DE19814321A1 - Verfahren zur Kühlung von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von in einer Haltevorrich­ tung angeordneten Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen mit einem Kühlmittelkreislauf, an dem auch die Halte­ vorrichtung angeschlossen ist, wobei der zu kühlende Teil der Aktoren durch zwei Elektromagneten gebildet wird, die durch mindestens ein Ge­ häuseteil verbunden werden. Die Aktoren zur elektromagnetischen Ventil Steuerung sind beispielsweise als separate Baugruppe ausgeführt, wie es in der Patentanmeldung der Anmelderinnen (HN 97/061A) beschrieben ist.

Die Aktoren bestehen im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die durch mindestens ein Gehäuseteil miteinander ver­ bunden sind. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektroma­ gneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befindet sich eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Die Ankerplatte wird durch Bestromen der Spule des Öffnermagneten oder der Spule des Schließermagneten in dies jeweilige Richtung bewegt. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die Ankerplatte mit einem Aktorfederteller verbin­ det. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Gehäuseteil bzw. der Außen­ seite des Öffnermagneten ist eine Aktorfeder angeordnet.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bildet mit einem Gas­ wechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, ent­ sprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinder­ kopfes gezogen wird.

Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Kolbenbrennkraftmaschine montiert, werden der Aktorfederteller und der Ventilfederteller gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktio­ nellen Einheit befindet sich die Ankerplatte exakt in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet.

Da die Leistungsaufnahme eines einzelnen Aktors beim Betrieb der Brenn­ kraftmaschine im Bereich von einigen hundert Watt liegen kann, müssen Vorkehrungen zur Kühlung der Aktoren bzw. zum Abführen der unvermeid­ lich anfallenden Wärme vorgesehen werden.

Eine Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung, die auch auf die Problematik der Kühlung der Aktoren eingeht, ist beispielsweise aus einer Patentanmeldung der Anmelderinnen (HN97/061B) bekannt.

Bei dieser Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Aktoren zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung in den Aktorschächten eines Aktorhalters angeordnet sind. Der Aktorhalter wird von einer Zwischenebene abgedeckt, die Kühl­ wasserkanäle aufweist, die mit dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftma­ schine verbunden sind. Zudem weist die Zwischenebene Durchführungen für Stanzgitteranschlüsse eines in einem multifunktionalen Kunststoffteil eingegossenen Stanzgitters auf. Auf dem multifunktionalen Kunststoffteil ist ein mit dem Stanzgitter verbundenes Aktorsteuergerät angeordnet. Die gekühlte Zwischenebene wird von einer das Aktorsteuergerät umfassenden Abdeckung abgedeckt. Das Aktorsteuergerät ist mit einem außerhalb der Abdeckung angeordneten Motorsteuergerät verbunden.

Für eine in Vier-Ventil-Technik ausgeführte Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern werden in der Aktorhalter bis zu 24 Aktorschächte für die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung eingearbeitet. Der Aktorhalter weist zur Kühlung der Aktoren Kühlwasserkanäle auf, die ebenfalls mit dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sind.

Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung besteht in unvermeidlichen Luftspalten, die zwischen den Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung und den Aktorschächten des Aktorhalters entstehen, und die die thermische Anbindung der Aktoren an den gekühlten Aktorhalter deutlich verschlechtern. Die Folge der schlechteren thermischen Anbindung kann das überhitzen der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sein, wodurch die Standfestigkeit der Aktoren reduziert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verfahren zur Kühlung der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anzugeben, das eine verbesserte thermische Anbindung der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst, wobei die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung, die in einer Haltevorrichtung angeordnet sind, zumindest teilweise von dem in den Kühlwasserkanälen fließenden Kühlmittel direkt umspült werden.

Die nicht von Kühlmittel umspülten Teile der Aktoren zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung werden durch O-Ringe gegen das Eindringen von Kühlmittel abgedichtet.

Die O-Ringe werden vorzugsweise in Nuten angeordnet, die in den Elektro­ magneten und/oder in dem mindestens einem Gehäuseteil und/oder in der Haltevorrichtung ausgearbeitet sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die oberflächen der Elektromagneten und des mindestens einen Gehäuseteils vor Korrosion geschützt werden.

Durch das erfindungsgemäße verfahren zur Kühlung von Aktoren zur elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen wird eine zuver­ lässige thermische Anbindung erreicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die direkte Umspülung der Aktoren ein geräusch- und schwingungsdämpfender Kühl­ mittelmantel gebildet wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Akto­ ren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figu­ ren dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Schnittbildes durch einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung,

Fig. 2 die schematische Darstellung zweier in einem Aktorhalter angeordneten Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung.

In der Fig. 1 ist ein als vormontierte Baugruppe ausgeführter Aktor A dar­ gestellt. Der Aktor A besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet ÖM mit einer Durchführung und einem Schließermagnet SM, die durch ein Ge­ häuseteil GT miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet ÖM und der Schließermagnet SM sind Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Spule bestehen. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil GT und den beiden Elektromagneten ÖM; SM gegen das Eindringen von Feuchtigkeit wird durch eine dauerhafte Fügeverbindung bewirkt.

Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM ist eine kreisrunde Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werkstoff ange­ ordnet. Die Ankerplatte AP ist über einen Stößel S mit einem Aktorfedertel­ ler AT verbunden. Der Stößel S wird dabei durch die Durchführung des Öff­ nermagneten ÖM geführt. Zwischen dem Aktorfederteller AT und dem Öffnermagnet ÖM ist eine Aktorfeder AF angeordnet, die die Rückstellung der Ankerplatte AP bewirkt, nachdem diese von dem Schließermagneten SM angezogen wurde.

Die oberflächen der Joche beider Elektromagneten ÖM, SM der Aktoren A zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und die Oberfläche des Gehäuse­ teils GT sind durch eine Oberflächenbeschichtung, wie sie beispielsweise durch Salzbadnitrieren hergestellt werden kann, vor Korrosion geschützt.

In der Fig. 2 ist der Aufbau der Vorrichtung zum Betrieb von Aktoren A zur elektromagnetischen Ventilsteuerung für eine vierzylindrige Kolbenbrenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die Zylinder der Kolben­ brennkraftmaschine sind in Vier-Ventil-Technik ausgeführt, wobei für jedes Gaswechselventil GV ein Aktor A vorgesehen ist. Dabei sind in den Aktorschächten AS des Aktorhalters AH 16 Aktoren A angeordnet. Der Ak­ torhalter AH wird auf dem Zylinderkopf ZK der Kolbenbrennkraftmaschine kraft- und formschlüssig verschraubt.

Ein Aktor A bildet mit einem Gaswechselventil GV eine funktionelle Einheit. Die Gaswechselventile GV sind im Zylinderkopf ZK der Kolbenbrennkraftma­ schine montiert. Dabei werden die Gaswechselventile GV von jeweils einer Ventilfeder VF über eine am Gaswechselventil GV befestigten Ventilfedertel­ ler VT in den Ventilsitz des Zylinderkopfes ZK gezogen. In der Ruhelage einer funktionellen Einheit aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor A werden der Aktorfederteller AT und der Ventilfederteller VT gegeneinander gepreßt, wobei sich die Ankerplatte AP exakt in einer Mittellage zwischen dem Öffnermagneten ÖM und dem Schließermagneten SM befindet. Die Ventilfeder VF bewirkt die Rückstellung der Ankerplatte AP in diese Mittella­ ge, nachdem der Aktorfederteller AT von dem Öffnermagneten ÖM zum Öffnen des Gaswechselventil GV angezogen wurde.

Die Aktorschächte AS, die zur Aufnahme der Aktoren A dienen, sind jeweils mit den Winkeln zur Bodenfläche des Aktorhalter AH derart ausgefräst, daß der Stößel S der Aktoren A mit dem Ventilschaft VS der Gaswechselventile GV eine Gerade bildet.

Neben den Aktorschächten AS weist der Aktorhalter AH Kühlwasserkanäle KK auf, die mit den Kühlwasserkreislauf der Kolbenbrennkraftmaschine ver­ bunden sind.

Die Aktorschächte AS weisen zur Aufnahme der Aktoren A unterschiedliche Durchmesser auf. Im unteren, dem Gaswechselventil GV zugewandten Be­ reich, weisen die Aktorschächte AS einen Durchmesser auf, der dem der Öffnermagnete ÖM entspricht. In diesem Bereich ist im Aktorschacht AS eine untere Nut UN ausgefräst, die den unteren O-Ring UR aufnimmt. Der untere O-Ring UR gewährleistet die Abdichtung des von der Aktorfeder AF und der Ventilfeder VF eingenommenen Bereiches des Aktorhalters AH und des Zylinderkopfes ZK vor dem Eindringen von Kühlwasser KW.

In einem mittleren Bereich der Aktorschächte AS, der das Gehäuseteil GT und jeweils einen Teil der Elektromagneten ÖM, SM umgibt, sind die Aktor­ schächte AS radialsymmetrisch derart verbreitert, daß sie mit den Kühlwas­ serkanälen KK des Aktorhalter AH, und damit mit dem Kühlmittelkreislauf der Kolbenbrennkraftmaschine verbunden sind. Durch diese Verbreiterung werden das Gehäuseteil GT und die Elektromagneten ÖM, SM direkt von dem Kühlwasser KW umspült.

Im oberen Bereich sind die Aktorschächte AS im Aktorhalter AH nochmals verbreitert ausgearbeitet. In diesem Bereich ist eine obere Nut ON zur Auf­ nahme eines oberen O-Rings OR ausgefräst. Das Joch der Schließermagneten SM weist eine Ausformung auf, die die Dichtfläche für den oberen O-Ring bildet. Dabei umfaßt die Ausformung den Stecker der Aktoren A mit den Kontakten K. Der obere O-Ring OR gewährleistet die Abdichtung des Aktor­ schachtes AS zur gekühlten Zwischenebene ZE vor dem Eindringen von Kühlwasser KW.

Das die Aktoren A radialsymmetrisch umgebende Kühlwasser KW bildet einen Wassermantel, der erheblich zur Dämpfung der beim Betrieb der Aktoren A entstehenden Schallwellen beiträgt.

Auf den Aktorhalter AH mit den Aktoren A wird die gekühlte Zwischenebe­ ne ZE angebracht, die beispielsweise als Aluminiumplatte ausgeführt ist. Die Zwischenebene ZE weist ebenfalls Kühlwasserkanäle KK auf, die horizontal in die Zwischenebene ZE eingearbeitet sind, und die mit den Kühlwasserkanä­ len KK des Aktorhalters AH verbunden sind. Gegebenenfalls sind die Kühl­ wasserkanäle KK des Zylinderkopfes ZK, des Aktorhalters AH und der Zwi­ schenebene ZE seitlich durch Kühlwasserschläuche miteinander verbunden. Die Zwischenebene ZE weist Durchführungen für eine Verbindung der Kon­ takte K der Aktoren A mit einem Aktorsteuergerät AG auf, das alle für die Steuerung der Aktoren A notwendigen Funktionen übernimmt. Durch die gekühlte Zwischenebene ZE ist das Aktorsteuergerät AG vor einer übermä­ ßigen Erwärmung aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beim Betrieb der Aktoren A geschützt.

Die Zwischenebene ZE und das Aktorsteuergerät AG werden von einer Ab­ deckung umschlossen. Die Abdeckung ist aus Kunststoff gefertigt und schützt das Aktorsteuergerät vor dem Eindringen von Feuchtigkeit, wobei die Abdeckung zugleich als Designträger des Herstellers der Kolbenbrenn­ kraftmaschine oder des Kraftfahrzeuges dient.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Aktoren zur elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung wird eine optimale thermischen Anbin­ dung der Aktoren an den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine er­ reicht, wobei zugleich eine vorteilhafte Geräusch- und Schwingungsdämp­ fung bewirkt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Kühlung von in einer Haltevorrichtung (AH) angeordneten Aktoren (A) zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftma­ schinen mit einem Kühlmittelkreislauf, an dem auch die Haltevorrichtung (AH) angeschossen ist, wobei der zu kühlende Teil der Aktoren (A) durch zwei Elektromagneten (ÖM, SM) gebildet wird, die durch mindestens ein Gehäuseteil (GT) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (A) zumindest teilweise von Kühlmittel (KW) direkt umspült wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht von Kühlmittel (KW) umspülten Teile der Aktoren (A) durch O-Ringe (OR, UR) gegen das Eindringen des Kühlmittels (KW) abgedichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die O-Ringe (OR, UR) in Nuten (ON, UN) angeordnet werden, die in den beiden Elek­ tromagneten (ÖM, UM) und/oder in dem mindestens einem Gehäuseteil

(GT) und/oder in der Haltevorrichtung (AH) ausgearbeitet werden.

4. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Joche der Elektromagneten (ÖM, SM) und/oder die Oberfläche des mindestens einen Gehäuseteils (GT) vor Korrosion ge­ schützt werden.