WO1998002645A1 - Hydraulisches spielausgleichselement - Google Patents

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WO1998002645A1
WO1998002645A1 PCT/EP1997/002611 EP9702611W WO9802645A1 WO 1998002645 A1 WO1998002645 A1 WO 1998002645A1 EP 9702611 W EP9702611 W EP 9702611W WO 9802645 A1 WO9802645 A1 WO 9802645A1
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housing
element according
pressure piston
valve
cam
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PCT/EP1997/002611
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Walter Speil
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INA Wälzlager Schaeffler oHG
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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
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic lash adjuster according to the preamble-forming features of claim 1.
  • Such clearance compensation elements are well known to the person skilled in the art and are integrated, for example, in valve drives of internal combustion engines in order to compensate for the undesirable positive or negative play occurring there during the firing of the internal combustion engines due to thermal expansion and wear.
  • These elements work with a servo means such as hydraulic fluid, which is pressed out during its high pressure phase via a leakage gap between a housing and a pressure piston. The viscosity of this servo means decreases with increasing temperature and thus changes the sinking values of the generic element in an undesirable manner.
  • the object of the invention is therefore to create a play compensation element of the aforementioned type, in which the lowest possible temperature and thus viscosity-dependent drop characteristic is created, which element should also be fully operational over the life of the internal combustion engine.
  • the measures proposed in particular in the main claim create a largely temperature and viscosity-independent drop characteristic of the element.
  • the expert is given a lesson by means of which he always finds optimal conditions at the leakage gap by varying the parameters within the proposed range.
  • it is taken into account that the gas exchange valve in question always goes into its seat in the region of a defined closing ramp height. This guarantees “soft" closing of the gas exchange valve.
  • the measures according to the invention guarantee that a required basic gap of at least 1 / vm is guaranteed even when the element is extremely heated.
  • the entire housing and the entire pressure piston from materials with different thermal expansion characteristics, but it is also conceivable to provide only the leakage gap area with materials which have the characteristic mentioned above.
  • the housing from a material that becomes smaller as the temperature increases. This would be conceivable, for example, when using materials that change their lattice structure with heating.
  • the quotient between a coefficient of thermal expansion of the pressure piston and the housing should advantageously be approximately between see 1, 2 and 2 move. An optimal range of material pairing at the leakage gap is thus proposed from this side.
  • connection area and end area can in turn be designed to be degressive in order to achieve an overall short closing ramp. While it is to be expected during operation of the internal combustion engine that, under extreme conditions (very high or low temperatures on the element), the element will also be seated during the connection or end region, however, this number of hits can change with regard to wear - be neglected.
  • the pressure piston from an austenitic steel or aluminum and the housing surrounding it from a ferritic steel.
  • the relatively “soft” material aluminum for the pressure piston it should be provided with a chemically or physically applied wear protection layer or the like.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a play compensation element with a cam starting
  • Figure 2 plotted a valve lift curve over time in the area of the cam sequence
  • Figure 3 shows a typical course of a negative change in play of an exhaust valve over time or temperature change
  • Figure 1 shows a hydraulic lash adjuster 1, which is installed in a conventional manner in a tappet 2.
  • the play compensation element 1 consists of a hollow cylindrical housing 3, which includes a pressure piston 5 in its bore 4, which is movable relative to the latter.
  • the pressure piston 5 is supported with its one end face 6 against a bottom 7 of the tappet 2.
  • the pressure piston 5 is supported against a base 8 of the housing 3 by means of a spring means 9.
  • the pressure piston 5 has, in the direction of the bottom 8, a check valve 10 which cannot be described in more detail and which opens in the direction of the bottom 8.
  • a high-pressure chamber 11 for hydraulic medium runs axially between the pressure piston 5 and the base 8.
  • cup tappet 2 is acted upon on its base 7 by a cam 12 in the lifting direction.
  • a transfer of a stroke of the cam 12 thus takes place, starting from this, via the tappet 2 to a bottom 8 of the housing 3 turned end 20 of a gas exchange valve 13, such as an exhaust valve.
  • the spring means 9 ensures that the frictional connection between the tappet 2, the cam 12 and the gas exchange valve 1 3 remains free of play.
  • the above-mentioned change in length of the lash adjuster 1 by squeezing the hydraulic fluid from the high-pressure chamber 1 1 is not only necessary to compensate for the valve lash, but also to compensate for dilatations in the valve train, such as those described for. B. due to wear on the valve seat or thermal expansion, as detailed in the introduction to the description, can occur.
  • the housing 3 consists of a material with a coefficient of thermal expansion which is smaller than the coefficient of thermal expansion of the material of the pressure piston 5.
  • a ratio C (see characterizing part of claim 1) is set to the extent specified according to the invention.
  • B identifies the immediate run-off edge, B 2 a connection area which can be designed, for example, degressively, B 3 an intermediate area which is advantageously linear (ie constant in speed), B 4 an end area adjoining this intermediate area B 3 , which is proposed to be degressive, and B 5 is the base circle area of the cam 12.
  • the areas B 2 - B 4 thus provide a closing ramp B 2 . 4.
  • the gas exchange valve 13 in question also sits in its seat (not shown) relatively "softly" across all temperature ranges. On the other hand, it is possible to make this area relatively short, which has an advantageous effect on the control times, since the valve overlap area is shortened. It is also conceivable for the entire closing ramp B 2 . 4 to be interpreted degressively.
  • a valve lift curve known per se can be seen in FIG.
  • the curve V HDYN corresponds to the course of the kinematic stroke curve V HKIN , but minus the compressibility or elasticity of the entire valve train and minus the stroke loss dependent on the respective operating state (temperature and speed) due to a lowering of the play compensation element 1, caused by the pressing out of hydraulic fluid from the high pressure chamber 1 1 through the leakage gap 14.
  • the closing ramp B 2 . 4 is linear, i.e. constant in speed. If the gas exchange valve 13 comes into its seat in this area, its soft and very wear-resistant and low-noise mounting can be expected.
  • FIG. 3 shows the diagram of a typical course of a change in play ⁇ S of an exhaust valve 1 3 with respect to its surroundings in the form of the curve plotted against the time t after a cold start of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is cold immediately after starting Condition to determine a faster length growth of the exhaust valve 1 3 in comparison to its surrounding parts (cylinder head 1 6, etc.) (gradient ß).
  • gradient ß the gradient? 'For the sinking paths of the pressure piston 5, which are continuously added up digitally over the warm-up phase, in relation to the housing 3.
  • the gradient must be compensated for quickly enough to compensate for the above-mentioned negative play change the same, but desirably steeper, than the gradient ß.
  • V HKIN valve lift curve kinematic V HDYN valve lift curve dynamic

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Mit der Erfindung ist ein hydraulisches Spielausgleichselement (1), beispielsweise für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, dessen Spielausgleichsfunktion über einen definierten Leckspalt (14) hergestellt ist. Dabei sind die an den Leckspalt (14) angrenzenden Bauteile (3, 5) derartig ausgestaltet, daß über einen gesamten Temperaturbereich des Betriebes des Elements (1) der Leckspalt (14) eine optimale Größe aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Hydraulisches Spielausgleichselement
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1 .
Hintergrund der Erfindung
Derartige Spielausgleichselemente sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden beispielsweise in Ventiltriebe von Brennkraftmaschinen integriert, um das dort während der Befeuerung der Brennkraftmaschinen durch Wärmedehnung und Verschleiß auftretende unerwünschte positive oder negative Spiel zu kompensieren. Diese Elemente arbeiten mit einem Servomittel wie Hydraulikmittel, welches während dessen Hochdruckphase über einen Leckspalt zwischen einem Gehäuse und einem Druckkolben ausgepreßt wird. Die Visko- sität dieses Servomittels nimmt mit steigender Temperatur ab und verändert somit in unerwünschter Art und Weise die Absinkwerte des gattungsgemäßen Elements.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Spielausgleichselement der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei dem eine möglichst geringe temperatur- und somit viskositätsabhängige Absinkcharakteristik geschaffen ist, welches Element zusätzlich über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine hinweg voll einsatzfähig sein soll.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruchs gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind, welche auch selbständig schutzfähige Maßnahmen enthalten können.
Durch die insbesondere im Hauptanspruch vorgeschlagenen Maßnahmen ist eine weitestgehend temperatur- und viskositätsunabhängige Absinkcharakteristik des Elements geschaffen. Hierbei wird dem Fachmann eine Lehre in die Hand gegeben, mittels welcher er durch Variation der Parameter innerhalb des vor- geschlagenen Bereiches stets optimale Bedingungen am Leckspalt vorfindet. Dabei ist gleichzeitig berücksichtigt, daß das betreffende Gaswechsel ventil stets im Bereich einer definierten Schließrampenhöhe in seinen Sitz geht. Somit ist ein "weiches" Schließen des Gaswechselventils garantiert.
Gleichzeitig kommt es, sofern die Verhältniskennzahl der angegebenen Parameter innerhalb der vorgeschlagenen Werte liegt, nicht mehr, wie im älteren Stand der Technik festzustellen, zu einem betriebsbedingten Klemmen zwischen Druckkolben und Gehäuse, da der Leckspalt nunmehr über jeden Temperaturbereich hinweg annähernd seine optimale Breite einnimmt. Berücksichtigt ist zudem auch, daß sich auslaßseitig das Gaswechselventil nach unmittelbarer Befeuerung der Brennkraftmaschine stark längt und somit das sich zwischen dem Element und dem Nocken befindliche Spiel schneller verkürzt, als das Element normalerweise in der Lage ist, durch seine Absinkrate diese Verkürzung zu kompensieren. Mit anderen Worten gesagt, ist bei Anwendung der erfin- dungsgemäß vorgeschlagenen Mittel ein Gradient von digital, während einer Temperaturänderung eines das Spielausgleichselement beinhaltenden Ventiltriebs, addierten Absinkwegen pro Hubzyklus von Druckkolben zu Gehäuse steiler, als ein weiterer Gradient einer Spielverkleinerung zwischen einem Ventilschaftende und einem Nockengrundkreis. Somit kann es nicht mehr dazu kommen, daß das betreffende Gaswechselventil im Grundkreis geringfügig offen bleibt; mit den verbrennungsmotorisch bekannten Nachteilen wie unrunder Motorlauf bzw. Motorstillstand und anderes. Daher gelingt es, die Steuerzeiten optimaler einzustellen und gleichmäßigere Gesamtgaswechselquerschnitte je Ventilhub zu erzielen bzw. auch geringere Ventilüberschneidungen.
Gleichzeitig ist durch die Maßnahmen nach der Erfindung garantiert, daß auch bei höchster Erwärmung des Elements ein erforderlicher Grundspalt von minde- stens 1 /vm garantiert ist.
In Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, das gesamte Gehäuse und den gesamten Druckkolben aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungscharakteristiken zu fertigen, wobei es jedoch auch denkbar ist, le- diglich den Leckspaltbereich mit Werkstoffen zu versehen, welchen die genannte Charakteristik immanent ist. Gleichfalls ist es vom theoretischen Ansatz her denkbar, das Gehäuse aus einem Werkstoff zu fertigen, welcher sich mit zunehmender Erwärmung verkleinert, dies wäre beispielsweise denkbar bei Einsatz von Werkstoffen, die ihre Gitterstruktur mit Erwärmung ändern.
Vorgeschlagen ist es ebenfalls, einen Bereich einer Höhe einer Schließrampe des betreffenden Nockens < 0,4 mm zu gestalten. Kommt das betreffende Gaswechsel ventil in diesem Bereich in seinen Sitz, ist somit mit dessen weichem Auftreffen zu rechnen. Bisher bekannte Verschleiß- und Geräuschproble- me sind hierdurch eliminiert. Gleichzeitig ist angestrebt, die Länge der gesamten Schließrampe so kurz wie nur möglich zu gestalten, um eine, zumindest während einer Startphase der Brennkraftmaschine bzw. einer Startphase bis hin zu Teillastbereichen eines Betriebes dieser, unerwünschte Ventilüberschneidung auszuschließen bzw. zu verkürzen.
Der Quotient zwischen einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Druckkolbens und des Gehäuses soll sich in vorteilhafter Art und Weise in etwa zwi- sehen 1 ,2 und 2 bewegen. Somit ist von dieser Seite her ein optimaler Bereich einer Werkstoffpaarung am Leckspalt vorgeschlagen.
Wird ein zwischen der Ablaufflanke des Nockens und dessen Grundkreis liegender Abschnitt (Schließrampe) in seiner dem jeweiligen Gaswechsel ventil übermittelten Hubbewegung degressiv (fallend) ausgelegt, ist wiederum mit einer weichen Aufsetzbewegung des betreffenden Gaswechselventils in seinen Sitz und einem relativ kurzen Gesamtablauframpenbereich zu rechnen.
Ähnliche Vorteile werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nach Anspruch 9 erzeugt, wobei während des geschwindigkeitskonstanten Zwischenbereiches, statistisch gesehen, mit dem häufigsten Aufsetzen des Gaswechselventils in seinen Sitz zu rechnen ist. Die sich beidseitig an diesen Bereich anschließenden Bereiche (Anschluß- und Endbereich) können wiederum degressiv zur Erzielung einer insgesamt kurzen Schließrampe ausgestaltet sein. Es ist zwar während des Betriebs der Brennkraftmaschine damit zu rechnen, daß unter Extrembedingungen (sehr hohe bzw. niedrige Temperaturen am Element) auch ein Aufsetzen des Elements während des Anschluß- bzw. Endbereichs in seinen Sitz auftritt, jedoch kann diese Auftreffzahl hinsichtlich des Verschleißes ver- nachlässigt werden.
In zweckmäßiger Fortbildung der Erfindung ist es vorgeschlagen, beispielsweise den Druckkolben aus einem austenitischen Stahl bzw. Aluminium und das ihn umgebende Gehäuse aus einem ferritischen Stahl zu fertigen. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, sollte bei der Anwendung des relativ "weichen" Werkstoffs Aluminum für den Druckkolben dieser mit einer chemisch bzw. physikalisch aufgetragenen Verschleißschutzschicht oder ähnlichem versehen sein.
Die Erfindung bezieht sich zwar insbesondere auf Spielausgleichselemente für Ventiltriebe von Brennkraftmaschinen, so auch ausdrücklich auf derartige in oder für Kipp-, Schwenk- oder Schlepphebel(n), denkbar ist jedoch auch eine Adaption vom Prinzip her in Dämpfungselemente für Riemen- oder Ketten- spannsysteme und ähnliches.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zweckmäßigerweise ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Spielausgleichselement mit anlaufendem Nocken;
Figur 2 im Diagramm eine Ventilhubkurve über der Zeit im Bereich des Nockenablaufs aufgetragen und
Figur 3 einen typischen Verlauf einer negativen Spieländerung eines Auslaßventils über der Zeit bzw. Temperaturänderung nach
Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine aufgetragen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt ein hydraulisches Spielausgleichselement 1 , welches in an sich bekannter Art und Weise in einen Tassenstößel 2 eingebaut ist. Dabei besteht das Spielausgleichselement 1 aus einem hohlzylindrischen Gehäuse 3, welches in seiner Bohrung 4, relativ beweglich zu diesem, einen Druckkolben 5 einschließt. Der Druckkolben 5 stützt sich mit seiner einen Stirnseite 6 gegen einen Boden 7 des Tassenstößels 2 ab. In die entgegengesetzte Richtung ist der Druckkolben 5 gegenüber einem Boden 8 des Gehäuses 3 über ein Federmittel 9 abgestützt. Gleichzeitig weist der Druckkolben 5 in Richtung zum Boden 8 ein nicht näher zu beschreibendes Rückschlagventil 10 auf, welches sich in Richtung zum Boden 8 öffnet. Axial zwischen Druckkolben 5 und Boden 8 verläuft ein Hochdruckraum 1 1 für Hydraulikmittel. Gleichzeitig ist der Tassenstößel 2 an seinem Boden 7 von einem Nocken 12 im Hubsinne beaufschlagt. Eine Übertragung eines Hubes des Nockens 12 erfolgt somit, ausgehend von diesem, über den Tassenstößel 2 auf ein dem Boden 8 des Gehäuses 3 zuge- wandtes Ende 20 eines Gaswechselventils 13, wie beispielsweise ein Auslaßventil.
Auf die prinzipielle Funktionsweise eines derartigen in einen Tassenstößel 2 eingebauten Spielausgleichselements 1 wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen, weil dies der Fachwelt an sich bekannt ist. Jedoch erfolgt während jeder Hubbewegung des Nockens 12 ein Auspressen einer geringen Menge an Hydraulikmittel über einen zwischen Gehäuse 3 und Druckkolben 5 verlaufenden Leckspalt 14. Durch diese Auspreßbewegung sinken Druckkolben 5 und Gehäuse 3 relativ zueinander ein. Während einer Grundkreisphase B5 des Nockens 12 erfolgt eine Eliminierung des im Ventiltrieb auftretenden Spiels dadurch, daß der Hochdruckraum 1 1 aus einem Vorratsraum 1 5, welcher vom Druckkolben 5 eingeschlossen ist, eine definierte Menge an hydraulischem Mittel nachsaugt. Gleichzeitig sorgt das Federmittel 9 dafür, daß der Kraftschluß zwischen Tassenstößel 2, Nocken 12 und Gaswechselventil 1 3 spielfrei bleibt. Die o. g. Längenänderung des Spielausgleichselements 1 durch Auspressen des Hydraulikmittels aus dem Hochdruckraum 1 1 ist nicht nur notwendig zum Ausgleich des Ventilspiels, sondern auch zum Ausgleich von Dilatationen im Ventiltrieb, so wie sie z. B. durch Verschleiß am Ventilsitz oder Wärmedeh- nung, wie beschreibungseinleitend näher ausgeführt, auftreten können.
Nach der Erfindung besteht dabei das Gehäuse 3 aus einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoffs des Druckkolbens 5. Gleichzeitig erfolgt eine Einstellung einer Verhältniskennzahl C (siehe kennzeichnender Teil des Anspruchs 1 ) im erfindungsgemäß vorgegebenen Maß. Hierdurch ist zu jedem Betriebszeitpunkt, somit zu jeder Betriebstemperatur und zu jedem Viskositätsgrad des verwendeten Hydraulikmittels, eine optimale Einstellung der Breite des Leckspaltes 14 geschaffen. Prinzipiell nimmt diese Breite mit zunehmender Erwärmung ab, wobei jedoch bei höchster Betriebstemperatur ein minimaler Grundspalt von beispielsweise 1 μm erhalten bleiben soll. Als Werkstoffe für den Druckkolben 5 sind beispielsweise austenitischer Stahl bzw. Aluminium und für das Gehäuse 3 ist ein ferritischer Stahl vorgeschlagen. Am Nocken 12 sind zum besseren Verständnis verschiedene Bereich gekennzeichnet, die in Drehrichtung gesehen seiner Spitze 19 folgen. B, kennzeichnet die unmittelbare Ablaufflanke, B2 einen Anschlußbereich, der beispielsweise degressiv ausgelegt sein kann, B3 einen Zwischenbereich, der vorteilhafterweise linear (d. h. geschwindigkeitskonstant) ist, B4 einen sich an diesen Zwischenbereich B3 anschließenden Endbereich, der degressiv vorgeschlagen ist und B5 den Grundkreisbereich des Nockens 12. Die Bereiche B2 - B4 stellen somit eine Schließrampe B2 . 4 dar. Durch die eben genannten Ausgestaltungen ist zum einen (siehe zur näheren Erläuterung Vorteilsangaben zu den Ansprüchen) eine optimal kurze Schließrampe B2.4 realisierbar. Auch setzt das betreffende Gaswechselventil 1 3 in seinen Sitz (nicht dargestellt) über alle Temperaturbereiche hinweg relativ "weich" auf. Zum anderen gelingt es, diesen Bereich relativ kurz auszugestalten, was sich vorteilhaft auf die Steuerzeiten auswirkt, da der Ventilüberschneidungsbereich verkürzt ist. Auch ist es denkbar, die gesamte Schließ- rampe B2 .4 degressiv auszulegen.
Aus Figur 2 geht eine an sich bekannte Ventilhubkurve hervor. Die Kurve VHDYN entspricht dabei dem Verlauf der kinematischen Hubkurve VHKIN, jedoch abzüglich der Kompressibilität bzw. Elastizität des gesamten Ventiltriebs und abzüglich des vom jeweiligen Betriebszustand (Temperatur und Drehzahl) abhängigen Hubverlustes durch Absinken des Spielausgleichselements 1 , hervorgerufen durch das aufgeführte Auspressen von Hydraulikmittel aus dem Hochdruckraum 1 1 über den Leckspalt 14. Zu erkennen ist ebenfalls, daß die Schließrampe B2 .4 linear, also geschwindigkeitskonstant, ausgelegt ist. Kommt das Gaswechselventil 13 in diesem Bereich in seinen Sitz, so ist mit seinem weichen und sehr verschleiß- und geräuscharmen Aufsetzen zu rechnen.
Figur 3 zeigt zur Erläuterung das in den Vorteilsangaben zu Anspruch 1 3 näher beschriebene Diagramm eines typischen Verlaufs einer Spieländerung ΔS eines Auslaßventils 1 3 gegenüber seiner Umgebung in Form der aufgetragenen Kurve über der Zeit t nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine. Bei heutigen in Ventiltrieben und Zylinderköpfen verwendeten Werkstoffkombinationen ist unmittelbar nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine aus ihrem kalten Zustand heraus ein schnelleres Längenwachstum des Auslaßventils 1 3 im Vergleich zu seinen Umgebungsteilen (Zylinderkopf 1 6 u a ) festzustellen (Gradient ß). Dabei steht im Diagramm der Gradient ?'fur die digital über der Warmlaufphase kontinuierlich aufaddierten Absinkwege des Druckkolbens 5 gegenüber dem Gehäuse 3 Um die o. g negative Spielanderung schnell genug auszugleichen, muß der Gradient
Figure imgf000010_0001
gleich, jedoch anstrebenswerter- weise steiler, verlaufen als der Gradient ß. Erst dann ist mit einem vollständigen Schließen des Gaswechselventils 1 3 wahrend der Erwarmungsphase der Brennkraftmaschine zu rechnen. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel wird dieses Problem gelöst, sofern die Verhaltniskennzahl C zwischen den im Hauptanspruch angeführten Größen sich im Bereich zwischen 8 und 32 bewegt und die weitergenannten Maßnahmen erfüllt sind. Erst ab Erreichen einer konstanten Betriebstemperatur T0 am Gaswechsel ventil 1 3 ist mit gleichmäßiger Wärmedehnung sämtlicher Ventiltriebs- und Zylinderkopfteile 16 u. a zuein- ander zu rechnen
Liste der Bezugszeichen
s Leckspaltbreite [μm]
€' Quotient Wärmeausdehnungkoeffizienten ejec
€D Wärmeausdehnungskoeffizient Druckkolben €c Wärmeausdehnungskoeffizient Gehäuse hR Höhe Schließrampe Nocken [mm] dm mittlerer Durchmesser des Leckspaltes [mm]
°NW Grad Nockenwinkel ß' Gradient addierter Absinkwege zwischen Druckkolben und Gehäuse ß Gradient Spielverkleinerung zwischen Ventilschaftende und Grundkreis des Nockens
T Temperatur am Element [°C]
T- minimale Betriebstemperatur des Ventiltriebs [°C] (bei Start)
T0 Beharrungstemperatur bei Erreichen konstanter Betriebsbedingungen ΔS Spieländerung Auslaßventil
AW Absinkweg von Druckkolben zu Gehäuse h Hub Gaswechsel ventil [mm]
B, Ablaufflanke
B2 Anschlußbereich nach B, B3 Zwischenbereich
B4 Endbereich vor B5
B5 Grundkreis
B2.4 Schließrampe
VHKIN Ventilhubkurve kinematisch VHDYN Ventilhubkurve dynamisch
C Verhältniskennzahl Liste der Bezugszahien
1 Spielausgleichselement, 1 1 Hochdruckraum
Element 12 Nocken
2 Tassenstößel, Gehäuse 13 Gaswechselventil
3 Gehäuse 14 Leckspalt, Leckspaltbereich
4 Bohrung, Bohrungsbereich 1 5 Vorratsraum
5 Druckkolben 16 Zylinderkopf
6 Stirnseite 1 7 Stirnseite
7 Boden 18 Außenmantel, Außenmantel
8 Boden abschnitt
9 Federmittel 19 Spitze
10 Rückschlagventil 20 Ende

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulisches Spielausgleichselement (1 ), bestehend aus einem hohlzylin- drischen Gehäuse (3), in dessen Bohrung (4) ein relativ zum Gehäuse (3) axial beweglicher und gegenüber einem Boden (8) des Gehäuses (3) über Federmittel (9) mit seiner einen Stirnseite (1 7) abgestützter Druckkolben (5) verläuft, wel- eher Druckkolben (5) ein sich in Bodenrichtung öffnendes Rückschlagventil (10) aufweist, wobei zwischen der Stirnseite (17) und dem Boden (8) ein Hochdruckraum (1 1 ) für ein Servomittel wie Hydraulikmittel positioniert ist, der über das Rückschlagventil (10) aus einem vom Druckkolben (5) zumindest abschnittweise umschlossenen Vorratsraum (1 5) mit dem Servomittel versorgbar ist, wobei zwischen der Bohrung (4) und einem Außenmantel (18) des Druckkolbens (5) ein Leckspalt (14) für das Servomittel gebildet ist und wobei ein Boden (7) eines das Spielausgleichselement (1 ) wahlweise umschließenden Gehäuses (2) von wenigstens einem Nocken (12) einer Nockenwelle im Hubsinn beaufschlagt ist und der Boden (8) des Gehäuses (3) mit einem Ende (20) eines Gaswechselven- tils (1 3) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet,
- daß die an den Leckspalt (14) unmittelbar angrenzenden Bauteile (Gehäuse 3, Druckkolben 5) derartig in Beziehung zueinander stehen bzw. ausgebildet sind, daß der Leckspalt (14) sich mit zunehmender Temperatur verkleinert bzw. einen kleineren Strömungswiderstand aufweist und
- daß für eine Verhältniskennzahl (C) zwischen einer Breite (s) des Leckspaltes (14) bei einer Temperatur (T) von 20 °C, einem Quotienten {e') der Wärmeausdehnungskoeffizienten (eD) des Druckkolbens (5) und (ec) des Gehäuses (3), einer Höhe (hR) einer einem Grundkreis (B5) in Drehrichtung unmittelbar vorgeordneten Schließrampe (B2.4) des Nockens (12) und einem mittleren Durchmesser (d des Leckspaltes (14) gilt: S [μm] * €'
C 8 ... 32. hR [mm] * dm [mm]
2. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein an den Leckspalt (14) angrenzender Bohrungsbereich (4) des Gehäuses (3) aus einem Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt ist, der kleiner ist, als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoff des mit diesem Bohrungsbereich (4) kommunizierenden Außenmantelabschnittes (18) des Druckkolbens (5).
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (3) und Druckkolben (5) vollständig aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.
4. Element nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (hR) der Schließrampe (B2 .4) des Nockens (12) < 0,4 mm ist.
5. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei maximaler Betriebstemperatur ( md ) des Elements (1 ) der Leckspalt (14) > 1 μm ist.
6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Betriebstemperatur (Tmax) in etwa 160 °C beträgt.
7. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß für den Quotienten (e') gilt: 1 ,2 < €' < 2.
8. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schließrampe (B2.4) in ihrer dem jeweiligen Gaswechselventil (13) übermittelten Hubbewe- gung degressiv ausgelegt ist.
9. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, - daß ein einer Ablaufflanke (B,) des Nockens (12) unmittelbar folgender Anschlußbereich (B2) der Schließrampe (B2 .4) degressiv mit einer dem jeweiligen Gaswechselventil (1 3) übermittelten Schließgeschwindigkeit von ca. 40 bis 20 μm pro °NW ausgelegt ist,
- daß ein dem Anschlußbereich (B2) in Drehrichtung nachgeordneter Zwischenbereich (B3) annähernd linear mit einer dem Gaswechsel ventil (1 3) übermittelten Schließgeschwindigkeit von ca. 30 bis 10 μm pro °NW hergestellt ist und
daß ein sich diesem Bereich (B3) anschließender Endbereich (B4) des Nockens (12) linear bzw. degressiv mit einer dem Gaswechselventil (13) übermittelten Schließgeschwindigkeit von ca. 40 bis 0 μm pro °NW ausgebildet ist.
10. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (5) zumindest im Leckspaltbereich (14) aus einem austenitischen Stahl bzw. Aluminium und das Gehäuse (3) wenigstens im Leckspaltbereich (14) aus einem ferritischen Stahl gefertigt sind.
1 1 . Element nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) bzw. der Druckkolben (5) zumindest im Leckspaltbereich (14) eine Verschleißschutzschicht aufweisen.
12. Element nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschutzschicht durch Hartcoatieren, Hartverchromen bzw. Nitrieren o. ä. gefertigt ist.
13. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Gradient ( ?') von digital, während einer Temperaturänderung wie einer Erwärmung bzw.
Abkühlung eines das Spielausgleichselement (1 ) beinhaltenden Ventiltriebs, addierten Absinkwegen pro Hubzyklus von Druckkolben (5) und Gehäuse (3) zueinander steiler verläuft, als ein Gradient Iß) einer Spielverkleinerung zwischen dem Ventilschaftende (20) und dem Nockengrundkreis (B5).
14. Element nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1 ) als Spielausgleichselement in einen Kraftfluß eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine eingebaut ist.
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