DE3024042A1

DE3024042A1 - Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE3024042A1
Application number: DE19803024042
Authority: DE
Inventors: Shunichi Aoyama
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1981-01-08
Also published as: JPS606566Y2; FR2461098B1; US4312494A; GB2051950B; GB2051950A; FR2461098A1; JPS568803U; DE3024042C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung mit einem elektromagnetischen Betätigungsglied, das ein-und ausgeschaltet wird.

Es ist bekannt, bei den meisten Verbrennungskraftmaschinen das Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile durch Nocken zu steuern. Das Profil der Nocken wird fein bearbeitet, damit das jeweils gesteuerte Ventil gleichförmig und schonend geöffnet und geschlossen wird, auch wenn die Maschine mit hoher Drehzahl läuft. Im Besonderen wird das Profil des Nockens im Hinblick auf das Schließen des Ventils abgestimmt, in dem ihm eine dämpfende Kurve gegeben wird, so daß das Ventil beim Aufsetzen auf den Ventilsitz schonend geführt wird und gegen ein abruptes Aufschlagen geschützt wird.

Nachdem gerade in letzter Zeit elektronische Steuerungen in Automobilen mehr und mehr Verwendung finden, wird eine Technik entwickelt, die elektromagnetische Betätigungsglieder einsetzt, um wirksam die Einlaß- und Auslaßventile zu steuern und die zeitliche Abstimmung des öffnens und Schließens der Ventile in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen des Motors zu bringen. Diesbezüglich wird das Ventil durch Ein- und Abschalten des elektromagnetischen Betätigungsgliedes so gesteuert, daß das Betätigungsglied mit elektrischer Spannung versorgt wird, und das Ventil öffnet, während nach Unterbrechen der elektrischen Spannung das Ventil durch eine Rückholfeder geschlossen wird. Bisher waren jedoch keine Maßnahmen vorgesehen, die das Ventil gleichförmig und schonend auf den Ventilsitz aufsetzen.

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Aus diesem Grund ließ es sich nicht vermeiden, daß beim Schliessen des Ventils dieses hart auf den Ventilsitz aufschlägt. Gerade das Auslaßventil, das den heißen Abgasen ausgesetzt wird, unterliegt einem außerordentlichen Verschleiß und einer starken Abnutzung, so daß seine Lebensdauer extrem begrenzt wird. Perner resultieren aus dem harten Aufschlagen des Ventils auf seinem Ventilsitz starke Vibrationen und laute Geräusche.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine durch ein elektromagnetisches Betätigungsglied gesteuerte Ventilvorrichtung zu schaffen, die derart verbessert ist, daß das Ventil ohne auf den Ventilsitz hart aufzuschlagen gleichförmig und schonend aufgesetzt wird.

Dieses Ziel wird durch Verwendung von Dämpfungsmitteln erreicht, die die Bewegung des Ventiles entgegengesetzt zur Kraft der Rückholfeder verlangsamen, und zwar unmittelbar bevor das Ventil auf dem Ventilsitz aufsetzt. Die Dämpfungsmittel bestehen beispielsweise aus eine Kammer begrenzenden Kitteln, ferner aus Mitteln zum Transportieren eines Hydraulikmediums in die Kammer und aus der Kammer, wobei diese Mittel so ausgebildet sind, daß sie die Strömung des Hydraulikmediums begrenzen, ferner aus Mitteln zum Abbremsen der auf den Ventilsitz hin gerichteten Bewegung des Ventilgliedes, ehe dieses auf den Ventilsitz aufschlägt, wobei diese Bremsmittel in einander entgegengesetzte Eichtungen bewegbar sind, so daß sie das Volumen der Kammer vergrößern, um ein Einströmen des Hydraulikmediums durch die Durchlassmittel in die Kammer herbeizuführen, wenn das Ventil von seinem Ventilsitz abgehoben wird, und andererseits das Volumen der Kammer verringern, um das Hydraulikmedium darin zu komprimieren, sobald das Ventil in Richtung auf den Ventilsitz bewegt wird, wobei das Ventil so ausgebildet und angeordnet ist, daß es unmittelbar vor dem Aufsetzen auf dem Ventilsitz die Brems-

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mittel vorspannt; um das Volumen der Kammer zu verringern und die Bewegung des Ventiles in Richtung auf den Ventilsitz abzubremsen und zu verlangsamen, da die Bremsmittel das Hydraulikmedium in der Kammer als Folge der Ventilbe- " wegung komprimieren und das Hydraulikmedium aus der Kammer durch die Durchlassmittel mit einem begrenzten Durchsatz herausdrücken.

Diese Dämpfungsmittel bestehen ferner beispielsweise aus eine Kammer begrenzenden, Mitteln, wie einem Kolben zum Abbremsen der Ventilbewegung_v kurz bevor dieses auf sei-,13m Ventilsitz aufschlägt, wobei der Kolben eine Bohrung zum Durchströmen des Hydraulikmediums aufweist, welche einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser besitzt/um den Durchfluß an Hydraulikmedium zu begrenzen, wobei der Kolben in einander entgegengesetzten Eichtungen derart bewegbar ist, daß er das Volumen der Kammer vergrößert/um Hydraulikmedium in die Kammer einzusaugen, wenn das Ventil von seinem Ventilsitz abgehoben wird, und um das Volumen der Kammer, zu verrr.ngern und cL... Jydraulikmedium darin zu komprimieren, wem., sich das Ventil auf seinen Ventilsitz zubewegt. Das Ventil besitzt einen Ventilschaft, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er kurz vor dem Aufsetzen des Yentiles auf seinem Ventilsitz gegen den Kolben zur Anlage kommt und diesen in Richtung einer Volumenverkleinerung der Kammer vorspannt, so daß dadurch die Bewegung des Ventils in Richtung auf seinen Ventilsitz abgebremst und verlangsamt wird,, da der Kolben das Hydraulikmedium in der Kammer komprimiert und durch die Bohrung mit einem begrenzten Durchsatz aus der Kammer herausdrückt.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung wird die Ab-

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-s-

nutzung bzw* der Verschleiß des Ventils erheblich reduziert, so daß die Lebensdauer des Ventils gesteigert und Vibrationen und Geräusche* die ansonsten beim Aufsetzen des Ventils auf seinen Ventilsitz entstünden, vermieden oder zumindest weitgehend^! beseitigt werden.

Zusammenfassend wird bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung durch das Ventil selbst ein Kolben so vorgespannt, daß er das Volumen einer Kammer unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventils auf seinen Ventilsitz reduziert und die Bewegung des Ventils abbremst und verlangsamt, da ein hydraulisches Medium in der Kammer komprimiert wird und durch eine Bohrung mit einem begrenzten Durchsatz aus der Kammer herausgedrückt wird.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Venti1vorrichtung.

In diesem Ausführungsbeispiel wird das erfindungsgemäße Prinzip sowohl auf das Einlaß- als auch auf das Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine angewandt. In der Zeichnung ist jedoch der Einfachheit halber nur eines dieser Ventile gezeigt.

Eine Ventilvorrichtung lObesteht aus einem Einlaß- oder Auslaßventil 12, das in einem Einlaß- oder Auslaß 14· eines Einlaß- oder Auslaßkanales angeordnet ist, der sich in einem Zylinderkopf 16 einer Verbrennungskraftmaschine befindet. Dem-Ventilglied 12 ist ein Ventilsitz 20 zugeordnet, der in dem Einlaß- bzw. Auslaß 14- fest angeordnet ist. Das Ventilgliedist als Tellerventil ausgebildet und besitzt einen Ventilschaft 22. Ein elektromagnetisches Betätigungsglied 24·, das ein- und ausgeschaltet werden kann,.verfügt über einen Stös-

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sei 26, mit dem beim Einschalten des Betätigungsgliedes das Ventilglied 12 von seinem Ventilsitz 20 abdrückbar ist, damit der Einlaß bzw. Auslaß 14 geöffnet wird. Der Stößel 26 ist in axialer Richtung des Ventilschaftes 22 bewegbar und liegt an einem Ende auf der Spitze des Schaftes 22 auf. Ein Steuerkreis 28 dient zur Zeitabstimmung der öffnungs- und Schließhübe und ist elektrisch mit dem Betätigungsglied 24 verbunden. Er erhält ein Eingangssignal, das von den Betriebsbedingungen der Maschine abhängt, um eine Spannungszuführung zum Betätigungsglied 24 zu steuern.

Ein Federteller 30 ist am frein Ende des Ventilschaftes 22 in üblicher Weise befestigt und stützt zwei Rückholfedern 32 und ab, die mit ihren anderen Enden auf einem Feder-Stützkörper 36 aufliegen, der im Zylinderkopf 16 befestigt ist, und den Ventilschaft 22 umfaßt. Die Rückholfedern 32 und 34 drücken den Ventilschaft 22 gegen den Stößel 26 und belasten das Ventilglied in Richtung auf seinen Ventilsitz 20 hin. Eine Ventilführung 38 ist im Zylinderkopf 16 befestigt und umfaßt ebenfalls den Ventilschaft 22.

Ein Kolben 40 ist im Stützkörper 36 verschiebbar angeordnet und umgibt den Ventilschaft 22. Mit seiner Stirnseite ist der Kolben 40 mit einem Zwischenabstand der Ventilführung 38 zugeordnet, so daß er sich zwischen der gezeichneten Stellung und einer Anlage an der Ventilführung 38 hin- und herbewegen kann. Eine ringförmige Kammer 42 ist im Stützkörper 36 ausgebildet und wird vom Kolben 40 und dem Ventilschaft 22 begrenzt. Der. Ventilschaft 22 ist im Stützkörper 36, in der Ventilführung 38 und im Kolben 40 verschiebbar gelagert. Der Ventilschaft 22 besitzt eine umlaufende Schulter 46. Ih der Kammer 42 ist eine Feder 44 angeordnet, die den Kolben 40 gegen die Schulter 46 des Ventilschaftes 22 preßt. Die Rückholfedern 32 und 34 pressen die Schulter

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46 des Ventilschaftes 22 gegen die Stirnseite des Kolbens 40. Um eine nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens 40 über ein vorbestimmtes Maß hinaus zu begrenzen, schlägt die Schulter 46 des Ventilschaftes 22 gegen die Stirnseite des Kolbens 40, ehe das Ventilglied 12 auf den Ventilsitz 20 aufschlägt. Sobald das Ventilglied auf dem Ventilsitz aufliegt und das Ventil geschlossen ist, steht die Stirnfläche des Kolbens 40 der Ventilführung 38 mit einem vorbestimmten Zwischenabstand gegenüber.

Ein Kanal 48 steht mit einer Druckquelle für Hydraulikmedium (nicht dargestellt) in Verbindung und erhält von dieser Hydraulikmedium. Der Kanal 48 steht mit einem Baum 50 zwischen der Stirnfläche des Kolbens 40 und der Ventilführung 38 über einen Durchgang 52 in Verbindung. Der Kolben 40 besitzt eine Bohrung 54, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Raum 50 und dem Inneren der Kammer 42 herstellt. Die Bohrung 54- hat einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser, so daß sie den Durchfluß an Hydraulikmedium begrenzt.

Die vorbeschriebene Ventilvorrichtung 10 arbeitet wie folgt:

Sobald das Betätigungsglied 24 über den Steuerkreis 28 stromlos ist, wird der Ventilschaft 22 durch die Rückholfedern 32 und so bewegt, daß das Ventilglied 12 auf dem Ventilsitz 20 aufgesetzt wird und sich der Stößel 26 in das Betätigungsglied 24 zurückzieht. Der Kolben 40 wird von der Schulter 46 des Ventilschaftes 22 in einer Stellung gehalten, in der er sich am weite- ^ sten von der Ventilführung 38 entfernt hat und das Volumen der Kammer 42 kleinstmöglich macht. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Betätigungsgiied 24 aus dem Steuerkreis 28 mit Strom versorgt wird, fährt der Stößel 28 gegen die Kraft der Rückholfedern

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und 34 aus und bewegt den Ventilschaft 22 in der Zeichnung nach unten, so daß das Ventil 12 vom Ventilsitz 20 abgehoben wird. Die nach unten gerichtete. Bewegung des Ventilschaftes 22 gestattet es. der Feder 44, den Kolben 40 nach unten zu bewegen, bis er auf der Ventllführung 38 aufliegt. Beim Bewegen des Kolben 40 nach unten vergrößert sich das Volumen der Kammer 42, wodurch Hydraulikmedium aus dem Raum 50 durch die Bohrung 54 in die Kammer 42 transportiert wird.

Wenn dann der Steuerkreis 28 die Stromversorgung des Betätigungsgliedes 24 unterbricht, um das Ventilglied 12 wieder in seine Schließstellung zu bringen,, wird der Ventilschaft 22 unter der Kraft der Rückholfedern 32 und 34 nach oben bewegt und schiebt den Stößel 26 in das Betätigungsglied 24 zurück. Unmittelbar bevor das Ventilglied 12 auf dem Ventilsitz 20 aufsitzt, schlägt die Schulter 46 des Schaftes 22 gegen die Stirnfläche des Kolbens 40 und drückt diesen nach oben, so daß er das Volumen der Kammer 42 verkleinert. Der Kolben 40 komprimiert das hydraulische Medium in der Kammer 42 infolge der Bewegung des Ventilschaftes 22 und drückt das Hydraulikmedium aus ier Kammer 4<ί durch die Bohrung 54 in den Raum 50, und zwar mit einem begrenzten Durchsatz, wodurch die Bewegung des Ventilschaftes 22 durch den Kolben 40 und das Hydraulikmedium in der Kammer 42 abgebremst und verlangsamt wird. Als Folge davon wird die Bewegung des Ventilschaftes 22 dann langsamer, als sie war, ehe die Schulter 46 gegen den Kolben 40 anschlug. Daraus resultiert, daß das Ventilglied 12 gleichförmig und schonend auf den Ventilsitz 20 aufgesetzt und gegen eine harte Kollision mit dem Ventilsitz 20 geschützt wird. Auf diese Weise kann eine übermäßige Abnutzung oder starker Verschleiß am Ventilglied 12 vermieden werden. Es steigt die Lebensdauer des Ventilgliedes 12. Vibrationen oder Geräusche-,

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die eine Folge eines hart aufschlagenden Yentilgliedes 12 wären,werden vollständig oder nahezu vollständig vermieden. Zusätzlich ergibt sich die Wirkung, daß das Hydraulikmedium in der Kammer 42 das Ventilglied 12 kühlt.

Bei steigender Motordrehzahl verkürzt sich die zur Aufwäcbsbewegung des Ventilgliedes 12 nutzbare Zeit. Dadurch wird auch die Menge an Hydraulikmedium reduziert, die durch die Bohrung 54 in die Kammer 42 strömen kann. Weiterhin wird der Hub des Kolbens 40 verkürzt, d.h., die Stellung, in der die Schulter des Ventilschaftes 22 gegen die Stirnseite des Kolbens 40 anschlägt/ liegt näher an der Stellung, in der der Kolben 40 in der Zeichnung gezeigt wird. Damit verkürzt sich auch die Zeit, die zum Abdämpfen der Auswärtsbewegung des Ventilschaftes 22 verstreichen kann. Diese Charakteristik der Dämpfungsmittel 40, 42, 44, 46 paßt sich dem Arbeitsverhalten des Ventilgliedes 12 in vorteilhafter Weise an.

Obwohl die Erfindung nur in der Anwendung auf ein Einlaß- oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben wurde, kann sie genauso auf Ventilvorrichtungen angewandt werden, die für andere Zwecke benutzt werden. Wichtig ist nur, daß diese Venti!vorrichtungen durch elektromagnetische Betätigungsglieder gesteuert werden, die an- und abgeschaltet werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

Ol PL-ING.

H. KlNKELDEY

CR-INQ.

W. STOCKMAlR

OR-ING. ■ AbE (CALTEOfl

K. SCHUMANN

DR RER KAT. ■ DIPL-PHYS.

P. H. JAKOB

DtPL-ING.

G. BEZOLD

DR RBlNAT- DIPL-CHEM

Nissan Motor Co. Ltd.
No. 2, Takara-cho
Kanagawa-ku, Yokohama-City
Japan

Ventilvorrichtung

Patentansprüche:

8 MÜNCHEN 22

MAXIMIUIANSTRASSE 43

P 15 181 - 25/vRi 26. Juni 1980

'{ 1.'Ventilvorrichtung, gekennzeichnet durch einen in einem Einlaß ab schnitt (1A-) eines Strömungskanales fest angeordneten Ventilsitz (20); durch ein bewegbares Ventil (12), das zum Verschließen des Einlaßabschnittes auf dem Ventilsitz aufsetzbar ist; durch ein elektromagnetisches Betätigungsglied (2A-) zum Abheben des Ventilgliedes vom Ventilsitz, um den Einlaßabschnitt zu öffnen; durch eine Rückholfeder (32, 3A-), mit der das Ventilglied in Richtung auf den Ventilsitz hin vorspannbar ist; und durch Dämpfungsmittel (A-O, A-2), mit denen die Bewegung des Ventilgliedes in Richtung auf den Ventilsitz entgegengesetzt zur Richtung der Kraft der Rückholfeder verlangsambar ist, ehe das Ventilglied auf dem Ventilsitz aufsetzt,

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telefon (oea) aaaaea

TELEX OS-3S38O

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TELEKOPIERBR

so daß das Ventilglied schonend auf den Ventilsitz aufgesetzt wird.
2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (40, 42) aus Mitteln zum Begrenzen einer Kammer (42); aus Mitteln (54-) zum Transportieren eines hydraulischen Mediums in die Kammer (42) und zum Ablassen des Hydraulikmediums aus der Kammer sowie aus Mitteln (40) besteht, die die Bewegung des Ventilgliedes (12) in Richtung auf den Ventilsitz (20) abbremsen, wobei die Mittel (54·) derart ausgebildet sind, daß sie die Strömung des Hydraulikmediums begrenzen, und wobei die Mittel (40) jeweils entgegengesetzt zur Bewegung des Ventilgliedes (12) bewegbar sind, derart, daß sie das Volumen der Hammer vergrössern, um dem Hydraulikmedium den Eintritt durch die Mittel (54 in die Kammer gestatten, wenn das Ventilglied vom Ventilditz abgehoben wird, und daß sie das Volumen der Kammer verringern, um das Hydraulikmedium zu komprimieren, wenn das Ventilglied in Richtung auf den Ventilsitz hin bewegt wird; und daß das Ventilglied derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es vor seinem Aufsetzen auf den Ventilsitz die Bremsmittel (40) unter Verringerung des Volumens der Kammer vorspannt, so daß die Bewegung des Ventilgliedes in Richtung auf seinen Ventilsitz durch die das hydraulische Medium in der Kammer komprimierenden Bremsmittel abgebremst und verlangsamt wird, wobei als Folge der Ventilgliedbeweguhg das Hydraulikmedium aus der Kammer durch die Durchlaßmittel (54) mit einem begrenzten Durchsatz- herausgedrückt wird.
3. Ventilvorrxchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (12) einen Ventilschaft (22) aufweist und daß die Dämpfungsmittel (40, 42) aus Mitteln

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zum Begrenzen einer Kammer (42) und aus einem Kolben (40) bestehen, mit dem die Bewegung des Ventilgliedes in Richtung auf seinen Ventilsitz (20) unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventilgliedes abbremsbar ist, daß der Kolben eine Bohrung (54) zum Durchlassen des Hydraulikmediums in die Kammer und aus der Kammer aufweist, wobei die Bohrung (54) einen verhältnismäßig" kleinen Durchmesser besitzt, um den Durchfluß des Hydraulikmediums zu begrenzen,, daß der Kolben in einander entgegengesetzte Richtungen derart bewegbar ist, daß er beim Abheben des Ventilgliedes vom Ventilsitz das Volumen der Kammer vergrößert, um ein Durchströmen des Hydraulikmediums durch die Bohrung in die Kammer zu bewirken, daß der Kolben bei einer Bewegung des Ventilgliedes in Richtung auf seinen Ventilsitz zu das Volumen der Kammer verringert, um das Hydraulikmedium darin zu komprimieren, und daß der Ventilschaft derart ausgebildet ist, daß er vor dem Aufsetzen des Ventilgliedes auf dem Ventilsitz gegen den Kolben zur Anlage kommt, um diesen in der das Volumen der Kammer verkleinernden Richtung vorzuspannen und- die Bewegung des Ventilgliedes auf den Ventilsitz hin abzubremsen, indem der Kolben das Hydraulikmedium in der Kammer komprimiert und das Hydraulikmedium durch die Bohrung mit einem begrenzten Durchsatz aus der Kammer herausdrückt .
4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (22) einen relativ zu ihm stationär angeordneten Feder-Stützkörper (36) durchsetzt, auf dem ein Ende der Rückholfeder (32, 34) abgestützt ist, daß der Schaft (22) ferner eine Ventilführung (38) durchsetzt, die relativ zu ihm stationär angeordnet ist, daß im Stützkörper der auf dem Ventilschaft verschiebbar angebrachte und die Kammer (42) begrenzende Kolben (40) verschiebbar

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angeordnet ist, daß der Ventilschaft eine Schulter (46) aufweist, die an dem Kolben (40) zur Anlage bringbar ist, ehe das Ventilglied (12) auf den Ventilsitz (20) aufsetzt, wobei der Ventilschaft den Kolben zur Verringerung des Kammervolumens vorspannt, und daß die Ventilführung C38) derart angeordnet ist, daß sie den Eolben (40) in seiner Bewegungsrichtung zur Vergrößerung des Volumens der Kammer begrenzt, und daß die Schulter des Ventilschaftes gegen den Kolben kurz vor dem Aufsetzen des Ventilgliedes auf dem Ventilsitz zur Anlage kommt.

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