DE3513105A1

DE3513105A1 - Elektromagnetische stelleinrichtung fuer gaswechselventile

Info

Publication number: DE3513105A1
Application number: DE19853513105
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FLECK ANDREAS; Fleck Andreas 2000 Hamburg
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-16
Also published as: JPH0561445B2; JPS61247807A; CA1281605C; US4719882A

Description

5. Dezember 1984 · _ü 35131 Q5

AZ 2026 "

Elektromagnetische Stelleinrichtung für Gaswechselventile

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 30 24 109 bekannt.

Diese bekannte Vorrichtung zeigt ein Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine, das an seinem Ventilschaft, der mit dem Ventilteller verbunden ist, eine Ankerplatte besitzt, die zwischen zwei Schaltmagneten wechselseitig angezogen wird und somit die Öffnung oder Schließung des Ventils bewirkt. Diese Ankerplatte ist direkt an dem Ventilschaft befestigt.

Da die Genauigkeit, mit der die Ankerplatte zwischen den Magneten geführt wird, verhältnismäßig hoch sein muß, ist eine exakte Führung des Ventilschaftes notwendig. Dies kann insbesondere bei dem Auslaßventil einer Brennkraftmaschine Probleme aufwerfen, da ein Auslaßventil gleichzeitig starken thermischen Beanspruchungen unterworfen ist.

Weiterhin ist diese bekannte Vorrichtung verhältnismäßig problematisch zu montieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Einrichtung zu schaffen, die einfacher montierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß eine Führungshülse mit Füh-

rungsschaft vorgesehen ist, der auch die Ankerplatte trägt, die jedoch nicht einstückig mit dem Gaswechselventil verbunden ist. Der Führungsschaft vielmehr wirkt auf den Ventilschaft, von dem er getrennt ist, und öffnet durch den Druck auf den Ventilschaft , den Ventilteller.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Um mit möglichst geringen Kräften arbeiten zu können, ist es sinnvoll, die beiden Schäfte, nämlich Führungsschaft und Ventilschaft, koaxial zueinander anzuordnen.

Bevorzugterweise wird in der einen Schaltposition das Gaswechselventil durch den Druck auf den Ventilschaft über den Führungsschaft vollkommen geöffnet, in der anderen Schaltposition, die der Schließposition des Gaswechselventiles entspricht, hebt jedoch der Führungsschaft etwas von dem Ventilschaft ab, so daß die Vorrichtung mit einem leichten Überhub arbeitet. Damit wird unter allen Toleranzen ein zuverlässig sicheres Schließen des Gaswechselventiles, auch noch bei gewisser Abnutzung des Ventiltellers oder des Ventilsitzes, sichergestellt.

Besondere Vorteile weist das erfindungsgemäße System dadurch auf, daß die Führung des Führungsschaftes getrennt ausgebildet ist von der Führung des Ventilschaftes. Dadurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Führungshülse eine hochpräzise Führung verlangt, während der Ventilschaft mit geringerer Genauigkeit und größeren Toleranzen geführt sein kann. Gerade da ein Gaswechselventil, insbesondere ein Auslaßventil, in einer Brennkraftmaschine auch großen Temperaturschwankungen unterworfen ist, erweist es sich als günstig, wenn die Führung für den Ventilschaft in erster Linie robust ausgelegt ist. Die jedoch notwendige genaue Führung des Führungsschaftes kann unabhängig von den Beanspruchungen des Ventilschaftes sichergestellt werden.

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Dabei ist es möglich, für den Ventilschaft eine Ölschmierung vorzusehen, während der Führungsschaft in einem Trockenlager bewegt wird.

Als besonders montagefreundlich erweist sich eine Einheit, die zusammengesetzt wird auf einem Teil des Federsystems, aus den Schaltmagneten, aus dem Führungsschaft und der Führungsshülse. Dieses System laßt sich in einem Gehäuse unterbringen und ggf. durch weitere notwendige Komponenten ersetzen. Zur Montage sind dann im Zylinderkopf die Gaswechselventile einzusetzen mit dem anderen Teil des Federsystems, und das vormontierte fertige Gehäuse mit den er- , forderlichen Komponenten kann direkt eingesetzt und verschraubt werden. Der komplizierte Zusammenbau des Mechanismus zur Betätigung des Gaswechselventiles direkt an der Motorstraße kann somit überflüssig werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die ringförmigen Schaltmagnete einen zylinderförmigen Hohlraum oder eine Bohrung, die das Federsystem aufnimmt. Der Führungsschaft setzt sich in der dem Ventilteller gegenüberliegenden Richtung fort und wird an seinem oberen Ende von der Führungshülse aufgenommen, die in einer Bohrung untergebracht ist, die durch einen Stellmagneten umgeben ist. Der Stellmagnet dient dazu, den Gleichgewichtspunkt des Federsystems zu verschieben, wie es in der DE-OS 3D 24 109 beschrieben ist. Dadurch, daß die Bohrung im Bereich des Stellmagneten kleiner ist als im Bereich des Schaltmagneten, kann der Stellmagnet breiter gebaut werden, wodurch Höhe in der gesamten Baueinheit eingespart werden kann.

Das Ventilspiel ist auf einfache Weise dadurch einstellbar, daß man die Höhe des Gesamtgehäuses, das Stellmagnet, einen Schaltmagneten, Führungsschaft und Führungshöhe sowie einen Teil des Federsystems enthält, relativ zum Zylinderkopf verstellt. Dabei ist es möglich, an den Stellen, an denen die Stelleinrichtung mit dem Zylinderkopf verschraubt ist, unter die Schrauben entsprechende Unterlegscheiben zu schieben. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß die Stelleinrichtung verkantet wird, so daß die Schäfte

des Ventils einerseits und der Führung mit der Ankerplatte andererseits nicht mehr koaxial liegen. Günstiger ist deshalb ein das Gesamtgehäuse umfangsmäßig umgebender Ring, wodurch der Einbau der Einheit ohne Verkanten gewährleistet bleibt.

Statt eines Ringes können auch ein oder mehrere Ringe vorgesehen werden, wobei mindestens zwei Ringe zueinander eine Schräge aufweisen, so daß sie bei einem Verdrehen zueinander sich in ihrer Gesamthöhe anheben oder absenken. Durch diese Steigung in Art eines Gewindes kann das Ventilspiel durch einfaches Verdrehen der Ringe zueinander leicht eingestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Gesamtaufbau einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Teil der Stelleinrichtung in abgeänderter Ausführung; und

Fig. 3- eine Möglichkeit zur Einstellung des Ventilspiels.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt aus dem Motorblock einer Brennkraftmaschine, mit dem Bezugszeichen 10 ist der Zylinderkopf bezeichnet. Aus dem Zylinderraum 16 führt ein Auslaßkanal 12, der mit einem Auslaßventil 18 wahlweise verschlossen werden kann, in den Zylinderraum 16 führt ein Einlaßkanal 14, der wahlweise mit einem Auslaßventil 20 verschlossen werden kann. Die Ventile 18 und 20 werden durch eine elektromagnetisch arbeitende "Stelleinrichtung gesteuert, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Bevorzugterweise ist die in dem Gehäuse 22 untergebrachte Einheit identisch für Einlaß- und Auslaßventil, so daß die Teilevielfalt reduziert werden kann. Es ist jedoch auch möglich, sowohl Einlaß- als auch Auslaßventil auf die besonderen Gegebenheiten auszulegen, in Fig. 1 ist dement-

sprechend zu erkennen, daß der Ventilteller 20 des.Auslaßventiles größer ist als der Ventilteller 18 des Einlaßventiles.

Da der prinzipielle Aufbau zwischen Einlaß- und Auslaßventil keine Unterschiede aufweist, wird im folgenden nur das Auslaßventil besprochen.

Von dem Ventilteller 20 führt ein Ventilschaft 24 aus dem Zylinderkopf 10 heraus, der innerhalb des Zylinderkopfes 10 in einer Hülse 26 gleitet. Das Ende des Ventilschaftes 24 ist mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet. Es hat dort eine Auflage, auf die ein später zu beschreibender Vorsprung 40 auftrifft.

An dem dem Ventilteller 20 gegenüberliegenden Ende des Ventilschaftes 24 ist umfangsmäßig ein Ring 30 angeflanscht, der als Widerlager für ein Federsystem dient, das aus einer großen Schraubenfeder 32 und einer kleinen Schraubenfeder 34 zusammengesetzt ist. Die beiden Schraubenfedern 32 und 34 laufen koaxial zueinander ineinandergefügt, der gegenüberliegende Fußpunkt 36 ist eine Auflage im Zylinderkopf. Der Ventilschaft 24 kann in dem Gleitlager 26 gegen die Kraft des Federsystems 32 und 34 bewegt werden, der Ventilteller 20 hebt sich dann von seinem Sitz und öffnet den Auslaßkanal 14.

Die axiale Verlängerung zu dem Ventilschaft 24 bildet ein Schaft 38 eines Steuerelementes, der an seinem unteren Ende zur Anlage mit dem Ventilschaft 26 einen Vorsprung 40 besitzt. Zur Öffnung des Ventils 20 trifft der Vorsprung 40 auf das Ende 28 des Ventilschaftes 26, um den Ventilschaft 26 in die Öffnungsstellung des Ventiles 20 zu drücken. Der Schaft 38 kann hülsenförmig ausgebildet sein und durch einen in dieser Hülse liegenden Bolzen geführt werden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 1 dargestellt. Alternativ dazu, wie Fig. 2 zeigt, kann der Schaft 39 ein Bolzen, geführt in einer Hülse sein. Im Bereich des Vorsprunges 40 schließt sich an den Schaft 38 des Steuerelementes eine ringförmige Ankerplatte 46 an, die aus ferromagnetischem Material besteht. An der Ankerplatte 46 liegt gleichzeitig ein Federsystem aus einer großen Schraubenfeder 42 und einer kleinen Schraubenfeder 44 an, die ebenfalls

koaxial zueinander und koaxial mit dem Schaft 38 des Steuerelementes verlaufen.

Der Fußpunkt dieses Federsystems 42 und 44 wird durch ein Auflager 48 gebildet, auf das im weiteren Verlauf noch einzugehen ist.

Ein Magnetkern 68, der im Querschnitt U-förmig ist und somit einen Topfmagneten bildet, ist ringförmig angeordnet, die Achse des Ringes fällt zusammen mit der Achse des Ventilschaftes 24. Im Innern des Magnetkernes 68 befindet sich eine Spule 66,_t der im Querschnitt U-förmige Magnetkern 68 ist in Richtung zur Ankerplatte 46 geöffnet.

Gleichermaßen ist der Schacht 38 des Steuerelementes von einem ähnlich ausgebildeten Magnetkern 64 umgeben, der in seinem Innern eine Spule 62 trägt. Die Ankerplatte 46 bewegt sich, je nach Erregung der Magnete 62 bzw. 66, von einer Anlage an den Magnetkern 64 zu einer Anlage an den Magnetkern 68 und zurück.

Weiterhin ist ein Stellmagnet vorgesehen, der aus einem Magnetkern 58 und einer Spule 60 besteht. Bei Erregung der Spule 60 wird ein ferromagnetisches Element 56 angezogen, das mit einem Bauteil 54 verbunden ist. Diese durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten auf das Bauteil 54 wirkende Bewegung wird über einen Dorn 50, der in einem, Verschlußdeckel angeordnet ist, auf den Fußpunkt des Federsystems, der durch das Widerlager 58 gebildet wird, übertragen, wodurch durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten der· Fußpunkt der Feder 42 und 44 verschoben wird.

Erfindungsgemäß ist eine Auftrennung zwischen dem Führungsschaft 38, der in der Hülse 52 gleitet, einerseits, und dem Ventilschaft 24, der in der Hülse 26 gleitet, andererseits vorgesehen. Da das Auslaßventil 20 durch die -ausströmenden verbrannten Abgase verhältnismäßig stark erwärmt wird, werden an die thermische Festigkeit der Führungshülse 26 hohe Anforderungen gestellt, die Hülse kann

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ggf. mit einer Ölschmierung versehen werden.

Die Anforderungen an die Führungshülse für den Führungsschaft 38 sind anders geartet. Hier ist insbesondere darauf zu achten, daß die Ankerplatte 46 präzise geführt wird, da bereits ein leichtes Verkanten aufgrund der ungenauen Führung-zu einer Behinderung der Gleitbewegung führen würde, wodurch sich Zeitverzögerungen ergeben. Bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine jedoch müssen die Schaltvorgänge durch die Einwirkung der Magneten 62 und 66 auf die Ankerplatte 46 sehr schnell durchgeführt werden, so daß die Führung der Ankerplatte 46, festgelegt durch den Führungsschaft 38 und die Führungshülse 52 durchaus kritisch ist.

Beide Forderungen lassen sich erfindungsgemäß durch ein Auftrennen von Führungsschaft und Ventilschaft vereinbaren.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Führungsschaftes 38, der in einer Führungshülse 70 läuft.

Gleichen Bauteilen wie in Fig. 1 entsprechen auch die gleichen Bezugszeichen, unterschiedlich jedoch ist, daß der Magnetkern 64 des Schaltmagneten 62 durch einen magnetischen Spalt 72 von dem Magnetkern 58 des Stellmagneten 60 getrennt ist. Mit magnetischem Spalt ist dabei gemeint, daß dieser Spalt 72 für ein Magnetfeld die gleichen Eigenschaften wie der freie Raum besitzt, also keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweist. Auch für Wirbelströme stellt der Spalt einen Widerstand dar. Der Spalt 72 muß dabei nicht notwendigerweise luftgefüllt sein, er kann auch aus anderen Materialien bestehen. Um jedoch eine Einstückigkeit zwischen dem Magnetkern 58 des Stellmagneten und dem Magnetkern 64 des Schaltmagneten beizubehalten, können die beiden Magnetkerne im Punkt 74 miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Elektronenstrahlverschweißung. Eine großflächige Verbindung ohne magnetischen Spalt jedoch würde ein unerwünschtes Ausstrahlen vom Magneten 60 auf den Magnetkern 64 und vom Magneten 62 auf den Magnetkern 58 bewirken.

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Durch den Steilmagnet 60 wird bei Anliegen eines Stromes an den Magnetkern 58 ein ferromagnetisches Element 56 angezogen, das mit der Öffnungshülse 70 verbunden ist und damit auch die Führungshülse 70 nach unten bewegt. Die Führungshülse 70 besitzt einen umfangsmäßigen Flansch 48, der das Widerlager für das Federsystem aus den Federn 42 und 44 darstellt. Die Bewegung der Führungshülse 70 in die Betriebsstellung bei Erregung des Magneten 60 definiert den Gleichgewichtspunkt der Federsysteme in der Mittellage zwischen den beiden Schaltmagneten 62 und 66.

Zur Aufnahme von Federsystemen, Führungshülse und Führungsschaft ist eine Bohrung 76 vorgesehen, ein zyiinderförmiger Hohlraum, der vollständig von den Magnetkernen 64 bzw. 58 umgeben wird. Der Durchmesser der Bohrung 76 ist. abgestimmt auf den Platzbedarf des Federsystems 42 und 44 und des Widerlagers 48.

Die Verlängerung des Führungsschaftes von der Ankerplatte weg in die Führungshülse 70 hinein hat jedoch einen kleineren Durchmesser als die Bohrung 76, so daß in diesem Bereich der durch Magnete begrenzte zylindrische Raum 78 eine geringere lichte Weite als die Bohrung 76 besitzt. Der dadurch für den Stellmagneten 60 zusätzlich gewonnene Platz, der durch den Magnetkern 58 ausgefüllt wird, ermöglicht es, den Stellmagneten 60 in der Höhe kleiner zu bauen.

Die gesamte in Fig. 2 dargestellte Einheit ist vormontierbar, d.h. der Zusammenbau erfolgt so, daß im wesentlichen in den topfförmigen Aufbau von Magnetkern 64 und Magnetkern 58 zusammen mit dem ferromagnetischen Element 56 in der Zeichnung von unten her die Führungshülse 70 eingesetzt wird und mit dem ferromagnetischen Element 56 verbunden wird. Anschließend können die Federn 44 und 42 eingesetzt werden und der Führungsschaft 38, der mit der Ankerplatte 46 verbunden ist. Durch die anschließende Befestigung des Magnetkernes 68 ist .die Einheit in sich geschlossen.

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Bei der Motorenmontage ist das Ventil 20 in herkömmlicher Weise einzusetzen, um den Ventilschaft 24 werden die Federn 32 und 34 gelegt, dann das Widerlager 30 für die Federn 32 und 34 befestigt. Anschließend braucht nur noch die fertige Einheit, wie sie eben beschrieben wurde, auf das derart montierte Ventil aufgesetzt zu werden und das Gehäuse 22 mit dem Zylinderkopf 10 verschraubt zu werden.

Fig. 3 zeigt dabei, daß an dem Gehäuse 22 ein umfangsmäßiger Flansch 80 vorgesehen ist, der mit Bohrungen versehen ist, durch die Schrauben 82 greifen, die mit dem Zylinderkopf 10 verschraubt werden. Mit 84 sind Unterlegscheiben bezeichnet, durch die die Höhe des Gehäuses 22 relativ zum Zylinderkopf 10 und somit relativ zum Ventilsitz eingestellt wird, wodurch das Ventilspiel einstellbar ist.

Statt Unterlegscheiben 84 kann auch ein Ring verwendet werden, der das Gehäuse 22 umfangsmäßig umgibt und zwischen Flansch 80 und Zylinderkopf 10 liegt. Dadurch bleibt eine exakte Ausrichtung der Stelleinrichtung zum Zylinderkopf und zum Ventilschaft sichergestellt.

Durch eine entsprechende gewindeartige Ausbildung der Scheiben oder Ringe oder durch stirnseitige Schrägflächen, mit denen die Scheiben aufeinanderliegen, läßt sich eine einfache Ventileinstellung ermöglichen, da dann durch einfaches Verdrehen der Scheiben der Abstand des Flansches 80 zum Zylinderkopf 10 eingestellt werden kann.

Claims

AZ 2026

Patentansprüche

Γ1.j Elektromagnetische Stelleinrichtung für Gaswechselventile in Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem Federsystem und mindestens zwei elektrisch arbeitenden Schaltmagneten, über die das Gaswechselventil in zwei diskrete, gegenüberliegende Schaltpositionen bewegbar ist und dort von mindestens je einem Schaltmagneten haltbar ist, wobei die Schaltmagnete auf eine die Bewegung der Gaswechselventile antreibende Ankerplatte einwirken, deren Bewegung zwischen den Schaltpositionen durch einen in einer Führungshülse aufgenommenen Führungsschaft geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Führungshülse (52) geführte Führungsschaft (38) von

dem Ventilschaft (24), der mit dem Ventilteller (20) des Gas- |j

Wechselventils verbunden ist, getrennt ist. *
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Führungsschaft (38) und Ventilschaft (24) koaxial zueinander angeordnet sind.
3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen Schaltposition der Führungsschaft (38) den Ventilschaft (24) in die Öffnungsposition des Gaswechselventils (20) drückt und in der anderen Schaltposition .durch Überhub außer Anlage mit dem Ventilschaft (24) kommt.
4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsschaft (38) in der Führungshülse (52) mit größerer Präzision geführt wird als der Ventilschaft (24).
5. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (24) unter Schmierung bewegt wird und der Führungsschaft (38) in einem Trockenlager gleitet.
6. Stelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (22) die Schaltmagnete (62, 64; 66, 68), den Führungsschaft (38), die Führungshülse (52) und einen Teil (42, 44) des Federsystems aufnimmt und als kompakte Baueinheit vormontierbar ist.
7. Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil (42, 44) des Federsystems und die Führungshülse (52) in einer von den Magnetkernen (64, 68) der Schaltmagnete umgebenen Bohrung (76) aufgenommen sind, wobei die Bohrung (76) zur Aufnahme des Federsystems (42, 44) einen weiteren lichten Durchmesser aufweist als die Bohrung (78) zur Aufnahme der Führungshülse (70).
8. Stelleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventilspiel durch die axiale Verschiebung des Gehäuses (22) relativ zum Zylinderkopf (10) einstellbar ist.
9. Stelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Verschiebung durch Unterlegscheiben (84) einstellbar ist, die um die Schrauben (82) gelegt werden, die das Gehäuse (22) mit dem Zylinderkopf (10) verbinden.
10. Stelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Verschiebung durch Scheiben und/oder Ringe einstellbar ist, die das Gehäuse (22) umfangsmäßig umgeben.
11. Stelleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (22) umfangsmäßig im Bereich der Anlage an den Zylinderkopf von zwei stapeiförmig angeordneten Scheiben umgeben ist, die eine Schräge derart aufweisen, daß durch Relativverdrehung der Scheiben zueinander die Gesamthöhe des Scheibenstapels veränderbar ist.