EP0995015A1 - Device for operating a gas shuttle valve by means of an electromagnetic actuator - Google Patents

Device for operating a gas shuttle valve by means of an electromagnetic actuator

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Publication number
EP0995015A1
EP0995015A1 EP98939598A EP98939598A EP0995015A1 EP 0995015 A1 EP0995015 A1 EP 0995015A1 EP 98939598 A EP98939598 A EP 98939598A EP 98939598 A EP98939598 A EP 98939598A EP 0995015 A1 EP0995015 A1 EP 0995015A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
armature
compensation element
gas exchange
play compensation
Prior art date
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Granted
Application number
EP98939598A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0995015B1 (en
Inventor
Roland Schwegler
Thomas Stolk
Dirk Strubel
Alexander Von Gaisberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Publication of EP0995015A1 publication Critical patent/EP0995015A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0995015B1 publication Critical patent/EP0995015B1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.
  • Electromagnetic actuators for actuating gas exchange valves generally have two switching magnets, an opening magnet and a closing magnet, between the pole faces of which an armature is arranged so as to be displaceable coaxially with a gas exchange valve axis of the gas exchange valve.
  • the armature acts directly or via an anchor bolt on a valve stem of the gas exchange valve.
  • a preloaded spring mechanism usually two preloaded compression springs, acts on the armature, namely an upper and a lower valve spring.
  • the upper valve spring acts in the opening direction and the lower valve spring in the closing direction of the gas exchange valve.
  • the closing magnet or the opening magnet is briefly overexcited or the armature is set in motion by an oscillation routine in order to pull it out of the equilibrium position.
  • the armature lies against the pole face of the energized closing magnet and is held by it.
  • the closing magnet biases the valve spring acting in the opening direction.
  • the closing mechanism gnet switched off and the opening magnet switched on.
  • the valve spring acting in the opening direction accelerates the armature beyond the equilibrium position, so that it is attracted by the opening magnet.
  • the armature strikes the pole face of the opening magnet and is held by it.
  • the opening magnet is switched off and the closing magnet is switched on.
  • the valve spring acting in the closing direction accelerates the armature beyond the equilibrium position to the closing magnet.
  • the armature is attracted by the closing magnet, hits the pole face of the closing magnet and is held by it.
  • a lash adjuster in which an actuator is floatingly supported in a cylinder head.
  • the actuator opens and closes a gas exchange valve via an armature and two electromagnets arranged on both sides in the direction of movement of the armature.
  • On the side facing away from the gas exchange valve there is a play compensation element between a cover plate and the actuator, which compensates for both positive and negative valve play.
  • the play compensation element has a first hydraulic element with a play compensation piston in a cylinder.
  • the lash adjuster piston lies between a first pressure chamber, which is controlled by the internal combustion engine and is remote from the gas exchange valve, and a second pressure chamber, which faces the gas exchange valve.
  • There is a check valve in the piston is held in the closed position by a retaining spring.
  • the check valve opens when there is overpressure in the first pressure chamber towards the second pressure chamber.
  • the retaining spring is designed so that the check valve cannot open when there is no play and thus closes the connection between the two pressure chambers.
  • the play compensation element is supported on the upper cover plate, which is firmly connected to the cylinder head. The play compensation element can only transmit pressure forces.
  • the valve spring of the gas exchange valve no longer acts on the second pressure chamber.
  • the pressure in the second pressure chamber thereby drops below that of the first pressure chamber, so that the check valve opens against the retaining spring.
  • the pressure medium flows from the first into the second pressure chamber until the play is balanced. This compensation takes place over several working cycles of the valve.
  • the play compensation element is only inserted into a bore in the actuator, so that both parts can be moved against each other and are therefore easy to assemble. Thereby, there occurs the effect that the actuator is relieved by a reaction force toward the gas exchange valve during the entire time in which the closing magnet is actuated to close the gas exchange valve. Furthermore, the play compensation element is relieved as soon as the armature hits the pole face of the opening magnet. If the game compensation element is relieved, it expands. If the actuator opens the gas exchange valve, an opposing reaction force is created, against which the play compensation element locks according to its function and can only yield slowly. The result of this is that the play compensation element expands more and more and the gas exchange valve no longer closes completely. There is a kind of inflation effect.
  • the switching magnet In addition to the risk that the gas exchange valve will not close properly and thereby burn, the switching magnet has an increased energy requirement to attract the armature from an eccentric position. There is also a so-called stroke loss in that the actuator moves against the gas exchange valve movement during the closing process.
  • the play compensation element of this second variant has, in addition to the first, a second hydraulic element with a cylinder, in which the first cylinder is guided with a ring-like extension.
  • the ring-like extension also serves as a separating piston between an upper and a lower pressure chamber, which are connected via an annular throttle gap.
  • the game compensation element is constructed like the previously described variant.
  • the reaction force is transmitted to the lower pressure chamber via the first cylinder. Since the reaction force only lasts for a short time, there is no substantial pressure medium compensation between the upper and the lower pressure chamber.
  • the Actuator is not moving. However, positive and negative play can be compensated for over several valve cycles.
  • the assembly of the play compensation elements, which are subjected to tension and pressure, with which the actuator is virtually suspended from the cover plate, is particularly complex and complex, in particular because the gas exchange valves are skewed due to space constraints and are diverging towards one another in the direction of the actuator.
  • a cover plate with seals and screw set must be provided for each gas exchange valve and actuator.
  • valve springs move the actuator slowly upwards when the switching magnet is not energized, as a result of which the armature is displaced from its geometric center position between the pole faces of the switching magnet.
  • the second hydraulic element locks back into the central position against rapid compensation in accordance with its function. The middle position is reached, if at all, only after several cycles. The result in turn is an increased energy requirement and the risk that the gas exchange valve cannot be held because it strikes the pole face of the closing magnet at too high a speed and bounces off it again or is not accelerated sufficiently close to the opening magnet by the upper valve spring.
  • a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator in which a play compensation element is arranged between an armature and a Yentil shaft, which can only transmit pressure forces.
  • the game compensation element is hermetic completed and has no pressure connection through which it is supplied with pressure medium.
  • a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator in which a play compensation element is arranged between an armature tappet and a valve stem.
  • the play compensation element is inserted into a cup tappet arranged between the armature tappet and the valve stem, which in turn is guided in a base plate of the actuator housing so as to be displaceable in the valve axis direction.
  • An oil supply channel runs in the base plate, which is connected to the hydraulic lash adjuster via a circumferential groove on the tappet and a transverse bore.
  • the object of the invention is to carry out a device for actuating gas exchange valves with a play compensation element in such a way that the inflation effect is largely avoided and a rapid return to the central position is ensured. Furthermore, the play compensation element should be easy to assemble and to be supplied with a pressure medium.
  • a hydraulic lash adjuster is proposed, which is connected to a pressure connection in the longitudinal direction in the armature tappet via a channel.
  • the gas exchange valves must always close securely.
  • the play compensation elements on which the gas exchange valves are supported directly or indirectly, have the tendency to always shorten slowly. This is achieved with hydraulic lash adjusters with an appropriate throttle point. If the anchor is no longer sufficient close to the closing magnets, because the backlash compensation device has shortened too much, a quick compensation in the opposite direction must take place, which is achieved with an opening check valve.
  • Such an iterative process with a fast and a slow compensation causes the gas exchange valve to constantly move in a range of an optimal play setting.
  • the play compensation element is clamped between the armature plunger and the valve stem between an upper valve spring acting in the opening direction and a lower pressure spring acting in the closing direction. Both valve springs are preloaded to such an extent that when the solenoids are de-energized, the armature adjusts itself to an approximately middle position between the pole faces of the solenoid and, at the same time or shortly before the gas exchange valve is in the closed position, a residual closing force from the lower valve spring to the play compensation element, the armature tappet and the armature works.
  • the closing magnet must apply the spring force of the upper valve spring acting in the opening direction minus the residual closing force of the lower valve spring acting in the closing direction.
  • the same force that the closing magnet has to exert acts as a reaction force in the opposite direction on the actuator. This force relieves the play compensation element from the prior art and leads, among other things, to the inflation effect.
  • the play compensation element between the armature tappet and the valve stem there is always a compressive stress at least in height the residual closing force, which largely prevents inflation.
  • the actuator has a mass many times greater than the gas exchange valve with its valve stem or the armature with its armature tappet.
  • the lash adjuster only has to adjust the small mass of the anchor or the gas exchange valve between the armature tappet and the actuator, so that a slight inflating effect can be compensated for by controlled leakage without the lash adjuster being over-inflated by an excessive amount of leak oil becomes soft.
  • the actuator is fixed and only the small masses of the armature with its armature tappet or the gas exchange valve with its valve stem are adjusted by the play compensation element, thereby saving energy.
  • the play compensation element can simply be placed on the valve stem after the gas exchange valve has been installed, or it can be preassembled with the actuator.
  • play compensation elements with only one hydraulic element can be used, ie which only absorb pressure forces and no tensile forces. This ensures that after a new start the equilibrium position of the armature, determined by the spring system, is quickly and precisely adjusted to the geometric center position between the pole faces of the opening magnet and the closing magnet.
  • the play compensation element adjusts to the exact length without a second hydraulic element blocking the process.
  • the play compensation element is connected to the pressure connection only in the area shortly before and in the closed position. Only when the gas exchange valve is closed, i.e. with its valve plate resting on a valve seat ring, the length dimension results, how far the backlash compensation element must extend, so that on the one hand the gas exchange valve with its valve plate cleanly seals on the valve seat ring and on the other side the armature exactly on the pole face of the closing magnet Concern comes.
  • Fig. 1 shows an electromagnetic actuator and a gas exchange valve with a play compensation element which is connected to a pressure connection
  • Fig. 2 an actuator according to the embodiment of FIG. 1, in which the play compensation element is connected to the pressure connection via a channel in the anchor plunger and Fig. 3 shows an actuator according to the embodiment of Fig. 2, in which the armature tappet forms part of the play compensation element.
  • the 1 shows an actuator 2 for actuating a gas exchange valve 1, which is fixedly mounted in a recess 35 in a component 3, for example in an actuator carrier or in a cylinder head.
  • the actuator 2 has an opening magnet 4 and a closing magnet 5, between which an armature 6 is arranged to be axially displaceable.
  • the armature 6 is fastened on an armature tappet 7 or made in one piece with it, with which it acts on a valve stem 9 of the gas exchange valve 1.
  • the actuator 2 has a spring system 8 below the opening magnet 4 with a lower valve spring 30 acting in the closing direction and with an upper valve spring 31 acting in the opening direction.
  • the lower valve spring 30 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 on the component 3 and in the Gas exchange valve 1 facing away from a spring plate 32 attached to the valve stem 9.
  • the upper valve spring 31 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 on a spring plate 33 fastened on the armature tappet 7 and in the direction remote from the gas exchange valve 1 on the opening magnet 4.
  • the valve springs 30, 31 are preloaded to such an extent that, when the solenoids 4, 5 are de-energized, the armature 6 adjusts to an approximately middle position between the solenoids 4, 5 and immediately before the closed position of the gas exchange valve 1, a residual closing force of the lower valve spring 30 and immediately there is a residual opening force of the upper valve spring 31 before the opening position.
  • a hydraulic lash adjuster 10 is clamped between the armature tappet 7 and the valve stem 9 by the pretensioning of the valve springs 30, 31.
  • the play compensation element 10 is supplied with pressure oil via a cup 15, which is arranged between the play compensation element 10 and the anchor plunger 7, and the play compensation element 10 with its side cheeks 34 partially surrounds and is guided to the outside in an oil pressure-fed cylinder head-fixed guide 14 via sliding friction.
  • the guide 14 is formed by a separate component 52, which is inserted into the recess 35 of the component 3.
  • Component 52 lies with its outer circumference on the inner contour of recess 35 and is supported by a collar 37 in the direction away from gas exchange valve 1 on opening magnet 4 and in the direction of gas exchange valve 1 on a step 29 in component 3 or in the cylinder head from.
  • the component 52 has a pressure chamber 36 on its outer circumference, via which it is connected via a channel 38 to a pressure connection 13.
  • a channel 39 leads from the pressure chamber 36 to the guide 14 and opens into an annular groove 40.
  • an interior space 41 is formed between the cup 15 and the play compensation element 10 via a channel 42 in the cup 15 with the Ring groove 40 connected.
  • the play compensation element 10 is guided radially via a guide 44.
  • the armature 6 with its armature tappet 7, the play compensation element 10 and the gas exchange valve .1 can be installed rotationally symmetrically.
  • the annular groove 40 ensures that the cup 15 is supplied with oil regardless of the orientation during assembly.
  • the pressure oil is then, if necessary, supplied to the play compensation element 10 from above via a recess 56 on an inner cover side 43 of the cup 15.
  • the supply of pressurized oil via cups 15 is a sophisticated technique and therefore has few problems. However, it is also possible to supply the pressure oil with or without a cup 15 directly to the side of an appropriately designed play compensation element.
  • the play compensation element can also be guided directly in the component 3.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the invention, in which a play compensation element 11 is supplied with pressure oil via an elongate channel 18 in an anchor plunger 16 or is connected to the pressure connection 13.
  • a guide 21 for the game compensation element 11 and in particular a cup 15 is not required. The friction on the play compensation element 11 is eliminated and the moving mass is reduced.
  • the pressure oil is supplied from the pressure connection 13 via a channel 46 to a ring 47 below the opening magnet 4 via an annular groove 49 on the end facing the gas exchange valve 1. Within the ring 47, it is guided to a second annular groove 48 arranged on the inner circumference of the ring 47.
  • the ring 47 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 at a step 51 in the third part 3 and in the direction facing away from the gas exchange valve 1 on the opening magnet 4, or the opening magnet 4 is supported on the ring 47, whereby the ring 47 is exact in the longitudinal direction is positioned. Below the opening magnet 4, the path to the play compensation element 11 is relatively short and the pressure oil can be supplied cheaply without the movement of the armature 6 being impeded.
  • the annular groove 48 connects inwards to a guide 21 of the armature plunger 16, which is inserted in the opening magnet 4.
  • the guide 21 has a transverse channel 45 which opens inwards to the anchor plunger 16 in an annular groove 20.
  • a transverse channel 19 connected to the channel 18 comes to rest in the anchor plunger 16 above the annular groove 20 in the guide 21.
  • the play compensation element 11 is thus connected to the pressure connection 13 shortly before and in the closed position and is supplied with pressure oil in order, if necessary, to expand to a corresponding length.
  • the ring 47, the guide 21 and the anchor plunger 16 can be installed in a rotationally symmetrical manner, regardless of the orientation, which simplifies assembly. Also contributes to a simple assembly that the guide 21 is fixed in the longitudinal direction by a step 50 on the opening magnet 4, whereby the transverse channel 45 can be easily and exactly positioned in the guide 21 in the longitudinal direction during assembly.
  • the ring 47 can be designed as a single part; but it can also be made in one piece on Opening magnets 4 may be formed and thus form an integral part.
  • the channel 18 can also be connected to the pressure connection 13 in other areas, such as in the guide 21 of the armature plunger 16, for example in the case of a continuous channel 18 from the direction of the closing magnet 5, etc.
  • the guide 21 is particularly suitable for this, however, since a existing friction surface is used, ie no new one is added and this is additionally lubricated with pressure oil, thereby reducing friction.
  • the play compensation element 11 has a cylinder 22 and a piston 24, between which a pressure chamber 26 is enclosed.
  • the pressure chamber 26 is connected to an adjacent chamber 28, a spring chamber, via a throttle, not shown, and to the channel 18 via a check valve 27.
  • the play compensation element 11 is designed as an independent, functional unit which is attached to the anchor plunger 16 and can thus be preassembled and checked in advance.
  • the play compensation element 11 can be plugged on easily and is nevertheless designed to be captive, for example by means of an O-ring (not shown) which engages in an annular groove, etc.
  • FIG. 3 shows a play compensation element 12 in which a piston 25 is formed by part of the armature tappet 17. Only one type of cylinder 23 is pushed over the armature tappet 17, between which and the armature tappet 17 the pressure chamber 26 is formed. The check valve 27 is inserted into a recess 55 in the armature tappet 17.
  • the game compensation element 12 can be carried out more cheaply and easily. The moving mass is reduced.
  • the valve stem 9 forms parts of the lash adjuster element 12, for example by the cylinder 23 being made in one piece with the valve stem 9, ie the lash adjuster element 12 could be completely formed by the armature tappet 17 and the valve stem 9 except for the check valve 27.
  • the play compensation element 10, 11, 12 adjusts to its exact length in the first closed position of the gas exchange valve 1, i.e. that the armature 6 comes to rest exactly on the pole face of the closing magnet 5 and a valve disc 53 of the gas exchange valve 1 completely seals against a valve seat ring 54.
  • the play compensation element 10, 11, 12 is under compressive stress and has the tendency to shorten in order to always close reliably by oil flowing continuously into the spring chamber via a throttle. If the play compensation element 10, 11, 12 has become too short due to the leakage, this is adjusted to the exact length again in the closed position of the gas exchange valve 1 by the check valve 27 opening and the pressure chamber 26 being connected to the pressure connection 13.
  • the gas exchange valve 1 constantly moves in an area of optimal play without the play compensation element 10, 11, 12 inflating.

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Abstract

The invention relates to a device for operating a gas shuttle valve by means of an electromagnetic actuator which is securely mounted in a component and which has an opening and a closing magnet, between which an axially displaceable armature is arranged. By means of a tappet, said armature acts upon a valve shaft in conjunction with a spring system and a clearance compensation member. According to the invention, the clearance compensation element is arranged between the tappet of the armature and the valve shaft.

Description

Vn-rr-i rht-nng zur p.tät.i gung PIΠP.S Raswfir.hRpI fint.ils mit pinem ol filM-nmagrifit-i .gehen A t.uatnr Vn-rr-i rht-nng for p.tät.i gung PIΠP.S Raswfir.hRpI fint.ils with pinem ol filM-nmagrifit-i .go A t.uatnr
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegrif des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.
Elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungs- magneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial zu einer Gaswechselventilachse des Gaswechselventils verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerbolzen auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip. des Massenschwingers wirkt ein vorgespannter Federmechanismus, meist zwei vorgespannte Druckfedern, auf den Anker, und zwar eine obere und eine untere Ventilfeder. Die obere Ventilfeder wirkt in Öffnungsricheung und die untere Ventilfeder in Schließrichtung des Gaswechselventils. Bei nicht bestromten Schaltmagneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage gehalten, die vorzugsweise mit der geometrischen Mitte zwischen den Schaltmagneten übereinstimmt.Electromagnetic actuators for actuating gas exchange valves generally have two switching magnets, an opening magnet and a closing magnet, between the pole faces of which an armature is arranged so as to be displaceable coaxially with a gas exchange valve axis of the gas exchange valve. The armature acts directly or via an anchor bolt on a valve stem of the gas exchange valve. For actuators based on the principle. of the mass oscillator, a preloaded spring mechanism, usually two preloaded compression springs, acts on the armature, namely an upper and a lower valve spring. The upper valve spring acts in the opening direction and the lower valve spring in the closing direction of the gas exchange valve. When the solenoids are not energized, the armature is held in an equilibrium position by the valve springs, which preferably corresponds to the geometric center between the solenoids.
Wird der Aktuator gestartet, wird der Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker durch eine Anschwingungsroutine in Schwingung versetzt, um diesen aus der Gleichgewichtslage anzuziehen. In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker an der Polfläche des bestromten Schließmagneten an und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen, wird der Schließma- gnet ausgeschaltet und der Offnungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird. Der Anker schlägt an die Polfläche des Öffnungsmagneten an und wird von dieser festgehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten angezogen, trifft auf die Polfläche des Schließmagneten auf und wird von diesem festgehalten.If the actuator is started, the closing magnet or the opening magnet is briefly overexcited or the armature is set in motion by an oscillation routine in order to pull it out of the equilibrium position. In the closed position of the gas exchange valve, the armature lies against the pole face of the energized closing magnet and is held by it. The closing magnet biases the valve spring acting in the opening direction. To open the gas exchange valve, the closing mechanism gnet switched off and the opening magnet switched on. The valve spring acting in the opening direction accelerates the armature beyond the equilibrium position, so that it is attracted by the opening magnet. The armature strikes the pole face of the opening magnet and is held by it. To close the gas exchange valve again, the opening magnet is switched off and the closing magnet is switched on. The valve spring acting in the closing direction accelerates the armature beyond the equilibrium position to the closing magnet. The armature is attracted by the closing magnet, hits the pole face of the closing magnet and is held by it.
Von Beginn an nicht berücksichtigte oder sich über der Zeit verändernde Größen, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen einzelner Bauteile, Wärmedehnung unterschiedlicher Materialien usw., können dazu führen, daß der Anker nicht mehr vollständig an den Polflächen der Magnete zum Anliegen kommt, daß Spiel zwischen dem AnkerStößel und dem Ventilschaft entsteht und/oder das Gaswechselventil nicht mehr vollständig schließt.From the beginning not considered or changing over time, such as manufacturing tolerances of individual components, thermal expansion of different materials, etc., can lead to the fact that the armature is no longer fully on the pole faces of the magnets, that there is play between the armature plunger and the valve stem arises and / or the gas exchange valve no longer closes completely.
Aus einer älteren Anmeldung, DE 19 647 305.5, ist ein Spielausgleichselement bekannt, bei der ein Aktuator schwimmend in einem Zylinderkopf gelagert ist . Der Aktuator öffnet und schließt über einen Anker und zwei beidseitig in Bewegungsrich- tung des Ankers angeordnete Elektromagnete ein Gaswechselventil. Auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite befindet sich zwischen einer Deckplatte und dem Aktuator ein Spielaus- glεichselement, das sowohl positives als auch negatives Ventil- spiel ausgleicht.From an older application, DE 19 647 305.5, a lash adjuster is known in which an actuator is floatingly supported in a cylinder head. The actuator opens and closes a gas exchange valve via an armature and two electromagnets arranged on both sides in the direction of movement of the armature. On the side facing away from the gas exchange valve, there is a play compensation element between a cover plate and the actuator, which compensates for both positive and negative valve play.
Das Spielausgleichselement weist ein erstes hydraulisches Element mit einem Spielausgleichskolben in einem Zylinder auf. Der Spielausgleichskolben liegt zwischen einem ersten, dem Gaswechselventil abgewandten, brennkraftmaschinenabhängig gesteuerten und einem zweiten, dem Gaswechselventil zugewandten Druckraum. Im Kolben befindet sich ein Rückschlagventil, das durch eine Rückhaltefeder in Schließstellung gehalten wird. Das Rückschlagventil öffnet bei Überdruck im ersten Druckraum in Richtung zum zweiten Druckraum. Die Rückhaltefeder ist so ausgelegt, daß das Rückschlagventil nicht öffnen kann, wenn kein Spiel vorhanden ist und schließt damit die Verbindung zwischen den beiden Druckräumen.The play compensation element has a first hydraulic element with a play compensation piston in a cylinder. The lash adjuster piston lies between a first pressure chamber, which is controlled by the internal combustion engine and is remote from the gas exchange valve, and a second pressure chamber, which faces the gas exchange valve. There is a check valve in the piston is held in the closed position by a retaining spring. The check valve opens when there is overpressure in the first pressure chamber towards the second pressure chamber. The retaining spring is designed so that the check valve cannot open when there is no play and thus closes the connection between the two pressure chambers.
Zwischen dem Spielausgleichskolben und dem Zylinder liegt ein definiertes Spiel als Drosselverbindung, durch die Druckmittel aus dem zweiten Druckraum nach außen entweichen kann. Das Spielausgleichselement stützt sich an der oberen Deckplatte ab, die mit dem Zylinderkopf fest verbunden ist. Das Spielausgleichselement kann nur Druckkräfte übertragen.Between the lash adjuster piston and the cylinder there is a defined play as a throttle connection, through which pressure medium can escape from the second pressure chamber to the outside. The play compensation element is supported on the upper cover plate, which is firmly connected to the cylinder head. The play compensation element can only transmit pressure forces.
Wenn das Gaswechselventil nicht richtig schließt, weil der Aktuator zu weit in Richtung des Gaswechselventil verschoben ist, d.h. ein negatives Spiel vorliegt, stellt sich eine Druckerhöhung in dem zweiten Druckraum durch eine Ventilfeder des Gaswechselventilε ein, die in Richtung Schließstellung wirkt. Diese Druckerhöhung bewirkt, daß das. Druckmittel aus dem zweiten Druckraum über die Drosselverbindung entweichen kann, und zwar solange bis das Gaswechselventil wieder vollständig schließt.If the gas exchange valve does not close properly because the actuator is displaced too far towards the gas exchange valve, i.e. there is a negative play, a pressure increase in the second pressure chamber occurs due to a valve spring of the gas exchange valve which acts in the direction of the closed position. This pressure increase means that the pressure medium can escape from the second pressure chamber via the throttle connection, until the gas exchange valve closes completely again.
Schließt das Gaswechselventil korrekt, liegt jedoch Spiel zwischen dem Ankerstößel und dem Gaswechselventil vor, wirkt die Ventilfeder des Gaswechselventils nicht mehr auf den zweiten Druckraum. Der Druck im zweiten Druckraum sinkt dadurch unter den des ersten Druckraums, so daß das Rückschlagventil gegen die Rückhaltefeder öffnet . Druckmedium strömt solange vom ersten in den zweiten Druckraum, bis das Spiel ausgeglichen ist. Dieser Ausgleich vollzieht sich über mehrere Arbeitsspiele des Ventils.If the gas exchange valve closes correctly but there is play between the armature tappet and the gas exchange valve, the valve spring of the gas exchange valve no longer acts on the second pressure chamber. The pressure in the second pressure chamber thereby drops below that of the first pressure chamber, so that the check valve opens against the retaining spring. The pressure medium flows from the first into the second pressure chamber until the play is balanced. This compensation takes place over several working cycles of the valve.
Das Spielausglεic selement ist nur in eine Bohrung des Aktua- tors eingeschoben, so daß sich beide Teile gegeneinander verschieben lassen und damit leicht zu montieren sind. Dadurch tritt jedoch der Effekt auf, daß der Aktuator während der gesamten Zeit, in der der Schließmagnet betätigt wird, um das Gaswechselventil zu schließen, durch eine Reaktionskraft in Richtung Gaswechselventil entlastet wird. Ferner wird das Spielausgleichselement entlastet, sobald der Anker auf der Polfläche des Öffnungsmagneten auftrifft. Wird das Spielausgleichselement entlastet, dehnt sich dieses aus. Öffnet der Aktuator das Gaswechselventil, entsteht eine entgegengesetzte Reaktionskraft, gegen die das Spielausgleichselement entsprechend seiner Funktion sperrt und nur langsam nachgeben kann. Dies hat zur Folge, daß sich das Spielausgleichselement immer mehr ausdehnt und das Gaswechselventil nicht mehr vollständig schließt. Es entsteht eine Art Aufpumpeffekt . Neben der Gefahr, daß das Gaswechselventil nicht richtig schließt und dabei verbrennt, hat der Schaltmagnet einen erhöhten Energiebedarf, um den Anker aus einer außermittigen Lage anzuziehen. Ferner entsteht ein sogenannter Hubverlust, indem sich der Aktuator während des Schließvorgangs entgegen der Gaswechselventilbewegung verschiebt.The play compensation element is only inserted into a bore in the actuator, so that both parts can be moved against each other and are therefore easy to assemble. Thereby However, there occurs the effect that the actuator is relieved by a reaction force toward the gas exchange valve during the entire time in which the closing magnet is actuated to close the gas exchange valve. Furthermore, the play compensation element is relieved as soon as the armature hits the pole face of the opening magnet. If the game compensation element is relieved, it expands. If the actuator opens the gas exchange valve, an opposing reaction force is created, against which the play compensation element locks according to its function and can only yield slowly. The result of this is that the play compensation element expands more and more and the gas exchange valve no longer closes completely. There is a kind of inflation effect. In addition to the risk that the gas exchange valve will not close properly and thereby burn, the switching magnet has an increased energy requirement to attract the armature from an eccentric position. There is also a so-called stroke loss in that the actuator moves against the gas exchange valve movement during the closing process.
Dieses Problem wird durch eine weitere Variante aus dem Stand der Technik gelöst, bei der das Spielausgleichselement fest mit dem Aktuator verbunden ist und damit Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann. Das Spielausgleichselement dieser zweiten Variante besitzt zusätzlich zu dem ersten ein zweites hydraulisches Element mit einem Zylinder, in dem der erste Zylinder mit einer ringartigen Erweiterung geführt ist. Die ringartige Erweiterung dient gleichzeitig als Trennkolben zwischen einer oberen und einer unteren Druckkammer, die über einen ringförmigen Drosselspalt verbunden sind. Im übrigen ist das Spielausgleichselement aufgebaut wie die zuvor beschriebene Variante .This problem is solved by a further variant from the prior art, in which the play compensation element is firmly connected to the actuator and can therefore absorb tensile and compressive forces. The play compensation element of this second variant has, in addition to the first, a second hydraulic element with a cylinder, in which the first cylinder is guided with a ring-like extension. The ring-like extension also serves as a separating piston between an upper and a lower pressure chamber, which are connected via an annular throttle gap. Otherwise, the game compensation element is constructed like the previously described variant.
Wird über den Aktuator das Gaswechselventil geschlossen, wird die Reaktionskraft über den ersten Zylinder auf die untere Druckkammer übertragen. Da die Reaktionskraft nur eine kurze Zeit andauert, findet kein wesentlicher Druckmittelausgleich zwischen der oberen und der unteren Druckkammer statt. Der Aktuator bewegt sich nicht. Positives und negatives Spiel können jedoch über mehrere Ventilzyklen ausgeglichen werden.If the gas exchange valve is closed via the actuator, the reaction force is transmitted to the lower pressure chamber via the first cylinder. Since the reaction force only lasts for a short time, there is no substantial pressure medium compensation between the upper and the lower pressure chamber. The Actuator is not moving. However, positive and negative play can be compensated for over several valve cycles.
Die Montage der Spielausgleichselemente, die auf Zug und Druck beansprucht werden, mit denen quasi der Aktuator an der Deckplatte aufgehängt ist, ist besonders aufwendig und kompliziert, insbesondere weil die Gaswechselventile aus Platzgründen windschief, in Richtung des Aktuators divergierend zueinander eingebaut sind. Es muß pro Gaswechselventil und Aktuator eine Deckplatte mit Dichtungen und Schraubensatz vorgesehen werden.The assembly of the play compensation elements, which are subjected to tension and pressure, with which the actuator is virtually suspended from the cover plate, is particularly complex and complex, in particular because the gas exchange valves are skewed due to space constraints and are diverging towards one another in the direction of the actuator. A cover plate with seals and screw set must be provided for each gas exchange valve and actuator.
Neben der aufwendigen Montage und der dadurch bedingten aufwendigen Konstruktion, verschieben die Ventilfedern den Aktuator bei nicht bestromten Schaltmagneten langsam nach oben, wodurch der Anker aus seiner geometrischen Mittellage zwischen den Polflächen der Schaltmagnete verschoben wird. Bei dem auf Zug und Druck beanspruchbaren Spielausgleichselement sperrt das zweite hydraulische Element entsprechend seiner Funktion gegen einen schnellen Ausgleich zurück in die Mittellage. Die Mittel- läge wird, wenn überhaupt, erst nach mehreren Zyklen erreicht. Die Folge ist wiederum ein erhöhter Energiebedarf und die Gefahr, daß das Gaswechselventil nicht gehalten werden kann, weil dieses mit zu hoher Geschwindigkeit auf die Polfläche des Schließmagneten auftrifft und von diesem wieder abprallt oder nicht ausreichend nahe zum Öffnungsmagneten durch die obere Ventilfeder beschleunigt wird.In addition to the complex assembly and the resulting complex construction, the valve springs move the actuator slowly upwards when the switching magnet is not energized, as a result of which the armature is displaced from its geometric center position between the pole faces of the switching magnet. In the case of the play compensation element, which can be subjected to tension and pressure, the second hydraulic element locks back into the central position against rapid compensation in accordance with its function. The middle position is reached, if at all, only after several cycles. The result in turn is an increased energy requirement and the risk that the gas exchange valve cannot be held because it strikes the pole face of the closing magnet at too high a speed and bounces off it again or is not accelerated sufficiently close to the opening magnet by the upper valve spring.
Es sind damit bei beiden Ausführungsarten aus dem Stand der Technik, infolge der sich über der Zeit verändernden Parameter, keine reproduzierbaren Ventilhubkurven erzielbar.It is therefore not possible to achieve reproducible valve lift curves in either of the prior art designs, owing to the parameters changing over time.
Aus der DE 33 11 250 AI ist eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator bekannt, bei dem ein Spielausgleichselement zwischen einem Anker und einem Yentilschaft angeordnet ist, das nur Druckkräfte übertragen kann. Das Spielausgleichselement ist hermetisch abgeschlossen und besitzt keinen Druckanschluß, über den es mit Druckmedium versorgt wird.From DE 33 11 250 AI a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator is known, in which a play compensation element is arranged between an armature and a Yentil shaft, which can only transmit pressure forces. The game compensation element is hermetic completed and has no pressure connection through which it is supplied with pressure medium.
Aus einer älteren Patentanmeldung DE 196 24 296 AI ist eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator bekannt, bei dem zwischen einem Ankerstößel und einem Ventilschaft ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Das Spielausgleichselement ist in einen zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft angeordneten Tassenstößel eingesetzt, der seinerseits in Ventilachsrichtung verschiebbar in einer Bodenplatte des Aktuatorgehäuses geführt ist. In der Bodenplatte verläuft ein Ölversorgungskanal, der über eine Umfangsnut am Tassenstößel und eine Querbohrung mit dem hydraulischen Spielausgleichselement verbunden ist.From an older patent application DE 196 24 296 AI a device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator is known, in which a play compensation element is arranged between an armature tappet and a valve stem. The play compensation element is inserted into a cup tappet arranged between the armature tappet and the valve stem, which in turn is guided in a base plate of the actuator housing so as to be displaceable in the valve axis direction. An oil supply channel runs in the base plate, which is connected to the hydraulic lash adjuster via a circumferential groove on the tappet and a transverse bore.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Betätigung von Gaswechselventilen mit einem Spielausgleichsele- ment in der Art auszuführen, daß der Aufpumpeffekt weitgehend vermieden und eine schnelle Rückstellung in die Mittellage gesichert wird. Ferner sollte das Spielausgleichselement einfach zu montieren und mit einem Druckmedium zu versorgen sein.The object of the invention is to carry out a device for actuating gas exchange valves with a play compensation element in such a way that the inflation effect is largely avoided and a rapid return to the central position is ensured. Furthermore, the play compensation element should be easy to assemble and to be supplied with a pressure medium.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können. Nach der Erfindung wird ein hydraulisches Spielausgleichselement vorgeschlagen, das über einen Kanal in Längsrichtung im Ankerstößel mit einem Druckanschluß verbunden ist.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims. According to the invention, a hydraulic lash adjuster is proposed, which is connected to a pressure connection in the longitudinal direction in the armature tappet via a channel.
Die Gaswechselvεntile müssen stets sicher schließen. Um dies zu erreichen, besitzen die Spielausgleichselemente, an denen sich die Gaswechselventile direkt oder indirekt abstützen, die Tendenz sich stets langsam zu verkürzen. Dies wird bei hydraulischen Spielausgleichselementen mit einer entsprechenden Drosselstelle erreicht. Kommt der Anker nicht mehr ausreichend nahe an den Schließmagneten, weil sich die Spielausgleichseinrichtung zu weit verkürzt hat, muß ein schneller Ausgleich in die entgegengesetzte Richtung stattfinden, welches mit einem sich öffnenden Rückschlagventil erreicht wird. Ein derartiger iterativer Prozeß mit einem schnellen und mit einem langsamen Ausgleich, bewirkt, daß sich das Gaswechselventil ständig in einem Bereich einer optimalen Spieleinstellung bewegt .The gas exchange valves must always close securely. In order to achieve this, the play compensation elements, on which the gas exchange valves are supported directly or indirectly, have the tendency to always shorten slowly. This is achieved with hydraulic lash adjusters with an appropriate throttle point. If the anchor is no longer sufficient close to the closing magnets, because the backlash compensation device has shortened too much, a quick compensation in the opposite direction must take place, which is achieved with an opening check valve. Such an iterative process with a fast and a slow compensation causes the gas exchange valve to constantly move in a range of an optimal play setting.
Bei einem Spielausgleichselement mit einem Druckanschluß, wird ein schnelles Nachfüllen über das Rückschlagventil sichergestellt. Ferner wird das Spielausgleichselement mit Motorenöl durchspült, welches nach bestimmten Intervallen ausgetauscht wird. Luft und Kondensblasen werden durch den SpülVorgang beseitigt und im Spielausgleichselement befindet sich stets funktionsfähiges Öl .In the case of a play compensation element with a pressure connection, rapid refilling via the check valve is ensured. Furthermore, the lash adjuster is flushed with engine oil, which is exchanged at certain intervals. Air and condensation bubbles are removed by the flushing process and there is always functional oil in the play compensation element.
Das Spielausgleichselement ist zwischen dem Ankerstoßel und dem Ventilschaft zwischen einer oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder und einer unteren in Schließrichtung wirkenden Druckfeder eingespannt. Beide Ventilfedern sind soweit vorgespannt, daß bei unbestromten Schaltmagneten sich der Anker in eine annähernd mittlere Lage zwischen Polflächen der Schaltmagnete einstellt und gleichzeitig in bzw. kurz vor der Schließstellung des Gaswechselventils eine Restschließkraft von der unteren Ventilfeder auf das Spielausgleichselement, den Ankerstößel und auf den Anker wirkt . Wird der Anker von dem Schließmagneten kurz vor dessen Polfläche angezogen und wird die kinetische Energie des Ankers vernachlässigt, so muß der Schließmagnet die Federkraft der oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder abzüglich der Restschließkraft der unteren, in Schlußrichtung wirkenden Ventilfeder aufbringen. Die gleiche Kraft, die der Schließmagnet aufzubringen hat, wirkt als Reaktionskraft entgegengesetzt am Aktuator. Diese Kraft entlastet das Spielausgleichselement aus dem Stand der Technik und führt u.a. zu dem Aufpumpeffekt . Bei dem Spielausgleichselement zwischen dem Ankerstoßel und dem Ventilschaft besteht dagegen ständig eine Druckspannung mindestens in Höhe der Restschließkraft, wodurch ein Aufpumpen weitgehend vermieden wird.The play compensation element is clamped between the armature plunger and the valve stem between an upper valve spring acting in the opening direction and a lower pressure spring acting in the closing direction. Both valve springs are preloaded to such an extent that when the solenoids are de-energized, the armature adjusts itself to an approximately middle position between the pole faces of the solenoid and, at the same time or shortly before the gas exchange valve is in the closed position, a residual closing force from the lower valve spring to the play compensation element, the armature tappet and the armature works. If the armature is attracted by the closing magnet just before its pole face and the kinetic energy of the armature is neglected, the closing magnet must apply the spring force of the upper valve spring acting in the opening direction minus the residual closing force of the lower valve spring acting in the closing direction. The same force that the closing magnet has to exert acts as a reaction force in the opposite direction on the actuator. This force relieves the play compensation element from the prior art and leads, among other things, to the inflation effect. In the case of the play compensation element between the armature tappet and the valve stem, however, there is always a compressive stress at least in height the residual closing force, which largely prevents inflation.
Der Aktuator besitzt eine vielfach größere Masse als das Gaswechselventil mit seinem Ventilschaft oder der Anker mit seinem Ankerstößel . Das Spielausgleichselement muß bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zwischen dem Ankerstößel und dem Aktuator nur die kleine Masse des Ankers bzw. des Gaswechselventils verstellen, so daß ein gering auftretender Aufpumpeffekt durch kontrollierte Leckage kompensiert werden kann, ohne daß das Spielausgleichselement durch eine zu große Lecköl- menge zu weich wird.The actuator has a mass many times greater than the gas exchange valve with its valve stem or the armature with its armature tappet. In the embodiment according to the invention, the lash adjuster only has to adjust the small mass of the anchor or the gas exchange valve between the armature tappet and the actuator, so that a slight inflating effect can be compensated for by controlled leakage without the lash adjuster being over-inflated by an excessive amount of leak oil becomes soft.
Um den schweren Aktuator zu bewegen ist ein hoher Energiebedarf erforderlich. Bei der Erfindung ist der Aktuator fest gelagert und es werden durch das Spielausgleichselement nur die kleinen Massen des Ankers mit seinem Ankerstoßel bzw. des Gaswechsel- ventils mit seinem Ventilschaft verstellt, wodurch Energie eingespart wird.A high energy requirement is required to move the heavy actuator. In the invention, the actuator is fixed and only the small masses of the armature with its armature tappet or the gas exchange valve with its valve stem are adjusted by the play compensation element, thereby saving energy.
Durch die feste Lagerung des Aktuators, beispielsweise in einem Zylinderkopf oder in einem Aktuatorenträger, wird eine relativ aufwendige, schwimmende Lagerung vermieden. Ferner kann das Spielausgleichselement einfach nach der Montage des Gaswechsel- ventils auf den Ventilschaft aufgesetzt oder mit dem Aktuator vormontiert werden.Due to the fixed mounting of the actuator, for example in a cylinder head or in an actuator carrier, a relatively complex, floating mounting is avoided. Furthermore, the play compensation element can simply be placed on the valve stem after the gas exchange valve has been installed, or it can be preassembled with the actuator.
Es können bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Spielausgleichselements zwischen dem Ankerstoßel und dem Ventilschaft Spielausgleichseiemente mit nur einem hydraulischen Element verwendet werden, d.h. die nur Druckkräfte und keine Zugkräfte aufnehmen. Damit wird sicher gestellt, daß sich nach einem erneuten Start die durch das Federsystem bestimmte Gleichgewichtslage des Ankers exakt und schnell wieder auf die geometrische Mittellage zwischen den Polflächen des Öffnungsmagneten und des Schließmagneten einstellt. Bei der ersten Entlastung des Spielausgleichselements, d.h. bei der ersten Schließstel- lung des Gaswechselventils stellt sich das Spielausgleichselement auf die exakte Länge ein, ohne daß ein zweites hydraulisches Element den Vorgang sperrt.In the arrangement according to the invention of the play compensation element between the armature tappet and the valve stem, play compensation elements with only one hydraulic element can be used, ie which only absorb pressure forces and no tensile forces. This ensures that after a new start the equilibrium position of the armature, determined by the spring system, is quickly and precisely adjusted to the geometric center position between the pole faces of the opening magnet and the closing magnet. When the game compensation element is first relieved, ie at the first locking position development of the gas exchange valve, the play compensation element adjusts to the exact length without a second hydraulic element blocking the process.
Es werden reproduzierbare Ventilhubkurven erzielt. Die Gaswechselventile schließen sicher exakt und geräuschoptimiert und die Aktuatoren können mit den Spielausgleichselementen einfach und schnell, mit geringem konstruktivem Aufwand montiert werden.Reproducible valve lift curves are achieved. The gas exchange valves close securely and with optimized noise, and the actuators can be installed quickly and easily with little construction effort using the play compensation elements.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Spielausgleichselement nur im Bereich kurz vor und in der Schließstellung mit dem Druckanschluß verbunden ist. Nur wenn das Gaswechselventil geschlossen ist, d.h. mit seinem Ventilteller an einem Ventilsitzring anliegt, ergibt sich das Längenmaß, wie weit sich das Spielausgleichselement ausdehnen muß, damit auf der einen Seite das Gaswechselventil mit seinem Ventilteller sauber an dem Ventilsitzring abdichtet und an der anderen Seite der Anker exakt an der Polfläche des Schließmagneten zum Anliegen kommt.In a further embodiment of the invention it is proposed that the play compensation element is connected to the pressure connection only in the area shortly before and in the closed position. Only when the gas exchange valve is closed, i.e. with its valve plate resting on a valve seat ring, the length dimension results, how far the backlash compensation element must extend, so that on the one hand the gas exchange valve with its valve plate cleanly seals on the valve seat ring and on the other side the armature exactly on the pole face of the closing magnet Concern comes.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung von Auεfüh- rungsbeispielen zu entnehmen. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.Further details of the invention and the advantages resulting therefrom can be found in the following description of exemplary embodiments. Numerous features are shown and described in connection in the description and in the claims. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further useful combinations.
Es zeigen:Show it:
Fig . 1 einen elektromagnetischen Aktuator und ein Gaswechselventil mit einem Spielausgleichselement , das mit einem Druckanschluß verbunden ist ,Fig. 1 shows an electromagnetic actuator and a gas exchange valve with a play compensation element which is connected to a pressure connection,
Fig . 2 einen Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel von Fig . 1 , bei dem das Spielausgleichselement über einen Kanal im Ankerstößel mit dem Druckanschluß verbunden ist und Fig. 3 einen Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2, bei dem der Ankerstößel einen Teil des Spielausgleichselements bildet.Fig. 2 an actuator according to the embodiment of FIG. 1, in which the play compensation element is connected to the pressure connection via a channel in the anchor plunger and Fig. 3 shows an actuator according to the embodiment of Fig. 2, in which the armature tappet forms part of the play compensation element.
Fig. 1 zeigt einen Aktuator 2 zur Betätigung eines Gaswechsel- ventils 1, der in einer Ausnehmung 35 in einem Bauteil 3 fest gelagert ist, beispielsweise in einem Aktuatorenträger oder in einem Zylinderkopf. Der Aktuator 2 besitzt einen Öffnungsmagneten 4 und einen Schließmagneten 5, zwischen denen ein Anker 6 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 6 ist auf einem Ankerstößel 7 befestigt oder mit diesem einstückig ausgeführt, mit dem er auf einen Ventilschaft 9 des Gaswechselventils 1 wirkt. Ferner besitzt der Aktuator 2 ein Federsystem 8 unterhalb des Öffnungsmagneten 4 mit einer unteren, in Schließrichtung wirkenden Ventilfeder 30 und mit einer oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder 31. Die untere Ventilfeder 30 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an dem Bauteil 3 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung an einem auf dem Ventilschaft 9 befestigten Federteller 32 ab. Die obere Ventilfeder 31 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an einem auf dem Ankerstößel 7 befestigten Federteller 33 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung an dem Öffnungsmagneten 4 ab. Die Ventilfedern 30, 31 sind soweit vorgespannt, daß sich bei unbestromten Schaltmagneten 4, 5 der Anker 6 in eine annähernd mittlere Position zwischen den Schaltmagneten 4, 5 einstellt und unmittelbar vor der Schließstellung des Gas- wechselventilε 1 eine Restschließkraft der unteren Ventilfeder 30 und unmittelbar vor der Öffnungsstellung eine Restöffnungs- kraft der oberen Ventilfeder 31 vorhanden ist.1 shows an actuator 2 for actuating a gas exchange valve 1, which is fixedly mounted in a recess 35 in a component 3, for example in an actuator carrier or in a cylinder head. The actuator 2 has an opening magnet 4 and a closing magnet 5, between which an armature 6 is arranged to be axially displaceable. The armature 6 is fastened on an armature tappet 7 or made in one piece with it, with which it acts on a valve stem 9 of the gas exchange valve 1. Furthermore, the actuator 2 has a spring system 8 below the opening magnet 4 with a lower valve spring 30 acting in the closing direction and with an upper valve spring 31 acting in the opening direction. The lower valve spring 30 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 on the component 3 and in the Gas exchange valve 1 facing away from a spring plate 32 attached to the valve stem 9. The upper valve spring 31 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 on a spring plate 33 fastened on the armature tappet 7 and in the direction remote from the gas exchange valve 1 on the opening magnet 4. The valve springs 30, 31 are preloaded to such an extent that, when the solenoids 4, 5 are de-energized, the armature 6 adjusts to an approximately middle position between the solenoids 4, 5 and immediately before the closed position of the gas exchange valve 1, a residual closing force of the lower valve spring 30 and immediately there is a residual opening force of the upper valve spring 31 before the opening position.
Zwischen dem Ankerstößel 7 und dem Ventilschaft 9 ist ein hydraulisches Spielausgleichselement 10 durch die Vorspannung der Ventilfedern 30, 31 eingespannt. Das Spielausgleichselement 10 wird über eine Tasse 15 mit Drucköl versorgt, die zwischen dem Spielausgleichselement 10 und dem Ankerstößel 7 angeordnet ist, mit seinen Sεitenwangen 34 das Spielausgleichselement 10 teilweise umgibt und nach außen in einer öldruckgespeisten zylinderkopffesten Führung 14 über Gleitreibung geführt ist.A hydraulic lash adjuster 10 is clamped between the armature tappet 7 and the valve stem 9 by the pretensioning of the valve springs 30, 31. The play compensation element 10 is supplied with pressure oil via a cup 15, which is arranged between the play compensation element 10 and the anchor plunger 7, and the play compensation element 10 with its side cheeks 34 partially surrounds and is guided to the outside in an oil pressure-fed cylinder head-fixed guide 14 via sliding friction.
Die Führung 14 ist von einem separaten Bauteil 52 gebildet, das in die Ausnehmung 35 des Bauteils 3 eingesetzt ist. Das Bauteil 52 liegt mit seinem äußeren Umfang an der Innenkontur der Ausnehmung 35 an und stützt sich über einen Bund 37 in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung am Öffnungsmagneten 4 und in die Richtung des Gaswechselventils 1 an einer Stufe 29 im Bauteil 3 bzw. im Zylinderkopf ab. Das Bauteil 52 besitzt an seinem äußeren Umfang einen Druckraum 36, über den es über einen Kanal 38 mit einem Druckanschluß 13 verbunden ist. Vom Druckraum 36 führt ein Kanal 39 zur Führung 14 und mündet in einer Ringnut 40. Kurz vor und in der Schließstellung des Gaswechselventils 1 ist ein sich bildender Innenraum 41 zwischen der Tasse 15 und dem Spielausgleichselement 10 über einen Kanal 42 in der Tasse 15 mit der Ringnut 40 verbunden. Das Spielausgleichselement 10 ist über eine Führung 44 radial geführt. Der Anker 6 mit seinem Ankerstößel 7, das Spielausgleichselement 10 und das Gaswechselventil .1 können rotationssymmetrisch eingebaut werden. Durch die Ringnut 40 ist sicher gestellt, daß die Tasse 15 unabhängig von der Ausrichtung bei der Montage mit Öl versorgt wird. Das Drucköl wird dann, wenn erforderlich, über eine Auεnehmung 56 an einer inneren Deckseite 43 der Tasse 15 dem Spielauεgleichselement 10 von oben zugeführt. Die Zuführung von Drucköl über Tassen 15 ist eine ausgereifte und damit mit wenigen Problemen behaftete Technik. Möglich ist jedoch auch, das Drucköl mit oder ohne Tasse 15 direkt seitlich einem entsprechend ausgeführten Spielausgleichselement zuzuführen. Das Spielausgleichselement kann auch direkt in dem Bauteil 3 geführt sein.The guide 14 is formed by a separate component 52, which is inserted into the recess 35 of the component 3. Component 52 lies with its outer circumference on the inner contour of recess 35 and is supported by a collar 37 in the direction away from gas exchange valve 1 on opening magnet 4 and in the direction of gas exchange valve 1 on a step 29 in component 3 or in the cylinder head from. The component 52 has a pressure chamber 36 on its outer circumference, via which it is connected via a channel 38 to a pressure connection 13. A channel 39 leads from the pressure chamber 36 to the guide 14 and opens into an annular groove 40. Shortly before and in the closed position of the gas exchange valve 1, an interior space 41 is formed between the cup 15 and the play compensation element 10 via a channel 42 in the cup 15 with the Ring groove 40 connected. The play compensation element 10 is guided radially via a guide 44. The armature 6 with its armature tappet 7, the play compensation element 10 and the gas exchange valve .1 can be installed rotationally symmetrically. The annular groove 40 ensures that the cup 15 is supplied with oil regardless of the orientation during assembly. The pressure oil is then, if necessary, supplied to the play compensation element 10 from above via a recess 56 on an inner cover side 43 of the cup 15. The supply of pressurized oil via cups 15 is a sophisticated technique and therefore has few problems. However, it is also possible to supply the pressure oil with or without a cup 15 directly to the side of an appropriately designed play compensation element. The play compensation element can also be guided directly in the component 3.
In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der ein Spielausgleichselement 11 über einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 18 in einem Ankerstößel 16 mit Drucköl versorgt wird bzw. mit dem Druckanschluß 13 verbunden ist. Eine Führung 21 für das Spielausgleichselement 11 und insbesondere eine Tasse 15 ist nicht erforderlich. Die Reibung am Spielausgleichselement 11 entfällt und die bewegte Masse wird geringer.FIG. 2 shows an embodiment of the invention, in which a play compensation element 11 is supplied with pressure oil via an elongate channel 18 in an anchor plunger 16 or is connected to the pressure connection 13. A guide 21 for the game compensation element 11 and in particular a cup 15 is not required. The friction on the play compensation element 11 is eliminated and the moving mass is reduced.
Das Drucköl wird von dem Druckanschluß 13 über einen Kanal 46 einem Ring 47 unterhalb des Öffnungsmagneten 4 über eine Ringnut 49 an der zur Gaswechεelventil 1 weisenden Stirnseite zugeführt. Innerhalb des Ringes 47 wird es zu einer zweiten, am inneren Umfang des Ringes 47 angeordneten Ringnut 48 geführt. Der Ring 47 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an einer Stufe 51 in dem 3auteil 3 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung am Öffnungsmagneten 4 ab, bzw. stützt sich der Öffnungsmagnet 4 auf dem Ring 47 ab, wodurch der Ring 47 in Längsrichtung exakt positioniert ist. Unterhalb des Öffnungsmagneten 4 ist der Weg zum Spielausgleichselement 11 relativ kurz und das Drucköl kann günstig zugeführt werden, ohne daß die Bewegung des Ankers 6 behindert wird. Die Ringnut 48 schließt nach innen an einer Führung 21 des Ankerstößels 16 an, die in den Öffnungsmagneten 4 eingesetzt ist. Im Bereich der Ringnut 48 besitzt die Führung 21 einen Querkanal 45, der nach innen zum Ankerstößel 16 in einer Ringnut 20 mündet. Kurz vor und in der Schließstellung kommt ein mit dem Kanal 18 verbundener Querkanal 19 im Ankerstößel 16 über der Ringnut 20 in der Führung 21 zum Liegen. Das Spielausgleichselement 11 wird damit kurz vor und in der Schließstellung mit dem Druckanschluß 13 verbunden und wird mit Drucköl versorgt, um sich, falls erforderlich, auf eine entsprechende Länge auszudehnen.The pressure oil is supplied from the pressure connection 13 via a channel 46 to a ring 47 below the opening magnet 4 via an annular groove 49 on the end facing the gas exchange valve 1. Within the ring 47, it is guided to a second annular groove 48 arranged on the inner circumference of the ring 47. The ring 47 is supported in the direction of the gas exchange valve 1 at a step 51 in the third part 3 and in the direction facing away from the gas exchange valve 1 on the opening magnet 4, or the opening magnet 4 is supported on the ring 47, whereby the ring 47 is exact in the longitudinal direction is positioned. Below the opening magnet 4, the path to the play compensation element 11 is relatively short and the pressure oil can be supplied cheaply without the movement of the armature 6 being impeded. The annular groove 48 connects inwards to a guide 21 of the armature plunger 16, which is inserted in the opening magnet 4. In the area of the annular groove 48, the guide 21 has a transverse channel 45 which opens inwards to the anchor plunger 16 in an annular groove 20. Shortly before and in the closed position, a transverse channel 19 connected to the channel 18 comes to rest in the anchor plunger 16 above the annular groove 20 in the guide 21. The play compensation element 11 is thus connected to the pressure connection 13 shortly before and in the closed position and is supplied with pressure oil in order, if necessary, to expand to a corresponding length.
Durch die Ringnuten 49, 48 und 20 können der Ring 47, die Führung 21 und der Ankerstößel 16 rotationssymmetrisch, unabhängig von der .Ausrichtung eingebaut werden, wodurch die Montage vereinfacht wird. Ferner trägt zu einer einfachen Montage bei, daß die Führung 21 in Längsrichtung durch eine Stufe 50 am Öffnungsmagneten 4 fixiert ist, wodurch der Querkanal 45 in der Führung 21 in Längsrichtung bei der Montage leicht und exakt positioniert werden kann. Der Ring 47 kann als Einzelteil ausgeführt sein; er kann aber auch einstückig am Öffnungsmagneten 4 angeformt sein und somit einen integralen Bestandteil bilden.Due to the ring grooves 49, 48 and 20, the ring 47, the guide 21 and the anchor plunger 16 can be installed in a rotationally symmetrical manner, regardless of the orientation, which simplifies assembly. Also contributes to a simple assembly that the guide 21 is fixed in the longitudinal direction by a step 50 on the opening magnet 4, whereby the transverse channel 45 can be easily and exactly positioned in the guide 21 in the longitudinal direction during assembly. The ring 47 can be designed as a single part; but it can also be made in one piece on Opening magnets 4 may be formed and thus form an integral part.
Der Kanal 18 kann auch in anderen Bereichen wie in der Führung 21 des Ankerstößels 16 mit dem Druckanschluß 13 verbunden werden, beispielsweise bei einem durchgehenden Kanal 18 aus der Richtung des Schließmagneten 5 usw.. Die Führung 21 eignet sich hierfür jedoch besonders gut, da eine vorhandene Reibfläche genutzt wird, d.h. keine neue hinzukommt und diese zusätzlich mit Drucköl geschmiert und dadurch die Reibung reduziert wird.The channel 18 can also be connected to the pressure connection 13 in other areas, such as in the guide 21 of the armature plunger 16, for example in the case of a continuous channel 18 from the direction of the closing magnet 5, etc. The guide 21 is particularly suitable for this, however, since a existing friction surface is used, ie no new one is added and this is additionally lubricated with pressure oil, thereby reducing friction.
Das Spielausgleichεelement 11 beεitzt einen Zylinder 22 und einen Kolben 24, zwischen den ein Druckraum 26 eingeschlossen ist. Der Druckraum 26 ist über eine nicht dargestellte Drossel mit einem angrenzenden Raum 28, einem Federraum, und über ein Rückschlagventil 27 mit dem Kanal 18 verbunden.The play compensation element 11 has a cylinder 22 and a piston 24, between which a pressure chamber 26 is enclosed. The pressure chamber 26 is connected to an adjacent chamber 28, a spring chamber, via a throttle, not shown, and to the channel 18 via a check valve 27.
Das Spielausgleichselement 11 ist als eigenständige, funktionsfähige Einheit ausgeführt, die auf den Ankerstößel 16 aufgesteckt ist und damit vormontierbar und vorab überprüfbar ist . Vorzugsweise ist das Spielausgleichselement 11 leicht aufsteckbar und trotzdem verliersicher ausgeführt, beispielsweise durch einen nicht dargestellten O-Ring, der in eine Ringnut greift usw..The play compensation element 11 is designed as an independent, functional unit which is attached to the anchor plunger 16 and can thus be preassembled and checked in advance. Preferably, the play compensation element 11 can be plugged on easily and is nevertheless designed to be captive, for example by means of an O-ring (not shown) which engages in an annular groove, etc.
In Fig. 3 ist ein Spielausgleichselement 12 dargestellt, bei dem ein Kolben 25 durch einen Teil des Ankerstößels 17 gebildet wird. Es wird nur eine Art Zylinder 23 über den Ankerstößel 17 geschoben, zwischen dem und dem Ankerstößel 17 der Druckraum 26 gebildet wird. Das Rückschlagventil 27 ist in eine Ausnehmung 55 in den Ankerstoßel 17 eingesetzt. Das Spielausgleichselement 12 kann kostengünstiger und leichter ausgeführt werden. Die bewegte Masse wird reduziert. Möglich ist auch, daß der Ventil- schaft 9 Teile des Spielausgleichεelements 12 bildet, beispielsweise indem der Zylinder 23 einstückig mit dem Ventil- schaft 9 ausgeführt ist, d.h. das Spielausgleichselement 12 könnte bis auf das Rückschlagventil 27 vollständig von dem Ankerstößel 17 und dem Ventilschaft 9 gebildet werden.FIG. 3 shows a play compensation element 12 in which a piston 25 is formed by part of the armature tappet 17. Only one type of cylinder 23 is pushed over the armature tappet 17, between which and the armature tappet 17 the pressure chamber 26 is formed. The check valve 27 is inserted into a recess 55 in the armature tappet 17. The game compensation element 12 can be carried out more cheaply and easily. The moving mass is reduced. It is also possible that the valve stem 9 forms parts of the lash adjuster element 12, for example by the cylinder 23 being made in one piece with the valve stem 9, ie the lash adjuster element 12 could be completely formed by the armature tappet 17 and the valve stem 9 except for the check valve 27.
Ist der Aktuator 2 gestartet, stellt sich das Spielausgleichselement 10, 11, 12 bei der ersten Schließstellung des Gaεwech- selventils l auf seine exakte Länge ein, d.h. daß der Anker 6 exakt an der Polfläche des Schließmagneten 5 zum Anliegen kommt und ein Ventilteller 53 des Gaswechselventils 1 vollständig an einem Ventilsitzring 54 abdichtet. Während des gesamten Betriebs steht das Spielausgleichselement 10, 11, 12 unter Druckspannung und hat die Tendenz sich zu verkürzen, um stets sicher zu schließen, indem ständig über eine Drossel Öl in den Federraum abfließt. Wenn das Spielausgleichselement 10, 11, 12 durch die Leckage zu kurz geworden ist, stellt sich dieses wieder in der Schließstellung des Gaswechselventils 1 auf die exakte Länge ein, indem das Rückεchlagventil 27 öffnet, und der Druckraum 26 mit dem Druckanεchluß 13 verbunden wird. Durch diesen iterativen Prozeß bewegt sich daε Gaεwechselventil 1 ständig in einem 3ereich eines optimalen Spiels, ohne daß sich das Spielausgleichselement 10, 11, 12 aufpumpt. If the actuator 2 is started, the play compensation element 10, 11, 12 adjusts to its exact length in the first closed position of the gas exchange valve 1, i.e. that the armature 6 comes to rest exactly on the pole face of the closing magnet 5 and a valve disc 53 of the gas exchange valve 1 completely seals against a valve seat ring 54. During the entire operation, the play compensation element 10, 11, 12 is under compressive stress and has the tendency to shorten in order to always close reliably by oil flowing continuously into the spring chamber via a throttle. If the play compensation element 10, 11, 12 has become too short due to the leakage, this is adjusted to the exact length again in the closed position of the gas exchange valve 1 by the check valve 27 opening and the pressure chamber 26 being connected to the pressure connection 13. As a result of this iterative process, the gas exchange valve 1 constantly moves in an area of optimal play without the play compensation element 10, 11, 12 inflating.

Claims

Pst.pnt.ansp ür.hp Pst.pnt.ansp ür.hp
1. Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils (1) mit einem elektromagnetischen Aktuator (2) , der in einem Bauteil (3) gelagert ist und einen Öffnungsmagneten (4) und einen Schließmagneten (5) aufweist, zwischen denen ein Anker (6) axial verschiebbar angeordnet ist, der über einen Ankerstößel (7, 16, 17) gemeinsam mit einem Federsystem (8) auf einen1. Device for actuating a gas exchange valve (1) with an electromagnetic actuator (2) which is mounted in a component (3) and has an opening magnet (4) and a closing magnet (5), between which an armature (6) is axially displaceable is arranged, which, together with a spring system (8), on an anchor plunger (7, 16, 17)
Ventilschaft (9) wirkt und mit einem hydraulischen Spielausgleichselement (10, 11, 12) , das zwischen dem Ankerstößel (7, 16, 17) und dem Ventilschaft (9) angeordnet und über einen Druckanschluß (13) mit einem Druckmedium versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstößel (16, 17) in Längsrichtung einen Kanal (18) hat, über den das Spielausgleichselement (11, 12) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.Valve stem (9) acts and with a hydraulic lash adjuster (10, 11, 12) which is arranged between the armature tappet (7, 16, 17) and the valve stem (9) and is supplied with a pressure medium via a pressure connection (13) characterized in that the anchor plunger (16, 17) has a channel (18) in the longitudinal direction via which the play compensation element (11, 12) is connected to the pressure connection (13).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielausgleichselement (10, 11, 12) im Bereich kurz vor und in Schließstellung des Gaswechselventils (1) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the play compensation element (10, 11, 12) in the area shortly before and in the closed position of the gas exchange valve (1) is connected to the pressure connection (13).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18) in Richtung Anker (6) verschlossen und unterhalb des Öffnungsmagneten (4) über einen Querkanal (19) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the channel (18) is closed in the direction of the armature (6) and is connected below the opening magnet (4) via a transverse channel (19) to the pressure connection (13).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkanal (19) über eine Ringnut (20) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist. 4. The device according to claim 3, characterized in that the transverse channel (19) via an annular groove (20) with the pressure connection (13) is connected.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18) über eine Führung (21) des Ankerstößels (16, 17) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (18) via a guide (21) of the anchor plunger (16, 17) is connected to the pressure connection (13).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielausgleichselement (10, 11, 12) einen zwischen einem Zylinder (22, 23) und einem Kolben (24, 25) eingeschlossenen Druckraum (26) besitzt, der über ein Rückschlagventil (27) mit dem Druckanschluß (13) und über eine Drossel mit einem angrenzenden Raum (28) verbunden ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the play compensation element (10, 11, 12) has a pressure chamber (26) enclosed between a cylinder (22, 23) and a piston (24, 25), which has a check valve (27) with the pressure connection (13) and via a throttle to an adjacent space (28).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstößel (17) und/oder der Ventil- εchaft (9) zumindeεt einen Teil (25) des Spielausgleichselements (12) bildet.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the armature tappet (17) and / or the valve stem (9) forms at least part (25) of the play compensation element (12).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstoßel (17) den Kolben (25) des Spielausgleichselements8. The device according to claim 7, characterized in that the armature tappet (17) the piston (25) of the play compensation element
(12) bildet. (12) forms.
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