DE19646937C2 - Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil mit einer zwischen zwei Magnetspulen- Einheiten verschiebbaren und letztlich auf das Hubventil einwirkenden An­ kerplatte, sowie mit Maßnahmen zur Dämpfung des Aufschlagens zumindest eines der hierbei bewegten Elemente an seinem Endanschlag. Zum techni­ schen Umfeld wird neben der DE 33 11 250 C2 auch auf die nicht vorveröf­ fentlichte DE 196 11 547 A1 verwiesen.

Eine elektromagnetische Hubventil-Betätigungsvorrichtung für eine Brenn­ kraftmaschine hat wegen der Freiheit hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten, d. h. hinsichtlich des jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Hubventiles immense Vorteile. Jedoch bestehen auch Nachteile gegenüber den bisheri­ gen mechanischen, im wesentlichen als Nockentriebe ausgebildeten Betäti­ gungsvorrichtungen, da bei letzteren das Aufsetzen des Hubventiles auf sei­ nem Ventilsitz im Rahmen der Schließbewegung bewegungsgedämpft er­ folgt (und zwar zwangsläufig durch die Nockenform vorgegeben), während bei elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen das Hubventil bei seiner Schließbewegung unter Einfluß einer im wesentlichen üblichen Ventil­ schließfeder ungedämpft auf seinen Ventilsitz aufschlägt. Dies ist mit einer erheblichen Geräuschentwicklung verbunden. Gleiches gilt für das Auftreffen der zwischen den Magnetspulen-Einheiten hin und herschwingenden Anker­ platte an den jeweiligen Endanschlägen, d. h. an den beiden Magnetspulen- Einheiten, welche die Endlagenpositionen der Ankerplatte definieren.

In der bereits erwähnten DE 33 11 250 C2 ist vorgeschlagen, daß minde­ stens die Polfläche der das Hubventil in Schließstellung haltenden Magnet­ spulen-Einheit und die zugehörige Polfläche der Ankerplatte einen Raum begrenzen, der ein dämpfendes Strömungsmedium in Form von Druckluft einschließt. Bei der in dieser Schrift gezeigten Ausführungsform kann hier­ durch das Aufschlagen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz sowie das gleichzeitige Aufschlagen der Ankerplatte an der entsprechenden Magnet­ spulen-Einheit wirkungsvoll gedämpft werden, jedoch ist die Bereitstellung des dämpfenden Strömungsmediums relativ aufwendig. Auch würde es viel Bauraum erfordern, diese bekannte Lösung so umzugestalten, daß das Auf­ treffen der Ankerplatte in ihren beiden Endpositionen gedämpft erfolgt.

Darüber hinaus sind allgemeine Magnetventile bekannt, deren Ankerplatten mit geeignet angebrachten mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern ver­ sehen sind, wie bspw. die DE-PS 975 662 oder die US 1,049,845 zeigen. Solche mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfer sind zwar wesentlich einfacher als eine in der DE 33 11 250 C2 beschriebene Dämpfervariante, können jedoch nicht so ohne weiteres auf eine gattungsgemäße elektroma­ gnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil übertragen werden, insbesondere da derartige Aufschlag-Dämpfer den Ma­ gnetfluß bzw. die jeweiligen Magentlinien stören können.

Eine diesbezüglich verbesserte Dämpfungsmaßnahme für eine gattungsge­ mäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung eines Brennkraftmaschi­ nen-Hubventiles aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen, d. h. es wird vorgeschlagen, die Ankerplatte auf ihren beiden den Magnet­ spulen-Einheiten zugewandten Seiten im Bereich der Spulenfenster mit me­ chanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern zu versehen, wobei jeweils zwei streifenförmig ausgebildete Aufschlag-Dämpfer im wesentlichen parallel zu den längeren Schenkeln der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspu­ len verlaufen.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles, wobei Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Brennkraftmaschinen- Zylinderkopf mit einer elektromagnetischen Hubventil-Betätigungsvorrichtung zeigt. In Fig. 2a ist der Schnitt A-A, und in Fig. 2b der Schnitt B-B aus Fig. 1 dargestellt; Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäß gestaltete Ankerplatte gemäß der Schnittdarstellung X aus Fig. 2b und Fig. 4 zeigt diese Ankerplatte in perspektivischer Darstellung.

Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete elektromagnetische Betätigungs­ vorrichtung für ein Hubventil 2 ist in einem Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf 3 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Aktuatorgehäuse 4, innerhalb dessen zwischen zwei Magnetspulen-Einheiten 8 eine Ankerplatte 11 angeordnet ist, die in Richtung der Hubventil-Achse 6 (= Ventilachsrich­ tung 6) verschiebbar ist und über eine Kuppelstange 7 auf den Kopf des Ventilschaftes 2' des Hubventiles 2 einwirkt. Die Magnetspulen-Einheiten 8 bestehen jeweils aus Magnetspulen 5 sowie Spulenkernen 12. Wie dem Fachmann bekannt, kann durch entsprechende Erregung bzw. Entregung der Magnetspulen 5 die Ankerplatte 11 ausgehend von der in Fig. 1 gezeig­ ten Position nach unten bewegt werden, wodurch das Hubventil 2 geöffnet wird, und anschließend daran wieder nach oben bewegt werden, wodurch das Hubventil 2 in seine dargestellte, geschlossene Position gebracht wird.

In Fig. 1 dargestellt ist ferner noch eine übliche Ventilschließfeder 18' für das in einer üblichen Ventilführung 19 geführte Hubventil 2, sowie eine Ventilöff­ nungsfeder 18, die über einen oberhalb des Aktuatorgehäuses 4 liegenden Federteller 17 auf eine sog. Federstange 7' einwirkt, die auf der der Kuppel­ stange 7 entgegengesetzten Seite der Ankerplatte 11 anliegt. Die Ventil­ schließfeder 18' sowie die Ventilöffnungsfeder 18 bestimmen zusammen mit der Ankerplatte 11 sowie der Kuppelstange 7 und der Federstange 7' somit ein schwingungsfähiges System, das durch die Magnetspulen-Einheit 8 in geeigneter Weise angeregt wird, um das Hubventil 2 zu öffnen bzw. zu schließen.

In Fig. 1 sind ferner noch Befestigungsschrauben 13 gezeigt, mit Hilfe derer das Aktuatorgehäuse 4 am Zylinderkopf 3 angeschraubt ist. Desweiteren zeigen die Fig. 2a, 2b elektrische Steckkontakte 14 zur Versorgung der Ma­ gnetspulen 5 mit elektrischem Strom. Im übrigen ist aus Fig. 2a der im we­ sentlichen rechteckige Aufbau der Magnetspulen-Einheit 8 bzw. der Magnet­ spulen 5 erkennbar, der vorteilhaft ist im Hinblick auf eine ausreichend große Magnet-Polfläche (zwischen der Ankerplatte 11 sowie der jeweiligen Ma­ gnetspulen-Einheit 8) unter Berücksichtigung der beengten Platzverhältnis­ se.

Setzt das Hubventil 2 im Rahmen seiner Schließbewegung auf seinem Ven­ tilsitz 9 auf, so entsteht hierdurch ein Geräusch, welches abhängig ist von der Aufprallgeschwindigkeit, mit welcher das Hubventil 2 auf diesen Ventilsitz 9 aufschlägt. Ebenso werden Geräusche verursacht durch das Auftreffen der Ankerplatte 11 auf den Magnetspulen-Einheiten 8, und zwar jeweils in der Endposition dieser Ankerplatte 11, d. h. beim Aufschlagen auf die obere und auf die untere Magnetspulen-Einheit 8. Die in Versuchen festgestellte Auf­ treffgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/sek. verursachen aber nicht nur hohe Geräusche, sondern sind auch im Hinblick auf den Bauteilverschleiß nach­ teilig. Daher gilt es, die Bewegung der Ankerplatte 11 sowie des Hubventiles 2 durch Einbringen einer zusätzlichen Kraft jeweils gegen Ende der Hubbe­ wegung auf maximal 0,4 m/sek. abzubremsen, um ein sanftes Aufsetzen sowohl der Ankerplatte 11 als auch des Hubventiles 2 jeweils in der Endpo­ sition zu ermöglichen.

Abgedämpft wird nun die Aufsetz- bzw. Aufschlaggeschwindigkeit durch sog. Aufschlag-Dämpfer 10, die an den beiden den Magnetspulen-Einheiten 8 zugewandten Seiten der Ankerplatte 11 vorgesehen sind. Diese als mecha­ nische Bremse wirkenden Aufschlag-Dämpfer 10 sind durch ihre Anordnung dabei sowohl beim Öffnen des Hubventiles 2 als auch bei dessen Schließ­ bewegung wirksam und benötigen vorteilhafterweise nur äußerst wenig Bau­ raum. Vorteilhaft wirkt sich die Anordnung dieser Aufschlag-Dämpfer 10 al­ leinig auf der Ankerplatte 11 auch im Hinblick auf die Fertigung der elektro­ magnetischen Betätigungsvorrichtung aus, vorteilhaft ist die Anordnung auf der Ankerplatte 11 aber auch insofern, als diese Ankerplatte 11 sich im Be­ trieb wesentlich weniger erwärmt als die Magnetspulen-Einheiten 8, so daß der Aufschlag-Dämpfer 10 nur einer geringen thermischen Belastung ausge­ setzt ist.

Die mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfer 10 weisen eine Streifenform auf, sind in geeigneter Weise an der Ankerplatte 11 befestigt und bevorzugt als Elastomer-Federelemente ausgebildet. Bei Auftreffen der Ankerplatte 11 auf die Magnetspulen-Einheiten 8 werden dann diese Aufschlag-Dämpfer 10 bzw. Elastomer-Federelemente um ca. 0,3 mm zusammengepreßt, wobei die kinetische Energie der Ankerplatte 11 und der damit verbundenen Bau­ elemente größtenteils in diesen Elastomer-Federelementen gespeichert wird und beim nächsten Bewegungszyklus der Ankerplatte 11 wieder abgegeben wird.

Dabei sind diese Aufschlag-Dämpfer 10 im Bereich der Spulenfenster an der Ankerplatte 11 angeordnet, d. h. in denjenigem Bereich bezüglich der Ma­ gnetspulen-Einheiten 8, in welchem die Magnetspulen 5 liegen, wie die Aus­ schnitt-Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt. Dies hat den Vorteil, daß der magne­ tische Fluß zwischen den Magnetspulen-Einheiten 8 sowie der Ankerplatte 11, der in Fig. 3 durch Linien 15 dargestellt ist, durch diese Elastomer- Federelemente bzw. Aufschlag-Dämpfer 10 praktisch nicht gestört wird. Hierdurch wird die zur Verfügung stehende Polfläche zur Übertragung der magnetischen Kräfte zwischen der Ankerplatte 11 sowie der jeweiligen Ma­ gnetspulen-Einheit 8 durch die Aufschlag-Dämpfer praktisch nicht verringert. Hierzu trägt insbesondere auch bei, daß diese Elastomerfedern bzw. Auf­ schlag-Dämpfer 10 dabei - wie Fig. 4 zeigt - so angeordnet sind, daß auf je­ der Seite der Ankerplatte 11 zwei derartige Aufschlag-Dämpfer 10 vorgese­ hen sind, welche wie bereits erwähnt streifenförmig ausgebildet sind und im wesentlichen parallel zu den längeren Schenkeln 5a der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspule 5 (vgl. Fig. 2a, 2b) verlaufen.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Aufschlag-Dämpfer 10 formschlüssig mit der An­ kerplatte 11 verbunden, d. h. hier in einer Art Schwalbenschwanzführung geführt. Zusätzlich oder auch alternativ können die Aufschlag-Dämpfer 10 jedoch auch auf die Ankerplatte 11 aufvulkanisiert sein. Ein bevorzugtes Material für die als mechanisch wirkende Aufschlag-Dämpfer 10 ausgebil­ deten Elastomer-Federelemente ist HNBR/Viton oder PA 6.6 unverstärkt.

Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere kon­ struktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ge­ staltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man eine höchstwirksame mechanische Bremse, die das Aufschlagen bzw. Aufsetzen oder Auftreffen nicht nur der Ankerplatte 11 auf den Magnetspu­ len-Einheiten 18 sondern auch des Hubventiles 2 auf seinem Ventilsitz 9 in optimaler Weise abdämpft, wobei von weiterem Vorteil ist, daß kein hoher Fertigungsaufwand vonnöten ist und die zusätzlich mitbewegten Massen des Systemes äußerst gering sind. Auch wird die Ablösekraft der Ankerplatte 11 von der jeweils erregten Magnetspulen-Einheit 8 nicht erhöht, sondern eher noch verringert, wobei allenfalls eine geringfügig höhere Halteenergie erfor­ derlich ist, als bei einer Ankerplatte 11 ohne derartige mechanische wirkende Aufschlag-Dämpfer 10.

Claims (2)

1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung (1) für ein Brennkraftma­ schinen-Hubventil (2) mit einer zwischen zwei Magnetspulen- Einheiten (8) verschiebbaren und letzlich auf das Hubventil (2) einwir­ kenden Ankerplatte (11), sowie mit Maßnahmen zur Dämpfung des Aufschlagens zumindest eines der hierbei bewegten Elemente an sei­ nem Endanschlag, wobei die Ankerplatte (11) auf ihren beiden den Magnetspulen-Einheiten (8) zugewandten Seiten im Bereich der Spulenfenster mit mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern (10) versehen ist, und wobei jeweils zwei streifenförmig ausgebildete Auf­ schlag-Dämpfer (10) im wesentlichen parallel zu den längeren Schen­ keln (5a) der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspulen (5) verlaufen.

2. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch wirkenden Aufschlag- Dämpfer (10) als Elastomer-Federelemente ausgebildet und auf die Ankerplatte (11) vulkanisiert und/oder formschlüssig mit dieser ver­ bunden sind.