DE3935027A1 - Hydraulisches ventilspiel-ausgleichselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Ventilspiel- Ausgleichselement mit einem sich an einen Hochdruckraum abstützenden Hauptkolben sowie einem von einem Zusatz- Federelement belasteten Zusatzkolben, die beide im Kraftfluß einer Ventilsteuerung, insbesondere einer Brennkraftmaschine, liegen.

Hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselemente (HVA) in Brennkraftmaschinen dienen dazu, insbesondere die sich über der Betriebsdauer ändernden Längenabmessungen der Ladungswechsel-Ventile so auszugleichen, daß in der Grundkreisphase des das Ventil betätigenden Nockens ein sicheres Ventilschließen gewährleistet ist. Dabei soll andererseits die Nockenerhebung verlustfrei auf das Ventil übertragen und somit in eine Ventilhubbewegung umgewandelt werden. Die Wirkungsweise derartiger Aus­ gleichselemente, bei denen sich ein im Kraftfluß einer Ventilsteuerung liegender Hauptkolben an einem Hoch­ druckraum abstützt - in diesem ist zumeist auch eine Druckfeder vorgesehen -, wird im folgenden als bekannt vorausgesetzt.

Kraftmessungem am Ventilschaft - beispielsweise mit Hilfe aufgebrachter Dehnmeßstreifen - haben gezeigt, daß bei Verwendung konventioneller HVA-Elemente bei ge­ schlossenem Ventil, also in der Nockengrundkreisphase, erhöhte Reibkräfte zwischen dem Nocken sowie einem von diesem betätigten Stößel oder Kipp- bzw. Schlepphebel auftreten. Ursache dafür ist die Behinderung einer elastischen Verformung, insbesondere des Ventiltellers, die sich andernfalls bei vorhandenem Ventilspiel infolge des Verbrennungsdruckes im Brennraum einstellen würde. Da aufgrund der Spielfreiheit des Ventiltriebes derar­ tige elastische Verformungen jedoch ausgeschlossen sind, wird ein Teil der aus dem Brennraumdruck herrührenden Kraft nicht in den Ventilsitzring, sondern in den Ventiltrieb und somit in die Gleitfläche zwischen Nocken und Stößel oder Kipp- bzw. Schlepphebel eingeleitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, funktionstüchtige Maß­ nahmen zur Reduzierung der erhöhten Reibkräfte aufzu­ zeigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist zusätzlich zum Hauptkolben in dessen Kraftfluß ein von einem Zusatz- Federelement belasteter Zusatzkolben vorgesehen, wobei der Kompressionshub des Zusatz-Federelementes durch einen Endanschlag für den Zusatzkolben begrenzt ist.

Hiermit können Ventilverformungen durch geringfügige Verschiebebewegungen des Zusatzkolbens kompensiert werden. Da der Ventilschaft aufgrund des einen Ver­ schiebeweg ermöglichenden Zusatz-Federelementes keinen statischen Abstützpunkt zur Krafteinleitung vorfindet, werden die aus dem Brennraumdruck herrührenden Kräfte weitgehend wie gewünscht über den Ventilsitzring in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeleitet und vom Ventiltrieb ferngehalten. Vorteilhafterweise wird durch den erhöhten Anpreßdruck des Ventils gegenüber dem Sitzring sowohl der Wärmeübergang als auch der Selbst­ reinigungseffekt der Sitzflächen verbessert. Die thermi­ sche Belastung des Ventils und somit die Anforderungen an die Werkstoffqualität werden verringert.

Das dem Zusatzkolben zugeordnete Zusatz-Federelement, dessen Kennlinie für eine einwandfreie Funktion des HVA-Elementes auf einem höheren Niveau verlaufen muß als diejenige einer im Hochdruckraum üblicherweise vorhan­ denen Druckfeder, behindert dabei die Verformungen nur geringfügig.

Zwar ist aus der DE-PS 8 30 433 ebenfalls ein HVA-Element mit einem im Kraftfluß des Hauptkolbens liegenden und von einem Zusatz-Federelement belasteten Zusatzkolben bekannt. Zum einen enthält jene Schrift jedoch keinen Hinweis, daß hiermit die gestellte Aufgabe gelöst werden kann, zum anderen unterscheidet sich der hier bean­ spruchte Gegenstand vom bekannten HVA-Element durch ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal in Form eines den Kompressionshub des Zusatz-Federelementes begren­ zenden Endanschlages für den Zusatzkolben. Während beim bekannten HVA-Element die Windungen des Zusatz-Feder­ elementes stets auf Anschlag gehen, wird dies beim erfindungsgemäßen HVA-Element erfolgreich vermieden. Die Dauerhaltbarkeit und Funktionstüchtigkeit des Aus­ gleichselementes wird somit deutlich gesteigert. Der Einfederweg bleibt konstant.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ist der Zusatzkolben im Hochdruckraum angeordnet, so erfolgt, sobald der Zusatzkolben an seinem Endanschlag anliegt, eine Ventilöffnungsbewegung wie bei den bewähr­ ten HVA-Elementen allein unter Zwischenschaltung des relativ steifen Hochdruckraumes, wohingegen das biege­ weiche Zusatz-Federelement hierbei keine Kräfte über­ tragen muß. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn sich eine üblicherweise im Hochdruckraum vorhandene Druckfeder auf der dem Zusatz-Federelement abgewandten Stirnfläche des Zusatzkolbens abstützt. Hiermit ergibt sich mit üblichen HVA-Elementen ein Zusatzkolben mit einfacher Geometrie, zum anderen stellt sich ein opti­ mierter Kraftfluß ein. Um eine einwandfreie Funktion des HVA-Elementes sicherzustellen, empfiehlt es sich, den möglichen Hub des Zusatzkolbens in beiden Richtungen zu begrenzen. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, einen der beiden Endanschläge aus dem Gehäuse des Ausgleichs­ elementes herauszuarbeiten.

Das im folgenden beschriebene und in einem Halbschnitt gezeigte hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselement dient als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der näheren Erläuterung der Erfindung. Dargestellt ist dabei ein HVA-Element für einen Ventiltrieb mit Schlepphebeln, in gleicher Weise ist die Erfindung jedoch auf HVA-Elemente in Tassenstößeln und an Kipphebeln anwendbar.

Mit seinem Gehäuse 1 ist das HVA-Element in eine Auf­ nahmebohrung eines nicht gezeigten Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Innerhalb des hohlzylin­ drischen Gehäuses 1 ist ein Hauptkolben 2 verschiebbar geführt. Auf dessen aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende stützt sich ein Schlepphebel des Brennkraftmaschi­ nen-Ventiltriebes ab. Das gegenüberliegende Ende des Hauptkolbens 2 schließt einen Hochdruckraum 3 ab, der des weiteren begrenzt wird von der Innenwand 4 des Gehäuses 1 sowie einem im Gehäuse verschiebbar gela­ gerten Zusatzkolben 5. Der Verschiebe- bzw. Hubweg des Zusatzkolbens 5 ist durch zwei Endanschläge 6a, 6b begrenzt, deren erster durch einen eingesetzten Spreng­ ring gebildet und deren zweiter aus dem Gehäuse 1 herausgearbeitet ist. Im Hochdruckraum befindet sich des weiteren eine auch bei üblichen HVA-Elementen vor­ handene Druckfeder 7 sowie ein Rückschlagventil 8. Die Druckfeder 7 stützt sich am Hauptkolben 2 sowie am Zusatzkolben 5 ab, an der der Druckfeder 7 abgewandten Stirnseite des Zusatzkolbens 5 hingegen liegt ein sich am Gehäuse 1 abstützendes Zusatz-Federelement 9 an. Über einen Ölzulauf 10 sowie einen Vorratsraum 11 kann nach Passieren des Rückschlagventiles 8 der Hochdruckraum 3 mit einem Hydraulikmedium befüllt werden, für aus dem Hochdruckraum 3 entlang des Zusatzkolbens 5 entweichen­ des Lecköl ist eine Ablaufbohrung 12 vorgesehen.

Die Wirkungsweise des HVA-Elementes ist wie folgt:
Wie allgemein üblich, werden Längenänderungen im Ventil­ trieb durch Befüllen des Hochdruckraumes 3 bzw. durch Leckageverluste aus dem Hochdruckraum 3 ausgeglichen. Zur Steigerung des Wirkungsgrades werden die Leckage­ verluste dabei äußerst gering gehalten. Treten nun bei Betrieb der Brennkraftmaschine unter Einfluß der Druck­ schwankungen im Brennraum am zugeordneten Gaswechsel­ ventil Formänderungen auf, so werden die daraus resul­ tierenden Mikrobewegungen vom Hauptkolben 2 über den quasi starren Hochdruckraum 3 an den Zusatzkolben 5 weitergeleitet. Dieser vermag ausgehend von der ge­ zeigten Position (am Endanschlag 6a anliegend) einen geringfügigen Hub auszuführen und somit die Mikrobe­ wegung aufzunehmen. Die aus dem Brennraumdruck resul­ tierenden Kräfte werden somit weiterhin vollständig in den Ventilsitzring eingeleitet, da der Ventilschaft auch nach Ausführung der Mikrobewegung keinen statischen Abstützpunkt vorfindet. Somit treten zwischen dem auf den Hauptkolben 2 einwirkenden nicht gezeigten Schlepp­ hebel sowie dem auf diesem abwälzenden Nocken keine erhöhten Normalkräfte auf, so daß auch kein erhöhter Reibleistungsverlust feststellbar ist. Selbstverständ­ lich ist es zur Sicherstellung der einwandfreien Funk­ tion des HVA-Elementes erforderlich, das Zusatz-Feder­ element 9 wesentlich stärker auszubilden, als die im Hochdruckaum 3 vorhandene Druckfeder 7. Mit Abklingen der Verformungen wird der Zusatzkolben 5 vom Zusatz- Federelement 9 wieder in die gezeigte Position bewegt, wonach das HVA-Element in bekannter Weise dem Spiel­ ausgleich dient.

Wesentlich ist des weiteren, daß der Kompressionshub des Zusatz-Federelementes 9 durch den Endanschlag 6b be­ grenzt ist. Dieser Endanschlag 6b gewährleistet, daß im Verlauf der Ventilöffnungsbewegung, wenn also die hohen Kräfte einer üblicherweise vorhandenen Ventilschließ­ feder überwunden werden müssen, die Windungen des Zusatz-Federelementes 9 nicht auf Anschlag gehen. Diese Maßnahme gewährleistet eine sichere Funktion des HVA- Elementes auch über eine lange Betriebsdauer.

Claims (4)

1. Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement mit einem sich an einem Hochdruckraum (3) abstützenden Hauptkolben (2), sowie mit einem von einem Zusatz- Federelement (9) belasteten Zusatzkolben (5), die beide im Kraftfluß einer Ventilsteuerung, insbe­ sondere einer Brennkraftmaschine, liegen, wobei der Kompressionshub des Zusatz-Federelementes (9) durch einen Endanschlag (6b) für den Zusatzkolben (5) begrenzt ist.

2. Ausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkolben (5) den Hochdruckraum (3) begrenzt und daß sich das Zusatz-Federelement (9) am Gehäuse (1) des Aus­ gleichselementes abstützt.

3. Ausgleichselement nach Anspruch 2 mit einer im Hochdruckraum (3) vorgesehenen, auf den Hauptkolben (2) einwirkenden Druckfeder (7), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckfeder (7) auf der dem Zusatz-Federelement (9) abgewandten Stirnfläche des Zusatzkolbens (5) abstützt.

4. Ausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endanschlag (6b) des Zusatzkolbens (5) aus dem Gehäuse (1) des Ausgleichselementes herausgearbeitet ist.