DE2843918C2

DE2843918C2 - Hydraulischer Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2843918C2
Application number: DE2843918A
Authority: DE
Inventors: Peter Reinhold 5000 Koeln Trzoska
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4291652A; GB2033525B; DE2843918A1; DE2843918B1; GB2033525A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem von einem Nocken betätigten Stößelzylinder und einem in diesen gleitend und federbelastet ingeordneten, unmittelbar oder mittelbar auf das Ventil einwirkenden Stößelkolben, der einen vom Schmieröidruck ständig beaufschlagten Vorratsraum enthält und mit dem Stößelzylinder einen dem Spielausgleich dienenden Druckraum einschließt, der über einen durch ein federvorgespanntes Verschlußelement auf- und zusteuerbaren Verbindungskanal mit dem Vorratsraum verbunden ist.

Aus der DE-PS 10 33 459. insbesondere deren Fig. 3 und der dazugehörigen Beschreibung ist ein solcher hydraulischer Stößel bekannt. Hydraulische Stößel dieser Bauart sind bereits in einer Vielzahl von Ausführungsformen zur Anwendung gelangt, und die Funktion eines solchen hydraulischen Stößeli ist somil dem Fachmann hinreichend geläufig, so daß nachfolgend nur auf die bei dieser Ausführungsform auftretenden funktionellen Nachteile eingegangen wird

Um den bei einer Spielvergrößerung erforderlichen Übertritt des Schmieröls vom Vorratsraum in den Druckraum zu ermöglichen, muß der Druck der Schmierölversorgung den Widerstand des Rückschlag-Ventils überwinden, Hierdurch werden bestimmte Anforderungen an den minimalen .Schmierölsystemdruck gestellt. Kritischer Punkt ist hierbei der Schmierölsystemdruck bei Leerlaufdrehzahl Und maximaler (!»temperatur, der eine entsprechend große Dimensionierung der Schmierölpumpe und eiiie widerstarldsarme Gestalturtg der Schmierölleitungen im (mit B = Kompressibilitätsmodul des öl', A = wirksame Kolbenfläche und V = Volumen des

ίο Druckraums) absinkt und somit die Eigenfrequenz und die Übertragungsfunktion des Ventiltriebes negativ beeinflußt

Um den passiven Längenausgleich des hydraulischen Stößels bei Spielverkleinerung sicherzustellen, sind am Umfangsspalt zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder relativ große Spaltweiten erforderlich, da ansonsten in der Anwärmphase des Motors, wenn sofortige Leistungsanforderung zu einer schnellen Erwärmung des Motors und damit zu schnellen Längenvergrößerungen im Ventiltrieb und Volumenzunahmen des Öls im Druckraum führen, eine entsprechend rasche Verkürzung des Stößels nicht zu erzielen wäre.

Die aus den vorgenannten Gründen erforderlichen großen Spaltweiten beeinflussen jedoch die dynamische Steifigkeit des hydraulischen Stößels speziell bei höheren Öltemperaturen und höheren Kräften nachteilig, da zusätzlich zu. a Durch federn der Ölsäule aufgrund ihrer statischen Steifigkeit eine bleibende Verkürzung des hydraulischen Stößels durch die Leckage am Umfang zwischen Stößelkolben und Stößelzylinder auftritt.

Weitere Nachteile der bekannten hydraulischen Stößel ergeben sich dadurch, daß beim Abstellen des Motors das Entschäumen des Schmieröls im Vorratsraum zu einer Luftblase führt, die bei demjenigen Stößel, der bei geöffnetem Ventil stehengeblieben war, zum Ansaugen von Luft in den Druckraum führt, wodurch der hydraulische Stößel eine Zeitlang funktionsunfähig wird, was sich durch hartnackiges Ventilklappern und verminderten Ventilhüben bemerkbar macht.

Weitere Nachteile der bekannten hydraulischen Stößel ergeben sich dadurch, daß bei Erreichen der Ventildrehzahlgrenze, bei der Kipphebel und Stößel durch die Ventilfeder nicht mehr gegen den Nocken gepreßt werden. _s durch Zurückfedern der Ölsäule im Druckraum zum Ansaugen von Öl und damit zu einem übermäßigen Aufpumpen des hydraulischen Stößels kommen kann, das schließlich zur vollständigen Zerstörung des Stößels führen kann. Auch Eigenschwingungen des hydraulischen Stößels können zu einem übermäßigen Aufpumpen führen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile der bekannten hydraulischen Stößel zu vermeiden, indem anstelle eines passiv gesteuerten hydraulischen Stößels eine aktive Steuerung nach einem einfachen mechanisch-hydraulischen Prinzip vorgeschlagen wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein hydraulischer Stößel der im Oberbegriff genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.

Die in den Patentansprüchen 2 und 3 aufgezeigten Merkmale beziehen sich auf eine bevorzugte Aüsführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Slößels.

Dadurch, daß die Verbindung zwischen dem Vorratsraum Und dem Druckraum über durch Bahnen des Nockens betätigte Verschlußelemente zwangsweise

steuerbar ist, wird eine Vorsteuerung des hydraulischen Stößels in der Weise bewirkt, daß im Bereich des Grundkreises, d. h. außerhalb der Nockenerhebung, eine Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum hergestellt wird, so daß sichergestellt ist, daß im Bereich des Grundkreises je nach Bedarf Schmieröl in den Druckraum strömen bzw. aus diesen abströmen kann. Auf diese Weise wird sowohl eine SpielvergrößL.-ung als auch eine Spielverkleinerung im Ventiltrieb sicher und schnell kompensiert. Dadurch, daß im Bereich der Nockenerhebung die Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Druckraum zwangsläufig durch das Verschlußelement geschlossen wird, wird eine weitestgehend starre Verbindung zwischen dem Nocken und dem Kipphebel bzw. dem Ventil erzielt.

Durch die erfindungsgemäße, zwangsläufige Steuerung des Verschlußelements werden darüber hinaus noch folgende Vorteile erzielt:

Die Freigabe eines großen Verbindungsquerschnitts zwischen der Vorratskammer und dem Druckraum muß nicht durch Oberwindung des Widerstainies eines federvorgespannten Verschlußelements erfolgen, so daß die Anforderungen an den minimalen Schmierölsystemdruck geringer werden.

Da im Druckraum kein federvorgespanntes Verschlußelement angeordnet werden muß, kann der Druckraum e^Ytrem klein gestaltet werden, so daß die statische Steifigkeit und Eigenfrequenz des hydraulischen Stößels verbessert und der Einfluß von Iuftverschäumtem Schmieröl auf die Steifigkeit verringert werden kann.

Da ein passiver Spielausgleich bei Spielverringerung nicht erforderlich ist, können die Spaltweiten optimal klein gehalten werden und damit die dynamische Steifigkeit des hydraulischen Stößels und damit seine Übertragungseigenschaften erheblich verbessert werden.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ajsführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen hydraulischen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen vergrößerten vertikalen Schnitt durch den hydraulischen Stößel nach F i g. 1.

In F i g. 1 ist der Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine schematise!! aufgezeigt. Eine Nockenwelle 1 weist Nocken 2 auf, die neben den Bereichen eines Grundkreises 3 und einer Nockenerhebung 4 eine weitere Bahn 5 aufweisen.

Die Nocken 2 der Nockenwelle 1 wirken mit dem einen Ende eines hydraulischen Stößels 6 zusammen, dessen ar.deres Ende mit dem einen Ende eines Kipphebels 7 zusammenwirkt, dessen anderes Ende in bekannter Weise ein Ventil 8 der Brennkraftmaschine betätigt.

Der hydraulische Stößel 6 ist hierbei in herivömmlicher Weise in einer Stößelbohrung 9 im Zylinderkopf 10 der Brennkraftmaschine gleitend geführt.

In F i g. 2 ist der hydraulische Stößel 6 in einem vergrößerten Schnitt gezeigt. Er besteht aus einem rohrförmigen Stößelzylinder bzw, Mantel 11, in dem ein federbelasteter Stößelkolben 12 und ein Bodenkolben 13 axial hintereinanderliegend gleitend angeordnet sind. Der Stößelkolben 12 ist in bekannter Weise hohl ausgebildet und an seinem oberen Ende mit einem Endstück 14 verschlossen und bildet einen Vorratsraum 15, in dem sich luftverschätamtes Öl beruhigen kann.

Zwischen einer Schulter des Endstücks 14 und dem oberen Ende des Stößelzylinders bzw. Mantels 11 ist eine Schraubenfeder 16 angeordnet, die dafür sorgi, cfaß der Stößelzylinder bzw. Mantel 11 mit seinem unteren Ende gegen den Nocken an der Nockenwelle anliegt

Zwischen dem Stößelkolben 12 und dem Bodenkolben 13 ist eine Tellerfeder 17 angeordnet, die den Stößelkolben 12 gegen den Kipphebel und den Bodenkolben 13 gegen den Nocken an der Nockenwelle drückt. Zwischen dem Stfißelkolben 12 und dem Bodenkolben 13 wird auf diese Weise ein Druckraum 18 gebildet, der durch die flache Bauhöhe der Tellerfeder 17 in seinem Volumen verhältnismäßig klein gehalten werden kann.

Der Zusammenhalt der montierten Einzelteile des hydraulischen Stößels 6 wird hierbei einerseits über eine mit dem oberen Ende des Stößelzylinders bzw. Mantels 11 durch Einpressen verbundene Blechhülse 19 und andererseits durch einen am unteren Ende des Stößelzylinders bzw. Mantels 11 angeordneten Sicherungsring 20 sichergestellt.

Der im Stößcikoiben 12 gebildete Vorratsraum 15 steht über eine Schmieröldruckleitung 21, eine Öffnung

22 im Stößelzylinder bzw. Mantel 11 und eine Öffnung

23 im Stößelkolben 12 in ständiger Verbindung mit dem SchmiTöldruckkreislauf der Brennkraftmaschine.

Das dem Vorratsraum 15 unter Druck zugefiihrte Schmieröl kann einerseits über eine Drossel 24 und einen Kanal 25 zur Lagerstelle des Kipphebels 7 gelangen und andererseits über eine öffnung 26 und einen Verbindungskanal 27 zwangsweise gesteue^rt dem Drjckraum 18 zugeführt werden.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen hydraulischen Stößels 6 betrachten wir nun die Fig. 1. Im Bereich von Nockenwellenwinkeln nach der Nockenerhubung 4, also im Übergangsbereich zum Grundkreis 3, wird keine starre Verbindung zwischen dem Nocken und dem Kipphebel durch den hydraulischen Stößel gefordert. Die an der Nockenerheburg 4 tnd im Übergangsbereich in gleicher Ebene liegenden Bahnen für di; Abstützung des Bodenkolbens 13 und des St ,ßelzylinders bzw. Mantels 11 weichen dementsprechend im Bereich des Grundkreises voneinander ab, wobei der Bodenkolben 13 sich weiterhin am Grundkreis 3 abstützt, wählend sich der Stößelzylinder bzw. Mantel 11 auf seitlichen, tiefer liegenden Bannen 5 abstützt und hierdurch relativ zum Stößelkolben 12 verschoben wird. Bei dieser durch die Schraubenfeder 16 sichergestellten relativen Verschiebung des Stößelzylinders bzw. Mantels 11 gegenüber dem Stößelkolben 12 wird der Verbindungskanal 27 zwangsläufig aufgesteuert, so daß dem Druckraum 18 entsprechend den Verhältnissen im Ventiltrieb, nämlich Spielvergrößerung oder Spielverringerung, Schmieröl unter Druck zugeführt oder daraus verdrängt werden kann. Da vor der Erreichung Her Nockenerhebung 4 d^r Verbindungskanal 27 wieder zwangsläufig zugesteuert wird, wirkt der hydraulische Stößel wieder in erwünschter Weise als starre Verbindung, wobei die bereits erwähnten Vort« '.\e im Hinblick auf eine verbesserte statische und dynamische Steifigkeit zum Tragen kommen.

Die Vorliegende Erfindung schafft somit einen hydraulischen Stößel für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, der sich durch eine zuverlässigere Funktion auch bei hoher, Öltemperaturen, höheren Drehzahlen und schärferen Nockenerhebungen auszeichnet. Neben dem beispielsweise gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem der Stößelzylinder bzw. Mantel

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die Steuerung des Verbindungskanals übernimmt, sind noch weitere Ausführungsformen denkbar, bei denen ein im hydraulischen Stößel gleitender Ventilschieber von einer Bahn an der Nockenwelle gesteuert die Steuerung des Verbindungskanals übernimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

r\ ο ZO r\i ο 31Ο Patentansprüche:

1. Hydraulischer Stöße! für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem von einem Nocken betätigten Stößelzylinder und einem in diesem gleitend und federbelastet angeordneten, unmittelbar oder mittelbar auf das Ventil einwirkenden Stößelkolben, der einen vom Schmieröldruck ständig beaufschlagten Vorratsraum enthält und mit dem Stößelzylinder einen dem Spielausgleich dienenden Druckraum einschließt, der über einen durch ein federvorgespanntes Verschlußelement auf- und zusteuerbaren Verbindungskanal mit dem Vorratsraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (11) von einer auf dem Nocken (2) ausgebildeten Bahn (5) zwangsweise betätigbar ist

2. Hydraulischer Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößelzylinder aus einem rohrförmigen Mantel (11) und einem Lm Mantel verschiebbar geführten Bodenkolben (13) besteht und das Verschlußelement (11) durch den rohrförmigen Mantel (11) gebildet ist

3. Hydraulischer Stößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel (11) und der Bodenkolben (13) des Stößelzylinders auf zwei Nockenbahnen abgestützt sind, die im Bereich der Nockenerhebung und des Übergangs von Nockenerhebung zu Grundkreis auf gleicher Ebene und im Bereich des Grundkreises auf unterschiedlichen Ebenen liegen.

Motor bedingt

Die aus konstruktiven Gründen bedingte Anordnung des federvorgespannten Verschlußelements im Druckraum führt zu einem relativ großen Volumen im Druckraum, so daß die statische Steifigkeit der Olsäule