DE10005247C1 - Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen Aktuator, der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, zwischen denen ein Anker angeordnet ist, der gemeinsam mit einer Öffnungsfeder direkt oder indirekt auf einen Ventilschaft entgegen der Kraft einer Schließfeder wirkt, und mit einem hydraulischen Spielausgleichselement. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass das Spielausgleichselement bei seiner Montage durch ein mechanisches Stellelement im Kraftverlauf auf ein minimales Ventilspiel eingestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselventilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder indirekt auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein Federmechanismus auf den Anker. Als Federmechanismus dienen meist zwei vorgespannte Druckfedern, von denen eine obere Ventilfeder, die Öffnungsfeder, das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfeder, die Schließfe­ der, das Gaswechselventil in Schließsichtung belasten. Bei nicht erregten Magneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten gehalten, die zweckmäßigerweise einer energetischen Mittenlage entspricht. Die DE 35 13 107 C2 zeigt ein Gaswechselventil mit einem Aktuator, bei dem der Anker gemeinsam mit einer Öffnungsfeder entgegen der Kraft einer Schließfeder über einen Ankerstößel auf den Ventilschaft wirkt, während die Schließfeder am Ventilschaft des Gas­ wechselventils angreift.

Aus der DE 39 20 931 A1 ist ein elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile von Verdrän­ gungskraftmaschinen, insbesondere von Brennkraftmaschinen bekannt, der über einen Hebelmecha­ nismus mindestens ein Gaswechselventil betätigt. Der Hebelmechanismus dient dazu, eine Überset­ zung zwischen dem Aktuator und dem Gaswechselventil zu schaffen, die variabel ist. Ein Spielausgleich­ selement gleicht das Spiel aus, das durch das Übertragungssystem verursacht wird oder an ihm auftritt. Das Spielausgleichselement kann entweder auf der Seite des Gaswechselventils oder magnetseitig im Übertragungssystem an verschiedenen Positionen angeordnet sein, z. B. zwischen der Lagerung des Hebelsystems oder zwischen dem Schließmagneten und dem Gehäuse. Diese Stelleinrichtung besitzt ferner eine für die Gaswechselventile gemeinsame oder je eine Vorrichtung, um das Übersetzungsver­ hältnis gleichzeitig zu verändern und die Gleichgewichtslage des schwingenden Systems an die neuen Federkräfte anzupassen, indem sie die Lage eines oder mehrerer Federfußpunkte ändert.

Die DE 39 20 976 A1 zeigt eine ähnliche Stelleinrichtung, bei der sich ein hydraulisches Spielausgleich­ selement im Anker abstützt und auf den Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt. Das Spielausgleich­ selement kann über den Anker mit Drucköl versorgt werden. Ferner ist eine Stellschraube vorgesehen, die in einem oberen Deckel eingesetzt ist und auf einen Fußpunkt einer Öffnungsfeder wirkt, die sich mit ihrem anderen Fußpunkt am Anker abstützt. Durch die Stellschraube wird die Gleichgewichtslage des Ankers so eingestellt dass er im stromlosen Zustand in der Mitte zwischen den Schaltmagneten ruht.

Im Stillstand der Brennkraftmaschine entleert sich das hydraulische Spielausgleichselement, und die eingestellte Gleichgewichtslage verschiebt sich zum Öffnungsmagneten hin. Beim Neustart der Brenn­ kraftmaschine muss daher der Schließmagnet eine sehr hohe Kraft aufbringen. Dies verursacht hohe mechanische, elektrische und thermische Belastungen. Ferner ergibt sich in der Schließstellung des Ankers zwischen dem Spielausgleichselement und dem Ventilschaft ein relativ großer Spalt, der zu lästigen Geräuschen führt. In vielen Fällen ist das Anschwingen des Systems unmöglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln den Start einer über elektromagnetischen Aktuatoren gesteuerten Brennkraftmaschine zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Nach der Erfindung ist das Spielausgleichselement bei seiner Montage durch ein mechanisches Stelle­ lement im Kraftverlauf auf ein minimales Ventilspiel eingestellt. Da so alle durch die Fertigung bedingten Abweichungen ausgeglichen sind, braucht das Spielausgleichselement nur die während des Betriebs der Brennkraftmaschine entstehenden Längenänderungen auszugleichen. Der Spalt zwischen dem Spielausgleichselement und dem angrenzenden Bauteil ist beim Neustart minimal, so dass sich keine nennenswerten Geräusche und mechanische, elektrische oder thermische Belastungen ergeben. Selbst mit einem defekten Spielausgleichselement ist der Betrieb der Brennkraftmaschine möglich.

Das Stellelement kann in einfacher Weise aus einer Einstellscheibe, einer Exzenterwelle oder einer Stellschraube bestehen. Es kann an verschiedenen Positionen der Vorrichtung angeordnet werden, so dass eine große konstruktive Freiheit gegeben ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Aus­ führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln be­ trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Ausgleichselement während des Betriebs der Brennkraftmaschine oder kurz nach deren Stillsetzen,

Fig. 2 eine Vorrichtung nach Fig. 1 während des Stillstands der Brennkraftmaschine,

Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 1 beim Neustart der Brennkraftmaschine,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend einer Linie IV in Fig. 1 und

Fig. 5 im Teilausschnitt eine Variante zu Fig. 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 betätigt ein elektromagnetischer Aktuator 11 ein Gaswechsel­ ventil 2 im Zylinderkopf 33 (Fig. 5) einer Brennkraftmaschine. Der Aktuator 11 hat oben einen Schließ­ magneten 15 und unter einen Öffnungsmagneten 16 sowie einen zwischen den Magneten 15 und 16 axial beweglich angeordneten Anker 12, der über einen Ankerstößel 13 und ein Spielausgleichselement 10 auf einen Ventilschaft 4 des Gaswechselventils 2 wirkt. Am freien Ende des Ventilschafts 4 befindet sich ein Ventilteller 3, der mit einem im Zylinderkopf 33 eingelassenen Ventilsitzring 6 zusammenwirkt. Eine Ventilführung 5 führt den Ventilschaft 4 im Zylinderkopf 33. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit ist der Zylinderkopf 33 in den Fig. 1-4 nicht dargestellt.

Ein vorgespanntes Federsystem, bestehend aus einer Schließfeder 7 und einer Öffnungsfeder 17, hält den Anker 12 bei unbestromten Magneten 15, 16 in einer Gleichgewichtslage, die zweckmäßigerweise einer energetischen Mittenlage 19 entspricht. Die Schließfeder 7 stützt sich einerseits über eine Feder­ auflage 8 am Zylinderkopf 33 und andererseits über einen Federteller 9 am Ventilschaft 4 ab, während sich die Öffnungsfeder 17 mit ihrem einen Ende am Aktuator 11 und mit ihrem anderen Ende über einen Federteller 18 am Ankerstößel 13 abstützt.

Die Fig. 1 zeigt den Anker 12 in einer Betriebsphase in der Mittenlage 19. Das Spielausgleichselement 10 ist aktiv und sorgt dafür, dass das Gaswechselventil 2 spielfrei schließt und der Anker 12 in der Schließ­ stellung 21 bei geschlossenem Gaswechselventil 2 am Schließmagneten 15 anliegt, wobei, die Schließ­ feder 7 auf Grund ihrer Vorspannung eine Restschließkraft auf das Gaswechselventil 2 ausübt.

Das Spielausgleichselement 10 besitzt einen Zylinder 24, der am Ventilschaft 4 anliegt und in dem ein Kolben 25 axial beweglich angeordnet ist und mit dem Zylinder 24 einen Druckraum 26 bildet. In diesem befindet sich eine Feder 30, die den Kolben 25 gegen den Ankerstößel 13 schiebt, der in eine Ausneh­ mung 31 an der freien Stirnseite des Kolbens 25 eingelassen ist. Über eine Anschlußbohrung 14 im Ankerstößel 13 und eine Verbindungsbohrung 27 im Kolben 25 ist der Druckraum 26 mit einer Ölversor­ gung verbunden. Eine Kugel 28, die durch eine Feder 29 belastet ist und zum Druckraum 26 öffnet, steuert die Verbindungsbohrung 27 und bildet ein Rückschlagventil. Herrscht im Druckraum 26 ein geringerer Druck als in der Verbindungsbohrung 27, weil z. B. der Ventilteller 3 bereits am Ventilsitzring 6 anliegt bevor der Anker 12 den Schließmagneten 15 erreicht, öffnet die Kugel 28 entgegen der Kraft der Feder 29 und es strömt Öl in die Druckkammer 26, wobei sich der Kolben 25 axial verstellt, bis der Anker 12 bei geschlossenem Gaswechselventil 2 am Schließmagneten 15 anliegt.

Bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine belasten die Schließfeder 7 und die Öffnungsfeder 17 das Spielausgleichselement 10, so dass über die vorgesehenen nicht näher dargestellten Drosselspalte aus dem Druckraum 26 das Öl entweicht, und das Spielausgleichselement 10 bis auf Blocklänge zusam­ mengeschoben wird. Entsprechend verlagert sich die Gleichgewichtslage 20 des Ankers 12 zum Öff­ nungsmagneten 16 hin (Fig. 2). Dies führt dazu, dass sich bei einem Neustart der Brennkraftmaschine, wenn sich der Anker 12 in einer Schließstellung 21 (Fig. 3) befindet, ein Spalt 22 zwischen dem Spielausgleichselement 10 und dem Ventilschaft 4 ergibt. Der Spalt 22 erschwert eine ordnungsgemäße Funktion des Gaswechselventils 2 bzw. stellt sie gänzlich in Frage. Gemäß der Erfindung wird deshalb durch ein Stellelement in Form einer Einstellscheibe 23, 32, 37, 39 oder in Form einer Stellschraube 35 bei der Montage auf ein minimales Ventilspiel eingestellt. Hierzu wird in der Schließstellung 21 der Ab­ stand zwischen den an dem Spielausgleichselement 10 angrenzenden Teilen gemessen, z. B. zwischen dem Ventilschaft 4 und dem Ankerstößel 13. Von diesem Maß wird die am Spielausgleichselement 10 angegebene Blocklänge abgezogen. Das Restmaß ergibt die Stärke der Einstellscheibe 23, 32, 37, 39 plus dem minimalen Ventilspiel. Entsprechend ist die Stellschraube 35 zu verdrehen. Anstelle der Ein­ stellscheibe 23, 32, 37, 39 oder der Stellschraube 35 können auch andere mechanische Stellelemente verwendet werden z. B. eine nicht näher dargestellte Exzenterwelle oder dgl. Die Stellelemente 23, 32, 35, 37, 39 können an beliebigen Positionen im Kraftverlauf des Spielausgleichselements 10 angeordnet werden.

Bei den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3 ist eine Einstellscheibe 23 unterhalb des Öffnungsmagneten 16 vorgesehen. Alternativ kann eine Einstellscheibe 32 im Kolben 25 des Spielausgleichselements 10 angeordnet sein (Fig. 4). Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind drei Alternativen dargestellt. Die erste Alternative stellt eine Einstellscheibe 37 dar, die zwischen einer Halterung in Form eines Deckels 36 und dem Zylinderkopf 33 eingefügt ist, wobei sich der schwimmend im Zylinderkopf 33 angeordnete Aktuator 11 über das Spielausgleichselement 10 an dem Deckel 36 abstützt. Alternativ zur Einstellschei­ be 37 kann im Deckel 36 eine Stellschraube 35 vorgesehen sein, an der sich das Spielausgleichsele­ ment 10 abstützt. Die dritte Alternative besteht in einer Einstellscheibe 39, die zwischen dem Aktuator 11 und dem Spielausgleichselement 10 in einer Ausnehmung 38 des Aktuators 11 eingelegt ist, und an der sich das Spielausgleichselement 10 abstützt. Dem Spielausgleichselement 10 wird Hydraulikflüssigkeit über eine Versorgungsleitung 34 zugeführt.

Durch die Stellelemente 23, 32, 35, 37, 39 wird erreicht, dass beim Neustart der Brennkraftmaschine der Spalt 22 minimal ist und entsprechend die Belastungen und die Geräuschentwicklung verringert sind.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine mit einem elektroma­ gnetischen Aktuator (11), der einen Öffnungsmagneten (16) und einen Schließmagneten (15) aufweist, zwischen denen ein Anker (12) angeordnet ist, der gemeinsam mit einer Öffnungsfeder (17) direkt oder indirekt auf einen Ventilschaft (4) entgegen der Kraft einer Schließfeder (7) wirkt, und mit einem hydraulischen Spielausgleich­ selement (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (10) bei seiner Montage durch ein mechanisches Stellelement (23, 32, 35, 37, 39) im Kraftverlauf auf ein minimales Ventilspiel eingestellt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement eine Einstellscheibe (23, 32, 37, 39), eine Exzenterwelle oder eine Stellschraube (35) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) schwimmend in einem Gehäuse (33) der Brennkraftmaschine gelagert ist und sich über das Spielausgleichselement (10) am Gehäuse (33) abstützt, wobei das Stellelement (23, 32, 35, 37, 39) zwischen dem Aktuator (11) und dem Spielausgleichselement (10) oder zwischen dem Spielausgleichselement (10) und dem Gehäuse (33) bzw. einer Halterung (36) und dem Gehäuse (33) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) über einen Hebelmechanismus auf mindestens ein Gaswechselventil (2) wirkt und das Stellelement (23, 32, 35, 37, 39) im Verlauf des Hebelmechanismus angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (12) über einen Ankerstößel (13) auf den Ventilschaft (4) eines Gaswechselventils (2) wirkt und zwi­ schen dem Ankerstößel (13) und dem Ventilschaft (4) das Spielausgleichselement (10) angeordnet ist, das eine stirnseitige Ausnehmung (31) aufweist in der das Stellelement (23, 32, 35, 37, 39) angeordnet ist, an dem sich der Ankerstößel (13) oder der Ventilschaft (4) abstützen.