WO2014190982A1 - Anordnung eines elektromagneten zur ansteuerung eines zentralventils - Google Patents

Anordnung eines elektromagneten zur ansteuerung eines zentralventils Download PDF

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    • F01L2001/34433—Location oil control valves

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement of an electromagnet for controlling a Zentraiventils.
  • a pressure pin is coupled to the solenoid and so movable along a first axis, so that a control piston of the central valve via the movable pressure pin in a central valve housing along a second axis is displaceable.
  • camshaft timing In internal combustion engines, cam worlds are used to actuate the so-called gas exchange valves.
  • the cams of the camshafts are usually on cam followers. If a camshaft is rotated, the cams roll on the cam followers, which in turn actuate the gas exchange valves.
  • the angular displacement of the camshaft with respect to a crankshaft to achieve optimized timing for different speed and load conditions is referred to as camshaft timing.
  • a constructive variant of a Nockwellenverstellers works, for example, according to the known swing motor principle.
  • the camshaft adjuster is fixedly mounted on the camshaft.
  • a central valve controls the exchange of oil between the Nockenwellenvers- teller and the oil circuit of the internal combustion engine.
  • the access openings or the outputs of the central valve are formed in a central valve housing.
  • a control piston is guided in an interior of the central valve housing.
  • the control piston is formed as a cylindrical body with a cavity.
  • the spool is connected via a push pin to an electromag- Neten coupled, wherein the electromagnet is adapted to move the control piston axially in the central valve housing. This is disclosed, for example, in German Offenlegungsschriften DE 10 2011 080 421 A1, DE 10 2010 050 813 A1 and DE 10 2006 027 349 A1.
  • An object of the present invention is therefore to modify an arrangement of an E- lektromagneten for controlling a central valve such that generates a stable hydrodynamic lubricant film and greatly minimized or prevents wear of a contact surface of the sliding partner control piston and pressure pin is.
  • a pressure pin is coupled to the electromagnet and so along a first axis movable, so that a control piston of the Central valve via the movable pressure pin in a central valve housing along a second axis is displaceable.
  • the first axis of the pressure pin extends parallel and at a radial distance from the second axis of the control piston.
  • a radial distance that is an offset, of the first axis with respect to the second axis
  • a relative movement between a contact surface of the control piston and a front surface of the pressure pin is formed.
  • the first axis of the pressure pin describes a circular path during operation on the contact surface of the control piston.
  • the electromagnet of the pressure pin for Zentrah entil deliberately eccentric and installed over the known from the prior art mounting accuracy usual position deviations, so that the first axis of the pressure pin to the second Axle of the control piston runs parallel and spaced from each other.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of the inventive arrangement of an E- lektromagneten for controlling a central valve in the installation case.
  • FIG. 2 shows a plan view of the arrangement according to the invention in a contact piece n of pressure pin and control piston
  • Fig. 3 is a schematic representation of the area in which the pressure pin and the control piston cooperate in operation and produce a hydrodynamic lubricant film.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of the arrangement according to the invention of an electromagnet 6 for controlling a central valve 2 in the installation case.
  • a pressure pin 4 is coupled to the electromagnet 6, so that the pressure pin 4 along a first axis A is movable. In its axial movement, the pressure pin 4 acts on a control piston 1 of the central valve 2.
  • the control piston 1 is displaceable in a central valve housing 8 along a second axis B via the movable pressure pin 4.
  • the first axis A of the pressure pin 4 runs parallel and at a radial distance 10 to the second axis ⁇ of the control piston 1.
  • the electromagnet 6 of the pressure pin 4 is eccentrically installed to the central valve 2, so that the first axis A of the pressure pin 4 to the second axis B of the control piston 1 in parallel and from the second axis B spaced runs.
  • the distance between the control piston 1 and the pressure pin 4 is substantially increased.
  • Flg. 3 shows schematically the formation of a hydrodynamic lubricating film 15 between control piston 1 and pressure pin 4.
  • the wear of the sliding partner from the contact surface 12 of the control piston 1 and the front surface 13 of the pressure pin 4 is reduced or prevented.
  • the front surface 13 of the pressure pin 4 is smaller than the contact surface 12 of the control piston first LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es ist eine Anordnung eines Elektromagneten (6) zur Ansteuerung eines Zentralventils (2) offenbart. Ein Druckstift (4) ist mit dem Elektromagneten (6) gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse (A) bewegbar ist, so dass ein Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (4) in einem Zentralventilgehäuse (8) entlang einer zweiten Achse (B) verschiebbar ist. Erfindungsgemäss verläuft die erste Achse (A) des Druckstifts (4) parallel und mit einem radialen Abstand (10) zur zweiten Achse (B) des Steuerkolbens (1).

Description

Anordnung eines Elektromagneten zur Aneteuerung
eines Zentralventils
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentraiventils. Ein Druckstift ist mit dem Elektromagneten gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse bewegbar, so dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang einer zweiten Achse verschiebbar ist.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der so genannten Gaswechsel- ventile Nockenwelten eingesetzt. Die Nocken der Nockenwellen liegen für gewöhnlich an Nockenfolgern an. Wird eine Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Die Winkelverschiebung der Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle zur Erzielung optimierter Steuerzeiten für verschiedene Drehzahl- und Lastzustände wird als Nockenwellenverstellung bezeichnet. Eine konstruktive Variante eines Nockwellenverstellers arbeitet beispielsweise nach dem bekannten Schwenkmotorprinzip.
Der Nockwellenversteller ist dabei fest an der Nockenwelle montiert. Ein Zentralventil steuert dabei den Austausch von öl zwischen dem Nockenwellenvers- teller und dem ölkreislauf der Brennkraftmaschine. Die Zugangsöffnungen bzw. die Ausgänge des Zentralventils sind in einem Zentralventilgehäuse ausgebildet. In einem Innenraum des Zentralventilgehäuses wird ein Steuerkolben geführt. Der Steuerkolben ist als ein zylindrischer Körper mit einem Hohlraum ausgebildet. Der Steuerkolben ist über einen Druckstift mit einem Elektromag- neten gekoppelt, wobei der Elektromagnet dafür eingerichtet ist, den Steuerkolben axial in dem Zentralventilgehäuse zu bewegen. Dies ist beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2011 080 421 A1 , DE 10 2010 050 813 A1 und DE 10 2006 027 349 A1 offenbart. Bei den bekannten Zentralventilanwendungen wird versucht die beiden Gleitpartner, d. h. Druckstift und Steuerkolben, ohne Achsversatz zu verbauen. Somit ist eine Kontaktfläche zwischen Steuerkolben und Druckstift zentrisch am Steuerkolben des Zentralventils ausgebildet. Durch diese zentrische bzw. wenig exzentrische (im Rahmen der zulässigen Lageabweichung) Ausrichtung der beiden Gteitpartner entsteht keine (bei zentrischer Lage) oder nur eine geringe Relativbewegung zwischen Steuerkolben und Druckstift. Bei der sich ausbildenden Relativbewegung rotiert der Steuerkolben und der Druckstift ist fest. Die geringe bzw. fehlende Gleitgeschwindigkeit der Gleitpartner zueinander verhindert bzw. behindert den Aufbau eines stabilen hydrodynamischen Schmierfilms und begünstigt so den Verschleiß der Gleitpaarung aufgrund mangelnder Schmierung und erhöhter Reibung. Somit kommt es zu einer Tro- ckenreibung, wobei dabei insbesondere die Oberflächenrauhigkeit des Steuerkolbens zum Verschleiß des Druckstifts führt.
Eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist daher, eine Anordnung eines E- lektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils derart zu modifizieren, so dass ein stabiler hydrodynamischer Schmierfilm erzeugt und ein Verschleiß einer Kontaktfläche der Gleitpartner Steuerkolben und Druckstift stark minimiert bzw. verhindert Ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteue- rung eines Zentralventils gelöst, der die Merkmale im Anspruch 1 umfasst.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils ist ein Druckstift mit dem Elektromagneten gekoppell und derart entlang einer ersten Achse bewegbar, so dass ein Steuerkolben des Zentralventils über den bewegbaren Druckstift in einem Zentralventilgehäuse entlang einer zweiten Achse verschiebbar ist.
Erfindungsgemäß verlauft die erste Achse des Druckstifts parallel und mit einem radialen Abstand zur zweiten Achse des Steuerkolbens. Durch diesen radialen Abstand, sprich einen Versatz, der ersten Achse in Bezug zur zweiten Achse ist eine Relativbewegung zwischen einer Kontaktfläche des Steuerkolbens und einer Frontfläche des Druckstifts ausgebildet. Insbesondere beschreibt dabei die erste Achse des Druckstifts während des Betriebs auf der Kontaktfläche des Steuerkolbens eine Kreisbahn. Um die Einbaulage, d. h. den erfindungsgemäßen radialen Abstand der ersten Achse zu der zweiten Achse der Anordnung zu ereichen, ist daher der Elektromagnet des Druckstifts zum Zentrah entil bewusst exzentrisch und über der aus dem Stand der Technik bekannten Montagegenauigkeit üblichen Lageabweichungen eingebaut, so dass die erste Achse des Druckstifts zur zweiten Achse des Steuerkolbens parallel und voneinander beabstandet verläuft.
Die aus der Einbaulage resultierende Relativbewegung zwischen der Konlakt- fläche des Steuerkolbens und der Frontfläche des Druckstifts, d. h. durch die Kreisbahn des Druckstifts auf der Kontaktfläche des Steuerkolben, bildet aufgrund der hohen Gleitgeschwindigkeit des Druckstifts auf den Steuerkolben ei- nen stabilen hydrodynamischen Schmierfilm aus. Durch diesen stabilen hydrodynamischen Schmierfilm lässt sich eine Reibung zwischen den Gleitpartnern, bestehend aus Steuerkolben und Druckstift verringern. Dies führt somit dazu, dass ein Verschleiß an der Kontaktfläche der Gleitpartner vermindert bzw. verhindert ist. insbesondere ist die Frontfläche des Druckstifts kleiner als die Kontaktfläche des Steuerkolbens Im Folgenden sollen AusfGhrungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefugten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen GrößenverhäKntesen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung ver- größert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung eines E- lektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils im Einbaufall;
Fig. 2 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Kon- taktsttuat n von Druckstift und Steuerkolben; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Bereichs, im dem der Druckstift und der Steuerkolben im Betrieb zusammenwirken und einen hydrodynamischen Schmierfilm erzeugen.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Femer werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Anordnung eines Elektromagneten zur Ansteuerung eines Zentralventils ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der erflndungsgemäßen Anordnung eines Elektromagneten 6 zur Ansteuerung eines Zentralventils 2 im Einbaufall. Dabei ist ein Druckstift 4 mit dem Elektromagneten 6 gekoppelt, so dass der Druckstift 4 entlang einer ersten Achse A bewegbar ist. Der Druckstift 4 wirkt in seiner axia- len ßewegung auf einen Steuerkolben 1 des Zentralventils 2. Über den beweglichen Druckstift 4 ist der Steuerkolben 1 in einem Zentralventilgehäuse 8 entlang einer zweiten Achse B verschiebbar. Erfindungsgemäß verläuft die erste Achse A des Druckstifts 4 parallel und mit einem radialen Abstand 10 zur zweiten Achse ß des Steuerkolbens 1.
Somit ermöglicht diese beabstandete Anordnung der ersten Achse A in Bezug zur zweiten Achse B, dass sich im Betrieb eine Relativgeschwindigkeit zwi- sehen einer Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 und einer Frontfläche 13 des Druckstifts 4 ausbildet. Dabei beschreibt dann in einer Kontaktsituation von Druckstift 4 und Steuerkolben 1. wie in Flg. 2 gezeigt, die Achse A des Druckstifts 4 auf der Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 eine Kreisbahn 14.
Um diese Anordnung insbesondere die Relativbewegung zwischen Druckstift 4 und Steuerkolben 1 zu erreichen, ist der Elektromagnet 6 des Druckstifts 4 zum Zentralventil 2 exzentrisch eingebaut, so dass die erste Achse A des Druckstifts 4 zur zweiten Achse B des Steuerkolbens 1 parallel und von der zweiten Achse B beabstandet verläuft. Durch diesen gezielten exzentrischen Einbau des Elekt- romagnets 6 des Druckstifts 4 zum Zentralventil 2 oberhalb der sonst üblichen zulässigen Lageabweichungen der Bauteile zueinander, wird die Gteitge- schwindigkert zwischen Steuerkolben 1 und Druckstift 4 wesentlich erhöht. Dies führt, wie in Flg. 3 schematisch dargestellt zur Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilms 15 zwischen Steuerkolben 1 und Druckstift 4. Dadurch ist der Verschleiß der Gleitpartner aus der Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1 und der Frontfläche 13 des Druckstifts 4 vermindert bzw. verhindert ist. Insbesondere ist, wie ebenfalls in Fig. 3 dargestellt, die Frontfläche 13 des Druckstifts 4 kleiner als die Kontaktfläche 12 des Steuerkolbens 1. Bezugszeichenliste
1 Steuerkolben
2 Zentralventil
4 Druckstift
6 Elektromagnet
Θ Zentralventilgehäuse
10 Abstand
12 Kontaktfläche Steuerkolben
13 Frontfläche Druckstift
14 Kreisbahn
15 hydrodynamischer Schmierfilm A erste Achse
6 zweite Achse

Claims

Patentansprüche
Anordnung eines Elektromagneten (6) zur Ansteuerung eines Zentralventils (2). wobei ein Druckstift (4) mit dem Elektromagneten (6) gekoppelt und derart entlang einer ersten Achse (A) bewegbar ist. so dass ein Steuerkolben (1) des Zentralventils (2) über den bewegbaren Druckstift (4) in einem Zentralventilgehäuse (8) entlang einer zweiten Achse (B) verschiebbar ist. dadurch gekennzeichnet, das» die erste Achse (A) des Druckstifts (4) parallel und mit einem radialen Abstand (10) zur zweiten Achse (B) des Steuerkolbens (1) verläuft. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei eine Relativbewegung der ersten Achse <A) in Bezug zur zweiten Achse (B) zwischen einer Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) und einer Frontfläche (13) des Druckstifts (4) ausgebildet ist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Achse (A) des Druckstifts (4) während des Betriebs auf der Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) eine Kreisbahn (14) beschreibt. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektromagnet (6) des Druckstifts (4) zum Zentralventil (2) exzentrisch eingebaut ist. so dass die erste Achse (A) des Druckstifts (4) zur zweiten Achse (B des Steuerkolbens (1) parallel und voneinander beabstandet verläuft. Anordnung nach Anspruch 2, wobei mittels der Relalivbewegung zwischen der Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) und der Frontfläche (13) des Druckstifts (4) ein hydrodynamischer Schmierfilm (15) ausbildbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 5, wobei die Frontflache (13) des Druckstifts (4) kleiner als die Kontaktfläche (12) des Steuerkolbens (1) ist.
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