-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
eines Ventils, wie z.B. eines Einlassventils oder eines Auslassventils eines
Verbrennungsmotors.
-
Eine
japanische Patentveröffentlichung
Kokai Nr. H09(1997)-60512 offenbart ein elektromagnetisches Ventilbetätigungssystem,
das einen Anker und einen Ankerschaft (oder Ventilschaft) enthält, die miteinander über einen
zweigeteilten Keil befestigt sind.
-
Die
DE 197 28 348 gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 offenbart eine Ventilbetätigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor, der einen Anker und eine Welle, die mit dem Anker
verbunden ist, umfasst. Zwei Magnetspulen sind zum Bewegen des Ankers
und damit des Ankerschafts zum Öffnen
oder Schließen
eines Ventils eines Motors vorgesehen. Zwischen einem Verbindungsloch des
Ankers und der Außenseite
des Ankerschafts ist ein Zwischenelement zwischengesetzt, das in
einer Position bezüglich
zu dem Ankerschaft mittels Vorsprüngen, die in eine Nut des Ankerschafts
eingreifen, befestigt ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische
Ventilbetätigungsvorrichtung
zu schaffen, die eine betriebssichere und einfach aufgebaute Verbindungsstruktur
hat.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Da
der Ankerschaft einen verjüngten
Verbindungsbereich aufweist, der in das Verbindungsloch des Ankers
eingepasst ist, welches so verjüngt
ist, dass es über
den verjüngten
Verbindungsbereich gepasst ist, wird die Verbindungsgrenzfläche zwischen dem
Anker und dem Ankerschaft erhöht,
und dadurch wird die Festigkeit der Verbindung erhöht. Dadurch
ist die Verbindungsstruktur zwischen dem Anker und dem Ankerschaft
sicher, frei gegenüber
einem unerwünschten
Lösen und
frei von einem Bruch aufgrund des Lösens, betriebssicherer und
dauerhafter.
-
Weitere
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beansprucht.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Ansicht, die eine Ventilbetätigungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die eine Verbindungsstruktur zwischen einem Anker und einem Ankerschaft,
die in 1 gezeigt sind, zeigt.
-
3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einer Verbindungsstruktur gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 zeigt
eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Ventilbetätigungsvorrichtung
enthält
einen Anker 1 und obere und untere Magnetspulen 2 und 3,
die auf beiden Seiten des Ankers 1 angeordnet sind. In
diesem Beispiel ist die obere Magnetspule 2 eine Ventilschließ-Magnetspule,
die auf der oberen Seite des Ankers 1 angeordnet ist, und
die untere Magnetspule 3 ist eine Ventilöffnungs-Magnetspule auf der
unteren Seite.
-
Ein
Ankerschaft 4 erstreckt sich nach unten von der Mitte des
Ankers 1. Der Anker 1 und der Ankerschaft 4 sind
als eine einzelne integrale Einheit ausgebildet. Der Ankerschaft 4 tritt
durch ein Mittelloch der unteren Magnetspule 3 in einer
solchen Art und Weise hindurch, dass sich der Ankerschaft 4 in dem
Mittelloch der unteren Magnetspule 3 hin- und herbewegen
kann. Das untere Ende der Ankerwelle 4 stößt auf ein
oberes Ende eines Ventilschafts 6 eines Ventils 5,
welches in diesem Beispiel ein Einlassventil oder ein Auslassventil
eines Verbrennungsmotors ist.
-
Eine
Rückstellfeder 9 zum
Drücken
des Ventils 5 in die Ventilschließrichtung ist zwischen einem Federsitz 8,
der fest auf dem Ventilschaft 6 montiert ist, und einer
Sitzfläche 10,
die in einem Zylinderkopf des Motors ausgebildet ist, angeordnet.
In diesem Beispiel ist der Federsitz 8 an dem Ventilschaft 6 über einen
Keil 7 befestigt.
-
Ein
Federschaft 11 erstreckt sich nach oben von der Mitte des
Ankers 1 in Ausrichtung mit dem Ankerschaft 4.
Die obere Magnetspule 2 weist ein Mittelloch auf, das den
Federschaft 11 in einer solchen Weise aufnimmt, dass es
eine Hin- und Herbewegung des Federschafts 11 darin ermöglicht.
Das untere Ende der Federwelle 11 stößt an das obere Ende des Ankerschafts 4 an.
-
Eine
Rückstellfeder 13 zum
Drücken
des Ventils 5 in die Ventilöffnungsrichtung ist zwischen
einem Federsitz 12, der an dem oberen Ende des Federschafts 11 befestigt
ist, und einem anderen Federsitz 14 angeordnet. In diesem
Beispiel ist der Federsitz 12 an dem oberen Ende des Federschafts 11 durch
Presspassung befestigt, und der Federsitz 14 ist an einem
Gehäuse
der Vorrichtung befestigt.
-
Die
Rückstellfeder 9 und 13 wirken
als ein Paar zum Halten des Ankers 1 und des Ventils 5 im Normalzustand
in einer Neutralstellung.
-
Das
Ventil 5 wird durch Abschalten der oberen Ventilschließ-Magnetspule 2 geöffnet und
dann durch Einschalten der unteren Ventilöffnungs-Magnetspule 3 eingeschaltet,
um den Anker 1 nach unten zu ziehen. Der Anker 1 bewegt
sich nach unten entgegen der Kraft der Rückstellfeder 9 und
presst dadurch das Ventil 5 so, dass es sich abwärts in eine Öffnungsposition
hebt. Das Ventil 5 wird durch Abschalten der unteren Ventilöffnungs-Magnetspule 3 abgeschaltet
und dann wird die obere Ventilschließ-Magnetspule 2 eingeschaltet,
um den Anker 1 nach oben zu ziehen. Entsprechenderweise
bewegt sich das Ventil 5 nach oben durch die Kraft der Rückstellfeder 9 in
eine geschlossene Position, bei der das Ventil 5 auf einem
Ventilsitz (nicht gezeigt) aufliegt.
-
In
diesem Beispiel sind der Anker 1 und der Ankerschaft 4 durch
Reibschweißen
unter Verwendung von Reibungswärme
bei hohen Temperaturen zum Verschmelzen derselben verbunden.
-
Der
Anker 1 weist einen Mittelverbindungsbereich auf, und der
Ankerschaft 4 weist einen Verbindungsbereich auf, der mit
dem Mittelverbindungsbereich des Ankers 1 verbunden ist.
In dem in 2 gezeigten Beispiel definiert
der Mittelverbindungsbereich des Ankers 1 ein Verbindungsloch 21,
das in Mitte des Ankers 1 ausgebildet ist, und der Verbindungsbereich
des Ankerschafts 4 ist ein oberer Endbereich (oder Kopf) 22,
der in das Verbindungsloch 21 des Ankers 1 eingepasst
ist. In dem Beispiel von 2 sind die Passflächen zu
dem oberen Ende hin verjüngt
ausgebildet. Der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 ist
wie ein Ventilkegel vergrößert, so dass
der obere Endbereich 22 eine größere Querschnittsgröße hat,
als der verbleibende Schaft des Ankerschafts 4. Der obere
Endbereich 22 des Ankerschafts 4 weist eine äußere konische
Fläche
auf, so dass der Durchmesser sich allmählich zu dem oberen Ende 23 der
Ankerwelle 4 hin verringert. In Übereinstimmung mit der Verjüngungsform
des oberen Endbereichs des Ankerschafts 4 ist das Verbindungsloch 21 des
Ankers 1 verjüngt,
so dass es eine innere konische Fläche hat, so dass der Durchmesser
des Verbindungslochs 21 sich allmählich zu dem oberen Ende hin
verringert. Die äußeren und
inneren konischen Passflächen
sind miteinander durch Reibschweißen verbunden.
-
In
dem Beispiel von 2 steht der obere Endbereich 22 des
Ankerschafts 4 über
den Anker 1 in einer Richtung wegwärts von dem Ventil 5 zu
der oberen Magnetspule 2 hin hervor. Das obere Ende 23 des
Ankerschafts 4 dient als eine Anlagefläche, auf dem das untere Ende
des Federschafts 11 durch Aufnahme der Kraft der Rückstellfeder 13 anliegt.
In diesem Beispiel hat das obere Ende 23 eine flache Fläche, zu
dem die Achse des Schafts 4 senkrecht ist.
-
In
diesem Beispiel ist der obere Endbereich 22 des Ankerschafts 4 in
Form eines geraden Kreiskegelstumpfs ausgebildet, dessen Höhe größer als die
Dicke des Ankers 1 ist.
-
Darüber hinaus
ist der Anker 1 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt,
wobei der Ankerschaft 4 dieses Beispiels aus einem Material hergestellt
ist, welches nicht magnetisch ist und eine geringere relative Dichte
als das Material des Ankers 1 hat. In diesem Beispiel ist
der Anker 1 aus Fe hergestellt, und der Ankerschaft 4 ist
aus Ti oder TiAl hergestellt.
-
Der
Federschaft 11 ist aus dem gleichen Material (Ti oder TiAl)
wie der Ankerschaft 4 für
eine Gewichtsverringerung hergestellt.
-
Diese
Verbindungsstruktur zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 ist
sicher, frei gegenüber
einem unerwünschten
Lösen und
eines Bruchs aufgrund des Lösens,
ist be triebssicherer und beständiger.
Diese Verbindungsstruktur macht es einfacher, rechte Winkel durch
einen Arbeitsvorgang nach dem Verbindungsvorgang zwischen dem Anker 1 und
dem Ankerschaft 4 zu formen, und verhindert die Verschlechterung
der Rechtwinkligkeit durch Lösen.
-
Die
verjüngte
Verbindungsstruktur vergrößert die
Fläche
der Verbindungsgrenzfläche
zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 und
erhöht
dadurch die Festigkeit der Verbindung. Diese Verbindungsstruktur
erfordert keine Vergrößerung des
Durchmessers des Ankerschafts 4. Der schlanke Ankerschaft 4 ist
vorteilhaft bei der Verhinderung der Erhöhung der Ventilöffnungs-
und Schließtaktzeit (Verschlechterung
der Ansprechzeit) und des Verhinderns einer Erhöhung des elektrischen Stromverbrauchs.
-
Die
nach oben verjüngte
Gestaltung der Verbindungsflächen
tragen dazu bei, zu verhindern, dass der Anker 1 abfällt, auch
wenn die Verbindungsstruktur gelöst
wird.
-
Das
obere Ende des Ankerschafts 4, der nach oben von dem Anker 1 hervorsteht
und an das untere Ende des Federschafts 11 anstößt, ist
zum Verbessern der Verschleiß-
und Abriebfestigkeit von Nutzen. Als Material des Ankerschafts 4,
das nicht magnetisch zu sein braucht, ist es möglich, ein Material zu verwenden,
das eine höhere
Verschleiß-
und Abriebfestigkeit aufweist oder ein Material zu verwenden, das
eine Oberflächenhärtung zulässt, um dadurch
die verschleißfeste
Fläche 23 zum
Anstoßen gegen
den Federschaft 11 zu bilden.
-
Der
Ankerschaft 4 des Materials, das die geringere relative
Dichte aufweist, ist bei der Verringerung des Gewichts des beweglichen
Teils von Nutzen, verbessert die Ansprechcharakteristik und verringert
den Stromverbrauch.
-
3 zeigt
eine Verbindungsstruktur zwischen dem Anker 1 und dem Ankerschaft 4 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform weist der Anker 1 ein
sich abwärts
verjüngendes
Mittelverbindungsloch 24 auf, und der Ankerschaft 4 weist
einen nach unten sich verjüngenden
oberen Endbereich 25 auf, der in das Mittelverbindungsloch 24 des
Ankers 1 eingepasst ist und mit dem Anker 1 durch
Reibschweißen verbunden
ist. Der obere Endbereich 25 des Ankerschafts 4 weist
eine äußere konische
Fläche
auf, die einen Kreisquerschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich
allmählich
zu dem oberen Ende 26 des Ankerschafts 4 hin vergrößert. Das
Verbindungsloch 24 des Ankers 1 weist eine innere
konische Fläche
auf, die einen Kreisquerschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich
allmählich
zu dem oberen Ende hin vergrößert.
-
Das
obere Ende 26 des Ankerschafts 4 ist freigelegt
durch das Verbindungsloch 24 in der oberen Fläche des
Ankers 1 und wird als eine Anlagefläche verwendet, gegen die das
untere Ende des Federschafts 11 anstößt. In dem in 3 gezeigten
Beispiel ist das obere Ende 26 des Ankerschafts 4 flach und
mit der flachen oberen Fläche
des Ankers 1 bündig.
-
Diese
Verbindungsstruktur kann die gleichen Wirkungen, wie bei der ersten
Ausführungsform
erzielen, außer
dass bei dem Anker 1 ein Abfallen im Falle des Lösens des
Ankers 1 von dem Ankerschaft 4 nicht verhindert
werden kann. Außerdem
ist es einfach, die Fläche
des oberen Endes 26, die als die Anlagefläche dient,
zu vergrößern.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung kann der Ankerschaft ein Ventilschaft
eines Motorventils sein.
-
In
den dargestellten Ausführungsformen
sind der Anker 1 und der Ankerschaft 4 miteinander
durch Passen des oberen Endes des Ankerschafts in das Verbindungsloch,
das in dem Anker ausgebildet ist, verbunden. Wahlweise kann jedoch
der Anker 1 und der Ankerschaft 4 durch Reibschweißen zwischen Stirnflächen des
Ankerschafts und des Ankers verbunden werden.
-
Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
der Erfindung oben beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf
die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Modifikationen und Veränderungen
der Ausführungsformen,
die oben beschrieben wurden, sind für den Fachmann im Lichte der
obigen Lehre ersichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung wird unter Bezugnahme
auf die folgenden Patentansprüche
definiert.