DE3616540A1 - Vorrichtung zum betaetigen eines gaswechsel-tellerventils einer hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum betaetigen eines gaswechsel-tellerventils einer hubkolben-brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines als Teller
ventil ausgebildeten Gaswechselventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Ventilbetätigungsvorrichtung ist aus EP-PS 01 18 591
bekannt. Zwei phasenverschoben zueinander erregte Elektromagnete bilden mit
zwei Schraubenfedern, die beidseits an einer durch die Elektromagnete
angezogenen Ankerscheibe anliegen, ein Schwingsystem. Im Rhythmus dieser
Schwingung wird das mit der Ankerscheibe verbundene Tellerventil hin- und
herbewegt und öffnet bzw. schließt dabei eine Fluid-Durchtrittsöffnung.
Wenn eine solche Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechsel-Tellerventils
einer Hubkolben-Brennkraftmaschine verwendet wird, ist es wichtig, die
Masse des Federsystems möglichst klein zu halten, um einerseits eine
präzise Steuerung über den ganzen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu
erhalten und andererseits den Energiebedarf für die Elektromagnete auf eine
minimale Größe zu beschränken.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gegen Federkraft arbeitende
elektromagnetische Ventilbetätigung zu schaffen, deren bewegte Federmassen
möglichst gering sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1. Die zur Ventilbetätigung verwendete Drehstabfeder besitzt keine, das
Schwingsystem negativ beeinflussende, oszillierende Massen. Auch der mit
der Drehstabfeder starr verbundene, in Wirkverbindung mit dem Tellerventil
stehende Schlepphebel hat nur eine sehr geringe reduzierte Masse, so daß
der am Ventilhebel angelenkte Anker nahezu trägheitslos den wechselweisen
Erregungen der Elektromagnete folgen und das Tellerventil entsprechend
steuern kann.
Eine ähnliche Drehstabfeder ist zwar aus DE-AS 11 20 804 bekannt für eine
rein mechanische, durch einen Nocken betätigte Ventilsteuerung. Jedoch
bringt die Anwendung einer Drehstabfeder für eine elektromagnetische
Ventilsteuerung den entscheidenden Vorteil, daß sie durch Wegfall der
translatorisch bewegten Federmassen und entsprechende Reduzierung der
Massenkräfte überhaupt erst richtig funktionsfähig wird und mit einem noch
vertretbaren Energieaufwand für die Stromversorgung der Elektromagnete
betrieben werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehstabfeder an ihrem
einen Ende drehfest mit dem Ventilhebel verbunden und in zwei, zu beiden
Seiten des Ventilhebels angeordneten Lagerböcken gelagert; am anderen Ende
ist der Drehstab in einer mit dem Zylinderkopf verschraubten Haltebuchse
drehfest eingespannt. Der zentrisch zu den beiden Elektromagneten längsbe
weglich gelagerte Anker ist an dem Ventilhebel so angelenkt, daß sein
Abstand zur Längsachse des Tellerventils erheblich kleiner ist als sein
Abstand zur Längsachse des Drehstabes bzw. der Lagermitte des Ventilhebels.
Auf diese Weise läßt sich eine angepaßte Wegübersetzung erzielen, von dem
nach thermodynamischen Gesichtpunkten optimierten Ventilhub des Teller
ventils zu der für handelsübliche Elektromagnete sinnvollen Hubbewegung des
Ankers.
Da die Endlagen dieser beiden Hubbewegungen immer durch die Fertigung
bedingte Toleranzen aufweisen, andererseits aber ein dichtes Schließen des
Tellerventils auch bei Anlage der Ankerscheibe an dem einen Elektromagneten
unbedingt erforderlich ist, ist es zweckmäßig, eine elastisch nachgiebige
Verbindung zwischen dem freien Ende des Ventilhebels und dem Schaft des
Tellerventils zu schaffen. Hierzu greift das gabelförmig gestaltete Ende
des Ventilhebels zwischen eine auf einem Absatz des Ventilschaftes
anliegende Druckscheibe und eine auf dem Ventilschaft längsgeführte
Schiebehülse ein, die durch eine Schraubenfeder gegen eine am Ende des
Ventilschaftes befestigte Haltehülse abgestützt ist.
Um beim Schließen des Tellerventils den Aufprall des Ventiltellers am
Ventilsitz zu dämpfen, ist oberhalb des Ventilschaftes im Zylinderkopf
eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung angebracht. Mehrere Dämpfungsscheiben
liegen in einem ölgefüllten zylindrischen Dämpfungsraum. Wenn die am oberen
Ende des Ventilschaftes befestigte Dämpfungshülse in den Dämpfungsraum
eindringt, wird das zwischen den Dämpfungsscheiben befindliche Öl durch
definierte Drosselspalte hindurch verdrängt und bewirkt so ein sanfteres,
geräuscharmeres Aufsetzen des Ventiltellers auf den Ventilsitz.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird nachfolgend erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 Frontansicht der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung mit Längs
schnitt durch das Tellerventil,
Fig. 2 Seitenansicht der Ventilsteuerung mit Längsschnitt durch die
Lagerung der Drehstabfeder,
Fig. 3 Draufsicht auf die Ventilsteuerung.
Am Zylinderkopf 1 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist ein Magnetgehäuse
2 befestigt, in dem mit Abstand a 1 zueinander ein erster Elektromagnet 3
und ein zweiter Elektromagnet 4 fest angebracht sind. In dem Freiraum
zwischen den Elektromagneten 3 und 4 liegt eine an einem Anker 5 befestigte
Ankerscheibe, die zu dem jeweils erregten Elektromagnet 3 oder 4 hingezogen
wird. Der Anker ist an seinem freien Ende in einem Lager 8 des Magnet
gehäuses 2 gelagert. Das andere Ende des Ankers 5 ist in einen Stangenkopf
8 geschraubt, der mit einem Stift 9 an eine Gabel 10 eines einarmigen
Ventilhebels 11 angelenkt ist; der eben abgefräste Stangenkopf 8 liegt
dabei mit seitlichem Spiel zwischen der Gabel 10.
Das vordere Ende der Gabel 10 greift zwischen eine, auf einem Absatz des
Ventilschaftes 12 aufliegende Druckscheibe 13 und eine auf dem Ventilschaft
12 längsbewegliche Schiebehülse 14 ein, die durch eine Schraubenfeder 15
gegen eine am Ventilschaft 12 befestigte Haltehülse 16 abgestützt ist.
Zwischen der Schiebehülse 14 und der Haltehülse 16 ist ein geringer Abstand
b vorgesehen, um einen federnden Toleranzausgleich zwischen dem Ankerhub a 2
und dem Ventilhub s des Tellerventils 17 zu ermöglichen. Am oberen Ende des
Ventilschaftes 12 ist eine Dämpfungshülse 18 befestigt, die beim Schließen
des Tellerventils 17 in den im Zylinderkopf ausgebildeten, ölgefüllten
Dämpfungszylinder 19 eindringt, in dem mehrere Dämpfungsscheiben 20 liegen.
Dabei verdrängt sie das Öl in die Ölzulaufbohrung 21 sowie in die Drossel
spalte 22. Mit dieser Dämpfungsvorrichtung ist eine Geräuschminderung des
Ventiltriebes und eine Verringerung des Verschleißes am Ventilteller 23
und Sitzring 24 erreicht. Die Höhe der Dämpfung läßt sich durch den Öl-
Zulaufdruck und die Bemessung der Drosselspalte einstellen.
Wichtig für eine präzise Ventilsteuerung ist eine gute Lagerung des Ventil
hebels 11. Hierzu ist der endseitig als Lagerrohr 25 mit zwei radial vor
stehenden Bunden ausgebildet. Das Lagerrohr 25 ist an beiden Seiten in
einem am Zylinderkopf 1 angeschraubten Lagerbock 27 bzw. 28 gelagert; die
stirnseitig an den Lagerböcken 27, 28 anliegenden Bunde 26 sichern das
Lagerrohr 26 gegen Axialverschiebung.
Im Bereich des einen Lagerbockes 27 ist in dem Lagerrohr 25 das eine Ende
einer zylindrischen Drehstabfeder 29 mit einer Kerbzahnverbindung 30 be
festigt. Das andere Ende der Drehstabfeder 29 ist ebenfalls mit einer Kerb
zahnverbindung 30 in einer Haltebuchse 31 drehfest, die mit Langlöchern 32
versehen ist und an den Zylinderkopf 1 angeflanscht ist. Der Abstand c 1 der
Anlenkstelle des Ankers 5 am Ventilhebel zur Längsachse des Tellerventils
17 ist kleiner als der Abstand c 2 zur Lagermitte des Ventilhebels 17, um
eine Wegübersetzung vom Ankerhub a 2 zum Ventilhub s realisieren zu können.
In der gezeichneten Schließlage des Tellerventils 17 ist der Elektromagnet
3 erregt. Er zieht die Ankerscheibe 6 an und hält die Drehstabfeder
gespannt. Zum Öffnen des Tellerventils 17 wird der Elektromagnet 3 entregt
und gleichzeitig der Elektromagnet 4 erregt, der aber wegen des großen
Abstandes a 2 noch keine merkliche Kraft auf die Ankerscheibe ausüben kann.
Die Anfangsbewegung zum Öffnen des Tellerventils wird bewirkt durch die
gespannte Drehstabfeder 29, die erst auf der Hälfte des Ankerhubs entspannt
ist. Ab hier wird die Ankerscheibe 6 durch die stark progressiv ansteigende
Magnetkraft des Elektromagnets 4 sowie die Trägheitskraft des Ventil
mechanismus an den Elektromagnet 4 angelegt, wobei das Tellerventil 17 in
Offenstellung geht und die Drehstabfeder 29 wieder, diesmal in der anderen
Drehrichtung gespannt wird.
Beim Schließen des Tellerventils 17 wiederholt sich der eben beschriebene
Vorgang in der umgekehrten Reihenfolge. Die Verstellkraft wird hierbei auf
das Tellerventil über die Schiebehülse und Schraubenfeder aufgebracht. Die
federnde Betätigung sorgt für eine gleichzeitige Anlage der Ankerscheibe
am Elektromagnet und des Ventiltellers am Sitzring, auch dann, wenn
fertigungsbedingte oder temperaturbedingte Toleranzabweichungen des
Abstandes a 2 oder des Ventilhubes s auftreten.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum Betätigen eines im Zylinderkopf einer Hubkolben-
Brennkraftmaschine längsgeführten Gaswechsel-Tellerventils mit zwei
Elektromagneten, die wechselweise periodisch erregt werden, und dabei
entgegen der Kraft einer Feder einen Anker hin und her bewegen, der das
Tellerventil öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder
eine Drehstabfeder (29) verwendet ist, die an ihrer einen Seite am
Zylinderkopf (1) drehfest gehalten ist und an ihrer anderen Seite mit einem
einarmigen Ventilhebel (11) in dessen Lagerbereich drehfest verbunden ist,
wobei der Ventilhebel (11) durch den an ihn angelenkten Anker (5) hin- und
hergeschwenkt wird und mit seinem freien Ende (Gabel 10) am Ventilschaft
(12) des Tellerventils (17) angreift.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
(c 1) der Anlenkstelle (Stift 9) des Ankers (5) zur Längsachse des Teller
ventils (17) kleiner ist als der Abstand (c 2) zur Lagermitte des Ventil
hebels (11).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhebel
(11) von seinem freien Ende her als Gabel (10) ausgebildet ist, die sich
geringfügig über die Anlenkstelle (Stift 9) hinaus erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (10)
am Tellerventil (17) in dessen Öffnungsrichtung starr, in dessen Schließ
richtung federnd angreift.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (10)
in Schließrichtung des Tellerventils (17) an einer auf dem Ventilschaft
(12) längsgeführten Schiebehülse (14) anliegt, die mittels einer Schrauben
feder (15) an einer auf dem Ventilschaft (12) befestigten Haltehülse (16)
abgestützt ist, wobei die Schiebehülse (14) und Haltehülse (16) zueinander
einen kleinen Abstand (b) haben.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schließbewegung des Tellerventils (17) durch eine hydraulische
Dämpfungsvorrichtung (18, 19, 20, 21, 22) gedämpft ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs
vorrichtung aus einer endseitig am Ventilschaft (12) befestigten Dämpfungs
hülse (18), einem ölgefüllten und mit Dämpfungsscheiben (20) ausgestatteten
Dämpfungszylinder (19) sowie aus einer Öl-Zulaufbohrung (21) und Drossel
spalten (22) besteht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ventilhebel (11) endseitig als Lagerrohr (25) ausgebildet ist, das
an seinen beiden Seiten in Lagerböcken (27, 28) gelagert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstab
feder (29) mit ihrem einen Ende das Lagerrohr (25) durchragt und im Bereich
des einen Lagerbocks (28) drehfest mit der Lagerrohr (25) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehstabfeder (29) mit ihrem anderen Ende in einer Haltebuchse (31) drehfest
eingespannt ist, die an den Zylinderkopf (1) angeflanscht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlage
der Haltehülse (31) durch Verschwenken in Langlöchern (32) einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß sie zum gleichzeitigen Betätigen zweier Tellerventile ausgebildet ist.
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