DE1951042A1

DE1951042A1 - Hydraulischer Ventilstoessel fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1951042A1
Application number: DE19691951042
Authority: DE
Inventors: Scheibe Elias Wesley
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1969-10-03
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1235225A; US3521608A

Description

Patentanwalt DlpNng. K. Waither

1 BERLIN 19 BolivaraÜe· 9 Tek 3044285

W/Vh-2560 3.1o.6y

General Motors Corporation, Detroit, Mich·, V.St.A.

Hydraulischer Yentilstössel für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sioh auf einen hydraulischen Ventilstössel für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem na-pfförmigen äusseren Teil, einem in diesem axial beweglichen inneren Teil und einer zwischen dem inneren Teil und der Stirnfläche des äusseren Teils liegenden gewölbten federplatte.

Ein derartiger Ventilstössel ist durch die USA-Patentschrift 2 074 155 bekannt. Bei diesem wird Druckflüssigkeit von einem äusseren Behälter einer Kammer in den äusseren Teil des Ventilstössels zugeführt, um eine Kraft von

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einem den inneren Teil des Ventilstössels "bildenden Kolben auf den äusseren Teil zu übertragen. Bei dieser Bauart kann Öl aus dem Ventilstössel durch Leckage verlorengehen, so dass eine dauernde Zufuhr von Öl erforderlich ist, um den Ventilstössel gefüllt zu halten. Hierdurch entsteht der Nachteil, dass die einzelnen Teile des Ventilstössels mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden müssen, um die Leckagen auf einem Kleinstwert zu halten und um ein Festsetzen des Kolbens in dem äusseren Teil zu verhindern«, Darüber hinaus muss der äussere Teil eine verhältnismässig grosse Länge aufweisen, um eine einwandfreie Führung des Kolbens zu gewährleisten und ferner eine ausreichende Stärke erhalten, um durch den Kolben ausgeübte Seitenkräfte aufnehmen zu können. Ferner ist im Laufe der Entwicklung durch die Steigerung der Betriebsdrehzahlen von Brennkraftmaschinen das Gewicht und damit die ausgeübten Trägheitskräfte der Ventilstössel eine Quelle für Störungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bekannten Bauart zu überwinden und einen lecksicheren Ventilstössel verhältnismässig kleiner Abmessungen und kleinen Gewichts zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Ventilstössel der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die konkave Seite der gewölbten Federplatte mit der Stirnfläche des äusseren Teils eine Druckflüssigkeitskammer bildet und die

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konvexe Seite der gewölbten Federplatte mit dem inneren Teil eine Flüssigkeitsbehälterkammer "bildet, und die "beiden Kammern durch einen Kanal und eine den Strom von der Flüssigkeitsdruckkammer zur Flüssigkeitsbehälterkammer drosselnde Drosseletelle miteinander verbunden sind, so dass der Druck in der Plüssigkeitsdruckkammer die Übertragung der Kraft von dem inneren Teil auf den äusseren Teil unterstützt.

Durch diese Ausgestaltung wird der Vorteil erzielt, dass der Ventilstb'ssel gegenüber bekannten Bauarten gedrängter baut, da wegen Fehlens eines Kolbens eine Verkürzung der Länge des äusseren Teils des Ventilstössels möglich ist. F_erner unterliegt der äussere Teil keinen Seitenkräften, so dass er aus einem dünnen und leichten Metall hergestellt werden kann. Durch diese beiden Massnahmen wird das Gewicht und damit die Fliehkräfte, die der Ventilstössel ausüben kann, verringert.

Durch den fehlenden Kolben kann bei der Herstellung mit gröberen Toleranzen gearbeitet werden, wodurch die Herstellung wesentlich verbilligt wird. Ferner ist durch das Fehlen des Kolbens ein Festsetzen des Ventilstössels unmöglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Ventilstössel keine äussere Druckflüssigkeitszufuhr benötigt, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird. Die gedrängte Bauart des Ventilstössels ermöglicht auch eine VErringerung der Bauhöhe des die Ventilsteuerung enthaltenden Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine.

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— Αία weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die gewölbte Federplatte ringförmig ist und ihre zentrale Öffnung der die beiden Kammern verbindende Kanal ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass eine nachgiebige ringförmige Membran den inneren Teil abdichtend umlasst und in dem äusseren Teil trägt, sowie mit dem inneren Teil die Plüssigkeitsbehälterkammer bildet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist

vorgesehen, dass die drosselnde Verbindung zwischen den beiden Kammern eine Drosselstelle in der gewülbten ringförmigen Federplatte ist, deren zentrale Öffnung den Kanal zwischen den beiden Kammern bildet, der durch ein vom Druck in der Flüssigkeitsdruckkammer beaufschlagten Kugelventil verschliessbar ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die drosselnde Verbindung zwischen den beiden Kammern durch einen Spalt zwischen einer zylindrischen Fläche des inneren Teils und dem Rand eines zentralen von der zylindrischen Fläche verschliessbaren Loches in der ringförmigen gewölbten Federplatte gebildet ist. '

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die ringförmige gewölbte Federplatte mit ihrer zentralen Öffnung flüssigkeitsdicht einen durch sie tretenden Ansatz des inneren Teils aufnimmt, der Ansatz Kanäle, die die beiden Kammern verbinden, enthält und eine zylindrische Stirnfläche aufweist, die mit einer in einer Ausnehmung des

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äusseren Teils liegenden Yentilplatte zusammenarbeitet, um durch den Druck in der Flüssigkeitsdruckkammer beaufschlagt eine gedrosselte Verbindung zwischen der !Flüssigkeitsdruckkammer und der Flüssigkeitsbehälterkammer herzustellen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

Pig. 1 ein senkrechter Schnitt durch einen Teil

einer Brennkraftmaschine mit einem hydraulischen Ventilstössel nach der Erfindung, der zwischen einem Nocken und einem Ventilschaft angeordnet ist,

Fig« 2 ein vergrö'sserter Schnitt durch eine Ausführungsform eines hydraulischen Ventilstössels,

Fig. 3 ein Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Ventilstössels nach der Erfindung und

Fig. 4 ein Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines hydraulischen Yentilstössels nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Teil einer Brennkraft-' maschine enthält einen Zylinderblock 1 mit einem Kolben 2 in einer Zylinderbohrung 3· Auf den Zylinderblock 1 ist ein Zylinderkopf 4 aufgesetzt, der einen Gaskanal 5 zur Zylinder-

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bohrung enthält, welcher durch ein Tellerventil 6 gesteuert ist, Das Tellerventil 6 ist mit einem Schaft 7 verschieblich in einer Ventilführung 8 geführt und wird durch einen umlaufenden Nocken 9 betätigt. Der Nocken 9 ist in einem eigenen Gehäuse 10 untergebrahht, das auf den Zylinderkopf 4 aufgesetzt ist und durch einen Decke}. 12 verschlossen wird. Der Nocken wird in nicht dargestellter Weise angetrieben, um das Ventil 6 gegen eine Rückstellfeder 11 nach unten in die Offensteilung zu bewegen.

Zwischen dem oberen Ende des Ventilschaftes 7 und dem Nocken 9 ist ein hydraulischer Ventilstössel 15 angeordnet. Dieser besteht aus einem nach unten offenen napfförmigen äusseren Teil 14, der in einer Bohrung 15 des Gehäuses 10 versbhieblich geführt ist. Gegen die äussere Stirnfläche dieses Teils liegt der Nocken 9 an. In dem äusseren Teil 14ist axial verschieblich ein innerer Teil 16 angeordnet, der Abstand von der inneren Stirnfläche 17 des äusseren Teils 14 hat. Zwischen dem inneren Teil 16 und der Stirnfläche 17 des äusseren Teils ist eine gewölbte Federplatte 18 angeordnet, deren konvexe Seite dem inneren Teil 16 und deren konkave Seite der inneren Stirnwand 17 des äusseren Teils zugewandt ist. Die gewölbte Federplatte 18 bildet mit der geschlossenen Stirnwand des äusseren Teils eine Flüssigkeitsdruckkammer 19, die mit einer Flüssigkeit, beispielsweise öl, gefüllt ist. Die innere Stirnwand 17 kann eine ringförmige Ausnehmung 20 aufweisen, um das Volumen der Flüssig-

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keitsdruckkammer 19 zu erhöhen. Die Plussigkeitsdruckkammer ist durch einen Kanal mit einer Kammer auf der anderen Seite der Federplatte 18 verbunden. Bei der Ausführungsform in Figo ist dieser Kanal durch eine zentrale Öffnung 21 in der gewölbten Federplatte 18 gebildet. Diese enthält zwischen der zentralen Öffnung 2i und dem Aussenrand 2'i eine Drosselstelle 22, durch die eine gedrosselte Verbindung Hergestellt wird. In der Flüssigkeitsdruckkammer 19 ist ein Rückschlagventil in Form einer Ventilkugel 24 gebildet, die die zentrale Öffnung 21 in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitsdruckkammer 19 verschliesst, wenn dieser den DrucK. auf der anderen Seite der Federplatte übersteigt. Zur Aufnahme der Kugel 24 enthält die innere Stirnfläche 17 des äusseren Teils 14 eine Aussparung 2b. Die obere Fläche des inneren Teils 16enthält einen Schlitz 26, durch den ein ungedrosselter Strom in die Flüssigkeitsdruckkammer 19 durch die zentrale Öffnung 21 fHessen kann, wenn die Ventilkugel 24 bei höherem Druck in dem Raum unterhalb der Federplatte gegenüber dem Druck in der Flüssigkeitsdruckkammer 19 die zentrale öffnung 21 freigibt.

Wenn auch der innere Teil 16 gleitend an der Mantelfläche Zl des äusseren Teils 14 geführt sein könnte und Öl in den Raum zwischen dem inneren Teil 16 und der Federplatte Ib durch eine seitliche Öffnung zugeführt werden könnte ist es vorteilhafter, den Ventilstössel von einer äusseren

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Druckflüssigkeitszufuhr unabhängig auszugestalten. Zu diesem Zweck ist eine flüssigkeitsdichte ringförmige Membran 28 aus nachgiebigem Werkstoff, z.B. einem ölbeständmgen G-ummi, vorgesehen, die den inneren Teil 16 trägt und zugleich dessen axiale Bewegung innerhalb des äusseren Teils gestattet, wozu sie mit dem inneren Teil 16 eine 'Flüssigkeitsbehälterkammer 29 unterhalb der Federplatte 18 bildet. Diese ringförmige Membran umfasst mit ihrem inneren Rand abdichtend den inneren Teil 16, während ihr äusserer Rand abgedichtet gegen die Mantelfläche 27 des äusseren Teils durch einen Haltering 31,der in den inneren Teil eingepresst ist, gehalten wird.

Beim Umlauf des Nockens 9 bewegt dessen ITockenfläche den äusseren Teil 14 nach unten gegen die Kraft der Rückstellfeder 11, wobei der innere Teil 26 gegen die konvexe Seite der Federplatte 18 eine nach oben gerichtete Kraft ausübt. Hierdurch biegt sich die Federplatte 18 durch und verringert das Volumen der Flüssigkeitsdruckkammer 19. Der sich ergebende höhere Druck in der Flussigkeitsdruckkammer 19 bewirkt ein Schlieseen der zentralen öffnung 21 durch das Kugelventil 24, so dass das eingeschlossene Öl die Abwärtsbewegung des äusseren Teils 14 auf den inneren Teil 16 und damit auf den Ventilschaft 7 überträgt. Ein gewisser Vorlauf des Ventilstössels ist bei diesem Hub erwünscht, um beim G-egenhub ein vollständiges Schliessen des Ventils 6 zu gewährleisten. Ein kleiner Betrag von Druckflüssigkeit strömt aus der Flussigkeitsdruckkammer

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um denäusseren Rand 23 der Federplatte 18 und zusätalich ein Flüssigkeitsstrom durch die Drosselstelle 22 zur Flüssigkeit sbehälterkammer 29, wenn der äussere Teil 14 nach unten bewegt wird* Die Grosse der Drosselstelle 22 hängt von der Ölmenge ab, die um den Aussenrand 2:> überströmt, so dass gegebenenfalls die Drosselstelle 22 in Fortfall kommen kann. Die am Rand 2} der Federplatte überströmende Flüssigkeitsmerige kann durch die Art der Oberfläche zwischen dem Rand 2^ der Federplatte 18 und der Stirnwand 17 eingestellt werden, indem diese Fläche entweder aufgerauht oder geglättet wird. Die in die Flüsigkeitsbehälterkammer 29 abströmende Druckflüssigkeit wird von dieser aufgenommen, da die Membran 28 nachgiebig ist.

Beim G-egenhub des Ventils 6 unter der Wirkung derRückstellfeder 11 bewegt sich der Ventilstössel durch den Hocken 9 gesteuert nach oben, bis das Ventil 6 in der in Fig. dargestellten Schliesslage ist. Ein'Spiel zwischen den einzelnen Teilen tritt bei dieser Bewegung nicht ein, da durch die zuvor erfolgte Verlagerung von Flüssigkeit aus der Plussigkeitsdruckkammer 19 und die Vorspanning der Federplatte 18 der innere Tei]. 16 gegen den Ventilschaft 7 und der äussere Teil 14 gegen den Nocken 9 in Anlage gehalten wird. Es tritt eine Vergrösserung der Flüssigkeitsdruckkammer 19 ein, so dass der Druck in der FlUssigkeitsdruckkammer 19 niedriger wird

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als in der Flüssigkeltsbehälterkammer 29, so dass die Ventilkugel 24 die zentrale Öffnung 21 in der Federplatte freigibt und das Öl aus der Flussigkeitsbehälterkammer 29 die Flüssigkeit sdruckkammer 19 wieder auffüllte Durch diese Ausbildung wird hierbei zugleich evtl. auftretender Abrieb an den gegeneinander bewegten Teilen der Ventilsteuerung aufgenommen, indem eine entsprechend zusätzliche Ölmenge aus der Flussigkeitsbehälterkammer 29 in die Flussigkeitsdruckkammer 19 verlagert wird.

In gleicher ¥_eise wird die Länge des Ventilstösseis bei warmgelaufener Maschine angepasst, wenn durch Wärmedehnungen der Abstand zwischen dem Ventilschaft Z und dem Nocken 9 sich ändert, indem dann eine geringere Flüasigkeitsmenge in die Flüssigkeitsdruckkammer 19 verlagert wird.

Die Bauform nach Fig. 3 ist im grundsätzlichen Aufbau der nach Fig. 2 ähnlich; unterschiedlich ist lediglich die Ausbildung der Verbindungen zwischen den beiden Kammern. Der äussere Teil 50 hat eine geschlossene Stirnfläche 51, der die konkave Seite der gewölbten Federplatte 52 gegenüberliegt, die eine zentrale Öffnung 53 aufweist. Bei dieser Bauart ist kein Kuge!rückschlagventil vorgesehen und es erfolgt auch kein Flüssigkeitsaustausch zwischen den Kammern am Rande der Federplatte. Der gesamte Flüssigkeitsaustausch zwischen der Flüssigkeitsdruckkammer 54 und der Flüssigkeitsbehälterkammer 55 erfolgt über die zentrale Öffnung 53 der

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Federplatte. Zur Steuerung des Flüssigkeitsaustausches weist der innere Teil 56 an einem zylindrischen Ansatz eine Stirnfläche 57 auf, die im Bereich der zentralen Öffnung 55 gegen die Federscheibe 52 anliegt. Hierdurch ergibt sich ein gedrosselter Kanal 5a am Rand der kreisförmigen Öffnung 53_T während des Abwartshubes des äusseren Teils 5^. Ein ungedrosselter Rückstrom aus der Flüssigkeitsbehälterkammer zur Flüssigkeitsdruckkammer erfolgt durch die Öffnung 53 sofort nach dem Schliessen des Ventils 6 der Brennkraftmaschine, indem der innere Teil 56 sich etwas nach unten bewegt, so dass die Öffnung 53 freigegeben wird. Diese Abwärtsbewegung des inneren Teils 56 wird durch eine schwache Schraubendruckfeder 59 unterstützt, die zwischen der Federplatte 52 und dem inneren Teil 56 angeordnet ist. Schliesst das Brennkraftmaschinenventil 6 und liegt die äussere Fläche der Stirnwand 5i des äusseren Teils 50 gegen den kreisförmigen Teil des Nockens 9 an, so befindet sich der Teil 5^ der Stirnfläche des Ansatzes des inneren Teils 56 in einem geringen Abstand von der Federplatte 52. Dieser Abstand wird vor Beginn des nächsten Abwärtshubes aufgenommen. Da ein Flüssigkeitsstrom rings um den Umfang der Federplatte beim Abwärtshub unerwünscht ist, hat die Federplatte einen Umfangsflansch 60, der abdichtend gegen den Mattel des äusseren Teils 50 anliegt und abdichtend gegen den Aussenrand 61 einer ringförmigen Membran 62 anliegt, die den inneren Teil 56 trägt. Die

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Arbeitsweise entspricht im übrigen derjenigen der Ausführungsform nach Pig. 2.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 4 weist die Federplatte 70 eine vergrösserte zentrale Öffnung 71 auf, durch die ein abgesetzter Teil 72 des inneren Teils 73 hindurchtritt· Druckkräfte zwischen dem inneren Teil und der Federplatte werden von einer Schulter 74 aufgenommen. Der abgesetzte Ansatz 72 des inneren Teils hat eine Stirnfläche 75, die ähnlich wie die Stirnfläche 57 der Ausführungsform nach Pig. 3 ausgebildet ist. In dem inneren Teil 73 sind ein querliegender Kanal 76 und ein axialer Kanal 77 gebildet, die die Flüssigkeitsdruckkammer 78 mit der Flüssigkeitsbehälterkammer 79 verbinden. In einer Aussparung öl.in der geschlossenen Stirnwand 82 des äusseren Teils 83 ist eine Ventilplatte 80 lose eingelegt, die mit der Stirnfläche 75 des inneren Teils zusammenarbeitet, um je nach der Hubrichtung einen gedrosselten oder ungedrosselten Flüssigkeitsdurchstrom zu gestatten. Die Ausführungsform nach Fig. 4 hat den Vorteil, dass die Wirkung des Ventils durch Abnutzungen zwischen der Federplatte und dem inneren Teil unbeeinflusst bleibt.

Abwandlungen der Ausführungsbeispiele sind im Rahmen der Erfindung möglich. So kann eine Drosselstelle gemäss der Ausführungsform nach Fig. 2 auch in der Federplatte 52 der Ausführungsform nach Fig. 3 oder der Federplatte 70 eier Ausführungsform nach Fig. 4 vorgesehen sein. Ebenso kann

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"bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der äussere Rand 2.t> der Federplatte 18 abgedichtet gegen die Membran 2ö ausgebildet werden, so dass ein gedrosselter Strom zwischen den beiden flüssigkeitskammerη allein durch die Drosselstelle 22 möglich ist. Durch Verwendung einer Membran 62 ausreichender Steifigkeit und geeigneter Formgebung kann bei der Ausführungsform nach Fig. 5 die schwache Schraubendruckfeder 59 entbehrlich sein, da ihre Funktion von der Membran übernommen wird. Durch eine Umordnung der Teile kann die Federplatte 18, 52 oder 70 auch mit ihrer konvexen Fläche der geschlossenen Stirnwand des äusseren Teils des Väntilstössels zugewandt angeordnet werden.

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Claims

- 14 Patentansprüche :

( 1. ilydrauliseher Ventilstössel für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem napfförmigen äusseren Teil, einem in diesem axial beweglichen inneren Teil und einer zwischen dem inneren Teil und der Stirnfläche des äusseren Teils liegenden gewölbten Federplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Seite der gewölbten Federplatte (18; 52; 70) mit der Stirnfläche (17; 51; 82) des äusseren Teils (14; 50; 83) eine Druckflüssigkeitskammer (19; 54; 78) bildet und die konvexe Seite der gewölbten Federplatte mit dem inneren Teil (16; 56; 73) eine Flüssigkeitsbehälterkammer (29; 55;79) bildet, und die beiden Kammern durch einen Kanal (21; 53;71) und eine den Strom von der Flüssigkeitsdruckkammer zur Flüssigkeitsbehälterkammer drosselnde Drosselstelle (22; 58; 80,75) miteinander verbunden sind, so dass der Druck in der Flüssigkeitsdruckkammer die übertragung der Kraft von dem inneren Teil auf den äusseren Teil unterstützt.
2. Hydraulischer Ventilstössel· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Federplatte (18;52; 70) ringförmig ist und ihre zentrale Öffnung (21;53;73) der die beiden Kammern (19;54;78^ 29; 55; 79) verbindende Kanal ist.

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3. Hydraulischer Ventilstössel nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,dass eine nachgiebige ringförmige Membran (28; 62) den inneren Teil (16; 56; 73) abdichtend umfasst und in dem äusseren Teil (14; 5υ; 83) trägt sowie mit dem inneren Teil die Flüssigkeitsbehälterkammer (295 55; 79) bildet.
4. Hydraulischer Ventilstüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drosselnde Verbindung zwischen den beiden Kammern (19,29) eine Drosselstelle (22) in der gewölbten ringförmigen Federplatte (lö) ist, deren zentrale Öffnung (21) den Kanal zwischen den beiden Kammern bildet, der durch ein vom Druck in der Flüasigke its druckkammer beaufschlagten Kugelventil (24) verschliessbar ist.
5. Hydraulischer Ventilstössel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drosselnde Verbindung zwischen den beiden Kammern (54,55) durch einen Spalt (58) zwischen einer zylindrischen Fläche (57) des inneren Teils (56) und dem Rand eines zentralen von der zylindrischen Fläche verschliessbaren Loches (53) in der ringförmigen gewölbten Federplatte (52) gebildet ist.
6. Hydraulischer Ventilstössel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige gewölbte Federplatte (70) mit ihrer zentralen Öffnung (71) flüssigkeitsdicht einen durch sie tretenden Ansatz (72) des inneren Teils (73)

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aufnimmt, der Aasatz Kanäle (76, 77), die die beiden Kammern (78, 79) verbinden, enthält und eine zylindrische Stirnfläche (75) aufweist, die mit einer in einer Ausnehmung (81) des äusseren Teils (83) liegenden Ventilplatte (80) zusammenarbeitet, um durch den Druck in der Flussigkeitsdruckkammer (78)) beaufschlagt eine gedrosselte Verbindung zwischen der Flussigkeitsdruckkammer (78) und der Flüssigkeitsbehälterkammer (79) herzustellen.

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