DE3817368A1 - Motorventilsteuerungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorventilsteuerungsanordnung für einen Fahrzeugmotor, bei der das jeweils durch eine Nocke und eine Feder betätigte Einlaßventil und Auslaß­ ventil oder wenigstens eines von ihnen mit einer elektro­ magnetischen Betätigungseinrichtung ausgestattet ist, die das Ventil in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors betätigt.

Bei einer bekannten Ventilsteueranordnung dieser Art, die in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 52 111/1984 offenbart ist, wird als Ausgangsfaktor die von einer Nocke und einer Rückführfeder bewirkte Öffnungs-/ Schließbetätigung der Einlaß- und Auslaßventile herangezo­ gen, die von einer elektromagnetischen Betätigungseinrich­ tung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors durchgeführt werden. Dadurch wird die Öffnungs-/Schließzeit justiert, um die Aufladung oder vorbestimmte Verbrennungs­ eigenschaften, einschließlich der gewünschten Ausgangslei­ stungscharakteristik, sowie Kraftstoffverbrauch und Abgas­ eigenschaften zu verbessern.

Nun verringert sich die von dem Elektromagneten einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ausgeübte Anzie­ hungskraft proportional mit dem Quadrat der Entfernung des Elektromagneten von dem von ihm angezogenen magnetischen Polteil. Um die für das Öffnen/Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils erforderliche Anzugskraft sicherzustellen, muß deshalb der Hub der einzelnen Ventile klein sein. Dies hat jedoch den Nachteil, daß vorbestimmte Verbrennungs­ eigenschaften nicht erreicht werden können. Es war deshalb beim Stand der Technik notwendig, zur Vergrößerung des Hubs die Anzugskraft des Elektromagneten zu erhöhen, was wieder­ um größere Leistung und größeren Stromverbrauch erfordert. Daraus ergeben sich Nachteile bezüglich des Raumbedarfs und der Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motorventil­ steuerungsanordnung anzugeben, bei der in Öffnungsposition des Einlaß- oder Auslaßventils, in der Elektromagnet und magnetisches Polteil einander am nächsten liegen, die An­ zugskraft des Elektromagneten betätigt wird, um das Ventil zu halten und so das Schließen zu verzögern, um eine Über­ ladungswirkung durch Trägheitskraft herbeizuführen und da­ durch Verbesserungen in bezug auf die Ausgangsleistung und weitere erwünschte Verbrennungseigenschaften zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Ventilsteuerungsanord­ nung der im Anspruch 1 beschriebenen Art.

Die Einlaß- und Auslaßventile werden von drehbaren Nocken geöffnet. Wenn die Ventile geöffnet sind, wird der elektro­ magnetischen Betätigungsvorrichtung Strom zugeführt, wodurch die Ventile gehalten werden. Wenn der Stromfluß in der Betätigungseinrichtung in einem vorbestimmten Zeitpunkt unterbrochen wird, schließt eine Rückstellfeder die Venti­ le. Durch die oben beschriebene Anordnung läßt sich das Schließen der Ventile verzögern, so daß in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors eine Überladung erzeugt werden kann.

Da die Einlaß- und Auslaßventile von einer Nocke geöffnet werden und die Anzugskraft des Elektromagneten erst in Öffnungsstellung der Ventile aktiviert wird, in der der Abstand zwischen Elektromagnet und magnetischem Polteil am kleinsten ist, wird für das Öffnen der Ventile keine An­ zugskraft benötigt. Die Anzugskraft wird lediglich für das Halten der Ventile in Öffnungsstellung benötigt. Man kann deshalb die maximale Anzugskraft ausnutzen. All dies führt dazu, daß der verwendete Elektromagnet und seine Versor­ gungsquelle nicht sehr leistungsfähig sein müssen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Anordnung gemäß der Erfindung mit einer herkömmlichen Ventilsteueranord­ nung verglichen wird.

In Fig. 1 ist ein mit 1 bezeichneter Zylinderkopf darge­ stellt. Dieser besitzt ein Einlaßventil 2, das aus einem Ventilkörper 2 a und einem Ventilschaft 2 b besteht. Das Einlaßventil 2 ist an dem Zylinderkopf 1 in einer in diesen eingesetzten Ventilführung 3 gleitbar geführt, so daß der Ventilkörper 2 a in einem in dem Zylinderkopf 1 auf der Seite der Brennkammer 5 vorgesehenen Ventilsitz zur Anlage gebracht werden. An einem Ende des Ventilschafts 2 b ist mittels eines Ventilkeils 6 ein Halter 7 befestigt. Zwischen diesem und dem Zylinderkopf 1 befindet sich eine Rückführfeder 7. Das Einlaßventil 2 wird zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung hin- und herbewegt. Die Schließbewegung wird von Rückführfeder 8 bewirkt, während die Bewegung in Öffnungsstellung gegen die Wirkung der Rückführfeder 8 durch einen Kipphebel 9 erfolgt, der bei seiner Schwenkbewegung mit dem oberen Ende des Ventil­ schafts 2 in Kontakt tritt. Die Schwenkbewegung des Kipp­ hebels 9 wird von einer Nocke 10 gesteuert, die mit dem Motor gekuppelt ist und sich mit diesem dreht.

Zwischen Ventilhalter 7 und Zylinderkopf 1 befindet sich eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 11. Diese besteht aus einem Elektromagneten 12, der an dem Zylinder­ kopf 1 befestigt ist, und einem magnetischen Polteil 13, das von dem Elektromagneten 12 angezogen wird. Der Elektro­ magnet 12 ist ringförmig ausgebildet, so daß der Ventil­ schaft 2 b ihn längs der Ventilführung 3 in seinem zentralen Bereich durchdringen kann. In dem Elektromagneten 12 befin­ det sich eine ringförmige Spule 14, die mit dem magneti­ schen Polteil 13 korrespondiert. Wenn die Spule 14 von einer Steuereinheit 15, die in Abhängigkeit von dem von ihr ermittelten Betriebszustand des Motors aktiviert wird, Strom erhält, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die das magnetische Polteil 13 anzieht.

Das magnetische Polteil 13 ist ringförmig ausgebildet und wird in seinem zentralen Bereich von dem Ventilschaft 2 b durchdrungen. Damit in Öffnungsstellung des Einlaßventils 2 zwischen dem magnetischen Polteil 13 und dem Elektromagne­ ten 12 ein kleiner paralleler Luftspalt vorhanden ist, ist das magnetische Polteil über einen dem Ventilkeil 6 ent­ sprechenden Keil 16 an dem Ventilschaft 2 b so befestigt, daß es in die der Richtung des Ventilhalters 7 entgegen­ gesetzte Richtung weist. Wenn der Elektromagnet 12 erregt wird und eine Anzugskraft erzeugt, wirkt diese deshalb auf das Ventil 2 ein und hält es in Öffnungsstellung. Außerdem ist zwischen dem magnetischen Polteil 13 und dem Ventilhal­ ter 7 eine Schraubenfeder 17 angeordnet, die aufgrund ihrer Kompression Stöße absorbiert, die das magnetische Polteil 13 beim Schließen des Ventils erzeugen kann.

Mit 18 ist eine Stoßdämpferanordnung für das Einlaßventil 2 bezeichnet. Sie besteht aus einem Gehäuse 19 und einem Kolben 20, der über den Kipphebel 9 mit dem oberen Ende des Ventilschafts 2 b in Kontakt tritt. Zwischen dem Gehäuse 19 und dem Kolben 20 wird hydraulischer Druck eingeführt, so daß Stöße gedämpft werden, die dann auftreten, wenn das Einlaßventil 2 bei Aberregung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 11 in seinen Sitz zurückkehrt.

Die Erfindung läßt sich nicht nur auf die dargestellte Ausführungsform mit Kipphebel-Ventilsteuerungen anwenden, sondern auch auf Ventilsteuerungen mit Ventilstößeln.

Bei der vorangehend beschriebenen Konstruktion wird das Einlaßventil 2 von der Nocke 10 bewegt und dadurch geöff­ net. Anschließend wird es durch die Nocke 10 und die Rück­ führfeder 8 wieder geschlossen. Wenn das Einlaßventil 2 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors betätigt wird und seine Öffnungsstellung erreicht, wird der elektromagne­ tischen Betätigungseinrichtung 11 Strom zugeführt, so daß das Ventil 2 unabhängig von der weiteren Drehbewegung der Nocke 10 in seiner Öffnungsstellung gehalten wird. Dadurch wird das Schließen des Ventils während einer vorbestimmten Zeitspanne verzögert. In Fig. 2 ist diese Arbeitsfolge durch die Kurve B dargestellt, während die Kurve A den Fall zeigt, in dem das Einlaßventil 2 ausschließlich von der Nocke 10 geöffnet und geschlossen wird. Die von den Kurven A und B eingeschlossene Fläche entspricht der Überaufla­ dung.

Die Anzugskraft der elektromagnetischen Betätigungseinrich­ tung 11 ist hinreichend groß, wenn sie das Einlaßventil 2 gegen die Wirkung der Rückführfeder 8 in Öffnungsstellung halten kann. Da das magnetische Polteil 13 sich in nächster Nähe des Elektromagneten 12 befindet, wenn die Anzugskraft benötigt wird, kann die größtmögliche Anzugskraft ausge­ nutzt werden, so daß das Leistungsvermögen des Elektro­ magneten 12, der die Anzugskraft erzeugt, und der zugehöri­ gen Stromversorgungsquelle relativ klein sein können.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, lassen sich die wirksame Aufladung verbessern und gewünschte Verbrennungseigenschaften erreichen, indem das Ventil unter Ausnutzung der maximalen Anzugskraft der elektromagneti­ schen Betätigungseinrichtung in seiner Öffnungsstellung gehalten und mit Verzögerung geschlossen wird. Dadurch läßt sich die Ausgangsleistung des Motors mit geringem Raumauf­ wand und kostengünstig verbessern.

Claims (6)

1. Ventilsteuerungsanordnung für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem Einlaß- und einem Auslaßventil, die durch eine Nocke geöffnet und durch eine Rückführfeder geschlos­ sen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaß- und das Auslaßventil oder wenigstens eines dieser Ventile mit einer Ventilhalteeinrichtung ausgestat­ tet ist, die in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors derart gesteuert wird, daß das von der Nocke ge­ öffnete Ventil von der Ventilhalteeinrichtung in seiner Öffnungsstellung gehalten wird und von der Rückführfeder geschlossen wird, wenn die Aktivierung der Ventilhalteein­ richtung beendet wird.

2. Ventilsteuerungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhalteeinrichtung aus einer elektromagneti­ schen Betätigungseinrichtung besteht.

3. Ventilsteuerungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung ein an dem entsprechenden Ventil (2) befestigtes magnetisches Polteil (13) und einen an dem Zylinderkopf (1) des Motors befestigten Elektromagneten (12) umfaßt, wobei in Öff­ nungsstellung des Ventils ein kleiner Luftspalt zwischen dem magnetischen Polteil (13) und dem Elektromagneten (12) besteht, daß das magnetische Polteil (13) eine Form be­ sitzt, die der Form eines Ventilhalters (6) entspricht und mittels eines Ventilkeils (6) zwischen dem Ventilhalter (7) und dem Elektromagneten (12) so angebracht ist, daß es (13) in die der Richtung des Ventilhalters (7) entgegengesetzte Richtung weist, und daß das Polteil (13) von einer zwi­ schen dem Polteil (13) und dem Ventilhalter (7) angeordne­ te Schraubfeder (17) vorgespannt und dadurch an seinem Einbauplatz fixiert wird.

4. Ventilsteuerungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Betätigungseinrichtung an dem Zylinderkopf derart montiert ist, daß der über den Zylin­ derkopf (1) ragende Teil der Ventilführung (3) in eine zentrale Bohrung der Betätigungseinrichtung eingepaßt ist.

5. Ventilsteuerungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnungsfunktion der Nocke über einen Kipp­ hebel (9) ausgeführt wird.

6. Ventilsteuerungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (2) an dem dem Ventilkörper (2 a) abgewandten Ende des Ventilschafts (2 b) ein Stoßdämpfer (20) zugeordnet ist, der beim Schließen des Ventils erzeugte Stöße dämpft.