versehen ist und eine durchschnittliche Dichte von 35 kg/m3 aufweist. Die Verwendung eines Silikonschaumes oder von anderen geschlossenzelligen Weichschäumen aus polymerem Werkstoff ist ebenfalls möglich. Die Gebrauchseigenschaften sind gegebenenfalls im Versuch zu überprüfen.
- Die verwendeten Weichschaumstoffe sollen an der Oberfläche eine Gußhaut haben. Diese zeichnet sich bei einer Herstellung des Verdrängungskörpers im Freischaumverfahren durch eine besonders gute Permeationssicherheit aus. Insbesondere eine im Freischaumverfahren erzeugte Gußhaut hat daher die Funktion einer zusätzlichen Trennmembran.
- Figur 3 zeigt eine Ausführung ähnlich Figur 2, bei der der Außenstößel 2 und ein den Verdrängungskörper 4 aufnehmender Ring 15 aus Kunststoff bestehen. Der Ring 15 und der Verdrängungskörper 4 einerseits sowie der Ring 15 und der Außenstößel 2 andererseits sind unverlierbar miteinander durch Verschweißen oder Verkleben verbunden. Der aus geschlossenzelligem Polyurethanschaum bestehende Verdrängungskörper 4 vermag bei einem temperaturbedingten Druckanstieg im Speicherraum 3 gleichwohl die daraus resultierende Volumenzunahme problemlos in sich aufzunehmen. Für die Abdichtung gegenüber dem Innenstößel 1 ist wiederum eine O-Ringdichtung vorgesehen. Die Stirnfläche des Außenstößels 2 ist mit einer Panzerplatte 16 aus metallischem oder keramischem Werkstoff verklebt. Bei einem relativ geringen Gewicht zeichnet sich die in Figur 5 gezeigte Ausführung durch eine besonders gute Dauerhaftigkeit aus.
Claims (6)
- Hydraulisches Ventilspielausgleichselement für Brennkraftmaschinen, bei dem ein Innenstößel (1) relativ zu einem Außenstößel (2) axial verschiebbar ist und gemeinsam mit diesem einen volumenveränderlichen, nach außen durch eine Dichtung (6) abgeschlossenen, ölgefüllten Speicherraum (3) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherraum (3) zumindest ein komprimierbarer Verdrängungskörper (4) zum Ausgleich von Volumenveränderungen eingeschlossen ist, daß der Verdrängungskörper (4) aus einem geschlossenzelligen Weichschaum besteht und daß der Weichschaum mit einer porenfreien Oberflächenschicht versehen ist.
- Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichschaum eine durchschnittliche Dichte von 30 bis 700 kg/m³ aufweist.
- Ventilspielausgleichselement nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) zumindest einen gasgefüllten Hohlraum (5) enthält.
- Ventilspielausgleichselement nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) zumindest teilweise in einer Ausnehmung der Wandung des Speicherraumes (3) angeordnet ist.
- Ventilspielausgleichselement nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) und die Wandung des Speicherraumes (3) zumindest teilweise verklebt sind.
- Ventilspielausgleichselement nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (4) rotationssymmetrisch gestaltet und dem Ventilspielausgleichselement konzentrisch zugeordnet ist.
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