DE8129048U1 - Selbsteinstellender hydraulischer stoessel fuer eine waermekraftmaschinen-ventilsteuerung - Google Patents

Description

* t

RIV-SKF Officine die Villar Perosa

S.p.A. Via Mazzini 53

10 123 Torino Italy

PATENTANWÄLTE

mm

mm

8500 N0RN8ERG 20 21 371

Selbsteinstellender hydraulischer Stößel für eine Wärmekraftmaschinen-Ventilsteuerung

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsteinstellenden hydraulischen Stößel für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, deren Ventile über eine Nockenwelle und ein einen Kipphebel einschließendes Übertragungstriebwerk gesteuert werden.

Bei einer solchen Anordnung wird bekanntlich die Übertragung der Bewegung eines jeden Nockens zum zugeordneten Ventil über ein Triebwerk erhalten, das eine vom Nocken betätigte Stößelstange sowie einen von dieser betätigten Kipphebel enthält. Hierbei ist gewöhnlich der Stößel zwischen dem Nocken und dem unteren Ende der Stößelstange angeordnet* Diejenigen Teile, die das Öffnen und Schließen

der Ventile steuern, sind, wie bekannt ist, einem Verschleiß ausgesetzt, da sie unter Druck aneinander gleiten, und insbesondere derjenige Teil des Stößels, der mit dem Nocken in berührung ist, unterliegt einem stärkeren Verschleiß als der Nocken und wird während des Betriebs abgenutzt, so daß Zwischen- oder Spielräume entstehen, die die vollständige Öffnung des Ventils verhindern. Es ist deshalb notwendig, periodisch eine Nachstellung vorzunehmen. Ferner können sich diese Zustände eines Spiels zwischen Nocken und Ventil mit Änderungen der Betriebsbedingungen des Motors verändern, da der Spielraum von der thermischen Ausdehnung der in die kinematische Kette zwischen Nocken und Ventil eingegliederten Bauteile abhängig ist.

Es gibt jedoch Mechanismen, die sich gewöhnlich am Stößel befinden und das Spiel in einer fortlaufenden sowie selbsttätigen Weise nachstellen, sobald es auftritt. So sind Stößel zur Verwendung in Mechanismen der beschriebenen Art bekannt, wobei die Nockenwelle an einer Seite der Zylinder angeordnet ist und die Aufhebung des Spiels im Mechanismus hydraulisch bewirkt wird. Diese Stößel weisen im wesentlichen einen becherförmigen Körper mit einer Stirnwand, die gegen den zugeordneten Nocken anstoßen kann, und mit einer Seitenwandung auf, die in einem Gehäuse oder einer Führung im Motorblock verschiebbar ist. In dem becherförmigen Körper ist ein bewegbares Element verschiebbar aufgenommen, gegen das die Stößelstange stößt. Dieses Element begrenzt zusammen mit dem becherförmigen Körper eine Kammer, die über mehrere Kanäle mit einer Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung steht. Jeder dieser Kanäle ist an einer ebenen Fläche des bewegbaren Elements zur Kammer hin offen, wobei dort eine elastisch verformbare, unter Federdruck stehende Scheibe anliegt, die einen Ventilverschluß für den Kanal selbst bildet. Wenn der Motor läuft, so wird von der Dructcflüssigkeitsquelle Flüssigkeit zugeführt, die über den Kanal bei nachgiebiger Verfor-

mung der Scheibe in die Kammer gelangen kann, bis die Kammer gefüllt ist.

Wenn die vom Nocken ausgeübte Kraft auf den Stößol wirkt, so steigt der Druck des in der Kammer enthaltenen Öls an, die Scheibe wird gegen die ebene Fläche gedrückt, und der Durchlaß wird in Richtung auf die Kanäle gesperrt.

Derartige Stößel weisen verschiedene Nachteile auf. Vor allem ist die durch die elastische Scheibe erhaltene 01-abdichtung nicht sehr gut, und deshalb ist es möglich, daß eine gewisse Menge an Öl aus der Kammer entweichen kann, was zur Folge hat, daß diese nicht rostlos gefüllt bleibt, wenn die vom zugeordneten Nocken ausgeübte Kraft auf den Stößel wirkt; demzufolge wird das Spiel zwischen Nocken und Ventil nicht vollständig beseitigt, und das charakteristische Klappern oder "Klingeln", das auf dem Vorhandensein dieses Spiels beruht, kann nicht vermieden werden. Darüber hinaus ist der Aufbau des Stößels kompliziert, weshalb er teuer ist, und er arbeitet nicht sehr zuverlässig.

Tatsächlich weist die von der Scheibe und -'er Feder, die erstere in der richtigen Betriebslage hält, gebildete Anordnung zwei elastische Glieder auf, die sehr genau bestimmte Formen sowie Abmessungen haben und in äußerst präziser Weise zwischen dem becherförmigen Körper sowie dem bewegbaren Element in ihre Lage gebracht werden müssen. Zusätzlich müssen die an dem bewegbaren Element ausgebildete Fläche, an der die Scheibe ruht, und die Scheibe selbst eine erstklassige Oberflächenbearbeitung und sehr genaue Toleranzen bezüglich For« sowie Abmessungen aufweisen, da« mit sie einwandfrei zusammenarbeiten können, d.h«, die aneinandergrenzenden Flächen müssen feinstbearbeitet (geschliffen) werden. Schließlich unterliegen die Feder

und die Scheibe, die zyklisch verformt werden, Ermüdungsspanni_ngen, welche zum Bruch der Teile führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Stößel der angegebenen Bauart zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat sowie im Betrieb sicher arbeitet und somit von den erwähnten Nachteilen bekannter Stößel frei ist.

Diese Aufgabe wird gemäß Erfindung bei einem selbsteinstellenden hydraulischen Stößel für die Steuerung eines Ventils in einer Brennkraftmasrhine mit Betätigung des Ventils durch eine Nockenwelle sowie durch ein Übertragungstriebwerk mit einer gegen den Stößel anstoßenden Stößelstange, wobei die Nockenwelle und die Stößelstange an einer Seite des mit dem Ventil versehenen Zylinders der Maschine angeordnet sind und der Stößel einen becherförmigen Stößelkörper mit einer gegen einen Nocken der Nockenwelle anliegenden Stirnfläche sowie mit einer verschiebbar in einem passenden Führungssitz im Motorblock aufgenommenen Seitenwand aufweist und in dem becherförmigen Stößelkörper ein Stellkörper verschiebbar aufgenommen ist, gegen den die Stößelstange anstößt und der in dem becherförmigen Stößelkörper eine erste, über einen Durchgang mit einer Druckfluidquelle in Verbindung stehende Kammer abgrenzt, und wobei ferner im Verlauf des Durchgangs wenigstens ein Absperrglied für das Fluid vorhanden ist, dadurch gelöst, daß das Absperrglied aus einer mit einem passenden Sitz im Verlauf des Durchgangs zusammenarbeitenden Kugel, die den Durchgang selbst schließt, besteht und daß der Sitz an dem bewegbaren Stößelkörper in dem Bereich, in dem der Durchgang zur ersten Kammer hin öffnet, ausgebildet ist.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschinen-Vsntilsteuerung, in die der Stößel gemäß der Erfindung eingegliedert ist;

Fig. 2 einen Axialschnitt des Stößels gemäß der Erfindung;

Fig. 3 und 4 Axialsehnitte von erfindungsgemäß ausgebildeten Stößeln mit einem gegenüber demjenigen von Fig. 2 leicht abgewandelten Aufbau;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Haltering, der in dem erfindungsgemäßen Stößel zur Anwendung kommen kann.

Die Ventilsteuerung, bei der der Stößel gemäß der Erfindung eingesetzt werden kann, ist von der Kipp- oder Schwinghebelbauart, wobei die Nockenwelle 1 seitlich zur Längsachse der Zylinder 2 angeordnet ist. Bei einer solchen Konstruktion wird jedes Ventil, das, wie Fig. 1 zeigt, hängend, das aber auch seitlich angeordnet sein kann, durch ein Übertragungstriebwerk betätigt, das den unmittelbar gegen einen Nocken 7 stoßenden Stößel 6 und eine Stößelstange 8 sowie einen Kipphebel 9 aufweist, wobei das eine Ende der Stößelstange 8 gegen den Stößel 6 anliegt, während das andere Ende an einem Arm des Kipphebels 9 angreift; das Ventil 3 wird normalerweise durch eine Schraubenfeder 10 in der Schließlage gehalten.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Stößel 6 weist einen becherförmigen Stößelkörper 12 (Fig. 2) mit einer Stirnband 13, die mit dem Nocken 7 in Anlage zu bringen ist, und mit einer Seitenwand 14, die in einer entsprechenden, im Motorblock ausgebildeten Stößelführung 15 verschiebbar ist, auf. Ferner gehört zum Stößel 6 ein im Gtößelkörper 12 axial bewegbarer Stellkörper l6, der zusammen mit der Stirn- und Seitenwand 13 bzw. Ik eine erste Kammer 17 im Stößelkörper begrenzt.

• ··

• · t ·

Der bawegbare Stellkörper l6 hat eins im wesentlichen zylindrische Gestalt und weist einen Ringraum 18 (zweite Kammer) auf, der über mehrere Bohrungen 19 mit der Kammer 17 in Verbindung steht. Die Bohrungen 19 sind, wie Fig. 2, 3 und 4 klar erkennen lassen, in geeigneter Weise im Bereich des Außenumfangsteils des Stellkörpers l6 angeordnet. Der Ringraum 18 steht darüber hinaus über wenigstens eine Öffnung 20a und eine in der Seitenwand Ik des becherförmigen Stößelkörpers 12 ausgebildete Ringnut 20 mit einer Öffnung 21, durch die unter Druck stehendes Öl von einer geeigneten Quölle her zugeführt werden kann, in Verbindung.

Das der Kammer 17 zugewandte Ende einer jeden Bohrung 19 ist mit einem Sitz 22 für eine Kugel 23 versehen, die ein Absperrglied gegen den Durchtritt von Öl entlang der Bohrung bildet. Der Sitz für dieses Absperrglied kann irgendeine geeignete Gestalt haben, die eine gute Anlage der zugeordneten Kugel zur Verhinderung des Durchgangs von Öl ermöglicht. Zweckmäßigerweise enthält dieser Sitz eine kegelige Oberfläche, deren Erzeugende unter einem vorbestimmten Winkel mit Bezug zur Achse der Oberfläche selbst liegt; dieser Winkel - vorzugsweise im Bereich zwischen 10° und 20 - darf nicht zu klein sein, um ein Klemmen der Kugel innerhalb des Sitzes zu vermeiden.

Mit dem bewegbaren Stellkörper 16 ist ein Halte- oder Anschlagteil für die Kugeln 23 starr verbunden, das eine vorbestimmte Verlagerung der Kugeln zuläßt und verhindert, daß diese in die Kammer 17 fallen bzw. aus dieser heraus-fallen. Ein derartiges Halteteil kann von einem ringförmigen Bauteil 25 gebildet werden, das in Fig. 5 gezeigt ist und aus zwei durch Speichen 28 verbundenen Ringen 26, 27 besteht. Dieses Bauteil (Haltering) 25 ist aus einem elastisch verformbaren Material, z.B. Kunststoffmaterial, gefertigt und kann an einem axial vom bewegbaren Stellkorper l6 vorragenden

ίο -

Te.il (axialer Fortsatz) 29 befestigt sein, indem zu diesem Zweck am Fortsatz eine Ringnut ausgebildet ist, in die der innere Ring 26 des Halteringes 25 einschnappt. Alternativ kann das Halteglied für die Kugeln 23 durch Stifte 30 gebildet sein, von denen jeder in ein passendes radiales Loch im Fortsatz 29 des axial bewegbaren Stellkörpers l6 unter der zugeordneten Kugel 23 eingesetzt ist, wie Fig. 3 zeigt.

Die Stößelstange 8 der Ventilsteuerung hat ein Kugelendstück 31, das gegen eine entsprechende Kugelfläche 32 des bewegbaren Stellkörpers l6 stößt. Zweckn.aßigerweise wird die axiale Länge des Fortsatzes 29 am Stellkörper l6 derart gewählt, daß seine Stirnfläche 29a gegen die zugeordnete Fläche an der Stirnwand I3 anschlägt, wenn der Fortsatz 29 bzw. der Stellkörper l6 in der untersten Endstellung ihrer Bewegungsbahn sind; dieser Zustand liegt vor, wenn das Öl in der Kammer 17 nicht unter Druck ist. Ein federnder Ring 35, der in eine passende Ringnut in der Seitenwand l4 des becherförmigen Stößelkörpers 12 eingesetzt ist, bildet einen oberen Endanschlag für die Relativbewegung des bewegbaren Stellkörpers l6 mit Bezug zum Stößelkörper 12.

aus noch zu erläuternden Gründen wird zweckmäßigerweise das untere Ende des axialen Fortsatzes 29 in einem Hohlraum "$k (Fig. k), der in der Stirnwand 13 des becherförmigen Stößelkörpers 12 ausgebildet ist, aufgenommen.

Der Stößel arbeitet in der nachstehend erläuterten Weise. Wenn der Stößel in der Ruhelage ist, befindet sich kein Fluid in der Kammer I7 (oder sie ist auf atmosphärischem Druck), und deshalb ist der bewegbare Stallkörper l6 in seiner untersten Endlage, in der die Stirnfläche ?<9a mit der Stirnwand I3 des becherförmigen Stößelkörpers 12 in Anlage ist. Sobald der Motor gestartec wird, gelangt Öl unter Druck an die Öffnung 21 des Motorblocks und fließt

I > Il

von hier durch die Ringnut 20, die öffnung 20a und den Ringraum 18 zu dem Sitzen 22 und an diesen vorbei zur Kammer 17, denn die Kugeln 23 haben auf Grund ihres Gewichts einen Abstand zu den Sitzen 22 und liegen am Haltering 25 (Fig.2 und k) oder auf den Haltestiften 30 (Fig. 3) auf. Die Menge des in die Kammer 17 eintretenden Öls ist diejenige, die notwendig ist, um den bewegbaren Stellkörper l6 vom becherförmigen Stößelkörper 12 mit einem solchen Maß in Abstand zu halten, das ausreichend ist, um jegliches Spiel im Übertragungstriebwerk zwischen dem Nocken 7 und dem Kipphebel 9 (Fig* I) auszuschalten.

Während des Öffnens des Ventils steigt wegen der vom Nocken 7 auf den Stößel 6 ausgeübten Kraft der Öldruck in der Kammer 17 an, was zur Folge hat, daß die Kugeln 23 gegen ihre zugeordneten Sitze 22 gedrückt werden, so daß ein Austritt von Öl aus der Kammer 17 verhindert wird. In dieser Phase wirkt somit das in der Kammer enthaltene Öl als ein geeignetes hydraulisches Lager, das in der Lage ist, die beiden becherförmigen Körper in ihren korrekten Relativ-Axiallagen zu halten. Es hat sich gezeigt, daß mit dem beschriebenen Stößel gemäß der Erfindung während des Motorbetriebs ein Spiel im Übertragungstriebwerk zwischen Nocken sowie Ventil restlos ausgeschaltet und das auf das Vorhandensein eines solchen Spiels zurückzuführende Klappern oder "Klingeln" völlig unterdrückt werden.

Die Zeit, die notwendig ist, um ein solches Spiel aufzuheben, ist sehr kurz und viel geringer, als diejenige Zeit, die benötigt wird, um die gleiche Wirkung bei Stößeln ähnlicher Art nach dem Stand der Technik zu erzielen* Ferner wird eine vollständige Füllung dieser Kammer auch bei sehr niedrigen Öldrücken erhalten, wie sie vorliegen, wenn der Motor langsam lauft, wobei die Öldrücke nicht ausreichen, um die Kammer bekannter, eingangs erwähnter Stößel zu füllen.

4 1 · I » ·

Dieses günstige Verhalten eines Stößels gemäß der Erfindung ist u.a. wohl auch auf die vorteilhafte Abdichtung, die unter allen Anwendungs- bzw. Betriebsbedingungen durch die für den erfindungsgemäßen Stößel konzipierten Absperrglieder erreicht wird, auf das Fehlai von Federn, die eine nicht unbeträchtliche Kraft für das Öffnen solcher Glieder benötigen, und auf den geringen, durch die Trägheit dieser Glieder ausgeübten Einfluß zurückzuführen.

Es ist somit augenscheinlich, daß der Aufbau des beschriebenen Stößels sehr einfach ist, was erlaubt, auf Federelemente vollkommen zu verzichten. Darüber hinaus bietet die Konstruktion seiner Teile keinerlei technologische Schwierigkeiten; diejenigen Bereiche, die mit irgendeiner Präzision von Bedeutung bearbeitet werden müssen, sind nur von sehr geringem Ausmaß; von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet, ist der empfindlichste Bereich eigentlich nur der von den Sitzen 22 für die Kugeln 23 gebildete Bereich, und dieser hat eine nur geringe Ausdehnung, er ist leicht zugänglich und von einer einfachen sowie günstig bestimmten geometrischen Gestalt.

Auf Grund des sehr einfachen Aufbaus ist ein sicherer Betrieb des Stößels auch über lange Zeiträume gewährleistet; es sind keine Bauteile vorhanden, die sich elastisch während des Betriebs verformen und somit Anlaß zu Brüchen durch Materialermüdung bieten könnten.

Die Ausführungsform von Fig. d, wobei der untere axiale Fortsatz 29 des bewegbaren Stellkörpers 16 ständig im Hohlraum 5k aufgenommen 1st, ist immer dann von besonderem Vorteil, wenn gefordert wird, daß in jedem Betriebszustand - und insbesondere bei Starten des Motors bei sehr niedriger Temperatur - die Kraft, die das in der Kammer 17 enthaltene Öl auf den bewegbarnn Stellkörper l6 ausübt, nicht sehr hoch

■■■'.. ^: ■ i ·;"·;

sein und unter einem vorbestimmten Wert liegen soll. Wie bekannt ist, kann das Öl im Motor abnormale, sogar sehr hohe Drücke annehmen, wenn der Motor unter Bedingungen einer sehr niedrigen Umgebungstemperatur gestartet wird. Durch die Ausbildung gemäß Fig. 4 ist der Bereich, in dem dieser abnormale Druck ausgeübt wird, sehr klein, denn das ist nur der Bereich des Ringes, dessen Außen- bzw. Innendurchmesser gleich dem Durchmesser der Kammer 17 bzw. des Portsatzes 29 ist, und damit ist die Kraft, die er auf die Stößelstange 8 überträgt, sehr gering; wäre diese Kraft übermäßig groß, so könnte sie die Kraft der Feder 10 (Fig. 1) überwinden, so daß das Ventil 3 geöffnet wird. Tatsächlich ist während der anfänglichen Startperiode - während welcher der erwähnte abnormale Überdruck erzeugt werden kann - wegen der Schwierigkeit einer Leckage, d.h. wegen der praktischen Unmöglichkeit des Auftretens einer solchen zwischen den eng aneinanderliegenden Flächen des Fortsatzes 29 und des Hohlraumes 34 der Druck in diesem Raum während der genannten Periode im wesentlichen gleich dem bei Motorstillstand vorhandenen Druck, d.h. gleich Atmosphärendruck.

- 14 Zus amtnenf a s sung

Ein selbsteinstellender Stößel (6) für ein über eine Stößelstange (8) oben- oder seitengesteuertes Ventil einer Brennkraftmaschine weist einen becherförmigen Stößolkörper (12) mit einer Stirnwand (13), die an einem Nocken (7) einer Nockenwelle (1) anliegt, und mit einer Seitenwand (l4), die in einer Führung (15) im Motorblock verschiebbar ist, auf. In dem Stößelkörper ist ein Stellkörper (l6) bewegbar aufgenommen, der zusammen mit dem Stößelkörper eine Kammer (17) begrenzt, die mit einem unter Druck stehenden Fluid, insbesondere mit Schmieröl des Motors, über Durchgänge (19, 20, 20a) in den beiden Körpern (12, l6) zu füllen ist. Die Durchgänge (19) im innen liegenden Stellkörper (l6) weisen jeweils ein Absperrventil auf, das als Kugel (23) ausgebildet und in einem kegelförmigen Ventilsitz (22) an der Öffnung der Durchgänge (19) zur Kammer (17) aufgenommen ist. Die Kugeln sind so angeordnet, daß sie unter der Schworkraft in der Offenlage bleiben und bei einen bestimmten Wert überschreitendem Dz-uck in der Kammer (17) in die Schlioßlage gelangen. Mit Bezug auf ihre.Sitze (22) werden die Kugeln (23) von einem am Stellkörper (l6) angebrachten Halteglied (27) festgehalten.

(zu veröffentlichen mit Fig. 2)

Claims (1)

tansprüche

1. Selbsteinstellender hydraulischer Stößel für die Steuerung eines Ventils in einer Brennkraftmaschine mit Betätigung des Ventils durch eine Nockenwelle sowie durch ein Übertragungstriebwerk mit einer gegen den Stößel anstoßenden Stößelstange und einem von dieser betriebenen Kipphebel, wobei der Stößel einen becherförmigen Stößelkörper mit einer gegen einen Nocken der Nockenwelle anliegenden Stirnfläche sowie mit einer verschiebbar in einem passenden Führungssitz im Motorblock aufgenommenen Seitenwand aufweist und in dem becherförmigen Stößelkörper ein Stellkörper verschiebbar aufgenommen ist, gegen den die Stößelstange anstößt und der in dem becherförmigen Stößelkörper eine erste, über einen Durchgang mit einer Druckfluidquelle in Verbindung stehende Kammer ab-

grenzt, und wobei im Verlauf des Durchgangs wenigstens ein Absperrglied für das Fluid vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrglied aus einer mit einem passenden Sitz (22) im Verlauf des Durchgangs (19) zusammenarbeitenden Kugel (23), die den Durchgang selbst schließt, besteht und daß der Sitz an dem bewegbaren Stößelkörper (16) in dem Bereich, in dem der Durchgang (19) zur ersten Kammer (17) hin öffnet, ausgebildet ist.

Stößel nach Anspruch I₁ wobei der bewegbare "iellkörper einen Hingraum aufweist, der zusammen mit der Seitenwand des becherförmigen Stößelkörpers eine zweite, einen Teil des Durchgangs bildende Ring'iammer begrenzt und wenigstens eine im wesentlichen axial verlaufende Bohrung die zweite Kammer mit der ersten verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (22) in dem Bereich ausgebildet ist, in dem die Bohrung (19) in die erste Kammer (17) austritt.

Stößel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerung der Kugeln (23) mit Bezug zu ihren zugeordneten Sitzen (22) auf einen vorbestimmten Wert begrenzende Anschlagglieder (26,27,30) vorgesehen sind, die an einem axialen Fortsatz (29) des bewegbaren Stellkörpers (l6) befestigt sind.

Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ekennzeich.net, daß der axiale Fortsatz (29) des bewegbaren Stellkörpers (l6) zur Bildung eines Anschlags in dessen Bewegung zu der Stirnwand (13) des becherförmigen Stößelkörpers (6) hin eine vorbestimmte Länge hat.

• ι · ·

Stößel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnwand (13) des becherförmigen Stößelkörpers (6) ein zur Aufnahme des Endteils des axialen Portsatzes (29) geeigneter Hohlraum (3^) ausgebildet ist.