DE10143012A1

DE10143012A1 - Hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10143012A1
Application number: DE2001143012
Authority: DE
Inventors: Oliver Fritz; Alexander V Gaisberg; Martin Lechner; Thomas Stolk; Diogenes Perez Cuadro; Christoph Steinmetz
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Ein hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für die Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungsmotors, mit gegenüberliegenden Einspannbereichen zum Einspannen zwischen zwei außerhalb liegende Widerlager, soll einfach aufgebaut und sicher funktionierend ausgebildet sein. DOLLAR A Zu diesem Zweck zeichnet es sich durch folgende Merkmale aus: DOLLAR A - Die Einspannbereiche sind von abstandsmäßig gegeneinander verschiebbaren Teilen, nämlich einem ersten und einem zweiten Teil, gebildet, DOLLAR A - zwischen dem ersten und zweiten Teil ist ein Druckraum ausgebildet, DOLLAR A - das Volumen des Druckraumes ist von der gegenseitigen Lage des ersten und zweiten Teiles bestimmt, DOLLAR A - der Druckraum ist über ein Ventil mit einem Vorratsraum verbindbar, DOLLAR A - die beiden gegeneinander verschiebaren Teile sind gegeneinander gedichtet, DOLLAR A - das Ventil stellt eine einzige nach außen führende Verbindung aus dem Druckraum dar und ist ausschließlich oberhalb eines vorgebbaren Wertes für einen Überdruck in dem Druckraum gegenüber dem Vorratsraum geschlossen, während in allen anderen Druckdifferenzzuständen zumindest ein geringer leckageartiger Durchfluss möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spielausgleichselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Spielausgleichselement ist aus DE 38 00 945 C1 bekannt.
Bei dieser bekannten Ausführung führt ein Drosselkanal nach außerhalb des Druckraumes. Hierdurch ist eine Volumenverringerung des Druckraumes zur Erzielung einer Einspannlängenverkürzung möglich. Damit bei einem sich in Betriebsruhe befindlichen Spielausgleichselement keine unerwünschte Verkleinerung des Druckraumvolumens erfolgen kann, ist dem Drosselkanal ein Ventil zugeordnet, das bei Betriebsruhe den Drosselkanal verschließt.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einem gattungsgemäßen Spielausgleichselement eine in Betriebsruhe unerwünschte Druckraumvolumenverkleinerung mit konstruktiv möglichst einfachen und funktionell sicher wirkenden Mitteln zu vermeiden.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Ausführung eines gattungsgemäßen Spielausgleichselementes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen.
Um eine Druckraumvolumenverkleinerung erreichen zu können, ist ein nach außen führender Abflußkanal erforderlich. Als ein solcher Abflußkanal dient bei den bisher bekannten Ausführungen ein Drosselkanal, der zumindest bei Betrieb des Spielausgleichselementes einen konstant bleibenden Strömungsquerschnitt besitzt. Bei Betriebsruhe kann dieser Strömungsquerschnitt - wie bei dem eingangs zitierten Stand der Technik - verschlossen sein. Spielausgleichselemente mit einem solchen verschließbaren Drosselkanal besitzen damit zwei von dem Druckraum nach außen führende Verbindungen, von denen die eine über das Einwegeventil und die andere über einen separaten Drosselkanal führt. Bei den üblichen, äußerst geringen Drosselkanalströmungsquerschnitten kann eine nennenswerte Druckraumvolumenverkleinerung nur über mehrere Bewegungszyklen erfolgen.
Bei der vorliegenden Erfindung, nach der eine Druckraumvolumenverkleinerung ebenfalls nur in zyklischen Einzelschritten erfolgen kann, wird die Verbindung von dem Druckraum nach außen auf eine einzige reduziert, nämlich diejenige über das Druck- und Vorratsraum voneinander trennende Ventil.
Dieses Ventil ist so ausgelegt, dass es ausschließlich oberhalb eines vorgebbaren Grenzwertes für einen Überdruck innerhalb des Druckraumes gegenüber dem Vorratsraum vollständig dicht schließen kann. Zum Befüllen des Druckraumes kann das Ventil bei entsprechenden Druckverhältnissen ähnlich wie das Einwegeventil bei den im Stand der Technik bekannten Ausführungen geöffnet werden. Bei allen anderen Druckverhältnissen, die bei Betrieb oder Stillstand des Motors auftreten können, verbleibt zumindest eine geringe Undichtigkeit. Diese Undichtigkeit übt bei der Erfindung praktisch in gewissem Sinne die Funktion eines das Einwegeventil bei den hierfür im Stand der Technik üblichen Ausführungen überbrückenden Drosselkanals aus. Ein Abfluss aus dem Druckraum bei unbelastetem Zustand, d. h. fehlender Druckdifferenz in Richtung des Vorratsraumes während Stillstand des Motors wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch verhindert, dass die Ventil-"Undichtigkeit" derart gering ist, dass wegen des im übrigen dicht abgeschlossenen Druckraumes aus diesem kein Abfluss erfolgen kann. Der im Motorstillstand erfindungsgemäß vorliegende Zustand ist in etwa vergleichbar mit einer "Milchdose", aus der, wenn in dieser nur ein kleines "Loch" vorgesehen ist, kein Ausfluss erfolgen kann, sofern nicht im Doseninneren durch Drücken von außen und damit durch eine erzwungene Volumenverkleinerung ein geringer, einen Ausfluss bewirkender Überdruck erzeugt wird. Bei einem Ventil mit einem federbelastet schließenden Verschlusskörper kann die erfindungsgemäße "Undichtigkeit" durch eine entsprechende Auslegung der Federkraft erzeugt werden, d. h. die Federkraft kann derart gering ausgelegt werden, dass in einem bestimmten Betriebsbereich kein vollständig dichter Ventilverschluss möglich ist. Die Federkraft kann insbesondere durch entgegengerichtet auf den Verschlusskörper wirkende Federn den nicht vollständig geschlossenen Ventilzustand bewirken. Möglich ist auch das Vorsehen formbedingt unterhalb eines vorgebbaren Druckes undichter und zu diesem Zweck elastisch ausgebildeter Ventil-Verschlussflächen.
Während des Motorbetriebes öffnet und schließt das zwischen Druck- und Vorratsraum liegende Ventil periodisch entsprechend der an diesem gerade anstehenden Druckdifferenz. Vollständig geschlossen ist das Ventil bei Überschreiten eines vorgegebenen Überdruckes in dem Druckraum, wobei dieser Grenzwert konstruktiv vorgebbar ist. Überschritten ist dieser Grenzwert im Motorbetrieb in demjenigen Betriebszustand, in dem ein mit dem Spielausgleichselement zusammenwirkendendes Gaswechselventil geöffnet ist beziehungsweise wird. In Zeiten außerhalb dieses Betriebszustandes, in denen dieses Ventil geöffnet ist, kann es je nach den an diesem anstehenden Druckverhältnissen in beiden Richtungen durchströmt werden. Das heißt das nicht vollständig geschlossene Einwegeventil kann in diesem Betriebszustand die Funktion des bisher für eine Druckraumverkleinerung für notwendig gehaltenen zusätzlichen Drosselkanals mit übernehmen.
In Fällen, in denen für den zusätzlichen Drosselkanal für den Betriebsruhezustand ein Verschlußventil bei bisher bekannten Ausführungen vorgesehen ist, kann mit der erfindungsgemäßen Ausführung außer dem Drosselkanal insbesondere auch noch dieses Verschlußventil eingespart werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Spielausgleichselement mit einem außerhalb liegenden Versorgungsraum für ein in den Druckraum einzuführendes Hydraulikmedium,
Fig. 2 wiederum in schematischer Darstellung ein Spielausgleichselement mit einem innerhalb dieses Elementes liegenden Vorratsraum für in den Druckraum einzuführendes Hydraulikmedium.
Fig. 3 ein Betriebsdiagramm für ein Spielausgleichselement.

Ausführungsbeispiel nach Fig. 1

Die als Spielausgleichselement dienende hydraulische Stellvorrichtung besteht aus einem einseitig geschlossenen Hohlzylinder als einem ersten Teil 1 und einem in dem ersten Teil 1 über eine Dichtung 3 innerhalb des ersten Teiles 1 verschiebbar gelagerten, als Kolben ausgebildeten zweiten Teil 2. Die ersten und zweiten Teile dienen als Widerlager gegen von außen auf diese einwirkende Kräfte.
Gedichtet zwischen dem ersten und zweiten Teil 1, 2 liegt ein durch ein Verschieben des zweiten Teiles volumenveränderbarer Druckraum 4. Diesem Druckraum kann aus einem nicht dargestellten Vorratsraum für Hydraulikmedium über ein von dem Druckraum 4 aus nach außen sperrendes Ventil 5 Hydraulikmedium zugeführt werden.
Das Ventil 5 ist mit einem federbelasteten Verschlußkörper ausgerüstet, der das Ventil bei einer in Richtung des Druckraumes 4 unterhalb der Federkraft wirkenden Druckdifferenz nahezu vollständig verschließt. Bei einer Druckdifferenz über der Federkraft wird dieses Ventil 5 geöffnet und das Hydraulikmedium kann vom Vorratsraum in Richtung Druckraum 4 strömen und dadurch eine Einspannlängenvergrößerung bewirken, das heißt einen Spielausgleich erzeugen.
Mit Bezug auf das Betriebsdiagramm in Fig. 3 funktioniert dieses Spielausgleichselement wie folgt.
In dem Betriebsdiagramm ist über der Abszisse mit dem darauf eingetragenen Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors auf der Ordinate der Differenzdruck zwischen Druck- und Vorratsraum aufgetragen.
Die eingetragene Kurve zeigt den Druckverlauf innerhalb des Druckraumes 4 des Spielausgleichselementes während eines Gaswechselventil-Öffnungs-/Schließzyklus. Mit P1 ist derjenige von dem Druckraum 4 auf das Ventil 5 ausgeübte Überdruck eingetragen, bei dessen Überschreiten dieses Ventil 5 vollständig schließt. P2 gibt die Druckdifferenz an, die an dem Ventil 5 in Richtung des Vorratsraumes 4 für ein Verkleinern des Druckraumes 4 herrschen muß.
Auf der Abszisse sind sich aus den auf der Ordinate eingetragenen Druckdifferenzwerten P1 und P2 ergebende Kurbelwinkelbereiche eingetragen. Es sind dies ein Bereich A, in dem das Ventil 5 aufgrund eines Überdruckes in dem Druckraum 4 verschlossen ist und zwei Bereiche B, in denen das Ventil 5 einen Abfluss aus dem Druckraum 4 in den Vorratsraum zulässt. Geschlossen, jedoch noch immer eine Art Leckagestrom zulassend, ist das Ventil 5 im übrigen außerhalb dieser Bereiche, wenn an diesem in Richtung des Vorratsraumes von dem Druckraum ein unterhalb von P1 liegender Druck ansteht.
In den Kurbelwinkel-Bereichen B, in denen das Ventil 5 nicht vollständig geschlossen ist, kann bei entsprechenden Druckverhältnissen in dem Druckraum 4 ein Abfluß aus diesem Druckraum 4 mit einer damit verbundenen Verkleinerung des Druckraumes 4 beziehungsweise der Einspannlänge erfolgen. Je Bewegungszyklus sind lediglich äußerst kleine Abflußströme möglich, so dass für größere Volumenverkleinerungen - wie bisher bei dem Vorhandensein eines getrennten Drosselkanales - das Durchlaufen mehrerer Bewegungszyklen erforderlich ist.
Bei Motorstillstand und einem dabei unterhalb des Wertes P2 liegenden Überdruck in dem Druckraum 4 ist ein Abfluss aus diesem nicht möglich, da der außer der Ventilverbindung geschlossene Druckraum sein Volumen nicht, wie es für einen Abfluss notwendig wäre, verändern kann.

Ausführungsbeispiel nach Fig. 2

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 besteht in erster Linie darin, dass innerhalb des Spielausgleichselementes ein geschlossener Vorratsraum 6 für Hydraulikmedium vorgesehen ist und zwar in dem Teil 1, das nach außerhalb des Druckraumes 4 mit einer entsprechenden Erweiterung versehen ist. Innerhalb der Erweiterung des ersten Teiles 1 ist der Vorratsraum 6 durch eine bewegliche, als Kolben ausgebildete Stellwand 7 nach außen über eine Dichtung 8 gedichtet. Die Stellwand 7 ist innerhalb des Teiles 1 zur Variation der Größe des Volumens des Vorratsraumes 6 verschiebbar.
Zur Erzielung eines Druckes innerhalb des Vorratsraumes 6 kann die Stellwand 7 mit einer sich innerhalb des ersten Teiles 1 abstützenden Feder 9 beaufschlagt sein.
Eine Kraftbeaufschlagung der Stellwand 7 von außerhalb des Vorratsraumes 6 kann alternativ zu der Feder oder ergänzend zu einer solchen durch eine Hydraulikbeaufschlagung gegeben sein. Für eine Hydraulikbeaufschlagung schließt das Teil 1 die Stellwand 7 nach außen mit einem geschlossenen zur Aufnahme des Hydraulikmediums geeigneten Raum 10 ein.
Das in den Raum 10 einzuführende Hydraulikmedium kann der Druckölversorgung des Verbrennungsmotors entnommen werden.
Die grundsätzliche Funktion des Spielausgleichselementes in der Ausführung nach Fig. 2 entspricht im übrigen derjenigen nach Fig. 1.

Claims

1. Hydraulisches Spielausgleichselement, insbesondere für die Steuerung der Ladungswechselventile eines Verbrennungsmotors, mit gegenüberliegenden Einspannbereichen zum Einspannen zwischen zwei außerhalb liegende Widerlager, bei dem
die Einspannbereiche von abstandsmäßig gegeneinander verschiebbaren Teilen, nämlich einem ersten und einem zweiten Teil (1, 2), gebildet sind,
zwischen dem ersten und zweiten Teil (1, 2) ein Druckraum (4) ausgebildet ist,
das Volumen des Druckraumes (4) von der gegenseitigen Lage des ersten und zweiten Teiles (1, 2) bestimmt ist,
der Druckraum (4) über ein Ventil (5) mit einem Vorratsraum verbindbar ist,
gekennzeichnet durch die Merkmale

- die beiden gegeneinander verschiebbaren Teile (1, 2) sind gegeneinander gedichtet,

- das Ventil (5) stellt eine einzige nach außen führende Verbindung aus dem Druckraum (4) dar und ist ausschließlich oberhalb eines vorgebbaren Wertes für einen Überdruck in dem Druckraum (4) gegenüber dem Vorratsraum geschlossen, während in allen anderen Druckdifferenzzuständen zumindest ein geringer leckageartiger Durchfluss durch dieses Ventil (5) möglich ist.

2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (1, 2) durch eine Kraft in Richtung einer Volumenvergrößerung des Druckraumes (4) belastet sind.

3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Vorratsraumes (6) nach außen abgeschlossen innerhalb des Spielausgleichselementes liegt und mittels einer zumindest in einem der beiden Teile (1, 2) beweglich und dicht gelagerten Stellwand (7) veränderbar ist.

4. Spielausgleichselement nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Stellwand (7) ist in der Art eines längsverschiebbaren Kolbens ausgebildet

- für die dichte Lagerung der Stellwand (7) in einem der beiden Teile (1, 2) ist eine gleitende Ringdichtung (8) oder Membran vorgesehen.

5. Spielausgleichselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellwand (7) in Richtung einer Verkleinerung des Vorrats-Raumes (6) kraftbeaufschlagt ist.

6. Spielausgleichselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftbeaufschlagung durch eine sich innerhalb desjenigen Teiles, innerhalb dessen die Verstellwand (7) gelagert ist, abstützende Feder (9) erfolgt.

7. Spielausgleichselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) eine Schraubenfeder ist.

8. Spielausgleichselement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftbeaufschlagung auf die Stellwand (7) ausschließlich oder ergänzend hydraulischer Art ist.

9. Spielausgleichselement nach Anspruch 8 für die Steuerung der Ladungswechselventile für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Druckbeaufschlagung von dem unter Betriebsdruck stehenden Schmieröl des Verbrennungsmotors aufgegeben ist.

10. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungen (3) und (8) zwischen den beiden Teilen (1, 2) einerseits und/oder der Verstellwand (7) und dem diese lagernden Teil (1, 2) andererseits Ringdichtungen sind.

11. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) einen beweglichen Verschlusskörper besitzt, der zumindest bei vollständig fehlender Druckdifferenz an dem Ventil (5) durch Federkräfte in einer das Ventil (5) nicht vollständig schließenden Lage gehalten ist.