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WO2002040833A1 - Mechanisches ventilspielausgleichselement für einen ventiltrieb an einer kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Mechanisches ventilspielausgleichselement für einen ventiltrieb an einer kolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2002040833A1
WO2002040833A1 PCT/EP2001/012157 EP0112157W WO0240833A1 WO 2002040833 A1 WO2002040833 A1 WO 2002040833A1 EP 0112157 W EP0112157 W EP 0112157W WO 0240833 A1 WO0240833 A1 WO 0240833A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure part
valve
pressure
torsion spring
element according
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/012157
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Duesmann
Original Assignee
Fev Motorentechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fev Motorentechnik Gmbh filed Critical Fev Motorentechnik Gmbh
Priority to DE10194642T priority Critical patent/DE10194642D2/de
Priority to JP2002543130A priority patent/JP2004514084A/ja
Priority to US10/181,222 priority patent/US6834628B2/en
Publication of WO2002040833A1 publication Critical patent/WO2002040833A1/de
Priority to US11/002,310 priority patent/US7146953B2/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically

Definitions

  • valve clearance compensation element between the shaft end of the gas exchange valve on the one hand and the valve train acting on it (camshaft camshaft, valve actuation lever or the like Compensate for changes in the height of the shaft end when the gas exchange valve is closed compared to the valve train.
  • a hydraulic valve lash compensation element is used, which essentially consists of a cup-shaped cylinder and a piston guided therein, the cylinder interior being pressurized with pressure oil, so that the two parts can be spread apart and each without play on
  • a throttle point which is provided, for example, by a defined gap between the cylinder wall and the piston, can also change the height of the shaft end relative to the valve train during operation, be it through thermal expansion , be it by wear of the valve seat, can be compensated, since the total length of the valve clearance compensation element can be shortened via the oil drain through the throttle point.
  • a throttle point which is provided, for example, by a defined gap between the cylinder wall and the piston, can also change the height of the shaft end relative to the valve train during operation, be it through thermal expansion , be it by wear of the valve seat, can be compensated, since the total length of the valve clearance compensation element can be shortened via the oil drain through the throttle point.
  • Such hydraulic valve lash adjusters have proven their worth and are used today in practically all piston internal combustion engines.
  • the invention is based on the object of eliminating the disadvantages described above by means of a mechanical valve lash adjuster with a simple structure and high functionality.
  • a mechanical valve lash adjuster for a valve train on a piston internal combustion engine with a first pressure part which is axially displaceable relative to a second pressure part and rotatable about the displacement axis, and with one between the first pressure part and the second pressure part effective, axially flexible at least limited
  • Torsion spring element furthermore with at least one spiral surface on the first pressure part, to which a corresponding spiral surface on the second pressure part is assigned on the one hand and which form a spiral surface pair, the surfaces of the spiral surface pair being designed as a rough surface and being pressed together by the torsion spring element.
  • valve lash adjuster in the rest state, which corresponds to the closed position of the gas exchange valve, the action of the torsion spring element pushes the two pressure parts apart to eliminate any play, but with their spiral surfaces lie against each other.
  • the valve train can be formed directly by the cam of a camshaft or via valve actuation levers (rocker arms, rocker arms or the like). This ensures that any play is compensated for by the low force between the two pressure parts during the closing time of the valve.
  • the roughened surface prevents the two pressure parts from rotating relative to one another, so that a shortening of the compensating element in the form of screwing together is prevented.
  • the roughened surface is designed as a form-fitting surface, for example in the form of a stair profile with inclined step surfaces, so that only an increasing valve clearance can be compensated, since the step edges each prevent the pressure parts from turning back relative to one another in order to shorten the compensating element.
  • the "step height" suitably corresponds to an approved work cycle.
  • a further development provides a mechanical valve lash adjuster in which a sliding sleeve comprising the first pressure part is provided and an expansion spring element which is effective between the second pressure part and the sliding sleeve, and a further parallel, vertically offset spiral surface and a corresponding spiral surface on the first pressure part is assigned to the sliding sleeve and which likewise form a spiral surface pair, the surfaces of the one spiral surface pair being designed to be slidable and pressed together by the torsion spring element, and at least one surface of the other spiral surface pair being designed as a rough surface, the surfaces of which are small and form a work cycle AS Distance from each other stand and are only brought into contact with each other during the valve opening process.
  • the elements lying against each other via the spiral surface pair are displaced against the force of the spreading spring in the direction of the second pressure part, so that after bridging a distance forming a working cycle, the spiral surfaces provided with rough surfaces Chenproject comes together to the plant.
  • the surface roughness of the two roughened surfaces causes a form fit when touched, so that the two pressure parts form a rigid body in spite of the actuating force acting in the opening direction against the closing force of the valve spring, since twisting of the two pressure parts in the form of "screwing together" is not possible.
  • the two pressure parts are pushed apart by the spreading spring, the two pressure parts being pressed apart by the force of the spreading spring between the two surfaces of the slidably designed spiral surface pair, and any existing valve play by relative rotation against one another, that is larger than the specified working cycle balanced.
  • the slope of the spiral surface pairs running parallel to one another is chosen such that no self-locking can occur on the sliding surface spiral pair.
  • the force effect of the spreading spring via the sliding surfaces on the torsion spring element is dimensioned significantly larger than the restoring force of the torsion spring element.
  • Ventilation openings are provided for spaces which are enclosed by the pressure parts and / or a pressure part and the sliding sleeve. This avoids, on the one hand, that air cushions and / or oil accumulations can build up in these rooms and, on the other hand, this ensures that oil mist can penetrate these rooms, albeit with little ventilation, and thus the relatively moving surfaces of the individual Parts are lubricated.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a mechanical valve lash adjuster in vertical section
  • Fig. 2 shows a further development of the valve lash adjuster according to. 1 in vertical section
  • Fig. 3 shows a section. the line III-III in Fig. 2,
  • 5 shows an installation example for a valve train formed by a cam
  • 6 shows an installation example for a valve train designed as a rocker arm
  • FIG. 7 shows an installation example for a valve train designed as a rocker arm
  • Fig. 8 shows an installation example with support anchors.
  • FIG. 1 The schematic representation of an exemplary embodiment of a mechanical valve lash adjuster shows in FIG. 1 a first, for example stem-shaped or piston-shaped pressure part 1, which is axially displaceable relative to a second pressure part 2 and rotatable about the displacement axis A, which is, for example, cup-shaped or cylindrical is trained.
  • the free end 14 of the second pressure part 2 is supported, for example, on a rocker arm 22 to be actuated.
  • the first pressure part 1 is held stationary or is connected to a valve train.
  • the first pressure part 1 is provided on its side facing the second pressure part 2 with a helical surface 9.1, to which a corresponding helical surface 9.2 on the second pressure part 2 is assigned.
  • the mutually assigned spiral surfaces form a spiral surface pair 9.
  • at least one spiral surface is designed as a rough surface, the coefficient of friction of this rough surface should be at least 0.4 ⁇ m.
  • rough surface encompasses any surface structure which prevents the surfaces from sliding freely on one another. This can be formed by roughening or targeted shaping, for example via a tooth profile, a wave profile or a step profile with sloping step surfaces that are aligned at an angle to the helical surface.
  • the profile depth or "roughness depth” is up to a few 1/10 milli- meters on both helical surfaces 9.1 and 9.2, so that form-fitting surfaces are formed which reliably prevent rotation of the two pressure parts when engaged.
  • the helical surfaces 9.1 and 9.2 are in contact with each other over a considerable length, the surface pressure acting between them can be significantly reduced and wear can be minimized. It is also sufficient if the length of the helical surface corresponds approximately to the circumference of the pressure part, the slope having to be selected so that there is certainly no self-locking except for the inhibition of the roughness.
  • the broken right side of the first pressure part 1 shows the course of the helical surface 9.2 on the second pressure part 2.
  • a torsion spring element 10 Arranged between the first pressure part 1 and the second pressure part 2 is a torsion spring element 10, which is shown here as a spiral spring and which between the two pressure parts causes a restoring force which can twist the two pressure parts if there is play that is greater than is the specified roughness depth.
  • the torsion spring element 10 is designed in such a way that when it is screwed together in the axial direction it is either axially displaceable in its anchoring or is also flexible in the axial direction, for example if a round cross-section is selected instead of a rectangular cross-section for the spiral.
  • the end face 11 of the first pressure part 1 lies against a fixed anchorage or, as shown in FIG. 2, against the control contour 12 of a control cam 13.
  • The, for example, convexly curved end face 14 of the second pressure part 2 lies against the free end of the valve stem 15 of a gas exchange valve or an actuating element 22.
  • the schematic representation acc. Fig. 2 shows another, according to the embodiment.
  • Fig. 1 developed embodiment for a mechanical valve lash adjuster.
  • the second pressure part 2 is surrounded on its outside by a sliding sleeve 3, which is provided at its free end 4 with an end stop 5, which is assigned a collar-shaped extension 6 on the second pressure part 2.
  • an expansion spring element 7 is arranged, for example in the form of a helical compression spring, through which the second pressure part 2 with its shoulder 6 is pressed against the end stop 5.
  • the first pressure part 1 is provided on its side facing the second pressure part 2 and the sliding sleeve 3 with two parallel, height-offset spiral surfaces 8.1 and 9.1, each of which has a corresponding spiral surface 8.2 on the sliding sleeve 3 and a spiral surface 9.2 on the second
  • the mutually assigned helical surfaces each form a helical surface pair 8 and 9.
  • the helical surfaces 8.1 and 8.2 of the helical surface pair 8 are designed to be smooth and thus slidable, the coefficient of friction should expediently not exceed 0.2 ⁇ m.
  • At least one spiral surface of the spiral surfaces 9.1 and 9.2 of the spiral surface pair 9 is designed as a rough surface.
  • the broken right side of the first pressure part 1 shows the course of the helical surface 8.2 on the sliding sleeve 3 and the helical surface 9.2 on the second pressure part 2.
  • the torsion spring element 10 is arranged, which causes the restoring force between the two pressure parts, which rotates the two pressure parts on the spiral surface pair 8 sliding.
  • the sliding sleeve 3 together with the first pressure part 1 is pressed against the control contour 12 of the cam 13 via the spreading spring 7.
  • the second pressure part 2 is pressed with its end face 14 against the end of the valve stem 15. This ensures that the valve clearance compensation element is held free of play between the cam 13 on the one hand and the valve stem 15 on the other.
  • the lateral fixation depends on the respective installation situation, for which exemplary embodiments are given below.
  • the force effect of the torsion spring 10 connecting the first and the second pressure part to one another is now oriented such that the torsion spring 10 tries to screw the two pressure parts into one another, so that a tight fit of the helical surface pair 8 is ensured.
  • the two helical surface pairs 8 and 9 are arranged offset in height from each other by a measure of a few micrometers, so that a working cycle AS is present.
  • a correspondingly predetermined play S between the shoulder 6 on the second pressure part 2 and the end stop 5 on the sliding sleeve 3 ensures that the overall arrangement between the control contour of the cam 13 and the valve stem 15 is free of play.
  • the working cycle AS remains in a constant size.
  • the design of the individual springs is such that the force effect of the spreading spring 7 via the sliding surfaces 8 on the torsion spring element 10 is dimensioned significantly larger than the restoring force of the torsion spring element 10.
  • the force of the spreading spring 7 must be significantly less than the closing force of the Valve spring 16.
  • Fig. 3 is a horizontal section through the embodiment acc. 13 is shown along the line III-III in FIG. 1.
  • the spiral spring 10 is made of strip material and is held with its outer free end 10.1 in a corresponding groove 10.2 in the second pressure part 2, so that the longitudinal mobility specified by the working cycle AS is ensured.
  • a strip material it may be appropriate to use a
  • the torsion spring 10 designed as a spiral spring can be firmly clamped with both ends, since the round material ensures sufficient deformation in the axial direction.
  • the horizontal cut applies to the execution acc. Fig. 1 accordingly.
  • the space 10.3 surrounding the torsion spring element 10 is vented via the groove 10.2 which is open to the outside.
  • the space 7.1 surrounding the spreading spring 7 is also vented via a corresponding groove, not shown here, so that no air cushion can build up in these rooms during the movement.
  • FIG. 1 is a modification of the embodiment according to. Fig. 1 and Fig. 2, which is essentially only from the embodiment according to. Fig. 1 differs that the torsion spring 10 is designed as a leg spring and is mounted on the outside of the sliding sleeve 3 and is fixed at one end to the first pressure part 1, while the other end is fixed to the sliding sleeve 3.
  • valve clearance compensation element VSA is held in a bearing body 19, which is guided in the cylinder head 20 so as to be displaceable.
  • the bearing body 19 is directly associated with the end of the valve stem 15 with its valve spring 16, so that the cam 13 with its control contour 12 can act directly on the end face 21 of the bearing body 19.
  • Fig. 6 the arrangement of the valve lash adjuster VSA according to the invention is shown schematically in a rocker arm 22 which rests with its one end via the valve lash adjuster VSA on the valve stem 15 and with its other end via a roller 23 on the cam 13 of the camshaft.
  • Fig. 7 shows schematically the arrangement on a rocker arm 24, which is supported with one end directly on the valve stem 15 and with its other end on a valve lash adjuster VSA mounted in the cylinder head 20.
  • the rocker arm 24 in turn rests on the control contour 12 of the cam 13 via a roller 23.
  • the control contour 12 of the cam 13 can now be designed such that it is provided with a pre-cam at the beginning 12.1 of the opening stroke, which ensures that the working cycle AS is quickly overcome.
  • Fig. 8 shows a modification of the arrangement according to. Fig. 6 with a valve lash adjuster according. Fig. 1.
  • the rocker arm 22 is pivotally mounted on the valve lash adjuster VSA, which is supported on the engine block via a support anchor 25. The movement is initiated via the cam 13 or a plunger.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem ersten Drückteil (1), das relativ zu einem zweiten Druckteil (2) axial verschiebbar und um die Verschiebeachse verdrehbar gehalten ist, sowie mit einem zwischen dem ersten Druckteil (1) und dem zweiten Druckteil (2) wirksamen, axial zumindest begrenzt nachgebiebigen Torsionsfederelement (10), ferner mit wenigstens einer Wendelfläche (9.1) am ersten Druckteil (1), der eine entsprechende Wendelfläche (9.2) am zweiten Druckteil (2) zugeordnet ist und die ein Wendelfächenpaar (9) bilden, wobei die Flächen des Wendelfläcenpaares (9) als Rauhfläche ausgebildet sind und durch das Torsionsfederelement (10) aneinandergedrückt werden.

Description

Bezeichnung: Mechanisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine
Beschreibung
An Kolbenbrennkraftmaschinen ist es erforderlich, jeweils zwischen dem Schaftende des Gaswechselventils einerseits und dem hierauf einwirkenden Ventiltrieb (Nocken der Nockenwelle, Ventilbetätigungshebel oder dergl.) andererseits, ein Ventilspielausgleichselement anzuordnen, um sowohl temperaturbedingte Veränderungen der Länge des Ventilschaftes als auch durch einen Verschleiß des Ventilsitzes bedingte Änderungen der Höhenlage des Schaftendes bei geschlossenem Gaswechsel- ventil gegenüber dem Ventiltrieb auszugleichen. Hierzu wird ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement verwendet, das im wesentlichen aus einem topfförmigen Zylinder und einem — darin geführten Kolben besteht, wobei der Zylinderinnenraum mit Drucköl beaufschlagbar ist, so daß die beiden Teile aus- einandergespreizt werden können und jeweils spielfrei am
Schaftendedes Ventils einerseits und am Ventiltrieb andererseits zur Anlage kommen, über eine Drosselstelle, die beispielsweise durch einen definierten Spalt zwischen Zylinderwandung und Kolben vorgesehen ist, kann auch während des Be- triebes eine Veränderung der Höhenlage des Schaftendes gegenüber dem Ventiltrieb, sei es durch thermische Dehnung, sei es durch Verschleiß des Ventilsitzes, ausgeglichen werden, da über den Olabfluß durch die Drosselstelle die Gesamtlänge des Ventilspielausgleichselementes verkürzbar ist. Derartige hy- draulische Ventilspielausgleichselemente haben sich bewährt und werden heute bei praktisch allen Kolbenbrennkraftmaschinen eingesetzt.
Der Nachteil der hydraulischen Ventilspielausgleichselemente besteht jedoch darin, daß speziell hierfür eine Ölversorgung vorhanden sein muß, die einen erheblichen konstruktiven und herstellungstechnischen Aufwand am Zylinderkopf erfordert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß jede Änderung der Viskosität des verwendeten Öls die Funktion eines derartigen hydraulischen Ventilspielausgleichs maßgeblich beeinflußt, so daß die Auslegung einer optimalen Nockenform für alle Be- triebszustände praktisch nicht möglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht in dem hohen Ölbedarf, was zur Folge hat, daß die Ölpumpe auch für kritische Betriebszustände, beispielsweise einen Heißleerlauf, ausgelegt werden muß und damit für den normalen Betrieb überdimensioniert ausgelegt ist.
Aus EP-A-0 032 284, DE-A-36 07 170 und O90/10787 sind ferner mechanische Spielausgleichselemente bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend dar- gestellten Nachteile durch ein mechanisches Ventilspielausgleichselement mit einfachem Aufbau und hoher Funktionstüchtigkeit zu beheben.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein me- chanisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem ersten Druckteil, das relativ zu einem zweiten Druckteil axial verschiebbar und um die Verschiebeachse verdrehbar gehalten ist, sowie mit einem zwischen dem ersten Druckteil und dem zweiten Druckteil wirksamen, axial zumindest begrenzt nachgiebigen
Torsionsfederelement, ferner mit wenigstens einer Wendelfläche am ersten Druckteil, der eine entsprechende Wendelfläche am zweiten Druckteil einerseits zugeordnet ist und die ein Wendelflächenpaar bilden, wobei die Flächen des Wendelflä- chenpaares als Rauhfläche ausgebildet sind und durch das Torsionsfederelement aneinandergedrückt werden.
Der Vorteil dieses mechanischen Ventilspielausgleichselemen- tes besteht darin, daß im Ruhezustand, der der Schließstel- lung des Gaswechselventils entspricht, durch die Wirkung des Torsionsfederelementes die beiden Druckteile zur Beseitigung eines etwaigen Spiels auseinandergedrückt werden, aber mit ihren Wendelflächen aneinanderliegen. Der Ventiltrieb kann hierbei unmittelbar durch den Nocken einer Nockenwelle oder aber über Ventilbetätigungshebel (Kipphebel, Schlepphebel oder dergl.) gebildet werden. Hierdurch ist sichergestellt, daß bei der geringen Kraftwirkung zwischen den beiden Druckteilen während der Schließzeit des Ventils ein etwaiges Spiel ausgeglichen wird.
Beim anschließenden Öffnungshub mit der zum Öffnen größeren Kraftwirkung verhindert die Rauhfläche ein Verdrehen der beiden Druckteile gegeneinander, so daß eine Verkürzung des Ausgleichselementes in Form eines Zusammenschraubens unterbunden wird.
Die Rauhfläche ist in einer Ausgestaltung der Erfindung als Formschlußfläche, beispielsweise in Form eines Treppenprofils mit geneigten Stufenflächen ausgebildet, so daß nur ein Ausgleich eines zunehmenden Ventilspiels möglich ist, da die Stufenkanten jeweils ein Zurückdrehen der Druckteile relativ zueinander im Sinne einer Verkürzung des Ausgleichselementes sperren. Die "Stufenhöhe" entspricht hierbei zweckmäßigerweise einem zugelassenen Arbeitsspiel.
Eine Weiterbildung sieht ein mechanisches Ventilspielaus- gleichselement vor, bei dem eine den ersten Druckteil umfassende Schiebehülse vorgesehen ist und ein zwischen dem zweiten Druckteil und der Schiebehülse wirksames Spreizfederelement angeordnet ist, ferner am ersten Druckteil eine weitere parallel verlaufende, höhenversetzte Wendelfläche und eine entsprechende Wendelfläche an der Schiebehülse zugeordnet ist und die ebenfalls ein Wendelflächenpaar bilden, wobei die Flächen des einen Wendelflächenpaares gleitfähig ausgebildet sind und durch das Torsionsfederelement aneinandergedrückt werden und wobei wenigstens eine Fläche des anderen Wendel- flächenpaares als Rauhfläche ausgebildet ist, dessen Flächen in geringem, ein Arbeitsspiel AS bildenden Abstand zueinander stehen und nur jeweils während des Ventilöffnungsvorganges aneinander zur Anlage gebracht werden.
Zur Einleitung der Ventilöffnung werden hierbei die über das Wendelflächenpaar aneinanderliegenden Elemente, in der Regel das erste Druckteil und die Schiebehülse gegen die Kraftwirkung der Spreizfeder in Richtung auf das zweite Druckteil verschoben, so daß nach Überbrückung eines ein Arbeitsspiel bildenden Abstandes das mit Rauhflächen versehene Wendelflä- chenpaar aneinander zur Anlage kommt. Die Oberflächenrauhigkeit der beiden Rauhflächen bewirkt bei Berührung einen Formschluß, so daß die beiden Druckteile trotz der in Öffnungsrichtung gegen die Schließkraft der Ventilfeder wirkenden Betätigungskraft einen in sich starren Körper bilden, da ein Verdrehen der beiden Druckteile in Form eines "Zusammenschraubens" nicht möglich ist.
Sobald nach Abschluß des vollen Ventilhubes die Schließstellung wieder erreicht ist, werden die beiden Druckteile über die Spreizfeder auseinandergedrückt, wobei über die Kraftwirkung der Spreizfeder zwischen den beiden Flächen des gleitfähig ausgebildeten Wendelflächenpaares die beiden Druckteile auseinandergedrückt und durch ein relatives Verdrehen gegeneinander ein etwa vorhandenes Ventilspiel, das größer ist als das vorgegebene Arbeitsspiel ausgeglichen. Die Steigung der parallel zueinander verlaufenden Wendelflächenpaare ist so gewählt, daß an dem gleitfähig ausgebildeten Wendelflächenpaar keine Selbsthemmung auftreten kann.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kraftwirkung der Spreizfeder über die Gleitflächen auf das Torsionsfederelement deutlich größer bemessen ist als die Rückstellkraft des Torsionsfederelementes. Hierdurch ist gewährleistet, daß durch wechselnde Betriebszustände, bei- spielsweise thermisch bedingte Änderungen des Ventilspiels sowohl in positiver als auch in negativer Richtung, d. h. ein Spreizen oder ein Einsinken gewährleistet ist, solange die Rauhflächen sich nicht berühren. Hierdurch wird auch bei sich ändernden Ventilspielen ein größeres Spiel bis auf das vorgegebene geringe Arbeitsspiel immer zuverlässig ausgeglichen. Die Rauhtiefe der Rauhfläche muß kleiner sein als das zuge- lassene Arbeitsspiel.
Zweckmäßig ist es, wenn in Ausgestaltung der Erfindung für Räume, die von den Druckteilen und/oder einem Druckteil und der Schiebehülse umschlossen sind, Ventilationsöffnungen vor- gesehen sind. Damit ist zum einen vermieden, daß in diesen Räumen sich Luftkissen und/oder Ölansammlungen aufbauen können und zum anderen ist hierdurch gewährleistet, daß über eine, wenn auch geringe Ventilation, Ölnebel in diese Räume eindringen kann und so die sich relativ zueinander bewegenden Flächen der einzelnen Teile geschmiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Ventilspielausgleichselementes im Vertikalschnitt,
Fig. 2 eine Weiterbildung des Ventilspielausgleichselementes gem. Fig. 1 im Vertikalschnitt,
Fig. 3 einen Schnitt gem. der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 angewandelte Ausführungsform im Vertikalschnitt,
Fig. 5 ein Einbaubeispiel für einen durch einen Nocken gebildeten Ventiltrieb, Fig. 6 ein Einbaubeispiel für einen als Kipphebel ausgebildeten Ventiltrieb,
Fig. 7 ein Einbaubeispiel für einen als Schlepphebel ausgebildeten Ventiltrieb,
Fig. 8 ein Einbaubeispiel mit Stützanker.
Die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles für ein mechanisches Ventilspielausgleichselement zeigt in Fig. 1 ein erstes, beispielsweise stempeiförmig oder kolbenförmig ausgebildetes Druckteil 1, das relativ zu einem zweiten Druckteil 2 axial verschiebbar und um die Verschiebeachse A drehbar gehalten ist, das beispielsweise topfförmig oder zy- linderförmig ausgebildet ist. Der zweite Druckteil 2 stützt sich mit seinem freien Ende 14 beispielsweise auf einen zu betätigenden Schlepphebel 22 ab. Der erste Druckteil 1 ist je nach Anwendung ortsfest gehalten oder steht mit einem Ventil- trieb in Verbindung.
Der erste Druckteil 1 ist an seiner dem zweiten Druckteil 2 zugekehrten Seite mit einer Wendelfläche 9.1 versehen, der eine entsprechende Wendelfläche 9.2 am zweiten Druckteil 2 zugeordnet ist. Die einander zugeordneten Wendelflächen bilden ein Wendelflächenpaar 9. Von den Wendelflächen 9.1 und 9.2 des Wendelflächenpaares 9 ist wenigstens eine Wendelfläche als Rauhfläche ausgebildet, wobei der Reibwert dieser Rauhfläche mindestens 0,4 μm betragen sollte.
Der Begriff "Rauhfläche" umfaßt jede Oberflächenstruktur, die ein freies Gleiten der Flächen aufeinander verhindert. Dies kann durch Aufrauhen oder auch gezielte Formgebung gebildet werden, beispielsweise über ein Zahnprofil, ein Wellenprofil oder ein Stufenprofil mit abfallenden Stufenflächen, die unter einem Winkel zur Wendelfläche ausgerichtet sind. Die Profiltiefe bzw. "Rauhtiefe" beträgt bis zu einigen 1/10 Milli- metern auf beiden Wendelflächen 9.1 und 9.2, so daß Formschlußflächen gebildet werden, die bei Eingriff zuverlässig ein Verdrehen der beiden Druckteile verhindern.
Da die Wendelflächen 9.1 und 9.2 über eine beträchtliche Länge jeweils miteinander in Kontakt stehen, kann die zwischen ihnen wirkende Flächenpressung deutlich reduziert werden und ein Verschleiß minimiert werden. Es ist auch ausreichend, wenn die Länge der Wendelfläche etwa dem Umfang des Druck- teils entspricht, wobei die Steigung so gewählt sein muß, daß mit Sicherheit keine Selbsthemmung eintritt außer der Hemmung über die Rauhigkeit.
Die aufgebrochene rechte Seite des ersten Druckteils 1 läßt den Verlauf der Wendelfläche 9.2 am zweiten Druckteil 2 erkennen.
Zwischen dem ersten Druckteil 1 und dem zweiten Druckteil 2 ist ein Torsionsfederelement 10 angeordnet, das hier als Spi- ralfeder dargestellt ist und das zwischen den beiden Druckteilen eine Rückstellkraft bewirkt, die die beiden Druckteile verdrehen kann, wenn ein Spiel vorhanden ist, das größer als die vorgegebene Rauhtiefe ist.
Das Torsionsfederelement 10 ist hierbei so ausgebildet, daß es bei einem Ineinanderschrauben in axialer Richtung entweder in seiner Verankerung axial verschiebbar gehalten ist oder aber auch in axialer Richtung nachgiebig ist, beispielsweise wenn statt eines Rechteckquerschnittes für die Spirale ein Rundquerschnitt gewählt wird.
Die Stirnfläche 11 des ersten Druckteils 1 liegt an einer festen Verankerung oder, wie in Fig. 2 dargestellt, an der Steuerkontur 12 eines Steuernockens 13 an. Die beispielsweise konvex vorgewölbte Stirnfläche 14 des zweiten Druckteils 2 liegt am freien Ende des Ventilschaftes 15 eines Gaswechselventils oder einem Betätigungselement 22 an. Die schematische Darstellung gem. Fig. 2 zeigt ein weiteres, aus der Ausführungsform gem. Fig. 1 entwickeltes Ausführungsbeispiel für ein mechanisches Ventilspielausgleichselement. Hierbei ist der zweite Druckteil 2 auf seiner Außenseite von einer Schiebehülse 3 umfaßt, die an ihrem freien Ende 4 mit einem Endanschlag 5 versehen ist, dem ein kragenförmiger Ansatz 6 am zweiten Druckteil 2 zugeordnet ist.
In einem Freiraum 7.1 zwischen der Schiebehülse 3 und dem zweiten Druckteil 2 ist ein Spreizfederelement 7, beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder angeordnet, durch die der zweite Druckteil 2 mit seinem Ansatz 6 gegen den Endanschlag 5 gedrückt wird.
Der erste Druckteil 1 ist an seiner dem zweiten Druckteil 2 und der Schiebehülse 3 zugekehrten Seite mit zwei parallel verlaufenden, höhenversetzten Wendelflächen 8.1 und 9.1 versehen, denen jeweils eine entsprechende Wendelfläche 8.2 an der Schiebehülse 3 und eine Wendelfläche 9.2 am zweiten
Druckteil 2 zugeordnet ist. Die einander zugeordneten Wendelflächen bilden jeweils ein Wendelflächenpaar 8 und 9. Die Wendelflächen 8.1 und 8.2 des Wendelflächenpaares 8 sind hierbei glatt und damit gleitfähig ausgebildet, wobei der Reibwert zweckmäßigerweise 0,2 μm nicht überschreiten sollte. Von den Wendelflächen 9.1 und 9.2 des Wendelflächenpaares 9 ist wenigstens eine Wendelfläche als Rauhfläche ausgebildet.
Die aufgebrochene rechte Seite des ersten Druckteils 1 läßt den Verlauf den Wendelfläche 8.2 an der Schiebehülse 3 sowie der Wendelfläche 9.2 am zweiten Druckteil 2 erkennen.
Zwischen dem ersten Druckteil 1 und dem zweiten Druckteil 2 ist das Torsionsfederelement 10 angeordnet, das zwischen den beiden Druckteilen die Rückstellkraft bewirkt, die die beiden Druckteile auf dem Wendelflächenpaar 8 gleitend verdreht. Wie aus Fig.2 ersichtlich, wird über die Spreizfeder 7 die Schiebehülse 3 zusammen mit dem ersten Druckteil 1 gegen die Steuerkontur 12 des Nockens 13 gedrückt. Als Reaktionskraft wird entsprechend der zweite Druckteil 2 mit seiner Stirnflä- ehe 14 gegen das Ende des Ventilschaftes 15 gedrückt. Hierdurch ist sichergestellt, daß das Ventilspielausgleichselement spielfrei zwischen dem Nocken 13 einerseits und dem Ventilschaft 15 andererseits gehalten ist. Die seitliche Fixierung hängt von der jeweiligen Einbausituation ab, für die nachstehend Ausführungsbeispiele angegeben werden.
Die das erste und das zweite Druckteil miteinander verbindende Torsionsfeder 10 ist in ihrer Kraftwirkung nun so ausgerichtet, daß die Torsionsfeder 10 versucht, die beiden Druck- teile ineinanderzuschrauben, so daß eine dichte Anlage des Wendelflächenpaares 8 gewährleistet ist. Die beiden Wendelflächenpaare 8 und 9 sind um ein Maß von wenigen Mikrometern höhenversetzt zueinander angeordnet, so daß ein Arbeitsspiel AS vorhanden ist.
Bei einer Drehrichtung des Nockens 13 in Richtung des Pfeiles 16 wird mit Beginn 12.1 der durch die Steuerkontur 12 beginnenden Erhebung über den Grundkreis das erste Druckteil 1 gegen die Kraft der Spreizfeder 7 zusammen mit der Schiebehülse 3 nach unten bewegt. Obwohl die beiden Wendelflächen 8.1 und
8.2 glatt ausgebildet sind und damit eine Verdrehung des ersten Druckteils 1 gegenüber dem zweiten Druckteil 2 möglich wäre, ist die Bewegung jedoch so schnell, daß infolge von Massenträgheit und Reibungseinflüssen keine oder nur eine ge- ringfügige Verdrehung der beiden Teile gegeneinander stattfindet und nach Überwindung des Arbeitsspieles AS beim Wendelflächenpaar 9 die Wendelfläche 9.1 auf der Wendelfläche 9.2 aufsetzt. Da wenigstens eine Oberfläche des Wendelflächenpaares 9 als Rauhfläche ausgebildet ist, ist die Reibung so groß, daß trotz der hohen Axialkräfte beim Öffnungsvorgang ein Verdrehen des ersten Druckteils 1 gegenüber dem zweiten Druckteil 2 unterbunden ist und so die Gesamtanordnung als starrer Körper wirkt und den durch die Steuerkontur 12 des Nockens 13 vorgegebenen Öffnungshub auf den Ventilschaft 15 übertragen kann.
Beim nachfolgenden Schließhub verläuft die Gesamtbewegung in entgegengesetzter Richtung, so daß unmittelbar nach dem Aufsetzen des Ventils auf seinem Ventilsitz über die Spreizfeder 7 mit dem Grundkreis an der Steuerkontur 12 in der Anlage gehalten wird.
Durch ein entsprechend vorgegebenes Spiel S zwischen dem Ansatz 6 am zweiten Druckteil 2 und dem Endanschlag 5 an der Schiebehülse 3 ist eine spielfreie Anlage der Gesamtanordnung zwischen der Steuerkontur des Nockens 13 und dem Ventilschaft 15 gewährleistet.
Sollte aufgrund von Betriebsbedingungen sich der Abstand zwischen dem Grundkreis des Nockens 13 und dem freien Ende des Ventilschaftes 15 vergrößern, so wird diese Abstandsvergröße- rung zunächst über den Ausgleich des Spieles S zwischen Ansatz 6 und Endanschlag 5 über die Spreizfeder 7 ausgeglichen.
Wird dieses Spiel S dann noch überschritten, dann wird durch die Spreizfeder 7 über die Schiebehülse 3 die Wendelfläche 8.2 gegen die Wendelfläche 8.1 gepreßt, so daß durch diese Kraftwirkung der erste Druckteil 1 gegenüber dem zweiten Druckteil 2 gegen die Kraft der Torsionsfeder 10 herausgeschraubt wird. Dies ist deshalb möglich, weil die beiden Wendenflächen 8 glattflächig und damit gleitfähig ausgebildet sind und das durch die aneinanderliegenden Wendelflächen 8 gebildete "Gewinde" so bemessen ist, daß keine Selbsthemmung stattfindet.
Da die beiden Wendelflächenpaare 8 und 9 parallel laufend an- geordnet sind, bleibt das Arbeitsspiel AS in konstanter Größe vorhanden. Die Auslegung der einzelnen Federn ist so vorgesehen, daß die Kraftwirkung der Spreizfeder 7 über die Gleitflächen 8 auf das Torsionsfederelement 10 deutlich größer bemessen ist als die Rückstellkraft des Torsionsfederelementes 10. Ande- rerseits muß die Kraft der Spreizfeder 7 deutlich geringer sein als die Schließkraft der Ventilfeder 16.
In Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt durch die Ausführungsform gem. Fig. 13 entsprechend der Linie III-III in Fig. 1 darge- stellt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spiralfeder 10 aus Bandmaterial hergestellt und mit ihrem äußeren freien Ende 10.1 in einer entsprechenden Nut 10.2 im zweiten Druckteil 2 gehalten, so daß die durch das Arbeitsspiel AS vorgegebene Längsbeweglichkeit gewährleistet ist. Anstelle eines Bandmaterials kann es zweckmäßig sein, ein
Rundmaterial zu verwenden, so daß die als Spiralfeder ausgebildete Torsionsfeder 10 mit beiden Enden fest eingespannt werden kann, da durch das Rundmaterial eine ausreichende Verformung in axialer Richtung gewährleistet ist. Der Horizon- talschnitt gilt für die Ausführung gem. Fig. 1 entsprechend.
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 oder Fig. 2 ist der das Torsionsfederelement 10 umschließende Raum 10.3 über die nach außen hin offene Nut 10.2 entlüftet. Über eine entsprechende hier nicht näher dargestellte Nut ist auch der die Spreizfeder 7 umschließende Raum 7.1 entlüftet, so daß sich in diesen Räumen bei der Bewegung kein Luftpolster aufbauen kann.
Es kann hierbei zweckmäßig sein, statt einer Entlüftung über die Nut 10.1 eine gesonderte Bohrung 25 vorzusehen, so daß nicht nur eine Entlüftung gewährleistet ist, sondern auch gewährleistet ist, daß sich kein Ölvorrat im Raum 10.3 des zweiten Druckteils 2 ansammeln kann. Entsprechend sollte auch der Raum 7.1 entlüftet werden, um eine Ölansammlung zu ver- meiden. In Fig. 4 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellt, die sich im wesentlichen nur dadurch von der Ausführungsform gem. Fig. 1 unterscheidet, daß die Torsionsfeder 10 als Schenkelfeder ausgebildet ist und auf der Außenseite der Schiebehülse 3 gelagert ist und mit einem Ende am ersten Druckteil 1 festgelegt ist, während das andere Ende an der Schiebehülse 3 festgelegt ist. Die Drehbewegung zur Überbrückung des Arbeitsspiels AS erfolgt somit zwischen der Schiebehülse 3 und dem ersten Druckteil 1. Dementspre- chend muß zwischen dem zweiten Druckteil 2 und der Schiebehülse 3 eine hier nur schematisch angedeutete Verdrehsicherung 18 angeordnet werden, die jedoch eine Axialbewegung zwischen beiden Teilen zuläßt. Bei diesem System ist wiederum das "Auseinanderschrauben" von Druckteil 1 und Druckteil 2 über die Spreizfeder 7 gewährleistet, andererseits durch das Torsionsfederelement 10 eine spielfreie Anlage des Wendelflächenpaares 8 und bei einer Krafteinwirkung entsprechend der beiden Pfeile P das Einsinken des ersten Druckteils 1 in das zweite Druckteil 2 um das Maß des Arbeitsspieles AS möglich, und die Rauhflächen des Wendeflächenpaares 9 miteinander zur Anlage kommen, so daß dann der Öffnungs- und der Schließhub ohne weitere Veränderung der Gesamtlänge L der Gesamtanordnung erfolgen kann.
In den nachfolgenden Zeichnungen werden Einbaubeispiele für die anhand von Fig. 1, 2 und Fig. 3 beschriebene Ventilspielausgleichselemente dargestellt.
Bei der Anordnung gem. Fig. 5 ist das Ventilspielausgleichs- element VSA in einem Lagerkörper 19 gehalten, der verschiebbar im Zylinderkopf 20 geführt ist. Der Lagerkörper 19 ist unmittelbar dem Ende des Ventilschaftes 15 mit seiner Ventilfeder 16 zugeordnet, so daß der Nocken 13 mit seiner Steuerkontur 12 unmittelbar auf die Stirnfläche 21 des Lagerkörpers 19 einwirken kann. In Fig. 6 ist schematisch die Anordnung des erfindungsgemäßen Ventilspielausgleichselementes VSA in einem Kipphebel 22 dargestellt, der mit seinem einen Ende über das Ventilspielausgleichselement VSA am Ventilschaft 15 und mit seinem anderen Ende über eine Rolle 23 am Nocken 13 der Nockenwelle anliegt.
Fig. 7 zeigt schematisch die Anordnung an einem Schlepphebel 24, der sich mit seinem einen Ende unmittelbar auf dem Ventilschaft 15 abstützt und mit seinem anderen Ende an einem im Zylinderkopf 20 gelagerten Ventilspielausgleichselement VSA abstützt. Der Schlepphebel 24 liegt wiederum über eine Rolle 23 an der Steuerkontur 12 des Nockens 13 an.
Die Steuerkontur 12 des Nockens 13 kann nun so ausgebildet sein, daß sie mit einem Vornocken am Beginn 12.1 des Öffnungshubes versehen ist, der für eine schnelle Überwindung des Arbeitsspieles AS sorgt.
Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Anordnung gem. Fig. 6 mit einem Ventilspielausgleichselement gem. Fig. 1. Hierbei ist der Kipphebel 22 auf dem Ventilspielausgleichselement VSA kippbar gelagert, das über einen Stützanker 25 am Motorblock abgestützt ist. Die Bewegung wird über den Nocken 13 oder einen Stößel eingeleitet.

Claims

Ansprüche
1. Mechanisches Ventilspielausgleichselement für einen Ventiltrieb an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem ersten Druckteil (1), das relativ zu einem zweiten Druckteil (2) axial verschiebbar und um die Verschiebeachse verdrehbar gehalten ist, sowie mit einem zwischen dem ersten Druckteil (1) und dem zweiten Druckteil (2) wirksamen, axial zumindest begrenzt nachgebiebigen Torsionsfederelement (10), ferner mit wenigstens einer Wendelfläche (9.1) am ersten Druckteil (1), der eine entsprechende Wendelfläche (9.2) am zweiten Druckteil (2) zugeordnet ist und die ein Wendelflächenpaar (9) bilden, wobei die Flächen des Wendelflächenpaares (9) als Rauhfläche ausgebildet sind und durch das Torsionsfederele- ment (10) aneinandergedrückt werden.
2. Element nach der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhfläche des Wendelflächenpaares (9) durch gezielte Formgebung als Formschlußflächen ausgebildet ist.
3. Mechanisches Ventilspielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den ersten Druckteil (1) umfassende Schiebehülse (3) vorgesehen ist und ein zwischen dem zweiten Druckteil ( 2 ) und der Schiebehülse ( 3 ) wirksames Spreizfederelement (7) angeordnet ist, ferner am ersten Druckteil (1) eine weitere parallel verlaufende, höhenversetzte Wendelflächen (8.1) und eine entsprechende Wendelfläche (8.2) an der Schiebehülse (3) angeordnet ist und die ebenfalls ein Wendelflächenpaar (8) bilden, wobei die Flächen des einen Wendelflächenpaares (8) gleitfähig ausgebildet sind und durch das Torsionsfederelement (10) aneinandergedrückt werden und wobei wenigstens eine Fläche des anderen Wendelflächenpaares (9) als Rauhfläche ausgebildet ist und diese in geringem, ein Arbeitsspiel (AS) bildenden Ab- stand zueinander stehen und nur jeweils während des Ventilöffnungsvorganges aneinander zur Anlage gebracht werden.
4. Element nach eine dem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schiebehülse (3) und dem ersten Druckteil (1) wenigstens ein den Spreizweg begrenzende Anordnung von Anschlägen (5, 6) vorgesehen ist.
5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- 2eichnet, daß die nach außen weisenden stirnseitigen Druckflächen (11, 14) wenigstens eines der beiden Druckteile (1, 2) konvex vorgewölbt oder konkav eingewölbt, ausgebildet sind.
6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Räume (7.1, 10.3) die von den Druckteilen (1, 2) und/oder einem Druckteil (1, 2) und der Schiebe- hülse (3) umschlossen sind, Ventilationsbohrungen (10.1, 25) vorgesehen sind.
7. Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung der Spreizfeder (7) über das gleitfähige Wendelflächenpaar (8) auf das Torsionsfederelement (10) deutlich größer bemessen ist als die Rückstellkraft des Torsionsfederelementes (10).
8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung in einem Lagerkörper (19), der im Zylinderkopf (20) verschiebbar geführt und vom zugeordneten Nocken (13) der Nockewelle beaufschlagt wird.
9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß ein Druckteil(l, 2) fest mit dem Schaftende
(15) eines Gaswechselventils verbunden ist.
10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Anordnung in einer Ausnehmung eines Ventilbetäti- gungshebels (22, 24).
11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 57, gekennzeichnet durch die Anordnung in einer Ausnehmung im Zylinderkopf (20) zur Abstützung eines Hebels (24) eines Ventiltriebes.
12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abstützung des ersten Druckteils (1) durch eine ortsfeste Verankerung (25) und die Abstützung des zweiten Druckteils (2) auf einem Ventilbetätigungshebel (22) erfolgt, der mit einem Ende auf das Ventil einwirkt und das mit seinem anderen Ende mit dem Ventiltrieb (13) in Verbindung steht .
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