DE3421420A1 - Oel-zulauf mit ruecklaufsperre fuer tassenstoessel mit hydraulischem ventilspielausgleich - Google Patents

Description

Öl-Zulauf mit Rücklaufsperre für Tassenstößel mit hydraulischem Ventilspielausgleich

Aufgrund der günstigen Reibungsverhältnisse, insbesondere im Hinblick auf die Herabsetzung der inneren Verluste eines Hubkolbenmotors mit Ventiltrieb, hat die Anordnung -"obenliegende Nockenwelle direkt über Tassenstößel auf das Ventil wirkend" die beste Voraussetzung, bei Neukonstruktionen Anwendung zu finden.

Im Gegensatz zu anderen Antriebsarten für Ventile ist die Ventilspieleinstellung sehr aufwendig. Dies wird normalerweise durch Auswechseln von Anlaufscheiben unterschiedlicher Dicke erreicht. Demzufolge ist der Einsatz von Tassenstößeln mit hydraulischem Ventilspielausgleich wünschenswert. Ein gravierendes Handicap ist hier jedoch durch die Tatsache gegeben, daß die Abführung der Luft im Öl durch die Lage der Tassenstößel kaum oder gar nicht gewährleistet ist, weil die Luft gegen die Schwerkraft durch die Spielspalte abgeführt werden müßte. Mit diesem Problem setzen sich eine Reihe von Anmeldungen auseinander wie z.B. OS 2211 139, AS 1293 788, OS 19120 46, OS 294-9 926 A1 , um einige zu nennen. Die Lösungen sind diesbezüglich mehr oder weniger befriedigend. Als ausreichend in jeder Positionierung des Hydrotassenstößels hat sich die Schutzanmeldung DE 2949 926 A1 Anspruch 5 bestätigt, bei der das Gas im Hochdruckraum in jeder Einbaulage des Stößels durch die Wand der Büchse entweichen kann.

Ob zur Vermeidung von Startklappern, welches beim

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Starten des Motors durch die leergelaufenen Hydro-Stößel entsteht, ein gewisser Ölvorrat im Stößel direkt im sogenannten Vorratsraum besser oder Maßnahmen zur Verhinderung vom Leerlaufen der Versorgungsleitung am Zylinder-Kopf geeigneter sind, ist nicht eindeutig zu klären. Sicher ist, daß ein Leerlaufen des Stößels aus Geräuschgründen nicht akzeptiert werden kann.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, einen Weg zu suchen, der das vor Jahren noch als unvermeidbar in Kauf genommene Startklappern verhindert. Auch hier gibt es eine ganze Reihe von Anmeldungen, die jedoch alle, soweit bekannt, lageabhängig sind, d.h. einen Restölbehälter aufweisen, der bei abgestelltem, insbesondere heißem Motor nicht entleert werden kann. Zu verhindern, daß das Öl aus der Zylinderkopf-Versorgungsbohrung abläuft, ist konstruktiv nicht immer einfach.

Erfahrungen haben gezeigt, daß offenbar 200 bis 600 mm Öl unmittelbar vor dem Einlaßventil des Hochdruckzylinders ausreichen, um ein geräuschloses Starten sicherzustellen. Hier aber beginnt das Problem, denn nicht immer ist die Lage des Stößels so, daß das notwendige Öl auch vorhanden ist.

Ein weiteres Problem ist a) die Größe des Vorratsraums

b) die Entlüftung desselben.

Versuche haben eindeutig nachgewiesen, daß bei üblichen Konstruktionen die Vorratsräume der Tassenstößel nicht immer entlüften und dadurch als Shaker wirken, in denen ein Luft- Öl-Gemisch entsteht, welches unbrauchbar ist. Andrerseits ist ein kleiner, aber genügend großer Vorratsraum erfahrungsgemäß günstiger, sofern die Forderung Öl und nicht Luft-Öl-Gemisch erfüllt ist.

Hieraus ergeben sich vier Konstruktionsziele als Aufgabenstellung:

1.) Stößel funktionsfähig in jeder geometrischen Lage 2.) kleiner aber genügender Vorratsraum 3.) Entlüftung des Vorratsraums

4·.) Sicherstellung, daß der Vorratsraum, in welcher geometrischen Lage auch immer, bei Stillstand des Motors nicht leerlaufen kann.

Die Lösung zu Punkt 1.) war Gegenstand der Anmeldung DE 2829 4-23 A1 und DE 294-2 926 A1 .

Figur 1 zeigt den Einsatz (1) oder das Einschraubteil aus Stahl. Es wurde mit einer aus Sintermaterial bestehenden Büchse (2) ausgerüstet, wodurch sich eine völlig lageunabhängigeg Entlüftung des Hochdruckraumes ergibt. Dies wird in das Aluminium-Schaftteil (3) eingeschraubt, welches im Bereich der Spannhülsen (6) bzw. der Stifte eine geschlossene im Fließpressverfahren hergestellte Wand (10) (ohne Durchbrüche) erhielt. Hieraus ergab sich z\tfischen Auflage ($) des Einschraubteiles (1) und dem Schaftteil (3) ein Vorratsraum (4-) gewünschter Größe, d.h. möglichst klein, um das Gewicht des kompletten Stößels möglichst gering zu halten.

Die Auflage (5) bietet infolge der bestimmbaren Rauhigkeit und der Einschraubmomente beider Teile eine entsprechende Undichtigkeit, welche entstehende Gasblasen analog zum Druck im Vorratsraum hinausläßt. Hierdurch wird Konstruktionsziel 3.) erreicht.

Es ist sicher, daß an dieser Stelle auch eine gewisse geringe Menge Öl entweichen kann. Diese Menge wird durch Zufluß aus dem Versorgungsstrang ersetzt. Beim gewollten

Absinken des Hochdruckkölbchens (8) wird Öl unter Hochdruck über die Wand der Sinterbüchse (2) zum allergrößten Teil 'über die Bohrung (9) in den Vorratsraum (4) zurückgeführt. Dieses Öl steht wieder zur Versorgung des Hochdruckzylinders zur Verfügung. Auf diese Weise soll der Ölbedarf des Hydrostößels sehr klein gehalten werden. Dies kommt einem geschlossenen System sehr nahe. Insbesondere mit Rücksicht auf das bei Dieselmotoren häufig nicht ganz saubere Motoröl, welches eventuell den Durchtritt von Gas durch die Sinterbüchse beeinträchtigen könnte.

Punkt 4·) beinhaltet den erfindungsgemäßen Vorschlag.

Der Stift (6) bzw. das Zulaufröhrchen, welches auch Steifheitsfunktion übernehmen kann, wird mit einer z.B. aus hochwarmfester, elastischer Masse bestehenden Lippe (Fig.2 u.3 (7) u. (7a)) versehen, die die natürliche Tendenz geschlossen zu sein hat. Hierdurch wird der Zufluß von Öl über den Hochdruckzylinder (2) in den Vorratsraum (4) nicht oder nur unwesentlich gebremst. Bei Anliegen des Öldrucks von wenigen zehntel bar am Stößel beginnt die Ölversorgung von außen. Wenn der Motor abgestellt wird und der Druck auf null abfällt, ist die Lippe (7) unabhängig von der Stellung geschlossen. Es kann kein Öl abfließen. Sowohl die Sinterbüchse (2), als auch die Undichtigkeit an der Auflage (5) lassen keine meßbare Ölmenge entweichen.

Die Abmessung der geeignetsten Lippenform wird durch Versuche ermittelt. Grundsätzlich ist die Lippe gekennzeichnet durch äußerste Leichtgängigkeit in Strömrichtung und Sperren in Gegenrichtung. Die Lippe besteht aus einem temperatur- und ölbeständigen Material, wie z.B. Fluorkautschuk.

Eine weitere mögliche Variante stellt Fig.Λ dar. Ein einvulkanisierter, gummiähnlicher Ring (2) bildet den Sitzring für das Ventil (21). Die Feder (22) abgestützt auf den Ring (23), drückt über den Teller (24) und die Stange (26)

das Ventil (21) auf seinen Sitz, der auch aus einem metallischen Werkstoff sein kann.

Die Sicherung der Röhrchen (6) mit dem ölrücklaufsperrenden Element wird durch geringfügiges Breitdrücken, wie Fig.1 und Fig.3 u. 4- als strichpunktierte Linie zeigen, gegeben.

Die beschriebenen Ausführungen Fig.1 bis Fig. 4 erfahren eine Erweiterung in der Funktion dadurch, daß die Rücklaufsperre ±i den Ö'lvorratsraum installiert wird, wodurch ein größeres Arbeitsvolumen als im Rohrventil möglich ist.

Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich, kann man die Lippe (7) des Rücklaufventils (6) so gestalten, daß die beim gewollten

Absinken verdrängte Olmenge, ca. 7 bis 10 mm , durch Zurückweichen eines Balges oder Kolbens aufgenommen wird.

Aus weitergehenden Überlegungen stellte sich die Aufgabe, auch bei völligem Absinken des Hochdruckkolbchens (8) die durch Sinterwände (2) gedrückten ca. 150 mm Öl aufzunehmen bzw. dafür zu sorgen, daß bei erneutem Motorstart keine Luft in den Vorratsraum gelangen kann. Die Lösung liegt in der Trennung des Vorratsraumes (4) in zwei Räume, nämlich Raum R1 -unmittelbarer Zufluß aus dem Ölversorgungskanal- und Raum R2 -direkter Zufluß zum Hochdruckteil.

Die Trennung der Räume kann auf verschiedene Weise erfolgen

a) durch einen oder mehrere mit Ventilen (16) bzw. Lippen ausgeführte Kölbchen (12) an den Zulaufstellen (6 und 15) des Ölversorgungskanals (13) Fig. 5

b) durch eine Membrane (14) mit entsprechenden Ventilen bzw. Lippen (7 u. 7a) Fig.6.

Hier wird es möglich,, nicht nur das beim gewollten Absinken des HD-Kölbchens (8) verdrängte öl, sondern auch das beim völligen Absinken des HD-Kölbchens -beim abgestellten, heißen Motor- verdrängte Öl aufzunehmen und bei erneutem Start ein sauberes von der Luft getrenntes Öl zu liefern. Dies erreicht man, indem eine Trennung zwischen dem vorhandenen Öl und der beim Starten aus dem Ölversorgungskanal (13) zunächst austretenden Luft erfolgt.

Es liegt nahe, durch Verlegung der Membrane (17) nach außen, wie Fig. 7 zeigt, ein völlig geschlossenes System zu erhalten, indem R1 variabel ist und R2 ein konstantes Volumen behält. Hier bietet sich ein etwas verlängerter HD-Kolben (8) als Aufnahme einer Ringmembrane an, sodaß ein balgförmiger Raum entsteht. Dieser nimmt sowohl das beim kurzzeitigen Absinken, als auch das, wie beschrieben, beim Stillstand u.U. völlig aus dem HD-Raum (11) verdrängte Öl auf.

Funktion:

Fig. 5, Fig. 6 u. 7 zeigen die Räume R1 und R2. Sie werden gebildet durch ein Trennelement wie z.B. Membrane Fig.1 (H, 17) bzw. Kolben Fig.2 (12). Die Membrane (14) wie das Kölbchen (12) können im Betrieb jede beliebige Stellung einnehmen.

Wird zu irgend einem Zeitpunkt Gas im HD-Raum (11) vorgefunden, so wird dies durch die Sinterwand (2) Fig.5 bis 7 gedruckt und gelangt über die Bohrung (9) in den Vorratsraum (4·) Fig.1. Diese Luft wird an irgend einer Stelle der Trennlinie (5) Fig.1, 5 u. 6 entweichen, wenn innen ein höherer Druck herrscht, Das nachfließende Öl aus dem Ölversorgungskanal (13) des Motors gelangt durch die Röhrchen (6) bzw. die Bohrung (15) in den Raum R1 . Sobald die Membrane (14·) eine Stellung wie gezeichnet Fig. 6 eingenommen hat, wird sie angehoben bis sie gespannt ist (14-a) und sich die Ventile bzw. Schlitze (7/7a u. 7b) öffnen, sodaß das Öl in den Raum R2 überströmen kann.

Die Ö'lmenge im Vorratsraum (4·) ist die Summe von R1 und R2. Mitgeführtes Gas wird über die Trennlinie (5) abgeführt. Die beim gewollten Absinken des HD-Kölbchens (8) Fig.1,5»6,7 verdrängte Ö'lmenge gelangt über die Bohrung (9) in den Raun Ri und steht erneut dem HD-Zylinder (11) bei Korrektur der Absenkung im Grundkreisbereich zur Verfügung. Die Membran wird also im Betrieb eine leichte fibrierende Bewegung machen.

Wird der Motor abgestellt und hat der Nocken eine ungünstige Stellung, sodaß das HD-Kölbchen (8) an den Anschlag gedruckt wird, dann wird das verdrängte Öl langsam über die Wand (2) und das Loch (9) in den Vorratsraum R2 fließen, die Membrane (14-) u. (17) wird zurückweichen, denn Ventile bzw. Schlitze sind und bleiben verschlossen. Die Stellung ist beliebig, bis zur Auflage der Membrane (14-) an die Wand des Schaftteiles (3) Fig.6 bzw. den Ventilfederteller Fig.7. Sollte an dieser Stelle die Entleerung des HD-Raumes (11) noch nicht vollzogen sein, so entsteht ein der Ventilfeder entsprechender Druck und das Öl entweicht allmählich über die Trennlinie (5) bei Ausführung Fig. 1 bis 6.

Bei erneutem Start wird die Bewegung des HD-Kölbchens (8) einen Saugeffekt hervorrufen und sauberes Öl aus dem Vorratsraum R2 ziehen, denn die Membrane hat ein Abfließen verhindert. Sollte bei den ersten Sfertumdrehungen des Motors Luft aus dem Versorgungskanal über die Bohrung (15) in den

Raum R1 zuströmen, so bewirkt die Membran (14-) eine Trennung - Luft im Raum R1 nicht aber im Raum R2. Die Raumverhältnisvse R1/R2 sind so ausgelegt, daß auch im ungünstigsten Fall die notwendige Ölmenge aus R2 dem HD-Teil zur Verfügung steht, sodaß der Stößel einige Zeit ohne Ölversorgung von außen Fig.5 u. 6 betriebssicher funktionieren kann. Die Luft aus dem Ölversorgungskanal (13) wird -gelangt sie in Raum R2-auf die beschriebene Weise abgeführt.

Fig.7 zeigt ein geschlossenes System, wo die außenliegende Membrane nicht im Öldruck aber von dem atmosphärischen Druck beeinflußt wird. Die gewollte, an der Linie (5) Fig. 5 u. dargestellte Undichtigkeit zur Luftabfuhr ist in der Form Fig.7 natürlich nicht vorhanden. Trotzdem ist es möglich, um allen Undichtigkeiten Rechnung zu tragen, durch eine gesteuerte Verbindung mit dem Ölversorgungskanal Leckverluste über längere Laufzeit zu ersetzen.

Claims (11)

1. Patentansprüche

   [ 1.yTassenstößel rait hydraulischem Ventilspielausgleich bestehend aus Einsatz (1), Schaftteil (3) und Sinterbüchse (2) sowie dem weithin üblichen Ölvorratsraum (4-) dadurch gekennzeichnet, daß kein Öl bei Stillstand des Motors unabhängig von der Position und Einbaulage mit Hilfe von Rücklauf sperren (Fig.2 bis Fig. 4-) aus dem Stößel abfließen kann und der Vorratsraum (4·) in zwei Räume R1 und R2 geteilt werden kann, sobald dies zur Verhinderung von Luftzutritt aus dem Ölversorgungskanal (13 in den Vorratsraum , z.B. beim Starten, notwendig ist oder für ein völlig geschlossenes System zweckmäßig erscheint.
2. 2. Tassenstößel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch Abdichten des Hochdruckkölbchens (8) in Verbindung mit der Sinterbüchse (2) das durch das gewollte Absinken verdrängte Öl wieder in den Vorratsraum (Λ) über die Bohrung hineinfließt .
3. 3. Tassenstößel nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,

   daß diese Funktion eine oder mehrere, aus einem geeigneten elastischen Material bestehende Lippen übernehmen, die so angeordnet sind, daß nur ein Durchfluß in den Vorratsraum (4-) und/oder den HD-Zylinder (8) gewährleistet ist und nicht umgekehrt.
4. 4.. Tassenstößel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Raum R1 unmittelbar mit dem Zufluß (6) und (15) aus dem Ölversorgungskanal (13) und der Raum R2 direkt mit dem HD-Kölbchen (8) verbunden ist.
5. 5· Tassenstößel nach Anspruch 1 und 4· dadurch gekennzeichnet, daß der Raum R1 gegenüber dem Raum R2 völlig verschwinden kann, und das Verhältnis R1/R2 zwischen Grenzlagen veränderbar ist.
6. 6. Tassenstößel nach Anspruch 1, 4- u. 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement zwischen den Räumen R1 und R2 eine Membrane (1-4) sein kann.
7. 7. Tassenstößel nach Anspruch 1,4.-6 dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement ein oder mehrere kleine Kölbchen (12) sein können.
8. 8. Tassenstößel nach Anspruch 1, 4· bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente so ausgebildet sind, daß ein Überströmen hauptsächlich in Richtung R1 in R2 stattfinden kann.
9. 9. Tassenstößel nach Anspruch 1, 4- bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente so ausgebildet sind, daß die durch Absenkung des HD-Kölbchens (8) verdrängte Ölmenge aufgenommen werden kann, damit möglichst wenig oder gar kein verunreinigtes Öl aus dem Motorkreislauf gebraucht wird.
10. 10. Tassenstößel nach Anspruch 1, 4. bis 6, 8 u. 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (17) Fig.7 nach außen gelegt wird, wobei ein völlig geschlossenes System entsteht.
11. 11. Tassenstößel nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß dies geschlossene System durch geeignete Verbindung mit dem Ölversorgungskanal Leckverluste, die über längere Laufzeiten entstehen können, ersetzen kann.