EP1134362A1 - Elektromagnetischer Ventiltrieb für ein Gaswechselventil - Google Patents

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EP1134362A1
EP1134362A1 EP00111146A EP00111146A EP1134362A1 EP 1134362 A1 EP1134362 A1 EP 1134362A1 EP 00111146 A EP00111146 A EP 00111146A EP 00111146 A EP00111146 A EP 00111146A EP 1134362 A1 EP1134362 A1 EP 1134362A1
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sleeves
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pieces
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    • F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/10—Connecting springs to valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2125—Shaft and armature construction

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic valve train for a gas exchange valve an internal combustion engine with a rod-shaped, carrying a magnet armature Actuator that is connected to the free end of the valve stem in a force-transmitting manner.
  • Valve drives without camshafts to control the movements of Gas exchange valves in internal combustion engines are generally known.
  • the control a valve take over two axially opposite electromagnets, from which one for the opening process and the opposite for the Closing process is provided.
  • the changing forces of the magnets by the forces of valve springs, one each Close and open, are supported.
  • the requirement is met, the cylindrical one Shaft of an actuator in a camshaft-less valve drive with the same cylindrical stem of a valve of an internal combustion engine to transmit power connect.
  • the further requirement is met not to use valve springs.
  • the necessary rotation of the valve during its movements is not hindered.
  • the spacer ring is preferably made of copper, but it can also be made of an elastomeric material, for example of a rubber that is insensitive to oil or fuel.
  • the valve stem be provided with a plurality of groove recesses into which multi-groove valve cone pieces are gripped, the necessary play for the valve's freedom of rotation being provided between the valve stem and the cone pieces.
  • the actuator stem is provided with a grooved groove for receiving a self-locking valve cone piece. This reduces the play between the connection components of the system.
  • a magnet armature with a circular contour and the arrangement of a single-groove, clamping cone piece on the valve shaft can rotate the magnet armature during operation together with the valve.
  • the sleeves can be made of aluminum. To prevent the screw connection from loosening independently, a locking device can be inserted into the threads.
  • the coaxial to the anchor shaft Valve stem 3, on the other hand, has a multi-groove groove 4 at its end Mistake.
  • the recess 2 of the anchor shaft or actuator engages conventional clamping valve plug 5.
  • the recess 4 at the end of the valve stem also carries a conventional, non-jamming multi-groove valve plug 6.
  • the valve cone pieces are surrounded by sleeve-shaped components 7 and 8.
  • the Sleeves have inner cones 9 and 10, the cone angle of which is that of the lateral surfaces the cone pieces are adapted.
  • the sleeves 7 and 8 can be screwed to one another via screw attachments 11 and 12. Wrench sizes are attached to the sleeves, with which the Screwing the sleeves into each other is made easier. An independent loosening of the Screw connection can be made by means of a locking device inserted into the thread be prevented.
  • the space between the cone pieces 5 and 6 is filled by a deformable construction element in the form of a spacer ring 13.
  • the ring can be made of copper, but for reasons of elasticity also of oil and fuel resistant rubber material or another elastomeric material.
  • the deformable spacer ring causes the cone pieces and thus the shafts 1 and 3 to be held in their positions during axial movements. At the same time, the zero position of the armature can be determined via the preload of this construction element.
  • valve is first inserted into the cylinder head (not shown) and held in position by the radial force of the valve stem seal acting on its stem 3 or a suitable assembly tool.
  • the sleeve 8 is then pushed over the end of the stem and the conical pieces 6 are mounted on the end of the valve stem. Then the sleeve 8 is brought into contact with the cone pieces 6 and fixed by inserting the construction element designed as a spacer ring 13.
  • the sleeve 7 is first pushed onto the shaft of the actuator 1 mounted between the electromagnets, not shown. Then the conical pieces 5 can be positioned in the recess 2 and held in position by the sleeve 7.
  • the sleeves lie coaxially with one another and can be screwed together through a suitable mounting opening in the cylinder head.
  • a securing device against unintentional loosening must be placed on the thread of one of the sleeves beforehand.

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Abstract

Für einen elektromagnetischen Ventiltrieb eines Gaswechselventils einer Verbrennungskraftmaschine ist vorgesehen, einen stabförmigen, einen Magnetanker tragenden Aktuator mit dem freien Ende des Ventilschaftes kraftübertragend dadurch zu verbinden, daß die Enden der Ventil- und Aktuatorschäfte mit rillenförmigen Einstichen versehen sind, in welche konventionelle Ventilkegelstücke fassen, daß die Ventilkegelstücke von Hülsen mit Innenkonen umfaßt werden, die mit Schraubansätzen ineinanderfassen und zur Erzeugung von auf die Ventilkegelstücke wirkenden Radialkräften durch ineinanderschrauben axial bewegbar sind, wobei zwischen den Ventilkegelstücken ein Distanzring aus einem deformierbarem, Rückstellkräfte erzeugenden Material angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Ventiltrieb für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem stabförmigen, einen Magnetanker tragenden Aktuator, der mit dem freien Ende des Ventilschaftes kraftübertragend verbunden ist.
Nockenwellenlose Ventilantriebe zur Steuerung der Bewegungen von Gaswechselventilen in Brennkraftmaschinen sind allgemein bekannt. Die Steuerung eines Ventils übernehmen zwei sich axial gegenüberliegende Elektromagneten, von welchen einer für den Öffnungsvorgang und der diesem gegenüberliegende für den Schließvorgang vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist ein axial zwischen den beiden Magneten beweglicher Anker vorgesehen, der an einer Ventilstange befestigt ist und durch wechselnde Magnetkräfte das Ventil öffnet und schließt. Zusätzlich können die wechselnden Kräfte der Magneten durch die Kräfte von Ventilfedern, jeweils eine zum Schließen und Öffnen, unterstützt werden.
Für die kraftübertragende Verbindung zwischen dem Ventilschaft und dem Magnetanker sind verschiedene Lösungen entwickelt worden, wie beispielsweise die DE-33 11 250 C2, die DE-35 00 530 C2 oder die DE-43 36 287 C1 zeigen. Alle vorgenannten Lösungen zeigen die Verwendung von Ventilkegelstücken, die in konischen Bohrungen von Ventilfedertellern liegen und mit einwärts weisenden, wulstförmigen Ringen in Einstiche am Ventilschaft oder am Aktuator greifen. Voraussetzung ist also die Verwendung von Ventilfedern, die sich auf den Ventilfedertellern abstützen und eine spielfreie Anordnung der Ventilkegelstücke in den Ventilfedertellern bewirken. Um zu vermeiden, daß der Öffnungsmagnet nicht gegen die volle Schließkraft der Schließfeder arbeiten muß, wird allgemein eine der Schließfeder entgegenwirkende Öffnerfeder vorgesehen. Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren eines solchen Antriebssystems ist die genaue Einstellung des Ankers in der geometrischen Mittellage zwischen den Magneten. Das kann mit Hilfe einer Federfußpunktverstellung für den Anker erreicht werden, was einen nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einleitend beschriebenen elektromagnetischen Ventiltrieb zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen dem den Magnetanker tragenden Aktuator und dem Ventilschaft über Ventilkegelstücke das Vorhandensein von Ventilfedern nicht voraussetzt. Dabei soll das Ventil die Bedingung der notwendigen Drehung erfüllen können. Gleichzeitig soll die Einstellung des Ankers in die geometrische Mittellage zwischen den Elektromagneten in einfacher Weise gewährleistet sein. Die Erfindung löst die Aufgabe durch folgende Merkmale:
  • a) die Enden der Ventil- und Aktuatorschäfte sind mit rillenförmigen Einstichen versehen, in welche konventionelle Ventilkegelstücke fassen,
  • b) die Ventilkegelstücke werden von Hülsen mit Innenkonen umfaßt,
  • c) die Hülsen greifen mit Schraubeinsätzen ineinander und sind zur Erzeugung von auf die Ventilkegelstücke wirkenden Radialkräften durch das Ineinanderschrauben axial bewegbar,
  • d) zwischen den Ventilkegelstücken ist ein Distanzring aus einem deformierbaren, Rückstellkräfte erzeugenden Material angeordnet.
    • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird die Forderung erfüllt, den zylindrischen Schaft eines Aktuators in einem nockenwellenlosen Ventilantrieb mit dem ebenfalls zylindrischen Schaft eines Ventils eines Verbrennungsmotors kraftübertragend zu verbinden. Es wird die weitere Forderung erfüllt, keine Ventilfedern zu verwenden. Die notwendige Drehung des Ventils während seiner Bewegungen wird nicht behindert. Durch die Anordnung eines Distanzringes mit axialer Rückstellwirkung zwischen den Ventilkegelstücken wird eine weitestgehende Spielfreiheit aller Verbindungskomponenten erreicht.
    Vorzugsweise besteht der Distanzring aus Kupfer, er kann jedoch auch aus einem elastomeren Material, beispielsweise aus einem gegen Öl oder Kraftstoff unempfindlichen Gummi, hergestellt sein.
    In weiterer vorteilhafter Gestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Schaft des Ventils mit mehreren Rilleneinstichen versehen wird, in welche Mehrrillenventilkegelstücke fassen, wobei zwischen dem Ventilschaft und den Kegelstücken das notwendige Spiel zur Drehfreiheit des Ventils vorgesehen wird.
    Demgegenüber wird der Aktuatorschaft mit einem Einrilleneinstich zur Aufnahme eines selbstklemmenden Ventilkegelstücks versehen. Dadurch wird das Spiel zwischen den Verbindungskomponenten des Systems verringert. Durch einen Magnetanker mit kreisförmiger Kontur und der Anordnung eines einrilligen, klemmenden Kegelstücks am Ventilschacht kann eine Drehung des Magnetankers während des Betriebs zusammen mit dem Ventil erreicht werden. Aus Gewichtsgründen können die Hülsen aus Aluminium gefertigt sein. Um ein selbständiges Lockern der Schraubverbindung zu vermeiden, kann ein Sicherungsmittel in die Gewindegänge gebracht werden.
    In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
    Bei dem gezeigten Beispiel befindet sich an dem zylindrischen Schaft 1 eines nicht dargestellten Magenetankers ein einrilliger Einstich 2. Der zum Ankerschaft koaxiale Ventilschaft 3 ist dagegen an seinem Ende mit einem mehrrilligen Einstich 4 versehen. In den Einstich 2 des Ankerschafts oder Aktuators greift ein konventionelles klemmendes Ventilkegelstück 5. Der Einstich 4 am Ventilschaftende trägt ein ebenfalls konventionelles, nicht klemmendes Mehrrillenventilkegelstück 6. Die Ventilkegelstücke werden von hülsenförmigen Bauteilen 7 und 8 umfaßt. Die Hülsen weisen Innenkonen 9 und 10 auf, deren Kegelwinkel denen der Mantelflächen der Kegelstücke angepaßt sind.
    Über Schraubansätze 11 und 12 sind die Hülsen 7 und 8 miteinander verschraubbar. An den Hülsen sind Schlüsselweiten angebracht, mit welchen das Ineinanderschrauben der Hülsen erleichtert wird. Ein selbständiges Lockern der Schraubverbindung kann durch ein in das Gewinde eingebrachtes Sicherungsmittel verhindert werden.
    Der Freiraum zwischen den Kegelstücken 5 und 6 wird durch ein deformierbares Konstruktionselement in Form eines Distanzringes 13 ausgefüllt. Der Ring kann aus Kupfer, aber aus Elastizitätsgründen auch aus öl- und kraftstofffestem Gummimaterial oder einem anderen elastomeren Stoff gefertigt sein.
    Der deformierbare Distanzring bewirkt, daß die Kegelstücke und damit die Schäfte 1 und 3 bei axialen Bewegungen in ihren Positionen gehalten werden. Gleichzeitig kann über die Vorspannung dieses Konstruktionselementes die Nulllage des Ankers bestimmt werden.
    Bei der Montage wird zunächst das Ventil in den nicht dargestellten Zylinderkopf gesteckt und durch die auf seinen Schaft 3 wirkende Radialkraft der Ventilschaftabdichtung oder ein geeignetes Montagewerkzeug in Position gehalten. Anschließend werden über das Schaftende die Hülse 8 geschoben und die Kegelstücke 6 am Ventilschaftende montiert. Sodann wird die Hülse 8 an den Kegelstücken 6 zur Anlage gebracht und durch Einlegen des als Distanzring 13 ausgebildeten Konstruktionselements fixiert.
    Auf den Schaft des zwischen den nicht dargestellten Elektromagneten montierten Aktuators 1 wird zunächst die Hülse 7 geschoben. Dann können in dem Einstich 2 die Kegelstücke 5 positioniert und durch die Hülse 7 in ihrer Lage gehalten werden. Nach dem Aufsetzen des Aktuators auf den Zylinderkopf liegen die Hülsen koaxial zueinander und können durch eine geeignete Montageöffnung im Zylinderkopf miteinander verschraubt werden. Ein Sicherungsmittel gegen unbeabsichtigtes Lösen ist vorher auf das Gewinde einer der Hülsen zu bringen.
    Die beiden Hülsen sind abschließend so lange gegeneinander zu schrauben bis eine Spielfreiheit zwischen den Ventilkegelstücken erreicht ist. Dann ist die Vorspannung zu steigern bis der Anker seine vorgeschriebene Position erreicht hat. Hierdurch wird gleichzeitig das herstellungstechnisch bedingte Spiel zwischen den Flanken der Gewindegänge aufgehoben.

    Claims (11)

    1. Elektromagnetischer Ventiltrieb für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem stabförmigen, einen Magnetanker tragenden Aktuator, der mit dem freien Ende des Ventilschaftes kraftübertragend verbunden ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
      a) die Enden der Ventil- (3) und Aktuatorschäfte (1) sind mit rillenförmigen Einstichen (2, 4) versehen, in welche konventionelle Ventilkegelstücke (5, 6) fassen,
      b) die Ventilkegelstücke werden von Hülsen (7, 8) mit Innenkonen (9,10) umfaßt,
      c) die Hülsen greifen mit Schraubansätzen (11, 12) ineinander und sind zur Erzeugung von auf die Ventilkegelstücke wirkenden Radialkräften durch Ineinanderschrauben axial bewegbar,
      d) zwischen den Ventilkegelstücken ist ein Distanzring (13) aus einem deformierbaren, Rückstellkräfte erzeugenden Material angeordnet.
    2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (13) aus Kupfer besteht.
    3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (13) aus einem elastomeren Material, beispielsweise aus öl- und kraftstofffestem Gummi, besteht.
    4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (3) mit mehreren Rilleneinstichen (4) zur Aufnahme eines Mehrrillenventilkegelstücks versehen ist, wobei zwischen dem Ventilschaft und dem Ventilkegelstück ein die Drehung des Ventils sicherndes Spiel eingehalten wird.
    5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuatorschaft (1) mit einem Einrilleneinstich (2) zur Aufnahme eines selbstklemmenden Ventilkegelstücks (5) versehen ist.
    6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (7, 8) aus Aluminium gefertigt sind.
    7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (7, 8) aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt sind.
    8. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (7, 8) aus Stahl gefertigt sind.
    9. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gewindegänge der Hülsen ein Sicherungsmittel gegen unbeabsichtigtes Lösen eingebracht ist.
    10. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hülsen Schlüsselansatzflächen angeordnet sind.
    11. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine kreisförmige Kontur aufweist und der Ventilschaft mit einem klemmenden Ventilkegelstück ausgerüstet ist.
    EP00111146A 2000-03-02 2000-05-24 Elektromagnetischer Ventiltrieb für ein Gaswechselventil Expired - Lifetime EP1134362B1 (de)

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