DE10010048C5 - Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator, der sowohl einen Öffnungsmagneten als auch einen Schließmagneten besitzt, zwischen denen ein Anker angeordnet ist, der durch eine obere vorgespannte Öffnungsfeder und eine untere vorgespannte Schließfeder in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten gehalten wird, wenn die Magnete stromlos sind, und der über einen Ankerstößel auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt, an dem sich die Schließfeder abstützt, wobei die Vorspannung der Federn über Einstellmittel eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Montage die Vorspannungdn der Federn (7, 17) getrennt voneinander auf einen vorgegebenen Wert eingestellt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselventilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder indirekt über einen Ankerstößel und gegebenenfalls einen Hebelmechanismus auf einen Ventilschaft eines oder mehrerer Gaswechselventile. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein Federmechanismus auf den Anker. Als Federmechanismus dienen meist zwei vorgespannte Druckfedern, vor denen eine obere Aktuatorfeder, die Öffnungsfeder, in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfeder, die Schließfeder, in Schließrichtung das Gaswechselventil belasten. Bei stromlosen Magneten wird der Anker durch die Federn in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten gehalten. Die Gleichgewichtslage stimmt zweckmäßigerweise mit einer Lage überein, bei der beide Magnete eine gleiche Kraft auf den Anker ausüben. Diese Lage wird im folgenden energetische Mittenlage genannt.
• Aus der DE 39 20 976 A1 ist ein Aktuator bekannt, bei dem der Öffnungsmagnet verschiebbar und der Schließmagnet fest in einem Bauteil angeordnet sind. Die Öffnungsfeder stützt sich auf der dem Gaswechselventil zugewandten Seite am Anker und auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite an einer Stellschraube ab, die in einen zweiten beweglichen Anker geschraubt ist. Durch den zweiten Anker können zwei verschiedene Arbeitshübe des Gaswechselventils eingestellt werden, die sich durch verschiedene Abstände zwischen den Magneten ergeben. Der größere Arbeitshub wird erreicht, indem in einer Ausgangsstellung der zweite bewegliche Anker gemeinsam mit der Stellschraube durch eine Spule in Richtung auf das Gaswechselventil gegen ein feststehendes Joch gezogen wird, das einstückig mit einem Kern des Schließ magneten verbunden ist. Der zweite Anker verschiebt dabei über einen Verbindungsbolzen den Öffnungsmagneten gegen eine Scheibe. Der größere Arbeitshub erfordert ein erhöhtes Kraftniveau der Magnete. Dies wird erreicht, indem durch den Kontakt mit der Scheibe und dem zweiten Anker die Kerne der Magnete vergrößert werden. Wird zwischen den Arbeitshüben gewechselt, werden die Gleichgewichtslage des Ankers und die geometrische Mittelposition gemeinsam verstellt. Die Gleichgewichtslage kann zudem unabhängig von der geometrischen Mittelposition durch Verdrehen der Stellschraube im zweiten Anker eingestellt werden. Dadurch wird die Lage des Fußpunktes einer oder mehrerer Federn des Federsystems variiert.
• Aus der DE 197 23 792 C1 ist eine Einrichtung zum Einstellen der Gleichgewichtslage eines elektromagnetischen Aktuators bekannt, bei der mindestens ein Fußpunkt einer Ventilfeder über ein Einstellmittel, insbesondere ein elektrisch beheizbares Wärmedehnelement, einstellbar ist. Der Fußpunkt wird während des Betriebs eingestellt, und zwar wird die Vorspannung der Ventilfedern so lange variiert, bis die Flächenintegrale der Stromverlaufskurven der Schaltmagnete gleich sind.
• Aus der US 5 720 468 A ist ferner ein elektromagnetisch betätigtes Gaswechselventil bekannt, bei dem die Ventilfedern beidseitig des Ankers angeordnet sind und sich einerseits am Anker und andererseits an dem jeweiligen Schaltmagneten abstützen. Die den Schaltmagneten zugeordneten Fußpunkte sind durch Stellschrauben im Schaltmagneten veränderbar. Dadurch kann die Gleichgewichtslage des Ankers mit der Mittenlage in Übereinstimmung gebracht werden, wenn die Spulen stromlos sind.
• Bei den bekannten Vorrichtungen wird jeder Aktuator individuell auf seine Mittenlage eingestellt, so dass beim Auswechseln der Aktuatoren oder Vertauschen die Mittenlage neu justiert werden muss, insbesondere wenn sich die Schließfeder am Ventilschaft und die Öffnungsfeder am Ankerstößel abstützen. Ferner bedingt die Justierung im montierten Zustand einen erhöhten Montageaufwand. Schließlich hat jeder Aktuator ein anderes Kraft-/Energieniveau.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht dann, die Montage der Aktuatoren zu vereinfachen und Fehler zu vermeiden, die durch Verwechslung der Aktuatoren auftreten können.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Nach der Erfindung wird die Vorspannung der Federn getrennt voneinander auf einen vorgegebe nen Wert eingestellt. Der Wert wird durch Versuche ermittelt und festgelegt. Er wird so definiert, dass der Anker des Aktuators nach der Montage eine gewünschte Mittenlage einnimmt. Da alle Aktuatoren die gleiche Voreinstellung besitzen, können sie mit beliebigen Gaswechselventilen kombiniert werden, die untereinander ebenfalls eine entsprechende Voreinstellung besitzen. Ferner kann ein defekter Aktuator durch einen neuen ersetzt werden, der die gleiche Voreinstellung besitzt, ohne dass er nachjustiert zu werden braucht. Daraus ergibt sich eine optimale Regelung mit einem geringen Energieverbrauch.
• Als Einstellmittel eignen sich in einfacher Weise Einstellscheiben oder Stellschrauben. Aber auch andere Einstellmittel, die ein Stellgewinde aufweisen, sind dafür geeignet. Auch Hydraulikelemeni sind zum Einstellen geeignet, wenn dafür gesorgt wird, dass sie nach der Einstellung blockiert, bzw. hermetisch verschlossen sind, damit die Einstellung erhalten bleibt.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
• Die einzige Figur zeigt einen schematischen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besitzt einen elektromagnetischen Aktuator 11, der ein Gaswechselventil 2 im Zylinderkopf 21 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine betätigt. Der Aktuator 11 hat oben einen Schließmagneten 15 und unten einen Öffnungsmagneter 16 sowie einen zwischen den Magneten 15 und 16 axial beweglich angeordneten Anker 12, der über einen Ankerstößel 13 auf einen Ventilschaft 4 des Gaswechselventils 2 wirkt. Der Ventilschaf 4 ist im Zylinderkopf 21 mittels einer Ventilführung 5 in axialer Richtung geführt.
• Ein Ventilteller 3 des Gaswechselventils 2 wirkt mit einem an der Mündung eines Gaswechselkanals 23 in den Zylinderkopf 21 eingelassenen Ventilsitzring 6 zusammen.
• Ein vorgespanntes Federsystem, bestehend aus einer Schließfeder 7 und einer Öffnungsfeder 17, hält den Anker 12 bei unbestromten Magneten 15, 16 in einer Gleichgewichtslage, die zweckmäßigerweise einer energetischen Mittenlage 19 entspricht. Die Schließfeder 7 befindet sich in einer Ausnehmung 22 des Zylinderkopfs 21. Sie stützt sich einerseits über eine Federauflage 8 am Zylinderkopf 21 und andererseits über einen Federteller 9 am Ventilschaft 4 ab. Die Vorspannung der Schließfeder 7 kann durch Einstellmittel in Form einer Einstellscheibe 10 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Anstelle der Einstellscheibe 10 können auch Einstellmittel verwendet werden, die ein Stellgewinde aufweisen, z.B. eine Stellschraube oder kleine Schnekkengetriebe, aber auch hydraulische Stellelemente sind geeignet, die nach der Einstellung blockiert bzw. hermetisch geschlossen werden.
• Die Öffnungsfeder 17 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Federteller 18, der mit dem Ankerstößel 13 verbunden ist, und mit ihrem anderen Ende über eine Federauflage 14 an einem Aktuatorgehäuse 24 ab. Zwischen der Federauflage 14 und dem Aktuatorgehäuse 24 ist ein weiteres Einstellmittel in Form einer Einstellscheibe 20 vorgesehen, durch die die Vorspannung der Öffnungsfeder 17 individuell auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden kann. Die Vorspannungen der Öffnungsfeder 17 und der Schließfeder 7 sind so aufeinander abgestimmt, dass nach der Montage des Aktuators 11 in den Zylinderkopf 21 der Anker 12 die gewünschte Mittenlage 19 einnimmt. Wird der Aktuator 11 defekt, kann er ohne weiteres Nachjustieren durch einen gleich eingestellten Aktuator 11 ersetzt werden. Ferner können die Aktuatoren 11 einer Brennkraftmaschine untereinander ausgetauscht werden, ohne dass sie nachjustiert zu werden brauchen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator, der sowohl einen Öffnungsmagneten als auch einen Schließmagneten besitzt, zwischen denen ein Anker angeordnet ist, der durch eine obere vorgespannte Öffnungsfeder und eine untere vorgespannte Schließfeder in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten gehalten wird, wenn die Magnete stromlos sind, und der über einen Ankerstößel auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt, an dem sich die Schließfeder abstützt, wobei die Vorspannung der Federn über Einstellmittel eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Montage die Vorspannungdn der Federn (7, 17) getrennt voneinander auf einen vorgegebenen Wert eingestellt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel Einstellscheiben (10, 20) sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel ein Stellgewinde aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel Hydraulikelemente sind, die nach dem Einstellen hermetisch verschlossen sind.