DE19807721A1 - Ventilschaft-Stößel Verbindung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Ventilsteuerung mit einen Stößel aufweisenden Aktoren und mit einen Ventilschaft aufweisenden Gaswechselventilen.

Die Aktoren bestehen im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die durch mindestens ein Gehäuseteil miteinander ver­ bunden sind. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektroma­ gneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befindet sich eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Die Ankerplatte wird durch Bestromen der Spule des Öffnermagneten oder der Spule des Schließermagneten in dies jeweilige Richtung bewegt. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für den Stößel auf, der die Ankerplatte mit einem Aktorfederteller verbin­ det. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Gehäuseteil bzw. der Außen­ seite des Öffnermagneten ist eine Aktorfeder angeordnet.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil zur elektromagnetischen Ven­ tilsteuerung eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entspre­ chend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird. Die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sind in den Aktorschächten eines Aktorhalters angeordnet, der auf dem Zylinder­ kopf aufgeschraubt ist.

Die Verbindung der funktionellen Einheit aus einem Aktor und einem Gas­ wechselventil erfolgt im an der Brennkraftmaschine montierten Zustand durch die Aktorfeder und die Ventilfeder, die einander entgegenwirken, und die über den am Ventilschaft befestigten Ventilfederteller und den am Stößel befestigten Aktorfederteller den Ventilschaft und den Stößel fest gegeneinander pressen. In der Ruhelage der funktionellen Einheit befindet sich die Ankerplatte exakt in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet.

Die Aktorschächte, die zur Aufnahme der Aktoren dienen, sind jeweils mit den Winkeln zur Bodenfläche des Aktorträgers derart ausgefräst, daß der Stößel der Aktoren mit dem Ventilschaft der Gaswechselventile eine Gerade bildet.

Ein wesentlicher Vorteil der elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht in der Möglichkeit, die Ventilstellzeiten der Gaswechselventile der Brenn­ kraftmaschine unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl vorgeben zu kön­ nen. Durch geringe Ventilstellzeiten auch im unteren Bereich der Kurbelwel­ lendrehzahlen können durch die spontanere Be- und Entladung der Brenn­ räume die Schadstoffemissionen und der Brennstoffbedarf der Brenn­ kraftmaschine gesenkt werden.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Elektromagneten der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung beim Betrieb der Brenn­ kraftmaschine zur Bereitstellung der geforderten Ventilstellzeiten derart hohe Stellkräfte aufbringen, daß sich trotz der hohen Rückstellkräfte der Aktorfeder und der Ventilfeder die Verbindung zwischen dem Ventilschaft des Gaswechselventils und dem Stößels des Aktors löst. Die Folgen sind ein erhöhter Verschleiß an der verbindungsstelle und eine hohe Geräuschent­ wicklung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 2 zur elektromagnetische Ventil­ steuerung anzugeben, bei der sich die Verbindung zwischen dem Stößel eines Aktors und dem Ventilschaft eines Gaswechselventils auch bei einer maximalen Beschleunigung oder Verzögerung der Ankerplatte nicht löst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentan­ sprüche 1 und 2 gelöst, wobei der Ventilschaft eines Gaswechselventils mit dem Stößel eines Aktors durch ein Schraubelement verbunden ist. Dieses Schraubelement wird durch den rohrförmigen Stößel in eine axiale Bohrung mit einem Innengewinde eingeschraubt, die im Ventilschaft oder in ein direkt am Ventilschaft befestigtes Verbindungsteil eingearbeitet ist.

Gegebenenfalls kann an dem Ventilschaft des Gaswechselventils ein Verb in­ dungsteil befestigt sein, das die axiale Bohrung mit dem Innengewinde aufweist, mit dem das durch den rohrförmigen Stößel geführte Schraube­ lement verschraubt ist.

Das Schraubelement weist ein Kopfstück auf, das sich auf der dem Gaswech­ selventil entgegengesetzten Seite des Stößels an dem Stößel abstützt.

Zur Kompensation eines radialen Versatzes zwischen dem Ventilschaft eines Gaswechselventils und dem Stößel eines Aktors ist der Innendurchmesser des rohrförmigen Stößels groß gegenüber dem Durchmesser des Schraub­ elementes.

Zur Kompensation von axialen Winkelfehlern zwischen dem Ventilschaft eines Gaswechselventils und dem Stößel eines Aktors weisen das Gewinde des Schraubelementes sowie die axiale Bohrung mit dem Innengewinde des Ventilschaftes bzw. des Verbindungsteils ausreichend Bewegungsspiel auf.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist zur Kraftübertragung von der Ven­ tilfeder und der Aktorfeder auf den Ventilschaft und den Stößel anstelle eines Aktorfedertellers und eines Ventilfedertellers ein gemeinsamer Feder­ teller vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäße elektromagnetische Ventilsteuerung mit der Verbindung des Ventilschaftes und des Stößels durch ein Schraubelement wird das Auftreten von Verschleiß an der verbindungsstelle sowie eine Ge­ räuschentwicklung wirksam vermieden.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße elektromagnetische Ventilsteue­ rung mit der Verbindung zwischen dem Ventilschaft eines Gaswechselventils und dem Stößel eines Aktors anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.

Es zeigt:

Figur: die schematische Darstellung der funktionellen Einheit aus einem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und ei­ nem Gaswechselventil, wobei der Stößel des Aktors und der Ventilschaft des Gaswechselventils über ein als Formschluß­ element ausgeführtes Verbindungsteil durch ein Schraubele­ ment miteinander verbunden sind.

In der Figur ist die aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor-A zur elektromagnetischen - Ventilsteuerung bestehende funktionelle Einheit dargestellt.

Der Aktor A besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet ÖM und ei­ nem Schließermagnet SM mit jeweils einer Durchführung; die durch ein Gehäuseteil GT miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet ÖM und der Schließermagnet SM sind Elektromagneten, die jeweils aus einem Joch und einer Spule bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließer­ magnet SM ist eine Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werkstoff angeordnet. Die Ankerplatte AP ist mit einen Stößel S verbunden, der rohr­ förmig ausgeführt ist. Der rohrförmige Stößel S wird durch die Durchfüh­ rung des- Öffnermagneten ÖM geführt und ist mit einem Aktorfederteller AFT verbunden. Zwischen dem Aktorfederteller AFT und der Außenseite des Öffnermagneten ÖM ist eine Aktorfeder AF angeordnet.

Das Gaswechselventil GV wird von einer Ventilfeder VF über einen am Ventil­ schaft VS des Gaswechselventils GV befestigten Ventilfederteller VFT in den Ventilsitz VZ des Zylinderkopfes ZK gezogen. Der Ventilfederteller VFT ban­ dagiert dabei ein geteiltes Formschlußelement FE, das sich um eine Nut am Ende des Ventilschaftes VS des Gaswechselventils GV fügt. In das geteilte Formschlußelement FE ist das Innengewinde zum Einschrauben des Schrau­ belementes SE eingearbeitet. Alternativ könnte zur Aufnahme des Schraube­ lementes SE auch in das Ende des Ventilschaftes VS eine axiale Bohrung mit einem Innengewinde eingearbeitet werden.

In der Ruhelage einer funktionellen Einheit aus einem Gaswechselventil GV und einem Aktor A befindet sich die Ankerplatte AP exakt in einer Mittellage zwischen dem Öffnermagneten ÖM und dem Schließermagneten SM. Dabei sind die Ventilfeder VF und die Aktorfeder AF vorgespannt und der Ventiltel­ ler VT befindet sich in einer Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz VZ und der Position, bei der das Gaswechselventil GV vollständig geöffnet ist.

Durch die einander entgegenwirkende Ventilfeder VF und Aktorfeder AF werden der Ventilschaft VS des Gaswechselventils GV und der rohrförmige Stößel S des Aktors A fest gegeneinander gepreßt.

Zudem wird die Verbindung zwischen dem rohrförmige-Stößel S und dem Ventilschaft VS zusätzlich durch das Schraubelement SE unterstützt, das ein Kopfstück KS aufweist. Das Schraubelement SE wird durch die Durchführung des- Schließermagneten SM und durch den rohrförmigen Stößel S in das Innengewinde des geteilten Formschlußelementes FE eingeschraubt; Das Kopfstück KS des Schraubelementes SE stützt sich dabei auf der dem Gas­ wechselventil GV entgegengesetzten Seite des Stößels S ab. Alternativ könn­ te sich das Kopfstück KS des Schraubelementes- SE auch auf eine Stufe in­ nerhalb des rohrförmigen Stößels S abstützen.

Beim Betrieb der Kolbenbrennkraftmaschine verhindert das Schraubele­ ment SE ein Lösen der Verbindung zwischen dem Ventilschaft VS und dem Stößel S beispielsweise beim Öffnen eines Gaswechselventils GV.

Zum Öffnen des Gaswechselventils GV wird der Öffnermagnet ÖM bestromt, wodurch die Ankerplatte AP über den Stößel S das Gaswechselventil GV in den Brennraum hinein verschiebt. Durch die hohe Stellkraft des Öffnerma­ gneten ÖM, die zum Erreichen kurzer Ventilstellzeiten erforderlich ist, wirkt eine derart hohe Beschleunigung auf das Gaswechselventile GV ein, daß das Gaswechselventil GV trotz der sich spannenden Ventilfeder VF über die maximale Auslenkung des Stößels S hinaus schwingen kann. Dieses Aus­ schwingen des Gaswechselventils GV wird durch das Schraubelement SE unterdrückt.

Die Folge des Ausschwingens eines Gaswechselventils GV wäre, daß durch die Rückstellkraft der Ventilfeder VF der Ventilschaft VS heftig auf den Stößel S zurückschlagen würde, was zu einer heftigen Geräuschentwicklung und zum Auftreten von Verschleißerscheinungen führen könnte.

Zur Reduzierung der durch den Öffnermagneten ÖM und den Schließerma­ gneten SM zu beschleunigenden Masse kann der Aktorfederteller AFT und der Ventilfederteller VFT als ein gemeinsamer Federteller ausgeführt wer­ den. Da in diesem Fall das Schraubelement SE die gesamte Zugkraft von dem Schließermagnet SM auf die Aktorfeder AF übertragen würde, müßte das Schraubelement SE für diese höhere Belastungen ausgelegt werden.

Zur Kompensation eines durch unvermeidliche Fertigungstoleranzen be­ dingten, radialen Versatzes zwischen dem Ventilschaft VS und dem Stößel S ist der Innendurchmesser des rohrförmigen Stößels S groß gegenüber dem Durchmesser des Schraubelementes SE.

Zur Kompensation von axialen Winkelfehlern zwischen dem Ventilschaft VS und dem Stößel S, die ebenfalls also Folge von Fertigungstoleranzen auftre­ ten können, weisen das Gewinde des Schraubelementes SE. und das Innen­ gewinde in der axialen Bohrung des Ventilschaftes VS bzw. des geteilten Formschlußelementes FE- ausreichend Bewegungsspiel auf.

Durch die beschriebene Verbindung des Ventilschaftes VS mit dem Stößel S wird das Auftreten von Verschleiß an der Verbindungsstelle sowie eine Ge­ räuschentwicklung wirksam vermieden.

Claims (6)

1. Elektromagnetische Ventilsteuerung mit einen Stößel (S) aufweisenden Aktoren (A) und mit einen Ventilschaft (VS) aufweisenden Gaswechselven­ tilen (GV), dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (VS) eines Gas­ wechselventils (GV) mit dem Stößel (S) eines Aktors (A) durch ein Schraube­ lement (SE) verbunden ist, wobei der Ventilschaft (VS) zum Einschrauben des Schraubelementes (SE) eine axiale Bohrung mit einem Innengewinde aufweist und der Stößel(S) zur Durchführung des Schraubelementes (SE) rohrförmig ausgebildet ist.

2. Elektromagnetische Ventilsteuerung mit einen Stößel (S) aufweisenden Aktoren (A,) und mit einen Ventilschaft (VS) aufweisenden Gaswechselven­ tilen (GV), dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (VS) eines- Gas­ wechselventils (GV) mit dem Stößel (S) eines Aktors (A) durch ein Schraub­ element (SE) verbunden ist, wobei ein direkt am Ventilschaft (VS) befestig­ tes Verbindungsteil (FE) zum Einschrauben des Schraubelementes (SE) ei­ ne axiale Bohrung mit einem Innengewinde aufweist und der Stößel (S) zur Durchführung des Schraubelementes (SE) rohrförmig ausgebildet ist.

3. Elektromagnetische Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubelement (SE) ein Kopfstück (KS) aufweist, das sich auf der dem Gaswechselventil (GV) entgegengesetzten Seite des Stößels (S) an dem Stößel (S) abstützt.

4. Elektromagnetische Ventilsteuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation eines radia­ len Versatzes zwischen dem Ventilschaft (VS) und dem Stößel (S) der In­ nendurchmesser des rohrförmigen Stößels (S) groß ist gegenüber dem Durchmesser des Schraubelementes (SE).

5. Elektromagnetische Ventilsteuerung nach einem der Vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von axialen Winkelfehlern zwischen dem Ventilschaft (VS) und dem Stößel (S) das Ge­ winde des Schraubelementes (SEC sowie die axiale Bohrung mit dem In­ nengewinde zum Einschrauben des Schraubelementes (SE) des- Ventil­ schaftes (VS) bzw. des Verbindungsteils (FE) Bewegungsspiel aufweisen.

6. Elektromagnetische Ventilsteuerung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaswechselventil (GV) min­ destens eine Ventilfeder (VF) und der Aktor (A) mindestens eine Aktorfe­ der (AF) aufweist, die über einen gemeinsamen Federteller mit dem Ven­ tilschaft (VS) des Gaswechselventils (GV und den Stößel (S) des Aktors (A) verbunden sind.