DE19809928C1 - Ölversorgung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem Stößel, mit einer unteren Führungshülse und mit einer oberen Führungshülse zur zweifachen Lagerung des Stößels.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die durch minde­ stens ein Gehäuseteil miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektromagneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließerma­ gnet ist eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeord­ net. Die Ankerplatte wird durch Bestromen der Spule des Öffnermagneten oder der Spule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für den Stößel auf, der die Anker­ platte mit einem Aktorfederteller verbindet. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Gehäuseteil bzw. der Außenseite des Öffnermagneten ist eine Aktorfeder angeordnet.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bildet mit einem Gas­ wechselventil eine in einem Montageblock, beispielsweise in einer Brenn­ kraftmaschine, angeordnete funktionelle Einheit. Der Ventilteller des Gas­ wechselventils wird dabei, entsprechend einem konventionellen Zylinder­ kopf mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfedertel­ ler über den Ventilschaft in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen.

Die Durchführung im Joch des Öffnermagneten weist eine untere Füh­ rungshülse auf, die zur Führung des Stößels beim Betrieb des Aktors dient. Die untere Führungshülse ist beispielsweise durch einen Schrumpfverbund oder durch Einpressen in dem Joch des Öffnermagneten befestigt und ist beispielsweise aus einem Sinterstahl gefertigt. Bei einem Aktor mit einer derartigen, einfach ausgeführten Lagerung des Stößels muß die untere Führungshülse relativ lang (ca. 3 cm) ausgeführt werden, um die notwendi­ ge Führungsstabilität für den die Ankerplatte tragenden Stößel zu gewähr­ leisten. Der Nachteil dieser langen unteren Führungshülse sind hohe Rei­ bungsverluste, die zwischen dem Stößel und der unteren Führungshülse entstehen.

Um die Reibungsverluste zwischen dem Stößel und der unteren Führungs­ hülse zur reduzieren, kann anstelle einer einfachen Lagerung des Stößels eine zweifache Lagerung des Stößels verwendet werden, wodurch die Länge der unteren Führungshülse deutlich vermindert werden kann. Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer zweifachen Lagerung ist beispielsweise in der DE 296 04 946 U1 beschrieben und dargestellt.

Als zweites Lager ist im Schließermagnet eine obere Führungshülse eingear­ beitet, wobei der Stößel über die Ankerplatte hinaus verlängert ausgeführt ist.

Der Nachteil eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem zweifach gelagerten Stößel besteht in der Notwendigkeit, zur Schmie­ rung und/oder Kühlung des ersten und des zweiten Lagers eine Ölversor­ gung bereitzustellen. Während die untere Führungshülse des ersten Lagers einfach über die Ölversorgung des Gaswechselventils mit versorgt werden könnte, muß für die obere Führungshülse des zweiten Lagers eine separate Ölversorgung bereitgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruch 1 anzu­ geben, bei dem die Ölversorgung der oberen Führungshülse und der unte­ ren Führungshülse zur Schmierung und/oder zur Kühlung über eine direkte Ölzufuhr erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst, wobei der Stößel einen Ölkanal aufweist, der über eine untere Bohrung im Bereich der unteren Führungshülse mit einem Drucköl­ kanal verbunden ist. Zudem weist der Stößel im Bereich der oberen Füh­ rungshülse eine mit dem Ölkanal verbundene obere Bohrung auf, die die obere Führungshülse zur Schmierung und/oder Kühlung mit Öl versorgt.

Im mittleren Bereich des Stößel ist die Ankerplatte des Aktors befestigt, wobei sich die Ankerplatte zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager des zweifach gelagerten Stößels befindet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ölversorgung weiterer Bestandteile der elektromagnetischen Ventilsteuerung über den Ölkanal des Stößels erfolgt, beispielsweise die Verbindungsstelle des Stößels und des Ventilschaftes des Gaswechselventils.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß die mit dem Ölkanal verbundene obere Bohrung des Stößels zur Bestimmung einer definierten Durchflußmenge als Düse ausgeführt ist.

Der Aktor weist für die über die obere Bohrung an das zweite Lager abge­ gebene Ölmenge eine Ölrückführung auf, wobei die Ölrückführung mit dem Sammelbehälter eines Ölkreislaufes verbunden ist.

Die obere Führungshülse weist im Bereich der mit dem Ölkanal verbunde­ nen Bohrung des Stößels eine Ausformung zur Aufnahme und zur gleichmä­ ßigen Verteilung einer definierten Ölmenge auf, wobei die Ausformung beispielsweise als eine die Innenseite der oberen Führungshülse umlaufende Nut ausgebildet ist.

In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Stößel mehrteilig ausgeführt ist. Dabei bietet es sich beispielsweise an, Stößel im Bereich der Ankerplatte in ein oberes Teilstück und ein unteres Teilstück zu unterteilen.

Durch den erfindungsgemäßen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung werden durch die zweifache Lagerung Reibungsverluste minimiert, wobei die untere Führungshülse und die obere Führungshülse über den Ölkanal im Stößel wirksam mit Öl zur Schmierung und/oder zur Kühlung versorgt sind.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßer Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem einen Ölkanal aufweisenden Stößel, der die unte­ re Führungshülse und die obere Führungshülse mit Öl versorgt, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.

Die Figur zeigt die schematische Darstellung der funktionellen Einheit aus
einem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und
einem Gaswechselventil, wobei der Stößel des Aktors zweifach gelagert ist, und beide Lager über den Ölkanal des Stößels mit Öl versorgt werden.

In der Figur ist die aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor A beste­ hende funktionelle Einheit zur elektromagnetischen Ventilsteuerung einer Kolbenbrennkraftmaschine dargestellt, wobei das Gaswechselventil im Zy­ linderkopf ZK und der Aktor A in einem Aktorhalter AH angeordnet sind.

Der Aktor A besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet ÖM und ei­ nem Schließermagnet SM mit jeweils einer Durchführung, die durch ein Gehäuseteil GT miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet ÖM und der Schließermagnet SM sind Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Spule bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließer­ magnet SM ist eine Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet. Die Ankerplatte AP ist mit einem Stößel S verbunden, der durch die Durchführung des Öffnermagneten ÖM mit einem Aktorfederteller AFT verbunden ist. Zwischen dem Aktorfederteller AFT und der Außenseite des Öffnermagneten ÖM ist eine Aktorfeder AF angeordnet.

In die Durchführung des Jochs des Öffnermagneten ÖM ist als erstes Lager L1 zur Führung des Stößels S eine aus einem Sinterstahl bestehende untere Führungshülse UF eingepreßt. Zudem ist in das Joch des Schließermagneten SM als zweites Lager L2 zur Führung des Stößels S eine ebenfalls aus einem Sinterstahl bestehende obere Führungshülse OF eingepreßt. Das erste Lager L1 und das zweite Lager L2 des Stößels S gewährleisten eine hohe Führungs­ stabilität, wobei die untere Führungshülse UF und die obere Führungshülse OF eine geringe axiale Höhe aufweisen, etwa jeweils eine Höhe von 1.2 cm, wodurch Verluste durch einen hohen Reibungswiderstand des Stößels S gegenüber der unteren Führungshülse UF und der oberen Führungshülse OF vermieden werden.

Der Ventilteller des Gaswechselventils GV wird von einer Ventilfeder VF über einen am Ventilschaft VS des Gaswechselventils GV befestigten Ventilfeder­ teller VFT in den Ventilsitz VZ des Zylinderkopfes ZK gezogen.

In der Ruhelage einer funktionellen Einheit aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor A befindet sich die Ankerplatte AP exakt in einer Mittellage zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM. Dabei sind die Ventilfeder VF und die Aktorfeder AF vorgespannt und der Ventilteller VT befindet sich in einer Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz VZ und der Position, bei der das Gaswechselventil GV vollständig geöffnet ist.

Durch die beiden einander entgegenwirkenden Federn VF, AF werden der Ventilschaft VS des Gaswechselventils GV und der Stößel S des Aktors A fest gegeneinander gepreßt.

Zwischen dem Ventilschaft VS des Gaswechselventils GV und dem Stößel S des Aktors A ist eine Vorrichtung zum hydraulischen Ventilspielausgleich HVA angeordnet, die ein stets korrektes Ventilspiel zwischen dem Gaswech­ selventil GV und dem Aktor A gewährleistet.

Die Ölversorgung des hydraulischen Ventilspielausgleichs HVA erfolgt durch einen axial in dem Stößel S eingearbeiteten Ölkanal K, der im Stößel S von der Vorrichtung zum hydraulischen Ventilspielausgleich HVA bis zu einer unteren Bohrung UB führt, die von der Mantelfläche des Stößels S bis zum Ölkanal K führt.

Die untere Führungshülse UF weist eine Durchbohrung DB auf, die eine auf der Innenseite der unteren Führungshülse UF ausgearbeitete untere Nut UN mit einem Druckölkanal DK des Aktorhalters AH verbindet. Zusammen mit der Mantelfläche des Stößels S bildet die untere Nut UN einen ringförmigen Ölkanal.

Beim Betrieb des Aktors A oszilliert der Stößel S in der unteren Führungshül­ se UF und in der oberen Führungshülse OF. Dabei bewegt sich die untere Bohrung UB des Stößels S ständig im Bereich der unteren Nut UN, wobei der Ölkanal K im Stößel S, und damit der hydraulische Ventilspielausgleich HVA, stetig mit Öl versorgt wird. Alternativ kann die untere Nut UN mit einer geringeren axialen Höhe ausgebildet werden, wobei der Ölkanal K nur dann mit Öl versorgt wird, wenn die untere Bohrung UB des Stößels S die untere Nut UN auf der Innenseite der unteren Führungshülse UF überstreicht. Die Ölversorgung des Ölkanals K erfolgt dabei stoßweise. Somit kann über die axiale Höhe der unteren Nut UN die an den Ölkanal K beförderte Ölmenge bestimmt werden.

Die zur Ölversorgung des hydraulischen Ventilspielausgleichs HVA über die Durchbohrung DB der unteren Führungshülse UF an den Ölkanal K des Stö­ ßels S zugeführte Ölmenge gewährleistet die Schmierung und die Kühlung des ersten Lagers L1, da beim Betrieb des Aktors A durch die Bewegung des Stößels S immer eine kleine Ölmenge aus der unteren Nut UN in den Spalt zwischen der unteren Führungshülse UF und dem Stößel S transportiert wird.

Zur Ölversorgung des zweiten Lagers L2 mit der oberen Führungshülse OF ist der Ölkanal K im Stößel S bis an das dem hydraulischen Ventilspielausgleich HVA entgegengesetzte Ende des Stößels S ausgearbeitet. Im Bereich des zweiten Lagers L2 weist der Stößel S eine zum Ölkanal K senkrechte, obere Bohrung OB auf, die mit dem Ölkanal K verbunden ist. In dem von der obe­ ren Bohrung OB beim Betrieb des Aktors A in der oberen Führungshülse OF überstrichenen Bereich weist die obere Führungshülse OF eine obere Nut ON auf, in die der mit dem Druckölkanal DK verbundene Stößel S Öl ein­ spritzt, und über die der Stößel im Bereich des zweiten Lagers L2 von allen Seiten gleichmäßig mit Öl zur Schmierung und zur Kühlung mit Öl benetzt wird.

Die Einspritzung des Öls in die obere Nut ON der oberen Führungshülse OF erfolgt dabei durch den im Druckölkanal DK herrschenden Öldruck sowie durch die Oszillation des Stößel S.

Die Abdichtung des von der Ankerplatte AP eingenommenen Volumens im Innenraumes des Aktors A vor dem Eindringen von Öl erfolgt über zwei O-Ringe OR, die in zwei weiteren Nuten angeordnet sind. Die zwei O-Ringe sind in jeweils einer weiteren Nut auf der der Ankerplatte AP zugewandten Seite in die untere Führungshülse UF und in die obere Führungshülse OF eingearbeitet.

An der obersten Stelle der oberen Führungshülse ist ein Ölrücklauf vorgese­ hen, über den das aus dem zweiten Lager L2 entweichende Öl über einen Sammelbehälter an den Ölkreislauf der Kolbenbrennkraftmaschine zurück­ geführt wird.

Durch den beschriebenen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung werden das erste Lager L1 und das zweite Lager L2 zuverlässig mit der zur Schmierung und zur Kühlung benötigten Ölmenge versorgt, wobei in einfa­ cher Weise weitere Bestandteile der aus einem Gas­ wechselventil GV und einem Aktor A bestehenden funktionellen Einheit, wie der hydraulische Ventilspielaus­ gleich HVA, mit Öl versorgt werden.

Claims (7)

1. Aktor (A) zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem Stößel (S), mit einer unteren Führungshülse (UF) und mit einer oberen Führungshül­ se (OF) zur zweifachen Lagerung des Stößels (S), dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (S) einen Ölkanal (K) aufweist, der über eine untere Boh­ rung (UB) im Bereich der unteren Führungshülse (UF) mit einem Drucköl­ kanal (DK) verbunden ist, und daß der Stößel (S) im Bereich der oberen Füh­ rungshülse (OF) eine mit dem Ölkanal (K) verbundene obere Bohrung (OB) aufweist, welche die obere Führungshülse (OF) zur Schmierung und/oder Kühlung mit Öl versorgt.

2. Aktor (A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stößel (S) eine Ankerplatte (AP) befestigt ist, wobei sich die Ankerplatte (AP) zwi­ schen dem ersten lager (L1) und dem zweiten Lager (L2) der zweifachen Lagerung des Stößels (S) befindet.

3. Aktor (A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölversorgung weiterer Bestandteile der elektromagnetischen Ventil­ steuerung über den Ölkanal (K) des Stößels (S) erfolgt.

4. Aktor (A) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der oberen Bohrung (OB) eine Düse angeordnet ist.

5. Aktor (A) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aktor (A) zur Ableitung des der oberen Führungshülse (OF) zugeführten Ölmenge eine Ölrückführung aufweist.

6. Aktor (A) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die untere Führungshülse (UF) und die obere Führungshülse (OF) im Bereich der mit dem Ölkanal (K) verbundenen unteren Bohrung (UB) Und oberen Bohrung (OB) des Stößels (S) Ausformungen (UN, ON) zur Auf­ nahme und/oder gleichmäßigen Verteilung einer definierten Ölmenge aufweisen.

7. Aktor (A) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stößel (S) mehrteilig ausgeführt ist.