EP0505855B1 - Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement - Google Patents

Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement Download PDF

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EP0505855B1
EP0505855B1 EP92104377A EP92104377A EP0505855B1 EP 0505855 B1 EP0505855 B1 EP 0505855B1 EP 92104377 A EP92104377 A EP 92104377A EP 92104377 A EP92104377 A EP 92104377A EP 0505855 B1 EP0505855 B1 EP 0505855B1
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valve
compensating element
pressure
piston
element according
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Erich Eichlinger
Xaver Dipl.-Ing. Stemmer
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Audi AG
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Audi 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
    • F01L1/25—Hydraulic tappets between cam and valve stem
    • 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
    • F01L1/30—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of positively opened and closed valves, i.e. desmodromic valves

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic valve lash compensation element for a desmodromic valve control of an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • valve lash compensation element is shown in Japanese Patent Abstract 61-11408 (A), the compensation element being arranged in the form of a piston-cylinder unit with an integrated check valve and a storage space between the closer cams and a locking lever which engages under the valve stem of a gas exchange valve. With the arrangement shown there, both the valve clearance in the power flow on the closer side and between the opener cam and an oscillating lever acting on the valve stem are to be compensated for by means of the compensating element.
  • the object of the invention is to propose a compensating element for a desmodromic valve control, which eliminates any malfunctions that may occur during operation with regard to the valve clearance.
  • the pressure chamber of the compensating element in the force flow of the closing actuation of the gas exchange valve to provide a pressure relief valve.
  • This pressure relief valve precludes any damage to the valve train that occurs if the compensating element is "inflated". This damage would result from the fact that the closing lever tries to close the valve by the forced actuation by the closing cam, even though the valve is already closed.
  • the pressure relief valve the opening pressure of which is higher than the pressure generated by the regular valve actuation forces, now enables retraction or contraction of the compensating element and thus prevents damage to the valve train.
  • the pressure relief valve can be constructed identically to a ball valve common with compensating elements as a non-return valve, but its preload must be correspondingly higher and its direction of action must be reversed.
  • the pressure relief valve such as the check valve can be connected to the storage space, so that when the pressure relief valve responds, the hydraulic fluid in the pressure space can flow into the storage space.
  • Overpressure valve and non-return valve can be produced in a manner that is favorable in terms of production technology be arranged adjacent to each other.
  • Claims 5 and 6 characterize a construction which is advantageous with regard to the installation space and the assembly outlay, with two valve clearance compensation elements which are switched into the valve train on the closer and opener sides.
  • 10 denotes a cylinder head of a reciprocating piston internal combustion engine, in which the stem 16 of a reciprocating valve 14 is slidably guided via a valve guide 12.
  • the lift valve 14 controls an inlet channel 18 within the cylinder head 10 on or off.
  • the lift valve 14 is actuated via a desmodromic valve control, which essentially consists of a camshaft 20 with an opening cam 22 and a closing cam 24, a closing lever 26 and a bucket tappet 28 composed.
  • the cup tappet 28 is guided in a bore 30 of the cylinder head 10 which is arranged concentrically to the central axis of the valve guide 12.
  • the cup tappet 28 is lubricated and the lubricating oil supply to the valve lash compensating elements arranged in the cup tappet and described below takes place via a lubricating oil channel 32 with a rising channel 34 per cup tappet, each of which is connected to the pressure circulation lubricating oil system, not shown, of the internal combustion engine.
  • the closing valve 16 is closed by the closing lever 26.
  • the locking lever 26 is pivotally mounted on an axis 36 fixed to the cylinder head, one arm 38 running against the locking cam 24 of the camshaft, while the opposite, fork-shaped arm 40 engages under the bucket tappet 28. It goes without saying that the design of the cylinder head 10 is such that there is a corresponding free space for the pivoting movement of the locking lever 26 also below the tappet 28.
  • the construction of the cup tappet 28 can be seen from the enlarged sectional view in FIG. 2.
  • the cup tappet 28 is composed essentially of a bottom part 42 and a jacket part 44 of a rotationally symmetrical design; the components are telescoped.
  • first valve lash compensation element 48 with a piston 50 and a closed one on the one hand within an inserted guide ring 46 Cylinder part 52 inserted.
  • a base 54 with a corresponding opening 56 and a valve ball 58 forms the check valve of the compensating element, which separates the pressure chamber 60 from the reservoir 62 above.
  • a first spring 64 tensions the valve ball 58 against the valve seat 56
  • the compensating element 48 is prestressed in the play compensation direction via a second helical compression spring 66.
  • the flow of force in the opening direction of the lift valve 14 runs according to the solid line 68 from the opening cam 22 to the bottom part 42 and via the compensating element 48 to the valve stem 16.
  • annular piston 70 is also slidably mounted, which further has a through bore 72 for the valve stem 16 and is fixed at least in the closing direction on the valve stem 16 by means of a retaining ring 74.
  • a second valve lash compensation element 78 is arranged in the piston 70, which separates the pressure space 80 below the piston 70, which extends around the valve stem 16, from a storage space 76 above the piston.
  • the compensating element 78 is formed by an opening 82 in the piston 70, which is closed by a valve ball 84, the valve ball 84 being biased by a helical compression spring 86.
  • Two further helical compression springs 88 in turn serve to preload the piston 70 relative to the casing part 44 in the sense of a play compensation.
  • a pressure relief valve 90 is arranged in the piston 70 adjacent to the compensating element 78, the direction of its action however, is reversed.
  • the pressure relief valve 90 is composed of an opening 92 provided in the piston 70, which can be closed by a valve ball 94.
  • a helical compression spring 96 acts on the valve ball 94 and thus determines its opening pressure.
  • the solid line 98 shows the flow of force on the closing side, which acts from the locking cam 24 on the locking lever 26 and via the arms 40 on the jacket part 44 and from there via the pressure in the pressure chamber 80 and the piston 70 and finally via the locking ring 74 to Lift valve 14 runs.
  • the valve lash is compensated on the closer side by moving the piston 70 relative to the jacket part 44 via the compensating valve 78, while the valve lash is eliminated on the opener side by the compensating element 48, the cylinder part 52 being displaced relative to the piston 50.
  • the helical compression spring 96 is designed with regard to its pretensioning force in such a way that the valve 94 remains closed in the event of the forces occurring in the regular valve actuation or the resulting pressures in the pressure chamber 80.
  • the compensating element 78 be "inflated” in the valve train due to resonance vibrations or excessive lubricating oil pressure etc., then impermissibly high valve forces or pressures would occur due to the positive control via the closing cams, which, however, are then reduced by opening the pressure relief valve 94 .

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement für eine desmodromische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein derartiges Ventilspiel-Ausgleichselement zeigt der japanische Patentabstract 61-11408(A), wobei das Ausgleichselement in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit einem integrierten Rückschlagventil und einem Vorratsraum zwischen den Schließernocken und einen den Ventilschaft eines Gaswechselventiles untergreifenden Schließhebel angeordnet ist. Mit der dort gezeigten Anordnung soll mittels des Ausgleichselementes sowohl das Ventilspiel im Kraftfluß der Schließerseite als auch zwischen dem Öffnernocken und einem auf den Ventilschaft wirkenden Schwinghebel ausgeglichen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ausgleichselement für eine desmodromische Ventilsteuerung vorzuschlagen, welches ggf. im Betrieb auftretende Störungen mit Hinblick auf das Ventilspiel ausschließt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
  • Erfindunsgemäß wird vorgeschlagen, an den Druckraum des Ausgleichselementes im Kraftfluß der Schließbetätigung des Gaswechselventiles ein Überdruckventil vorzusehen. Dieses Überdruckventil schließt aus, daß bei einem ggf. auftretenden "Aufpumpen" des Ausgleichselementes eine Beschädigung des Ventiltriebes auftritt. Diese Beschädigung würde daraus resultieren, daß der Schließhebel durch die zwangsweise Betätigung durch den Schließnocken das Ventil zu schließen sucht, obwohl dieses bereits geschlossen ist.
  • Ähnlich einem Aufpumpen kann beispielsweise bei der Verwendung von zwei Ausgleichselementen auf der Öffner- und auf der Schließseite bei Stillstand der Brennkraftmaschine und ungünstiger Belastung der Ausgleichselemente ein Ausfahren des schließerseitigen Ausgleichselementes resultieren, welches dann beim Andrehen der Brennkraftmaschine ebenfalls eine Sperrung des Ventiltriebes bewirken würde.
  • Durch das Überdruckventil, dessen Öffnungsdruck höher liegt als der durch die regulären Ventilbetätigungskräfte auftretende Druck, wird nunmehr ein Einfahren bzw. eine Kontraktion des Ausgleichselementes ermöglicht und damit eine Beschädigung im Ventiltrieb vermieden.
  • Das Überdruckventil kann baugleich einem bei Ausgleichselementen üblichen Kugelventil als Rückschlagventil ausgeführt sein, wobei dessen Vorspannung jedoch entsprechend höher und dessen Wirkrichtung umgekehrt sein muß. Gemäß Anspruch 3 kann dabei das Überdruckventil wie das Rückschlagventil mit dem Vorratsraum verbunden sein, so daß bei einem Ansprechen des Überdruckventiles die im Druckraum befindliche Hydraulikflüssigkeit in den Vorratsraum abströmen kann. In fertigungstechnisch günstiger Weise können dabei Überdruckventil und Rückschlagventil einander benachbart angeordnet sein.
  • Die Ansprüche 5 und 6 kennzeichnen eine hinsichtlich des Bauraumes und des Montageaufwandes vorteilhafte Konstruktion mit zwei Ventilspiel-Ausgleichselementen, die schließerseitig und öffnerseitig in den Ventiltrieb eingeschaltet sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer desmodromischen Ventilsteuerung und
    Fig. 2
    einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch den Tassenstößel gemäß Fig. 1, mit zwei integrierten Ventilspiel-Ausgleichselementen und einem Überdruckventil.
  • In der Fig. 1 ist mit 10 ein Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem über eine Ventilführung 12 der Schaft 16 eines Hubventiles 14 verschiebbar geführt ist. Das Hubventil 14 steuert im Ausführungsbeispiel einen Einlaßkanal 18 innerhalb des Zylinderkopfes 10 auf oder zu.
  • Das Hubventil 14 wird über eine desmodromische Ventilsteuerung betätigt, die sich im wesentlichen aus einer Nockenwelle 20 mit einem Öffnernocken 22 und einem Schließnocken 24, einem Schließhebel 26 und einem Tassenstößel 28 zusammensetzt. Der Tassenstößel 28 ist in einer konzentrisch zur Mittelachse der Ventilführung 12 angeordneten Bohrung 30 des Zylinderkopfes 10 geführt. Die Schmierung des Tassenstößels 28 und die Schmierölversorgung der in dem Tassenstößel angeordneten, nachfolgend beschriebenen Ventilspiel-Ausgleichselemente erfolgt über einen Schmierölkanal 32 mit je Tassenstößel einem Steigkanal 34, der jeweils an das nicht dargestellte Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen ist.
  • Während der das Hubventil 16 öffnende Öffnernocken 22 unmittelbar an dem Boden des Tassenstößels 28 anläuft, wird das Schließen des Hubventiles 16 über den Schließhebel 26 bewirkt. Dabei ist der Schließhebel 26 auf einer zylinderkopffesten Achse 36 schwenkbar gelagert, wobei der eine Arm 38 an dem Schließnocken 24 der Nockenwelle anläuft, während der entgegengesetzt liegende, gabelförmige Arm 40 den Tassenstößel 28 untergreift. Es versteht sich, daß der Zylinderkopf 10 hinsichtlich seiner Konstruktion derart gestaltet ist, daß ein entsprechender Freiraum für die Schwenkbewegung des Schließhebels 26 auch unterhalb des Tassenstößels 28 gegeben ist.
  • Die Konstruktion des Tassenstößels 28 ist der vergrößerten Schnittdarstellung in Fig. 2 entnehmbar. Der Tassenstößel 28 setzt sich im wesentlichen aus einem Bodenteil 42 und einem Mantelteil 44 rotationssymmetrischer Bauart zusammen; die Bauteile sind teleskopisch ineinander geführt.
  • In dem Mantelteil 42 ist innerhalb eines eingesetzten Führungsringes 46 ein erstes Ventilspiel-Ausgleichselement 48 mit einem Kolben 50 und einem einerseits geschlossenem Zylinderteil 52 eingesetzt. Dabei bildet ein Boden 54 mit einem entsprechenden Durchbruch 56 und einer Ventilkugel 58 das Rückschlagventil des Ausgleichselementes, welches den Druckraum 60 von dem darüberliegenden Vorratsraum 62 trennt. Während eine erste Feder 64 die Ventilkugel 58 gegen den Ventilsitz 56 spannt, wird über eine zweite Schraubendruckfeder 66 das Ausgleichselement 48 in Spielausgleichsrichtung vorgespannt. Der Kraftfluß in Öffnungsrichtung des Hubventiles 14 läuft entsprechend der durchgezogenen Linie 68 von dem Öffnernocken 22 auf das Bodenteil 42 und über das Ausgleichselement 48 auf den Ventilschaft 16.
  • In dem Mantelteil 44 des Tassenstößels 28 ist ferner ein Ringkolben 70 verschiebbar gelagert, der ferner eine Durchtrittsbohrung 72 für den Ventilschaft 16 aufweist und mittels eines Sicherungsringes 74 am Ventilschaft 16 zumindest in Schließrichtung festgelegt ist.
  • Im Kolben 70 ist ein zweites Ventilspiel-Ausgleichselement 78 angeordnet, welches den unterhalb des Kolbens 70 liegenden Druckraum 80, der sich um den Ventilschaft 16 herum erstreckt, von einem oberhalb des Kolbens liegenden Vorratsraum 76 trennt. Das Ausgleichselement 78 ist durch einen Durchbruch 82 im Kolben 70 gebildet, der durch eine Ventilkugel 84 verschlossen ist, wobei die Ventilkugel 84 von einer Schraubendruckfeder 86 vorgespannt ist. Zwei weitere Schraubendruckfedern 88 dienen wiederum dazu, im Sinne eines Spielausgleiches den Kolben 70 relativ zum Mantelteil 44 vorzuspannen.
  • Ferner ist im Kolben 70 ein Überdruckventil 90 benachbart dem Ausgleichselement 78 angeordnet, dessen Wirkungsrichtung jedoch umgekehrt ist. Das Überdruckventil 90 setzt sich zusammen aus einem im Kolben 70 vorgesehenen Durchbruch 92, der von einer Ventilkugel 94 verschließbar ist. Eine Schraubendruckfeder 96 wirkt auf die Ventilkugel 94 und bestimmt somit deren Öffnungsdruck.
  • Die durchgezogene Linie 98 zeigt den Kraftfluß auf der Schließseite, der von dem Schließnocken 24 auf den Schließhebel 26 und über die Arme 40 auf das Mantelteil 44 wirkt und von dort über den Druck im Druckraum 80 und den Kolben 70 und schließlich über den Sicherungsring 74 zum Hubventil 14 verläuft. Dabei wird über das Ausgleichsventil 78 schließerseitig das Ventilspiel durch Verfahren des Kolbens 70 relativ zum Mantelteil 44 ausgeglichen, während öffnerseitig das Ventilspiel über das Ausgleichselement 48 eliminiert wird, wobei sich das Zylinderteil 52 relativ zum Kolben 50 verschiebt.
  • Die Schraubendruckfeder 96 ist hinsichtlich ihrer Vorspannkraft so ausgeführt, daß bei den in der regulären Ventilbetätigung auftretenden Kräften bzw. den resultierenden Drücken im Druckraum 80 das Ventil 94 geschlossen bleibt. Sollte jedoch im Ventiltrieb aufgrund von Resonanzschwingungen oder eines zu hohen Schmieröldruckes etc. ein "Aufpumpen" des Ausgleichselementes 78 erfolgen, so würden aufgrund der Zwangssteuerung über den Schließnocken unzulässig hohe Ventilkräfte bzw. -drücke auftreten, die jedoch dann durch Öffnen des Überdruckventiles 94 abgebaut werden. Gleiches gilt dann, wenn bei einem längeren Stillstand der Brennkraftmaschine ggf. aufgrund ungünstiger Toleranzen sich das eine Ausgleichselement 48 entleeren würde, während das schließerseitige Ausgleichselement 78 in den Druckraum 80 Schmieröl nachsaugt bzw. sich ausdehnt. Auch hier wird durch das Öffnen des Überdruckventiles 90 ein Blockieren des Ventiltriebes vermieden.

Claims (6)

  1. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement für eine desmodromische Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einer in den Kraftfluß zwischen einem Schließnocken und einem Gaswechselventil eingeschalteten, einen Druckraum (80) einschließenden Kolben-Zylinder-Einheit (70,44) und einem Vorratsraum (76), wobei der Druckraum und der Vorratsraum über ein Rückschlagventil (78) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Druckraum (80) ferner ein Überdruckventil (90) angeschlossen ist, welches bei einer definierten, die Ventilbetätigungskräfte übersteigenden Kraft öffnet und Hydraulikmedium abströmen läßt.
  2. Ventilspiel-Ausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (90) ein federnd vorgespanntes, in umgekehrter Richtung als das Rückschlagventil (78) wirkendes Kugelventil ist.
  3. Ventilspiel-Ausgleichselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (90) zwischen Druckraum (80) und Vorratsraum (76) eingeschaltet ist.
  4. Ventilspiel-Ausgleichselement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (90) und das Rückschlagventil (78) einander benachbart im Kolben (70) angeordnet sind.
  5. Ventilspiel-Ausgleichselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Tassenstößel (28) angeordnet ist, in dem ein weiteres Ventilspiel-Ausgleichselement (48) im Kraftfluß zwischen einem Öffnernocken (22) und einem Gaswechselventil (24) angeordnet ist.
  6. Ventilspiel-Ausgleichselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenstößel (28) durch ein äußeres Mantelteil (44) und ein darin verschiebbar geführtes Bodenteil (42) gebildet ist, wobei das eine durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gebildete Ausgleichselement (48) im Bodenteil (42) aufgenommen ist und das zweite Ausgleichselement an einem den Ventilschaft (16) aufnehmenden Ringkolben (70) angeordnet ist, der im Mantelteil (42) verschiebbar geführt ist.
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