DE2649219A1

DE2649219A1 - Hydraulische spielnachstelleinrichtung

Info

Publication number: DE2649219A1
Application number: DE19762649219
Authority: DE
Inventors: Richard D Cornell
Original assignee: Sealed Power Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1975-11-20
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-06-02
Also published as: MX143357A; CA1054003A; AU1703576A; FR2347529B1; AU503739B2; JPS618173Y2; JPS6065310U; BR7606540A; IT1063491B; FR2347529A1; US4009696A; GB1496860A; JPS5264524A

Description

Die Erfindung betrifft hydraulische Spielnachstelleinrichtungen (hydraulic lash adjusters) für obenliegende Nockenwellen an Brennkraftmaschinen und befasst sich insbesondere mit einer Anordnung zur Regelung des inneren Arbeitsdruckes solcher hydraulischer Spielnachstelleinrichtungen.

Bekanntlich verwendet man bei Brennkraftmaschinen eine Anordnung mit obenliegender Nockenwelle, um die Motorgeschwindigkeit und den Arbeitswirkungsgrad zu erhöhen. Bei einer Auslegung mit obenliegender Nockenwelle wird darum die Wirksamkeit der Ventilgruppenanordnung gesteigert, weil die Nockenbuckel direkt gegen die Kipphebelarme anliegen, welche die Einlass- und Auslassventile betätigen. Die Motorgeschwindigkeit lässt sich aufgrund der Verminderung im hin- und hergehenden Gewicht aufgrund des Portfalls der Gestänge erhöhen, wie sie bei üblichen Ventilgruppenanordnungen Verwendung finden. TJm einen leisen Betrieb sowie relativ lange Lebensdauer sicherzustellen, müssen die Toleranzen zwischen den verschiedenen in Bewe-

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gujQg befindlichen Teilen einer Anordnung mit obenliegender Nockenwelle innerhalb ziemlich exakter Bereiche gehalten werden. Jede Spielzunahme zwischen den Nockenbuckeln und den Stößelflächen auf den Kipphebelarmen führt zu einem geräuschvollen Maschinenbetrieb sowie zu einem erhöhten Verschleiß der in Bewegung befindlichen Teile.

Hydraulische Spielnachstelleinrichtungen wurden in zunehmendem Maße eingesetzt, um den Verschleiß der Dockenflache und des Kipphebelarms zu kompensieren. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen hat es sich herausgestellt, daß der hydraulische Spielnachstellkolben aber ausfährt oder heraufgepumpt wird, wenn der Motor bei relativ hoher Geschwindigkeit vor dem richtigen Warmwerden läuft, wenn das Motorenöl noch kalt und viskos ist; dieser Zustand kann sich aber auch einstellen, wenn das Ölpumpenentlastungsventil nicht richtig arbeitet.

Somit kann ein übergroßer Druck des Motorenöls vorhanden sein und den hydraulischen Spielnachstellkolben ausfahren oder hinaufpumpen. Bei einem üblichen Motor kann der normale Schmiermitteldruck im langen Ölkanal oder in den Schmierkanälen im Bereich zwischen 3,5 und 5>27 kg/cm (50-75 psi) betragen. Unter den abnormen oben beschriebenen Bedingun
überschreiten.

benen Bedingungen kann der Öldruck sogar 7 kg/cm (100 psi)

Bei üblichen gestängebetätigten Ventilgruppen kann das Kipphebelarmverhältnis zwischen dem Motorventil, dem Kipphebelarmschwenkpunkt und dem G-estänge die Ventilfederlast vervielfachen und hierdurch dem Aufpumpen des hydraulischen Stößels Widerstand leisten. Bei Ventilgruppen mit obenliegender nockenwelle jedoch wird das Kipphebelarmverhältnis umgekehrt und ein Eigenwiderstand

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gegen Aufpumpen ist nicht vorhanden.

Die US-PS 5 838 669 von Morris V. Dadd mit dem gleichen Titel wie der Anmeldungsgegenstand, nämlich »HYDRAULIC LASH ADJUSTER» ausgegeben am 1. Oktober 1974 ist ein Beispiel für eine Spielnachstellkonstruktion mit Vorkehrungen, um den Druck des Öls oder Schmiermittels im Spielnachstellspeicher zu vermindern. Indem der innere oder Arbeitsöldruck in der Ölnachstelleinrichtung vermindert wird, wird ein Ausfahren oder Aufpumpen des Druckkolbens während der abnormalen Bedingungen verhindert. Bei dieser Anordnung dient ein schalenartiges im Kolbenhohlraum positioniertes Element dazu, den Druck im Ölspeicher zu vermindern, indem ein verengter Durchlass gebildet wird.

Obwohl diese Arbeitsweise zur Verminderung des Arbeitsinnendrucks auf brauchbare Werte gegeben ist, sind gewisse Herstellungs- und Produktionsprobleme dieser Anordnung abträglich. So ist es beispielsweise schwierig, die genau geforderten Toleranzen zwischen dem schalenartigen Element und den Innenteilen des Druckkolbens zu erhalten. Da weiterhin ein gesondertes Element verwendet wird, ergeben sich gewisse Montageprobleme.

Es besteht also ein Bedarf nach einer hydraulischen Spielnachstelleinrichtung mit Mitteln zur Verminderung des inneren Arbeitsdruckes unter denjenigen in den langen Motorölkanälen, wodurch die bisher auftretenden Probleme sich möglichst im wesentlichen beheben lassen.

Die Erfindung geht hierzu aus von einer Spielnachstelleinrichtung (hydraulic lash adjuster), die sich leichter bei verminderten Kosten herstellen lässt, während eine

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genauere Druckregelung,als "bisher möglich,gegeben ist. Im wesentlichen umfasst die Spielnachstelleinrichtung einen Körper mit einem sich hierin "bewegenden hin- und hergehenden Druckkolben. Der Druckkolben weist einen zentralen Hohlraumteil auf, der einen Ölspeicher "bildet. Einlassöffnungen sind durch den Körper und den Druckkolben hindurch vorgesehen, um hierdurch das Innenreservoir in ITuidverbindung mit den Motorölkanälen zu setzen. Druckmindereinrichtungen, die als Teil des Spielnachstellkörpers ausgebildet sind, dienen dazu, den Öldruck innerhalb des Ölspeichers unter denjenigen des Schmiersystemarbeitsdrucks zu senken. Die Druckverminderungseinrichtungen ermöglichen eine kontrollierte Zumessung des Schmiermittels aus den langen Ölkanälen, wodurch der Druck des Öls in dem inneren Ölspeicher vermindert wird.

Aufgrund der konstruktiven Auslegung nach der Erfindung wird ein Aufpumpen der Nachstelleinrichtung während abnormer Motorarbeitsbedingungen verhindert. Da die Druckreduziereinrichtungen als Teil des Nachstellkörpers ausgebildet sind, ist keinerlei Notwendigkeit für ein gesondertes Bauteil gegeben. Durch dieses Merkmal werden daher die Arbeitskosten vermindert, die Montageprobleme, die bisher vorhanden waren, eliminiert und eine genauere Kontrolle des Inneren oder Arbeitsöldrucks der Nachstelleinrichtung erreicht.

Die hydraulische Spielnachstelleinrichtung, die bei einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle eingesetzt wird, umfasst einen stationären innerhalb einer Zylinderkopfbohrung aufgenommenen Körper sowie einen in dem Körper hin- und hergehenden Druckkolben. Der Druckkolben weist einen zentralen einen Ölspeicher bildenden Hohlraum auf. Ein Durchlass ist durch den Spielnachstellkörper gebildet,

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um den Ölspeicher in ITuidverbindung mit dem Schmiersystem der Maschine zu setzen. Ein paar von Zumeßstegen sind auf der Außenseite des Spielnachstellkörpers benachbart dem Öleinlasskanal vorgesehen, um den Druck des Öls im Ölspeicher zu vermindern und ein Aufpumpen zu verhindern.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, in der

Pig. 1 eine teilgeschnittene Darstellung einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle und einer hydraulischen Spielnachstelleinrichtung nach der Erfindung ist;

Mg. 2 ist ein Schnitt durch die in Pig. 1 gezeigte hydraulische Spielnachstelleinrichtung.

Nach Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Teil einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle mit Zylinderkopf dargestellt. Auf dem Zylinderkopf 10 ist eine allgemein mit 12 bezeichnete Tentilgruppenanordnung vorgesehen. Die Ventilgruppe 12 umfasst eine Vielzahl von Ventilen 14» die durch die Ventilfedern 16 in geschlossene Stellung gedruckt werden. Die Ventilfedern 16 wirken gegen die Rückhalteeinrichtungen 18 für die Ventilfeder. Jedes Ventil 14 wird durch eine Anordnung mit obenliegenden Nocken geöffnet und geschlossen, die eine Nockenwelle 20 mit Nockenbuckeln 22 umfasst. Die als Nooke wirkenden Flächen oder Buckel 22 kommen gegen einen Kipphebelarm 24 zur Wirkung. Der Kipphebelarm 24 umfasst einen Büchsenteil 26 an einem Ende.

Die hydraulische Spielnachstelleinrichtung nach der Erfindung ist allgemein mit 28 bezeichnet und wird innerhalb einer im Zylinderkopf 10 ausgebildeten Bohrung 30 aufge-

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nommen. Die Spielnachstelleinrichtung 28 umfasst einen Spielnachstellkörper 52 sowie einen hin- und hergehenden Druckkorben 34. Der Druckkolben 34 endet in einem Kugelkopf oder einer Scheitelkugel 36. Der Kugelkopf 36 wird im Buchsenteil 26 des Kipphebelarms 24 aufgenommen.

Das Schmiersystem der Brennkraftmaschine weist eine nicht dargestellte übliche Pumpe zum Liefern von Öl unter Druck an einen langen Ölkanal 38» der im Zylinderkopf ausgebildet ist, auf. Der Ölkanal 38 steht in Fluidverbindung mit der Zylinderkopfbohrung 30. Die Figuren 1 und 2 lassen erkennen, wie der Nachstellkörper 32 mit einer gestuften zylindrischen Außenfläche ausgebildet ist und umfasst eine mittig angeordnete ölaufnehmende Umfangsnut 40. Der untere !Teil des Körpers 32 ist so dimensioniert, daß er glatt in die Bohrung 30 passt. Ein zentraler Stegteil 42 ist auf der Außenfläche des Körpers 32 benachbart der Ölaufnehmernut 40 ausgebildet. Oberhalb des zentralen Stegteils 42 ist am Körper 32 ein oberer Leckstegteil 46 ausgebildet.

Wie am besten Fig. 2 erkennen lässt, besteht der Druckkolben 34 aus einer zweiteiligen Konstruktion mit einem Kolbenteil 48 und dem Schließelement oder Kugelscheitelteil 36. Der Kolbenteil 48 ist hohl und bildet einen Öl τ speicher oder -hohlraum 50. Der Hohlraum 50 öffnet in eine Druckkammer 52 über ein Rückschlagventil 54. Eine Feder 56 spannt die Kolbenanordnung nach oben gegen die geschlossene Buchse 26 des Kipphebelarms 24 vor. Eine Feder 58 spannt eine Ventilplatte 60 gegen den Boden des Kolbens 48 vor. Entsprechend der Darstellung wird die Feder 58 durch eine Kappe 62 gehalten, die ihrerseits von der Feder 56 erfasst wird. Ein umgebördelter Haltebund 64 greift über und um das obere Ende des Nachstell-

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körpers 32. Zugeordnet zu einer Schulter 66 auf dem Kugelscheitelteil 36 begrenzt der Bund 64 eine aufwärts gerichtete Yertikalbewegung der Druckkolbenanordnung 34. Man sieht, daß die Kolbenanordnung 34 einteilig ausgebildet werden kann; die Wahl des Herstellers hängt von wirtschaftlichen G-esicht spunk ten ab. Der Kolben 48 umfasst eine mittig ausgebildete Umfangsnut 70, an der eine einzige Einlassöffnung 72 ausgebildet ist. Im Nachstellkörper 32 ist eine Einlassöffnung 74 im Bereich der Ölsammelnut 44 ausgebildet. Weiterhin ist eine Nut 76 längs der inneren Umfangsfläche des Nachstellkörpers ausgebildet, um hierdurch die Einlassöffnung 74 in Fluid-" verbindung mit der Öffnung 72 zu bringen.

Der zentrale Stegteil 42 bildet die primäre Druckmindereinrichtung des erfindungsgemäßen hydraulischen Spielnachstellers. Der Stegteil ist so dimensioniert, daß er eine Verengung zwischen der Umfangsfläche der Bohrungswandung 30 und der Außenumfangsfläche des Stegteiles 42 bildet. Die Länge des Stegteils 42 und der Grad des Spiels bestimmt den Druckabfall zwischen Ölkanal und Sammelnut 44. Der Leckstegteil 46 wirkt auch dahingehend, den Arbeitsöldruck festzulegen und trägt dazu bei, Öl innerhalb der Ölnut 44 zu sammeln. Durch den Leckstegteil 46 braucht nur eine einzige Einlassöffnung 74 vorgesehen zu sein, um eine adäquate Schmiermittelzuführung zum Ölinnenspeicher 50 sicherzustellen.

Im Betrieb wird Öl durch den Ölkanal 38 an die Ölaufnehmernut 40 geliefert. Öl oder Schmiermittel gehen nach oben um den gesamten Umfang des Nachstellkörpers 32 und lassen sich längs des Stegteils 42 dosieren, wodurch der Druck vermindert wird. Das Öl sammelt sich dann in der Ölnut 44 und fließt durch die Einlassöffnungen 74 und 72 zum Innenhohl-

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raum. Der Stegteil 46 ist so dimensioniert, daß ein kontrolliertes Lecken an diesem vorbei in den darüberliegenden Abflußbereich des Zylinderkopfes 10 eintritt.

Die tatsächliche Stellung der Stegteile 42, 46, ihre Länge sowie die Größe des Ringspiels zwischen der Nachstelleinrichtung und deren Bohrung 30 variieren abhängig vom Arbeitsdruck des Öls je nach Verwendungszweck des Motors. Bevorzugt jedoch beträgt der Innere oder Arbeitsdruck der Nachstelleinrichtung in etwa ein Drittel bis ein Halb des Arbeitsdrucks im Ölkanal. Dieser Druckunterschied sorgt für ausreichenden Öldruck und ermöglicht ein Arbeiten ohne ein Abwärtspumpen des Druckkolbens aufgrund Ölmangels und verhindert trotzdem ein Aufpumpen des Kolbens.

Die Spielnachstelleinrichtung nach der Erfindung hat verschiedene weitere Vorteile. So kann beispielsweise der Pertigschleifvorgang, der normalerweise bei der Bearbeitung eines Nachstellkörpers angewendet wird, eine genauere Druckkontrolle erbringen als bei einer Spielnachstellanordnung zu erhalten wäre, die ein gesondertes Öldruckelement verwendet, welches innerhalb des Inneren von Kolben oder Druckkolbenanordnung angeordnet ist. Im allgemeinen lassen sich Toleranzen, zurückzuführen auf die Art der angewendeten Bearbeitung, auch im Inneren des Nachstellkörpers und auf dem Inneren des Kolbens nicht so leicht beibehalten wie Toleranzen, wie sie ein Finishschleifen außen ergibt. Weiterhin sind Montageprobleme weitgehend behoben, da ein gesondertes Bauteil nicht erforderlich ist.

Der Scheitelkugelteil 36 bzw. Kugelkopf der Druckkolbenanordnung 34 ist aus massiver Kontruktion ohne Öffnungen. Bisher wurde ein zentraler Kanal in den Druckkolben einge-

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bracht und Schmiermittel wurde nach oben gegen die Buchse 26 des Kipphebelarms dosiert. Es zeigt sich jedoch, daß ausreichend Schmiermittel im Gehäuse mit obenliegender Nockenwelle vorhanden ist, um eine Spritzschmierung der Buchse 26 zu ermöglichen. Alles was notwendig ist, ist eine abgeschrägte Öffnung im Kipphebelarm 24 am Buchsenteil 26.

Die hydraulische Spielnachstelleinrichtung nach der
Erfindung lässt sich also ohne weiteres leicht herstellen, sie bietet eine genaue Druckkontrolle und erleichtert die bisher auftretenden Probleme wesentlich.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung nur anhand einer einzigen Ausführungsform erläutert, ohne hierauf begrenzt zu sein. Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

Patentansprüche

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Claims

MO 5719 Sealed Power Corp. PATENTANSPRÜCHE

1./ Hydraulische Spielnachstelleinrichtung zur Verwendung /bei einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle, mit einem Kipphebelarm mit Buchse, einem Schmiersystem und einer im Motorzylinderkopf ausgebildeten in Verbindung mit dem Schmiersystem stehenden Bohrung, gekennzeichnet durch einen Nachstelleinrichtungskörper (32), dessen unterer Teil zur Anordnung innerhalb der Zylinderkopfbohrung (30) ausgebildet ist, wobei dieser Körper (32) eine abgestufte zylindrische Außenfläche aufweist; durch einen innerhalb des Körpers hin- und hergehenden Druckkolben (34) mit zentralem einen Ölspeicher bildenden Hohlraum (50), wobei der Druckkolben einen durchlassfreien Scheitelkugelteil (36) mit einem Kopf aufweist, der innerhalb der Kipphebelarmbuchse (26) aufgenommen wird; durch einen Öleinlaß (72) in dem Körper und dem Druckkolben bildende Einrichtungen,um den Hohlraum (50) in Verbindung mit dem Schmiersystem zu setzen und durch Druckmindereinrichtungen, die als Teil des Nachstelleinrichtungskörpers (32) geformt sind, um den Öldruck innerhalb des Ölspeichers unter den des Arbeitsdrucks im Schmiersystem zu senken, inodem Öl längs des Körpers der Spielnachstelleinrichtung innerhalb der Bohrung dosiert wird.

2. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (32) der Nachstelleinrichtung

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einen Teil verminderten Durchmessers zwischen seinen Enden aufweist, der eine Ölaufnehmernut (40)in fluidverbindung mit dem Motorschmiersystem bildet.

3. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmindereinrichtungen einen Stegteil auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Ölaufnehmernut (40) und der Öleinlasseinrichtung "bilden, wobei der Stegteil um den gesamten Umfang des Körpers herum sich erstreckt und hierdurch Öl von der ölaufnehmernut längs des Körpers dosiert.

4. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öleinlasseinrichtungen dadurch gebildet sind, daß der Körper einen Teil verminderten Durchmessers aufweist, der eine Ölsammelnut (44) bildet und daß der Körper an dieser Ölsammelnut (44) einen Durchlaß (44) in Fluidverbindung mit dem Ölspeicher (50) besitzt.

5. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmindereinrichtungen weiterhin einen Stegteil auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Ölsammelnut (44) und dem oberen Ende dieses Körpers aufweisen, wobei ein weiterer Stegteil als leckstegteil ausgebildet ist, der einen Durchtritt von Öl aus der Sammelnut (44) längs des oberen Endes des Körpers ermöglicht.

6. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stegteile so dimensioniert sind, daß der Ölspeicherdruck zwischen ein Drittel und ein Halb des Arbeitsdrucks des Schmiersystems beträgt.

7. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Körpers längs der

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Ölaufnehmernut (40) im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Körpers längs der Ölsammelnut ist.

8. nachstelleinrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkorben einen hierin ausgebildeten Durchlass in Fluidverbindung mit dem Eintrittsdurchlass des Körpers aufweist, derart, daß ein Durchtritt von Öl von der Ölsammelnut an den zentralen Hohlraum möglich wird.

9. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmindereinrichtung weiterhin einen TJmfangsstegteil bildet, der auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Ölsammelnut und dem oberen Ende dieses Körpers ausgebildet ist, wobei ein weiterer Stegteil als Leckstegteil derartiger Abmessung ausgebildet ist, daß ein kontrollierter Durchtritt von Öl aus der Ölsammelnut längs des oberen Endes des Körpers möglich wird.

10. Nachstelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stegteile so dimensioniert ist, daß der Ölspeicherdruck zwischen ein Drittel und ein Halb des Arbeitsdrucks des Schmiersystems beträgt.

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