DE4336287C1 - Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils - Google Patents
Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines GaswechselventilsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechsel
ventils nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher
definierten Art.
Ventiltriebe dieser Art müssen sehr genau eingestellt
werden, damit Fertigungstoleranzen, Wärmeausdehnungen,
Verschleiß und dergleichen nicht zu Funktionsstörungen
oder sogar zu einem Funktionsausfall führen.
In der DE-OS 33 11 250 ist deshalb bereits vorgeschla
gen worden, einen Spielausgleich durch ein sich selb
ständig einstellendes hydraulisches Ausgleichselement
herzustellen. Hierzu ist ein Balg vorgesehen, wobei
sich jedoch herausgestellt hat, daß diese Art Spiel
ausgleich in der Praxis in dieser Form Schwierigkeiten
bereitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaf
fen, bei der mit einfachen Mitteln Längenänderungen im
Ventiltrieb während des Betriebes ausgeglichen werden
können, wobei sich insbesondere die Schaltmagneten
stets in der richtigen Position befinden sollen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn
zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge
löst.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird auf einfa
che Weise und sehr zuverlässig sichergestellt, daß der
für die Schließstellung zuständige Schaltmagnet "nach
gestellt" werden kann, bzw. es wird dafür gesorgt, daß
der Anker stets exakt an der Auflage- bzw. Polfläche
des Magnetkörpers des Schaltmagneten anliegt. Wird
nämlich bei geschlossenem Ventil die Klemmung des
Schaltmagneten durch die Klemmelemente gelöst, so
zieht sich der Schaltmagnet über den Anker entspre
chend an. Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, daß das
Ventil auch bei einem gelösten Schaltmagneten in sei
ner Schließstellung verbleibt. Dies bedeutet, man wird
die Klemmung nur in dem Kurbelwellenbereich lösen, in
dem die Verbrennung stattfindet, damit die hohen Zy
linderinnendrücke das Ventil sicher zuhalten.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus
dem nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vor
richtung in vergrößertem Maßstab;
Fig. 2 einen Hydraulikkreislauf für die erfindungs
gemäße Vorrichtung;
Fig. 3 ausschnittsweise eine Alternative des Hydrau
likkreislaufes;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Hy
draulikkreislauf in einer alternativen Ausge
staltung im Schnitt nach der Linie IV-IV der
Fig. 5;
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist grund
sätzlich von bekannter Bauart, weshalb nur die für die
Erfindung wesentlichen Teile näher beschrieben werden.
Sie weist einen Zylinderkopf 1 mit einem Ventilsitz
ring 2 und einer Ventilführung 3 auf. Ein von der Ven
tilführung 3 geführtes Ventil 4 weist einen mittels
Ventilkegelstücke 5 befestigten Federteller 6A mit ei
nem daran angeordneten Anker 6 auf. Auf dem Ventil 4
ist ein oberer Federteller 7 angeordnet. Ein Federsy
stem greift über die Federteller 6A und 7 an. Das Fe
dersystem weist eine untere Druckfeder 9 und eine obe
re Druckfeder 10 auf. Die Druckfeder 9, Ventilfeder
genannt, übt auf das Ventil 4 eine Kraft in Schließ
richtung aus, während die Druckfeder 10 derart ange
ordnet ist, daß sie auf das Ventil eine Kraft in Öff
nungsrichtung ausübt.
In einer Bohrung des Zylinderkopfes 1 und um das Ven
til 4 und die Ventilführung 3 ist ein unterer Schalt
magnet 11 und ein oberer Schaltmagnet 12 vorgesehen.
Der untere Schaltmagnet 11 ist für eine Offenstellung
und der obere Schaltmagnet 12 für eine Schließstellung
des Ventiles vorgesehen. In bekannter Weise besteht
jeder Schaltmagnet aus einer inneren Spule und einem
äußeren topfförmigen Magnetkörper.
Der untere Schaltmagnet 11 ist in der Bohrung im Zy
linderkopf 1 fixiert, während der obere Schaltmagnet
12, der für die Schließstellung vorgesehen ist, über
an seiner äußeren Umfangswand positionierte Klemmele
mente 14 festgehalten ist. In der Bohrung im Zylinder
kopf kann der Schaltmagnet in axialer Richtung ver
schoben werden, wenn die Klemmelemente nicht unter
Druck an der Umfangswand anliegen. Der obere Schalt
magnet 12 besitzt eine Zylinderform. Im Bereich der
Angriffsstellen von zwei sich gegenüberliegenden
Klemmelementen 14 ist die Zylinderumfangswand ab
geflacht. Auf diese Weise können als Klemmelemente
einfache Flachteile verwendet werden, die nicht gegen
ein Verdrehen gesichert werden müssen.
Zur Aufnahme der Klemmelemente 14 dienen Buchsen 13,
die mit dem Zylinderkopf verbunden sind, z. B. durch
eine Verschraubung. Gleichzeitig können an den Buchsen
13 auch Rohranschlüsse eines Hydraulikkreislaufes be
festigt werden.
Die z. B. in einfacher Weise als Klemmscheiben ausge
bildeten Klemmelemente 14 sind auf ihrer Rückseite mit
einem elastischen Dichtungswerkstoff 37 verbunden und
mit einem Druckmittel, z. B. Öl, beaufschlagt. Im Be
darfsfalle können hydraulische Drücke bis zu 400 bar
aufgebracht werden. Bei einer Druckentlastung führen
die Klemmelemente 14 einen Rückhub von ca. 0,01 mm
aus. Dieser Betrag ist ausreichend, um sie von der
Klemm- bzw. Anlagefläche an dem Schaltmagneten 12 ab
zuheben und damit die Klemmung des Schaltmagneten zu
lösen.
Die Anordnung und die Anzahl der Klemmelemente an dem
Schaltmagneten richten sich nach den jeweiligen Anwen
dungsfällen und den zu erwartenden Belastungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert auf fol
gende Weise:
Der Anker 6 mit dem daran befestigten Federteller 6A
bewegt sich im Betrieb zwischen den Auflage- bzw. Pol
flächen des oberen Schaltmagneten 12 und des unteren
Schaltmagneten 11 hin und her. Tritt z. B. ein Ver
schleiß am Ventilsitzring 2 auf, so würde bei einem
festliegenden oberen Schaltmagneten 12, der für die
Schließstellung maßgebend ist, am Ventilsitzring 2 unter Umständen ein
Spalt zum Brennraum bzw. zur Brennkammer des Kolbens
verbleiben. Dies bedeutet, daß der für die Schließstellung
verantwortliche Schaltmagnet 12 entsprechend
"nachgestellt" werden muß. Hierzu wird bei geschlossenem
Ventil 4 die Klemmung des Schaltmagneten 12 gelöst,
wozu eine entsprechende Druckentlastung der Klemmele
mente 14 vorgenommen wird. Die Aufhebung der Klemmung
darf selbstverständlich nur dann vorgenommen werden,
wenn sichergestellt ist, daß das Ventil 4 geschlossen
bleibt. Dies ist in einem Kurbelwellenwinkelbereich
der Fall, in dem die Verbrennung in dem dazugehörigen
Kolbenraum stattfindet, d. h. wenn hohe Zylinderinnen
drücke das Ventil 4 gegen die Kraft der Druckfeder 10
sicher zuhalten. Wird in diesem Zustand die Klemmung
durch die Klemmelemente 14 gelöst, so drückt der Anker
6 den Schaltmagnet 12 um das aufgetretene Spiel nach
oben, und zwar in Richtung auf eine exakte An
lage des Ventils 4 am Ventilsitzring 2.
Zur Klarstellung sei erwähnt, daß es sich dabei nicht
um ein Spiel im eigentlichen Sinne handelt, sondern
daß sich Längenänderungen ergeben, die sich nur in ei
nem Hundertstel-mm-Bereich oder darunter befinden. In
den Fig. 2, 4 und 5 ist jeweils eine Schaltwelle 20
dargestellt, die sich, z. B. von der Kurbelwelle ange
trieben, synchron mit dieser dreht. Die Drehung kann
dabei auch entsprechend untersetzt sein, z. B. der hal
ben Kurbelwellendrehzahl entsprechen. Eine Bohrung 21
im Gehäuse der Schaltwelle 20 ist über eine Drucklei
tung 38 mit den Buchsen 13 und damit mit dem jeweili
gen Druckraum vor den Klemmelementen 14 verbunden. Die
Schaltwelle 20 ist mit einer Radialbohrung 22 verse
hen, die am Außenumfang der Schaltwelle endet. Die
Winkelstellung der Radialbohrung 22 ist dabei unter
Bezug auf die Kurbelwellenstellung des Verbrennungsmo
tores so gewählt, daß - wie gefordert - während der
Verbrennung in dem entsprechenden Zylinderraum nur in
diesem Zeitpunkt die Radialbohrung 22 die Gehäuseboh
rung 21 überfährt. Dies bedeutet, daß nur in der Zeit
des Überfahrens ein Druckausgleich zwischen diesen
beiden Bohrungen und damit auch ein Druckabbau statt
finden kann, wenn für eine entsprechende Ableitung des
Druckes aus der Bohrung 22 gesorgt wird.
In der Zeit, in der eine Verbindung zwischen den Boh
rungen 21 und 22 vorhanden ist, wird die Druckversor
gung der Klemmelemente über die Leitung 21a abge
sperrt. Die Leitung 21a ist über eine Umfangsnut 41 in
der Schaltwelle 20 mit einer Druckleitung 35a derart
verbunden, daß - wie oben erwähnt - die Klemmelemente
14 zur Druckentlastung während der Verbindung der bei
den Bohrungen 21 und 22 miteinander von einer Druck
mittelzufuhr über die Druckleitung 35a abgesperrt wer
den (siehe Fig. 2 und 4). Hierzu ist die Umfangsnut 41
entsprechend über den Umfang der Schaltwelle 20 unter
schiedlich breit ausgebildet, so daß nur in dem ge
wünschten Bereich eine Verbindung zu den Klemmelemen
ten 14 über die Leitung 21a besteht.
Da eine Anpassung an auftretende Längenänderungen
nicht bei jedem Verbrennungstakt notwendig ist, kann
die Schaltwelle 20 auch mit niedereren Drehzahlen be
trieben werden, damit man z. B. nur nach jedem zweiten
oder vierten Verbrennungstakt eine Längenanpassung
vornimmt. Selbstverständlich kann die Drehzahl der
Schaltwelle 20 aber nur so weit abgesenkt werden, daß
die Zeit, während der die Radialbohrung 22 die Bohrung
21 überstreicht, kleiner ist als die Zeit des hohen
Zylinderinnendruckes zum Zuhalten des Ventiles 4.
Eine Ableitung des Druckmittels aus der Radialbohrung
22 erfolgt über eine zentrale Bohrung 39 in der
Schaltwelle 20 und eine damit verbundene weitere in
radialer Richtung verlaufende Bohrung 23. Die Bohrung
23 fluchtet während der Drehung der Schaltwelle 20 mit
einer Gehäusebohrung 24, die über ein Sperrventil 25
mit einem Tank 40 verbindbar ist.
Bei einem betriebswarmen Motor kann man zur Reduzie
rung des Energieverbrauches auch eine noch weitere
Verringerung der Anzahl der Längenanpassungen pro Ver
brennungszyklen vorsehen. Hierzu dient das Sperrventil
25, das nur bei einem entsprechenden Schaltimpuls die
Ableitung zu dem Tank 40 aus der Gehäusebohrung 24
freigibt.
Alternativ zu der in der Fig. 2 dargestellten Druck
entlastung über die Schaltwelle 20 kann gemäß Fig. 3
auch zur Druckentlastung der Klemmelemente 14 ein sehr
schnell schaltendes Ventil 26 vorgesehen werden. Über
das Ventil 26 erfolgt auch die Druckmittelzuleitung zu
den Klemmelementen 14, wobei für eine Druckentlastung
der Klemmelemente 14 und eine Druckmittelableitung das
Ventil 26 entsprechend umgeschaltet wird.
Um die erforderliche hohe Klemmkraft zwischen dem
Schaltmagneten 12 und den Klemmelementen 14 zu errei
chen, müssen entsprechend hohe hydraulische Drücke er
zeugt werden. Bei einer entsprechenden Ausgestaltung
der Klemmelemente und der Leitungen sind jedoch nur
geringe Fördermengen erforderlich. Um die zu bewegen
den Massen möglichst gering zu halten, ist in der Fig.
2 eine wirtschaftliche Möglichkeit dargestellt.
Von einem im Fahrzeug vorhandenen Hydraulikkreislauf
wird ein Druckübersetzer 30 bekannter Bauart mit Flüs
sigkeit niederen Druckes gespeist. Der Druckübersetzer
30 hebt den Druck auf das erforderliche hohe Druckni
veau in an sich bekannter Weise an. Ist der maximale
Zylinderhub in dem Druckübersetzer 30 erreicht, wird
ein Ventil 31 umgeschaltet (bestromt) und der Kolben
des Druckübersetzers über eine Leitung 36 wieder in
seine Ursprungslage zurückgefahren. Nach Umsteuern des
Ventils 31 (stromlos) kann erneut Hochdruck erzeugt
werden.
Ein Rückschlagventil 32, das in der Druckzuleitung zu
dem Druckübersetzer angeordnet ist, ein Rückschlagven
til 33 in der Leitung 36 und ein Rückschlagventil 34
in der zu den Klemmelementen 14 führenden Druckleitung
35a dienen zum leckfreien Absperren der jeweiligen
Leitungen in der gewünschten Strömungsrichtung. So
verhindert z. B. das Rückschlagventil 34 ein Rückströ
men aus dem Hochdruckbereich in den Druckübersetzer
30.
Ein Speicher 35 im Hochdruckbereich kann vorgesehen
sein, um die Zeitspanne zu überbrücken, in der der Druck
übersetzer 30 keinen Hochdruck liefern kann. In diesem
Fall übernimmt der Speicher 35 die Versorgung der
Klemmelemente 14. Aufgrund deren geringen Volumenbe
darfes ist dieses ohne Schwierigkeiten möglich.
Selbstverständlich können zur Erzeugung des Hoch
druckes für die Klemmelemente 14 anstelle eines Druck
übersetzers 30 auch elektrisch angetriebene, speziell
für die sehr kleinen Fördervolumen und hohen Drücke
geeigneten Pumpen oder Elektrozylinder verwendet wer
den.
Aufgrund des geringen Weges der Klemmelemente 14 bei
einer Druckentlastung, der wie erwähnt nur ca. 0,01 mm
betragen kann, werden für einen Klemmvorgang nur klei
ne Volumina benötigt. Um die Fördermenge nun so gering
wie möglich zu halten, kann, wie in der Fig. 3 darge
stellt, ein Druckbegrenzungsventil 27 in die Ablauf
leitung zum Tank 40 vorgesehen werden. Nach einem Öff
nen des Ventiles 26 wird der hohe Druck in dem Druck
begrenzungsventil 27 nur so weit abgesenkt, daß sich
der Schaltmagnet 12 in die neue Lage bewegen kann.
Selbstverständlich kann das Druckbegrenzungsventil 27
auch bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungs
beispiel nach dem Sperrventil 25 eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Hydraulikflüssigkeit für
jeden Klemmvorgang auf eine kleinstmögliche Menge zu
begrenzen, ist in den Fig. 4 und 5 prinzipmäßig darge
stellt.
Beim überfahren der Gehäusebohrung 21 durch die Radi
albohrung 22 in der Schaltwelle 20 kann die bei der
dadurch möglichen Druckentlastung von den Klemmelemen
ten 14 verdrängte Flüssigkeit einen Zwischenspeicher
kolben 28, der im Inneren der Schaltwelle 20 angeord
net ist, gegen die Kraft einer Feder 29 verschieben.
Hierzu ist der Zwischenspeicherkolben 28 über eine
Verbindungsbohrung 42 mit der zentralen Bohrung 39 der
Schaltwelle verbunden. Der Zwischenspeicherkolben 28
kann so dimensioniert und in seinem Hub begrenzt wer
den, daß nur das zur Rücknahme der Klemmung notwendige
Volumen in seinen Kolbenraum einfließen kann. Die für
den Abfluß zu dem Tank 40 vorgesehene Bohrung 23 ist
während dieses Vorganges gesperrt. Sie wird erst dann
geöffnet, wenn die Schaltwelle 20 einen bestimmten
Winkelbetrag weitergedreht hat. Ist eine Verbindung
zwischen der Bohrung 23 und der Gehäusebohrung 24 her
gestellt, schiebt der Zwischenspeicherkolben 28 durch
ein Entspannen der Feder 29 das eingeflossene Flüssig
keitsvolumen in den Tank 40 aus.
Alternativ zu der in dem Ausführungsbeispiel darge
stellten hydraulischen Klemmung der Klemmelemente 14
kann eine Klemmung des Schaltmagneten 12 auch durch
mechanische Mittel erfolgen. Hierzu können z. B. Tel
lerfedern, Druckfedern oder sonstige mechanische
Spannelemente vorgesehen sein, die mit der notwendigen
Kraft die Klemmelemente 14 an den Schaltmagneten 12
anpressen. Zur Druckentlastung und damit zur Lösung
der Klemmung kann dann ein hydraulischer oder pneuma
tischer Druck entsprechend derart aufgebracht werden,
daß er gegen die mechanische Vorspannung wirkt und da
mit die Klemmelemente 14 entsprechend von dem Schalt
magneten 12 löst. Der Vorteil einer derartigen Ausge
staltung liegt darin, daß in diesem Falle ein hydrau
lischer Druck nur zum kurzzeitigen Entlasten aufge
bracht werden muß und daß die Klemmelemente im allge
meinen dauernd an den Schaltmagneten angedrückt sind.
Dies bedeutet, daß in diesem Fall der Schaltmagnet 12
auch dann festgeklemmt ist, wenn der Motor ausgeschal
tet ist oder wenn der Öldruck ausfällt.
Bei einer Steuerung der Klemmung der Klemmelemente 14
über schnellschaltende Ventile 27 gemäß Fig. 3 wird
man die Ventile elektronisch in Abhängigkeit von der
Kurbelwellenstellung steuern.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswech
selventils für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit einem an
dem Gaswechselventil befestigten Anker und mit zwei zu beiden
Seiten des Ankers angeordneten Schaltmagneten, die das Gaswech
selventil in einer Offen- und einer Schließstellung halten,
dadurch gekennzeichnet,
daß für einen Längenausgleich zur spielfreien Betätigung des
Ventiltriebes ein oder mehrere Klemmelemente (14) vorgesehen
sind, die an dem für die Schließstellung zuständigen Schaltma
gneten (12) angreifen, und zwar derart, daß der Schaltmagnet (12)
bei geschlossenem Ventil (4) und bei gelöster Klemmung nach
stellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder mehrere Klemmelemente (14) an der Umfangswand des
Schaltmagneten (12) angreifen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Schaltmagneten (12) mit einer Zylinderform die Zy
linderumfangswand im Bereich der Klemmelemente (14) mit Ab
flachungen versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmelemente (14) durch hydraulischen Druck an den
Schaltmagneten (12) anpreßbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckentlastung der Klemmelemente (14) eine synchron zur
Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit gleicher oder einer untersetzten Drehzahl umlau
fende Schaltwelle (20) mit einer zu der Umfangswand der Schalt
welle (20) führenden Bohrung (22) vorgesehen ist, die mit einer
Druckmittelableitung (Bohrung 23) und einer in einer zugeordne
ten Winkellage im Wellengehäuse befindlichen und mit einer zu
den Klemmelementen (14) führenden Druckleitung (38) verbunden
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckentlastung der Klemmelemente (14) wenigstens ein
Druckentlastungsventil (26) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den hydraulischen Druck erzeugende Hydraulikeinheit mit
einem Druckbegrenzungsventil (27) versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikeinheit mit einem Druckübersetzer (30) versehen
ist, der einen von einem fahrzeugeigenen Hydraulikkreislauf er
zeugten Niederdruck verstärkt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hydraulikeinheit mit einem Zwischenspeicherkolben (28)
versehen ist, dessen Kolbenvolumen wenigstens annähernd dem zur
Entlastung der Klemmelemente (14) zu verdrängenden Druckmittel
volumen entspricht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4336287A DE4336287C1 (de) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4336287A DE4336287C1 (de) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4336287C1 true DE4336287C1 (de) | 1995-03-02 |
Family
ID=6500913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4336287A Expired - Fee Related DE4336287C1 (de) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils |
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Country | Link |
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- 1993-10-25 DE DE4336287A patent/DE4336287C1/de not_active Expired - Fee Related
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