Hydrostössel

Ventiltrieb mit Tassenstößel:
1. Nocken der Nockenwelle
2. Tassenstößel mit Ringspalt für die Ölversorgung des HVAE
3. Ventilfeder
4. Ventilschaft
5. Gaskanal zum Einlass (Frischgas) oder Auslass (Abgas)
6. Ventilteller, der den Brennraum (7) gegen den Ventilsitzring abdichtet
7. Brennraum

Hydrostößel sind Stößel im Ventiltrieb von Otto- und Dieselmotoren, die einen automatischen Ausgleich des Ventilspiels hydraulisch bewirken. Sie wurden 1931 von Paul Daimler eingeführt. Bei Konstruktionen ab ca. 1990 sind sie meist als Tassenstößel ausgebildet, was ihnen dabei auch den Namen hydraulische Tassenstößel verleiht. Hydrostößel gehören zu den Hydraulischen Ventilspiel-Ausgleichselementen (HVAE).

Einsatzbereiche

Während Hydrostößel im Automobilbereich weit verbreitet sind, stellen sie bei Motorradmotoren eine Seltenheit dar. Zu diesen Ausnahmen zählt, neben den schon traditionell mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich versehenen Modellen von Harley-Davidson und Buell, etwa die Honda CB Sevenfifty und die Kawasaki VN 1500. Moderne Motorradmotoren haben oft sehr hohe Nenndrehzahlen; Hydrostößel erhöhen jedoch im Vergleich zu starren Tassenstößeln die bewegten Massen des Ventiltriebs ganz erheblich und begrenzen somit die erreichbaren Höchstdrehzahlen. Außerdem benötigen Hydrostößel mehr Bauraum als normale Tassenstößel, dieser ist jedoch in den vergleichsweise kleinen Motorrad-Zylinderköpfen oftmals nicht vorhanden.

Aufbau und Funktion

Hydrostößel haben im modernen Automobilbereich die klassischen Elemente zur Einstellung des Ventilspiels (Stellschrauben, Einstellscheiben, Plättchen definierter Dicke) nahezu völlig ersetzt. Das früher bereits bei geringfügiger Abnutzung notwendige Prüfen und Nachstellen des Spiels entfällt, wodurch die Wartungskosten gesenkt wurden. Die Ventiltriebe arbeiten somit fast spielfrei, was den betriebsbedingten Verschleiß zusätzlich mindert und sich zudem günstig auf die Laufruhe und den Wirkungsgrad der Motoren auswirkt, weil das Ventilspiel und damit die Steuerzeiten (Öffnungszeiten von Einlass- und Auslassventil) für alle Zylinder gleichermaßen zu jedem Zeitpunkt exakt eingehalten werden.

Hydrostößel kommen – vorzugsweise als Tassenstößel – oft in Kombination mit Ventiltrieben zum Einsatz, die auf Kipp- und Schlepphebel verzichten. Im Ventiltrieb mit Kipp- oder Schlepphebel sind stattdessen meistens die Widerlager der Hebel als hydraulische Spielausgleichselemente (Abstützelemente) ausgeführt, was zu Bezeichnungen wie „Hydrolifter“ führt; jedoch können auch bei Verwendung von Kipphebeln Hydrostößel vorgesehen werden (Beispiel: Opel CIH).

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip ist immer gleich: Ein Druckbolzen wird mit geringem Spiel in einer becherförmigen Führungshülse geführt und bildet mit ihr den Arbeitsraum. Eine Spielausgleichsfeder (Schraubendruckfeder) im Inneren beaufschlagt den Bolzen, so dass der Hebel bzw. der Stößelkörper (beim Tassenstößel) immer spielfrei am Nocken anliegt. Im Druckbolzen befindet sich eine kleine Bohrung, die bei auflaufendem Nocken von einem Kugelventil (Rückschlagventil) verschlossen wird. Dadurch entsteht im mit Öl gefüllten Arbeitsraum zwischen Bolzen und Führungshülse eine hydraulisch starre Verbindung. Das gesamte Element verhält sich wie ein starrer Körper und drückt auf den Ventilschaft (beim Tassenstößel) beziehungsweise auf den Hebel. Beim Ablaufen des Nockens drückt die Ausgleichsfeder den Druckbolzen nach oben. Im sich dadurch vergrößernden Arbeitsraum entsteht eine Sogwirkung, das Kugelventil öffnet und durch die Bolzenbohrung strömt Öl aus dem darüber liegenden Vorrats- oder Füllraum nach, bis der Bolzen wieder spielfrei anliegt. Im Betrieb auftretende Temperaturänderungen können bei den Bauteilen des Ventiltriebs geringe Größenänderungen (Wärmeausdehnung) verursachen. Diese werden ausgeglichen durch den so genannten Ringspalt, der durch den etwas kleineren Durchmesser des Druckbolzens mit der Führungshülse gebildet wird. Durch ihn kann überschüssiges Öl in geringen Mengen austreten. Als Hydraulikflüssigkeit dient das Motoröl, das ohnehin über die Druckumlaufschmierung dem Ventiltrieb zugeführt wird.

Besonderheiten

Bei Motoren mit hydraulischen Stößeln ist es wichtig, die vorgeschriebene Spezifikation, insbesondere die Viskosität, des Motoröls und die Ölwechselintervalle genau einzuhalten, da anderenfalls Störungen in der Ventilsteuerung auftreten können, was in der Folge zu Leistungsverlusten bis hin zum Motorschaden führen kann. Beim Start nach längerem Stillstand des Motors können typische Klappergeräusche auftreten. Diese entstehen dadurch, dass die Hydrostößel teilweise „leerlaufen“. Die Geräusche verschwinden in der Regel nach wenigen Sekunden, sobald die Stößel wieder vollständig mit Öl gefüllt sind. Es wurden daraufhin neue, auslaufsichere Hydrostößel entwickelt und zuerst bei BMW eingesetzt.

In Zukunft werden schaltbare Stößel die jetzigen ersetzen. Durch die damit variierbaren Steuerzeiten sind Einsparungen von bis zu 10 % beim Treibstoffverbrauch möglich.

Literatur

• Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X

Weblinks

• Hydraulischer Ventilspielausgleich
• Ventilspiel ~hydraulischer Spielausgleich
• [1] "Innenleben" eines herkömmlichen Hydrostößels von einem Opel-CIH-Motor