DE29604946U1 - Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil mit Ventilspielausgleich - Google Patents
Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil mit VentilspielausgleichInfo
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Description
Bezeichnung: Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil
mit Ventilspielausgleich
Beschreibung
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5
Aus der US-A-4 777 915 ist ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine
bekannt, der zwei mit Abstand zueinander angeordnete Elektromagneten aufweist, zwischen deren Pol-IC
flächen ein Anker gegen die Kraft von Rückstellfedern hin- und herbewegbar geführt ist, der mit dem Schaft des Gaswechselventils
fest verbunden ist. Der obenliegende Elektromagnet dient hierbei als Schließmagnet und der untenliegende Elektromagnet
dient hierbei als Öffnermagnet, so daß durch abwechselnde Bestromung des Schließmagneten und des Öffnermagneten
das Gaswechselventil geschlossen und geöffnet werden kann. Da aufgrund von Temperaturänderungen und/oder
Verschleiß die öffnungs-, insbesondere jedoch die Schließbedingungen sich verändern und somit auch das vorgegebene
Ventilspiel sich verändert, wird bei diesem System über eine Kolben-Zylinder-Einheit der Schließmagnet entsprechend
den betrieblichen Anforderungen verschoben und so das Spiel eingestellt. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil,
daß über die Ventilspieleinstellung der Hub der Stelleinheit, 5 d. h. der Bewegungsweg des Ankers zwischen den beiden Polflächen
der Elektromagneten ebenfalls verändert wird, was bei drosselfreier Laststeuerung der Kolbenbrennkraftmaschine
nicht zulässig ist, da sich dadurch die Ladungsmenge im Zylinder in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit
ändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einem elektromagnetischen
Aktuator dieser Art einen Ventilspielausgleich vorzusehen, der ohne Einfluß auf die Bewegungsgeometrie
des Ankers ist.
Dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils
an einer Kolbenbrennkraftmaschine, der in einem Gehäuse zwei mit in festem Abstand zueinander angeordneten,
über eine Steuereinrichtung ansteuerbare Elektromagneten aufweist, zwischen deren Polflächen ein Anker gegen die
Kraft von Rückstellfedern hin- und herbewegbar geführt ist und der mit dem Schaft des Gaswechselventils in Wirkverbindung
steht und wobeiwenigstens ein Stellmittel vorgesehen ist, durch das das Gehäuse relativ zum Gaswechselventil
verschiebbar ist. Hierdurch ist es möglich, einen Ausgleich des Ventilspiels zu bewirken, ohne daß die Bewegungsgeometrie
des Ankers und damit der Hub der Stelleinheit verändert wird.
Während es grundsätzlich möglich ist, das Stellmittel auch mechanisch auszubilden, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung vorgeschlagen, daß als Stellmittel wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen ist,
die mit einer Druckmittelversorgung in Verbindung steht. Hierdurch ist es möglich, das Gehäuse entsprechend den
temperatur- oder verschleißbedingten Änderungen "nachzuführen" , so daß hier beispielsweise ein Klappern vermieden
wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Gehäuse in einer Führung in Achsrichtung
der Ventilbewegung verschiebbar gelagert ist. Diese Anordnung erlaubt es, die wesentlichen Teile des Aktuators,
nämlich die beiden Elektromagneten, den mit einer eigenen Führungsstange versehenen Anker und mindestens eine Rückstellfeder
über das Gehäuse zu einer kompakten Baueinheit zusammenzufassen, die von der Führung zuverlässig gehalten
wird und nur im Rahmen des Ventilspielausgleichs bewegbar ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß die Führung auf der dem Gaswechselventil
zugekehrten Stirnseite des Gehäuses angeordnet ist. Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig,
daß die Führung einen mit dem Gehäuse verbundenen Druckteil und einen mit dem Zylinderkopf verbundenen Halteteil aufweist
und daß zwischen Druckteil und Halteteil wenigstens eine Kolben-Zylinder-Anordnung vorgesehen ist. Neben der
hierdurch möglichen kompakten Bauweise ergibt sich durch die unmittelbare Anordnung am Zylinderkopf eine Vereinfachung
der Druckmittelzufuhr.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung in einer Aufnahmebohrung
des Halteteils gelagert ist. Die Anordnung kann hierbei so getroffen werden, daß der Kolbenteil fest mit
dem Halteteil verbunden ist, während der Zylinder in der Aufnahmebohrung verschiebbar geführt ist und auf den Druckteil
einwirkt. Diese Anordnung hat ferner den Vorteil, daß im Fahrzeugbau für andere Zwecke zur Verfügung stehende
Serienteile als Kolben-Zylinder-Anordnung eingesetzt werden können.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung an eine Druckmittelversorgung
der Kolbenbrennkraftmaschine angeschlossen ist. Dies hat den Vorteil, daß beim Inbetriebsetzen der
Kolbenbrennkraftmaschine sofort ein entsprechender Öldruck an den Stellmitteln anliegt und so innerhalb kürzester
Zeit der Ventilspielausgleich wirksam ist.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform.
Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform
eines elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung eines Gaswechselventils ist im Zylinderkopf 1 einer Kolbenbrennkraftmaschine
ein Gaswechselventil mit einem Schaft 2 in üblicher Weise verschiebbar gelagert. Der Schaft 2 des
Gaswechselventils ist an seinem freien Ende mit einem Federteller 3 versehen, an dem eine in Schließrichtung wirkende
Rückstellfeder 4 anliegt.
Der elektromagnetische Aktuator besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 5, in dem ein als Schließmagnet wirkender
Elektromagnet 6 und ein als Öffnermagnet wirkender Elektromagnet 7 in festem Abstand zueinander angeordnet sind.
Ein mit einer Führungsstange 8 fest verbundener Anker 9 ist zwischen den beiden Polflächen 10 der Elektromagneten
und 7 hin- und herbwegbar geführt, wobei der Abstand der beiden Polflächen 10 zueinander den maximalen Öffnungshub
vorgibt. Das obere Ende 8.1 der Führungsstange 8 ist mit einem Federteller 11 versehen, auf dem sich eine zweite
Rückstellfeder 12 abstützt. Mit ihrem anderen Ende 8.2 stützt sich die Führungsstange 8 auf dem Schaft 2 des Gaswechselventils
ab. Die beiden in ihrer Kraftrichtung gegeneinander wirkende Rückstellfedern 4 und 12 sind hierbei
so ausgelegt, daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten 6 5 und 7 der Anker 9 sich in der Mittellage zwischen den
beiden Polflächen 10 befindet. Werden über eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung die beiden Elektromagneten
6 und 7 abwechselnd bestromt, das System ist hier in Schließstellung dargestellt, dann bewegt sich der Anker
9 entsprechend der Bestromung zwischen den beiden Elektromagneten
6 und 7 hin und her, so daß entsprechend das Gaswechselventil geöffnet und geschlossen wird.
Das Gehäuse 5 mit den beiden Elektromagneten 6 und 7, dem Anker 9 und der Rückstellfeder 12 stellt hierbei eine kompakte,
gesonderte Baueinheit dar. Das Gehäuse 5 ist in einer mit dem Zylinderkopf 1 verbundenen Führung 13 in Richtung
der Ventilbewegung (Pfeil 14) verschiebbar gehalten. Das Gehäuse 5 ist hierbei in der Führung 13 so eingestellt,
daß in der hier dargestellten Schließstellung die Spitze 8.3 der Führungsstange 8 spielfrei auf dem freien Ende
2.1 des Schaftes 2 des Gaswechselventils aufsitzt.
Die Führung 13 ist ferner mit einer Stellmittel 15 versehen, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als
Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist, wobei der Zylinder
IQ 16 fest mit der Führung 13 verbunden ist, während der Koben
17 auf das obere Ende 18 des Gehäuses 5 einwirkt. Diese als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildete Stellmittel
15 ist an die Druckölversorgung der Kolbenbrennkraftmaschine angeschlossen, über die das Stellmittel 15 mit einem Öldruck
von etwa 0,5 bis 1 Bar beaufschlagt wird. Da die Rückstellkraft der Rückstellfeder 4 sehr viel größer ist als die
über die Stellmittel 15 in Öffnungsrichtung wirkende Kraft der Stellmittel 15, wird bewirkt, daß das Gehäuse 5 in
seiner Führung 13 in Richtung auf das Gaswechselventil bewegt werden kann, ohne das Gaswechselventil zu öffnen.
In der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils stützt sich
infolge der Reaktionskräfte das Gehäuse 5 über das hydraulische Stellmittel 15 und die Führung 13 am Zylinderkopf
ab. Dabei wird der Kolben 17 des Stellmittels 15 überlicherweise etwas nach oben verschoben. Diese minimale Verschiebung
wird nach der Schließbewegung des Ventils genutzt, um Längenänderungen im Ventiltrieb insgesamt auszugleichen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, die in
ihrem Aufbau im wesentlichen dem Aufbau der Anordnung gem. Fig. 1 entspricht, so daß hier gleiche Bauteile ,mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind und dementsprechend auch auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 ist die Führung 13 zweiteilig aufgebaut und weist einen mit der Stirnseite
des Gehäuses 5 verbundenen Druckteil 19 auf, der beispiels-
weise rohrförmig ausgebildet ist und an seinem freien Ende mit einem Flansch 20 versehen ist. Mit dem Zylinderkopf
1 ist ein Halteteil 21 verbunden, der beispielsweise ringförmig ausgebildet ist und dessen zylindrische Innenfläche
22 als Führungsfläche für den Druckteil 19 dient. Auf seiner
dem Zylinderkopf 1 zugekehrten Seite weist der Halteteil 21 eine Ausdrehung auf, in die der Flansch 20 des Druckteils
19 eingreift.
Im Halteteil 21 sind beispielsweise diametral gegenüberliegend zwei Aufnahmebohrungen 23 angeordnet, in die als Stellmittel
15.1 je eine Kolben-Zylinder-Einheit eingesetzt ist. Der Kolben 17.1 stützt sich hierbei auf dem Boden der Aufnahmebohrung
23 ab, während der Zylinder 16.1 verschiebbar in der Aufnahmebohrung geführt ist. Der Kolben 17.1 ist hierbei
hohl gebohrt und mündet im Zylinderinnenraum. Der Freiraum 24 zwischen Zylinder 16.1 und Kolben 17.1 steht über eine
Zulaufbohrung 25 mit der Druckmittelversorgung der Kolbenbrennkraftmaschine
in Verbindung. Der Freiraum 24 wird über die Zulaufbohrung 25 mit Drucköl beaufschlagt, das über
die axiale Bohrung im Kolben 17.1 in den Zylinderinnenraum eintritt und den Zylinder 16.1 verschiebt, bis das untere
Ende von Schaft 8 auf dem oberen Ende des Ventilschafts
2 aufliegt oder der Sicherungsring 2 6 an dem den Freiraum 24 begrenzenden Rand der Aufnahmebohrung 23 zur Anlage
kommt. Der Sicherungsring 26 dient hierbei als Hubbegrenzung.
Beim Öffnen des Gaswechselventils wird durch die Kraftwirkungen
das Gehäuse 5 "angehoben". Um dem entgegenzuwirken, ist in dem als hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildeten
Stellmittel 15 bei beiden Ausführungsbeispielen ein nicht näher dargestelltes Rückschlagventil vorgesehen,
das zu Beginn des Ventilöffnungshubes schließt und einen
Abfluß der Hydraulikflüssigkeit verhindert. Durch definierte Toleranzen ist jedoch während der Öffnungsbewegung ein
gezielter Abfluß gewährleistet, so daß das System sich von selbst jeweils um ein geringes Maß zurückstellt. Mit
Beginn des Schließhubes kann sich das System immer wieder neu einstellen, so daß sich im Betrieb ergebende geometrische
Veränderungen des Ventilschaftes in bezug auf den Aktuator, beispielsweise durch thermische Einflüsse oder durch Verschleiß,
ausgeglichen werden und eine Anlage der Führungsstange 8 am Ventilschaft gewährleistet ist.
Die anhand von Fig. 2 beschriebene Ausbildung der Führung 13 kann anstelle der hier beschriebenen Ringform auch als
Querjoch ausgeführt werden, wobei e nach Ausgestaltung und Größe des Systems eine einzige Kolben-Zylinder-Einheit
ausreicht. Bei größeren Systemen können zwei, drei oder auch mehr Kolben-Zylinder-Einheiten als Stellmittel 15.1
eingesetzt werden.
Claims (7)
1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils
an einer Reihenbrennkraftmaschine, der in einem Gehäuse (5) zwei in festem Abstand zueinander angeordnete,
über eine Steuereinrichtung ansteuerbare Elektromagneten {6, 7) aufweist, zwischen deren Polflächen (10)
ein Anker (9) gegen die Kraft von Rückstellfedern (4, 12) hin- und herbewegbar geführt ist und der mit dem Schaft
(2) des Gaswechselventils in Wirkverbindung steht und wobei wenigstens ein Stellmittel (15) vorgesehen ist, durch das
das Gehäuse (5) relativ zum Gaswechselventil verschiebbar ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel (15) wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit
vorgesehen ist, die mit einer Druckmittelversorgung in Verbindung steht.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (5) in einer Führung (13) in Achsrichtung der Ventilbewegung verschiebbar gelagert ist.
4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung (13) auf der dem Gaswechsel ventil zugekehrten.Stirnseite des Gehäuses (5) angeordnet
ist.
5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung (13) einen mit dem Gehäuse
(5) verbundenen Druckteil (19) und einen mit dem Zylinderkopf (1) verbundenen Halteteil (21) aufweist und daß zwischen
Druckteil (19) und Halteteil (21) wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit (15.1) vorgesehen ist.
35
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolben-Zylinder-Einheit (15.1) in einer Aufnahinebohrung (23) des Halteteils (21) gelagert
ist. 5
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolben-Zylinder-Einheit an die Druckölversorgung der Kolbenbrennkraftmaschine angeschlossen
ist. 10
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