DE2302093C2 - Vorrichtung zur selbsttätigen mechanischen Spieleinstellung eines Hubventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen mechanischen Spieleinstellung eines mittels einer Schließfeder in Schließrichtung vorgespannten Hubventils einer Brennkraftmaschine, mit einem auf den Ventilschaft einwirkenden Stößel, der eine ein Innengewinde aufweisende Kappe und ein in die Kappe einschraubbares Verstellglied sowie eine zwischen Kappe und Verstellglied angeordnete Rückstellfeder besitzt die der Einschraubbewegung des Verstellgliedes in die Kappe entgegenwirkt

Bei Brennkraftmaschinen finden hin- und hergehende Tellerventile Verwendung, die in Schließrichtung gegen die zugehörigen Sitze durch Schließfedern vorgespannt werden, welche die Ventilschäfte umgeben. Die Ventile werden periodisch geöffnet, d.h. von den Sitzen abgehoben, und zwar gegen die Kraft der Schließfedern durch einzelne Nocken, die durch eine gemeinsame Nockenwelle in Drehungen versetzt werden. Der Nocken übt eine Öffnungs- oder Hubkraft gegen den Ventilschaft aus, und zwar entweder direkt oder mittels eines Stellgliedes, zu denen Kipphebel und Stößel gehören, die zwischen den Nocken und den Ventilschaft gesetzt sind.

Bei derartigen Ventilen ändert sich der Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Nockenwelle mit der Motortemperatur und mit dem Verschleiß, so daß die Länge des Ventiltriebes geändert werden muß, wenn Spiel vermieden werden soIL Obwohl sich die Länge des Ventiltriebes selbst erheblich mit der Temperatur und mit dem Verschleiß ändert wechseln verschiedene Teile des Ventiltriebes ihre Temperatur und folglich ihre Länge in unterschiedlicher Weise. Es ist deshalb schwierig, wenn nicht überhaupt unmöglich, ohne irgendeine Form einer Spieleinrichtung einen Ventiltrieb herzustellen, der die sich konstant ändernde ίο Beziehung aufrechterhält die ein ordnungsgemäßes öffnen und Schließen des Ventils zum richtigen Zeitpunkt sicherstellt und für Ratterfreiheit und die Vermeidung übermäßigen Verschleißes sorgt

Bei früheren Versuchen, dieses Problem zu lösen, sind

is im großen Umfang hydraulische Spieleinstellungen verwendet worden. Während jedes Arbeitsspiels der Ventilbewegung verlängern und verkürzen solche Einstellungen abwechselnd eine hydraulische Kammer, die im Ventiltrieb eingeschaltet ist Diese Einstellungen

verkürzen den Ventiltrieb, um während des öffnens des Ventils Spiel einzuführen, so daß zuviel Spiel vorhanden ist wonach das gesamte Spiel entfernt wird, indem der Trieb verlängert wird, nachdem das Ventil geschlossen worden ist Somit ist kein Totgang vorhanden, wenn das Ventil das nächste Mal geöffnet werden muß.

Derartige hydraulische Spieleinstellungsvorrichtungen haben jedoch bekannte, ihnen eigene Nachteile, die zu der Entwicklung von rein mechanischen Spieleinstellungsvorrichtungen geführt haben. Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art geht aus der Zeitschrift »Kraftfahrzeugtechnik«, 5. Jahrgang, Heft 11, November 1955, Seiten 387 bis 389 hervor. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist unterhalb des Ventilschaftes ein Ventilstößel angeordnet, an dessen oberem Ende ein Verstellelement aufgeschraubt ist, gegen das der Ventilschaft stößt, wenn kein Spiel vorhanden ist. Beim Entstehen von Spiel zwischen Ventil und Stößel dreht sich das Verstellelement durch Einwirkung einer Feder so lange, bis sich das Spiel ausgleicht und das das Verstellelement abschließende Plättchen am Ventilschaft aufsitzt. Beim Auflaufen des Stößels auf den Nocken und beim Heben des Ventils arbeitet der Stößel als Ganzes Beginnt während des Betriebs infolge der Wärmedrehung irgendeines Teils der Steuerung auf das Verstellelement eine größere Kraft auch im Ruhestand des Stößels einzuwirken, dann dreht sich das Verstellelement langsam auch gegen die Wirkung der Feder so lange, bis der erhöhte Druck nachläßt. Somit hat bei dieser Ausführungsform die Ventilschließfeder keinerlei Auswirkungen auf den Gewindeeingriff zwischen dem Verstellglied und dem Ventilstößel und somit auf die Verkürzung bzw. Verlängerung des Ventiltriebes.

Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie eine relativ große Länge besitzt und ausschließlich für Brennkraftmaschinen mit stehenden Ventilen verwendbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur selbsttätigen mechanischen Spieleinstellung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die zuverlässig arbeitet von geringer Größe ist und insbesondere für Brennkraftmaschinen mit oben liegender Nockenwelle geeignet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilschaft zur Weitergabe seiner durch das Zusammendrücken der Ventilschließfeder hervorgerufenen Drehbewegung mit dem Verstellglied in kraftschlüssigem Eingriff steht und die Kappe mit dem Innengewinde gegen eine Drehbewegung in Einschraubrichtung des Verstellgliedes in die Kappe gesichert ist.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird die durch das Zusammendrücken der Ventilschließfeder hervorgerufene Eigendrehbewegung nutzbar gemacht, um für die erforderliche Drehbewegung zu sorgen, durch die das Verstellglied relativ zur Kappe gedreht wird, um die Länge des Ventiltriebes zu ändern, und um Energie in der Rückstellfeder zu speichern, die Kappe und Verstellglied in entgegengesetzte Richtungen dreht, wenn die Kraft der Schließfeder entfernt wird. Damit eine Relativdrehung zwischen Verstellglied und Kappe zustande kommen kann, ist die Kappe gegen eine Drehbewegung in Einschraubrichtung des Verstellgliedes in die Kappe gesichert Diese Sicherung kann durch einen exzentrisch an der Kappe angreifenden Nocken erfolgen. Hierfür kann jedoch auch ein zwischen Kappe und Motorblock angeordneter Freilauf vorgesehen sein.

Zweckmäßigerweise ist das Innengewinde der Kappe an einer drehfest innerhalb der Kappe angeordneten Mutter vorgesehen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigi

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Brennkraftmaschine mit einem Hubventil, das mit einer Vorrichtung zur selbsttätigen mechanischen Spieleinstellung ausgestattet ist;

F i g. 2 eine Ansicht eines Nockens und eines Teils des Ventilstößels bei Blick von rechts aus der Ebene 2-2 in Fig. 1; .

F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Teile, wobei sich das Ventil zu Beginn des Öffnungshubs befindet;

Fig.4 einen dem in Fig.3 gezeigten Schnitt entsprechenden Schnitt, wobei sich das Ventil am Ende des Schließhubes befindet;

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer Ventilschließfeder in entspanntem Zustand;

F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Darstellung, in der die Feder in zusammengedrücktem Zustand gezeigt ist, und

F i g. 7 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, in der eine abgewandelte Betätigungsvorrichtung für den Ventilstößel gezeigt ist

Eine Brennkraftmaschine 10 (Fig. 1) weist einen Ventilsitz 12 und ein Ventil mit einem Ventilkopf 14 auf, der an einem Ventilschaft 16 angebracht ist, welcher in einer Bohrung hin und herbewegbar ist. Das Ventil wird durch eine Schließfeder 18 in Form einer Schraubenfeder gegen seinen Sitz gedrückt, die sowohl den Schaft als auch einen Ventilstößel nach oben drückt, zu dem eine Kappe 20 gehört, die in einer Bohrung 22 verschiebbar ist. Die Kappe wird durch einen Nocken 24, der auf einer in der üblichen Weise vorgfisehenen Nockenwelle 26 sitzt, periodisch gegen die Kraft der Schließfeder 18 nach unten bewegt. Gegebenenfalls kann die Feder 18 mit einer üblichen Dämpfungsfeder 28 versehen sein, die schraubenförmig im entgegengesetzten Sinn wie die Feder 18 gewickelt ist und im Reibkontakt mit der Innenfläche von deren Windungen steht Wie in F i g. 2 gezeigt ist, greift der Nocken 24 außermittig an der Kappe 20 an.

Bis hierhin ist der Aufbau bekannt, abgesehen von den Einzelheiten der Kappe :20.

Wie insbesondere in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, sitzt eine Mutter 30 lose in der Kappe und wird elastisch durch einen O-Ring 32 zentriert, während sie durch einen Bolzen 34 drehfest in der Kappe angeordnet ist und gegen deren Oberseite gehalten wird. Ein Verstellelement 36 ist in die Mutter 30 eingeschraubt Dieses Verstellelement weist eine innere konische Kupplungsfläche 38 auf, die mit einer außenliegenden konischen Kupplungsfläche 40 am Ventilschaft 16 zusammenwirkt

Das Verstellelement 36 kann sich mit der Mutter 30 zwischen einer innersten Lage, die in F i g. 4 gezeigt ist (bei der der Ventiltrieb am kürzesten ist) und einer äußersten Lage, die in Fig.3 gezeigt ist (bei der der Ventiltrieb am längsten ist) im Gewindeeingriff befinden. Der Ventilschaft 16 wird normalerweise durch die Schließfeder 18 gegen das Verstellelement 36 gedrückt wodurch die Kupplungsflächen 38 und 40 in Anlage aneinander gebracht werden. Die Feder ist durch einen Ventilhalter 42 eingefaßt, der am Ende des Veniilschafts 16 durch eine geteilte Konusverriegelung mit einer Schulter befestigt ist, die in eine Kerbe des Ventilschaftes eingreift und den Halter und den Schaft drehfest miteinander verbindet

Unmittelbar vor dem Beginn des öffnens des Ventils befinden sich die Teile der Vorrichtung in der in F i g. 3 gezeigten Position. In diesem Moment hat die Schließfeder 18 ihren kleinsten Durchmesser und die größte Länge, wie dies schematisch in F i g. 5 gezeigt ist und das obere Ende der letzten Windung befindet sich in der Position 46. Das Verstellelement 36 ist dabei in der Mutter nach unten in Richtung auf die untere Stellung in F i g. 3 geschraubt, und der Ventiltrieb hat seine größte Länge.

In F i g. 3 ist der Nocken gerade dabei, das Ventil zu öffnen. Eine weitere Drehung des Nockens in Richtung des Pfeiles öffnet das Ventil durch Niederdrücken des Ventilschafts 16 (und Zusammendrücken der Feder 18) über die Teile zwischen dem Nocken und dem Schaft, nämlich die Kappe 20, die Mutter 30, das Verstellelement 36 und die Kupplungsfläche 38. Dadurch wird die Feder aus der in F i g. 5 gezeigten Lage in die in F i g. 6 gezeigte Lage zusammengedrückt. Das untere Ende 48 der Feder wird durch die rauhe Oberfläche des Federsitzes im Motorblock an einer Drehung gehindert.

Mit dem Zusammendrücken der Feder wickelt sie sich auf, so daß sich die Spitze der oberen Windung gegen den Uhrzeigersinn bewegt (gesehen vom unteren Ende der Darstellungen), um aus der Position 46 in F i g. 5 in die Position 50 in F i g. 6 zu wandern. Dies ist auch durch das Ende des Pfeiles 52 in Fig.3 dargestellt. Die Druckkraft der Schließfeder drückt die Kupplungsflächen 38,40 zusammen, so daß das Abwickeln der Feder zu einem Drehen des Verstellelementes 36 führt.

Die Kappe 20 ist an einer Drehung oder an einem Nachlaufen des Verstellelementes durch geeignete Mittel gehindert, beispielsweise durch den außermittigen Angriff des Nockens 24 oder durch eine Freilaufkupplung, die durch die Rolle 54 zwischen der Kappe und dem Motorblock dargestellt ist. Dadurch wird das Verstellelement 36 dazu gebracht, sich in der Mutter 30 zu drehen und sich axial um eine kleine Strecke von der in F i g. 3 gezeigten Lage in die in F i g. 4 gezeigte Lage zu bewegen. Dadurch wird der Ventiltrieb etwas verkürzt und ein kleines Spiel in das System eingeführt

Mit dem Eindrehen des Verstellelementes 36 in die Mutter 30 wird eine vorgespannte Rückstellfeder 56 weit?^r gespannt, die an einem Ende 58 in dem Verstellglied 36 verankert ist, während sie am anderen Ende 60 in der Mutter 30 verankert ist. Mit jedem Öffnungshub des Ventils verkürzt die Schließfeder 18

den Ventiltrieb, um Spiel in das System einzuführen und damit den Ventiltrieb zu kurz zu machen. Wenn die Spitze des Nockens 24 die Kappe 20 passiert hat und die Kappe 20 unter der Spannung der Feder 18 der zurückgehenden Fläche der Nocke nachläuft, wandert das Ventil in Richtung auf seine Schließlage, und die Feder 18 beginnt sich zu verlängern und wieder abzuwickeln.

Dadurch wird die relative Lage zwischen dem Verstellglied und der Mutter aus zwei Gründen nicht ι ο geändert Zum einen kann zwar die Feder eine Zeitlang die Kupplungsflächen 38—40 in Anlage aneinander halten und damit eine Zeitlang das Verstellglied 36 im entgegengesetzten Sinne drehen, dabei drehen sich die Mutter 30 und die Kappe 20 aber mit, indem sie der sich aufwickelnder. Feder folgen. Wenn die zurücklaufende Fläche des Nockens also an der Kappe entlangwandert, unterstützt der Nocken die Kappe bei der Drehung im gleichen Sinne.

Zum anderen ist der Steigungswinkel der Gewindegänge sehr groß, d.h. eine relativ große axiale Bewegung wird durch eine relativ kleine Drehung hervorgerufen. Das Gewinde kann vielgängig sein. Der Steigungswinkel ist vorzugsweise etwas kleiner als der Reibungswinkel oder als der Ruhewinkel des Verstellelementes in der Mutter unter der axialen Kraft der Schließfeder. Die axiale Kraft zwischen dem Ventilschaft und dem Verstellglied bei öffnung des Ventils kann also fast, aber nicht ganz, das Verstellglied in der Mutter drehen. Deshalb ist nur eine kleine Drehkraft über die Kupplung hinaus erforderlich, um das Verstellglied in die Richtung zu drehen, in der der Ventiltrieb verkürzt wird. Eine größere Drehkraft wird jedoch benötigt, um das Verstellglied zu drehen, damit der Trieb verlängert wird.

Welche Drehkraft auch immer an der Kupplung vorhanden sein mag, wenn sich die Schließfeder verlängert und abwickelt so kann sie nicht das Verstellglied in der Mutter drehen, weil sich die Mutter mitdreht Diese Anordnung verhindert ein Herausschrauben des Verstellgliedes aus der Mutter durch den Schaft Damit wird der Trieb kurz gehalten, und die Rückstellfeder wird gespannt gehalten, wie das in F i g. 4 gezeigt ist bis sich die Kappe dem Grundkreis des Nockens nähert

Während des Schließhubs nimmt die Druckkraft der

Schließfeder progressiv ab. Sobald sich das Ventil auf seinen Sitz begibt, wird die Feder 18 durch den Federhalter 42 festgehalten, und sie kann damit keine Kraft mehr auf die Spieleinstellung ausüben. Nun kann das Verstellglied gedreht werden, indem es durch die sich abwickelnde Torsionsfeder 56 gedreht wird, die beim Öffnungshub des Ventils aufgewickelt worden war, um den Ventiltrieb zu verlängern.

Wenn das Spiel dies ermöglicht, kann sich die Rückstellfeder aus der in F i g. 4 gezeigten Lage in die in F i g. 3 gezeigte Lage ausdehnen.

Nachdem sich das Ventil geschlossen hat, drückt die Rückstellfeder die Kappe 20 weiter gegen die weglaufende Fläche des Nockens 24 und gegen dessen Grundkreis, so daß die Kappe dem Nocken ohne jedes Spiel nachläuft. Während jedes Hubes des Ventils verkürzt die Schließfeder 18 also den Ventiltrieb ein klein wenig, indem das Verstellglied 36 in der Mutter 30 gedreht wird, bis zu viel Spiel im System vorhanden ist, und anschließend erhält die Rückstellfeder 56 die Möglichkeit, alles Spiel aus dem System wegzunehmen, indem der Ventiltrieb wieder verlängert wird.

Wenn der Ventiltrieb zum erstenmal montiert wird, wird das Verstellglied 36 in die Mutter 30 in die in F i g. 4 gezeigte Lage eingeschraubt, und zwar durch ein geeignetes Werkzeug, wobei die Rückstellfeder gespannt wird. Die Feder wird halb gewickelt und durch einen Bolzen 62 vorgespannt, der gestrichelt dargestellt ist und durch ein Loch 64 in einen Schlitz 66 im Verstellglied eingeführt wird. Wenn der Ventiltrieb montiert worden ist, wird der Bolzen herausgenommen.

Die Vorrichtung kann auch bei Brennkraftmaschinen Verwendung finden, die einen Kipphebel zwischen der Nockenwelle und dem Stöße! aufweisen. In F i g. 7 ist eine solche Anwendungsmöglichkeit gezeigt Der Stößel 20, der Ventilschaft 16 und die Ventilschließfeder 18 sind alle so angeordnet wie das in den F i g. 3 und 4 gezeigt ist, jedoch bewegt der Nocken 24' einen Kipphebel 70, der an einem Ende an einem Gelenk 72 gelagert ist und am anderen Ende am Stößel 20 angreift Bei diesem Anwendungsfall hindert der Nocken die Kappe nicht an einer Drehbewegung und es ist erforderlich, daß eine Freilaufkupplung zwischen dem Stößel und dem Motorblock vorgesehen ist, die durch die Rolle 54 dargestellt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur selbsttätigen mechanischen Spieleinstellung eines mittels einer Schließfeder in Schließrichtung vorgespannten Hubventils einer Brennkraftmaschine, mit einem auf den Ventilschaft einwirkenden Stößel, der eine ein Innengewinde aufweisende Kappe und ein in die Kappe einschraubbares Verstellglied sowie eine zwischen Kappe und Verstellglied angeordnete Rückstellfeder besitzt, die der Einschraubbewegung des Verstellgliedes in die Kappe entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (16) zur Weitergabe seiner durch das Zusammendrücken der Ventilschließfeder (18) hervorgerufenen Drehbewegung mit dem Verstellglied (36) in kraftschlüssigem Eingriff steht und die Kappe (20) mit dem Innengewinde gegen eine Drehbewegung in Einschraubrichtung des Verstellgüedes (36) in die Kappe (20) gesichert ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Kappe (20) gegen eine Drehbewegung in Einschraubrichtung des Verstellgliedes (36) durch einen exzentrisch an der Kappe (20) angreifenden Nocken (24) erfolgt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung der Kappe (20) gegen eine Drehbewegung in Einschraubrichtung des Verstellgliedes (36) durch einen zwischen Kappe (20) und Motorblock angeordneten Freilauf (54) erfolgt

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Innengewinde der Kappe (20) an einer drehfest innerhalb der Kappe angeordneten Mutter (30) vorgesehen ist

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (56) unter Vorspannung montiert ist.