DE19811779C1 - Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbe­ griff von Anspruch 1.

Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselven­ tilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungs­ magneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial zu einer Ventilachse verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder indirekt über einen Ankerstö­ ßel auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuato­ ren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorgespann­ ter Federmechanismus auf den Anker. Als Federmechanismus dienen meist zwei vorgespannte Druckfedern, und zwar eine obere und eine untere Ventilfeder. Die obere Ventilfeder belastet in Öff­ nungsrichtung und die untere Ventilfeder in Schließrichtung das Gaswechselventil. Bei nicht erregten Magneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage zwischen den Magneten gehalten.

Aus der US 4 878 464 A1 ist ein elektromagnetisch betätigtes Gaswechselventil bekannt, bei dem der Ventilschaft über eine Schraube mit einem Ankerstößel verbunden ist, indem die Schrau­ be in Gewindebohrungen der zu verbindenden Teile eingeschraubt ist. Ein solche Verbindung kann in beide Richtungen Kräfte übertragen. Sie ist jedoch nur für Gaswechselventile mit einem Ventilschaft geeignet, der einen relativ großen Durchmesser aufweist. Solche Gaswechselventile sind wegen ihrer großen Mas­ se für schnellaufende Brennkraftmaschinen nicht geeignet. Fer­ ner haben Gewinde eine große Kerbwirkung und führen daher be­ sonders bei dünnen Querschnitten und großen dynamischen Bela­ stungen zum Bruch. Schließlich sind die bekannten Vorrichtungen nur schwer zu montieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwi­ schen Ankerstößel und Ventilschaft zu schaffen, die auf Zug und Druck zu belasten, leicht zu montieren und auch für Ventil­ schäfte mit einem geringen Durchmesser geeignet ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung hat der Ventilschaft an seinem aktuatorsei­ tigen Ende eine im Querschnitt halbrunde Ringnut, in die eine an ihrem äußeren Mantel zu einem Ventilteller hin konisch zu­ laufende, längsgeschlitzte Klemmhülse oder konische Kegelstücke mit einem Wulst eingreifen. Ein Verbindungsstück umfaßt mit ei­ nem Innenkonus die Klemmhülse und zieht über ein mit dem An­ kerstößel verbundenes Gewinde das Ende des Ankerstößels gegen das Ende des Ventilschafts. Da der Ventilschaft vom Verbin­ dungsstück umfaßt wird, die ausgerundete Ringnut einen günsti­ gen Kerbbeiwert hat und die dynamischen Kräfte durch den Reib­ schluß der Klemmverbindung übertragen werden, kann sein Durch­ messer sehr klein gehalten werden. Die Masse des Verbindungs­ stücks, das aus einem geeigneten Werkstoff hergestellt ist, fällt wegen seiner geringen Länge kaum ins Gewicht.

Grundsätzlich kann das Verbindungsstück unmittelbar mit dem An­ kerstößel verschraubt werden. Um die Montage zu erleichtern, ist es zweckmäßig, zwischen dem Ankerstößel und dem Verbin­ dungsstück eine Gewindehülse vorzusehen, durch die bereits vor der Verbindung mit dem Ankerstößel die Klemmverbindung mit dem Ventilschaft hergestellt werden kann. In Ausgestaltung der Er­ findung kann nun bei der Montage das Verbindungsstück mit einer äußeren Mantelfläche in die Bohrung einer Verdrehsicherung ge­ schoben werden, indem es über den normalen Hub des Gaswechsel­ ventils in Öffnungsrichtung bewegt wird. Die Verdrehsicherung, die direkt oder indirekt fest mit dem Zylinderkopf verbunden ist, kann durch Formschlußelemente, z. B. Nuten und Federn und dgl. oder durch Kraftschlußelemente, z. B. Reibkegel und dgl. auf das Verbindungsstück wirken.

Anstelle der Schraubverbindung zwischen dem Ankerstößel und der Gewindehülse kann es von Vorteil sein, eine Klemmverbindung vorzusehen, um auch hier Kerbspannungen zu vermeiden und den Ankerstößel dünn zu halten. Zu diesem Zweck ist der Ankerstößel hohl und sein dem Ventilschaft zugewandtes Ende weist eine zum Ende hin konisch zunehmende Materialstärke auf. Nachdem der An­ kerstößel in das Verbindungsstück bzw. die montierte Gewinde­ hülse eingeführt ist, wird ein Konus in den hohlen Ankerschaft gepreßt, der Ankerschaft aufgespreizt und damit der Reibschluß hergestellt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthal­ ten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinn­ vollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1.

In einen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine steuert ein Gaswechselventil 3 einen Gaswechselkanal 2. Das Gaswechselven­ til 3 ist mit seinem Ventilschaft 5 in einer Ventilführung 7 im Zylinderkopf 1 geführt und liegt mit seinem Ventilteller 4 im geschlossenen Zustand an einem Ventilsitzring 6 an, der die Öffnung des Gaswechselkanals 2 umgibt.

Das freie Ende des Ventilschafts 5 ist mit einem Ankerstößel 9 eines Aktuators 8 verbunden. Zu diesem Zweck hat es eine im Querschnitt halbkreisförmige Ringnut 10, in die eine Klemmhülse 11 oder Kegelstücke mit einem Wulst 12 eingreifen. Die Klemm­ hülse 11 verjüngt sich zum Ventilteller 4 hin konisch und ist von einem entsprechenden Innenkonus 13 eines Verbindungsstücks 14 umfaßt, das mit einem Innengewinde 15 auf ein Außengewinde 16 einer Gewindehülse 17 bzw. 26 geschraubt ist. Diese drückt auf die Stirnfläche des Ventilschafts 5 und verspannt das Ver­ bindungsstück 14 mit seinem Konus 13, die Klemmhülse 11 und den Ventilschaft 5 reibschlüssig, so daß die dynamischen Kräfte während der Betätigung in beiden Richtungen auf den Ventil­ schaft 5 übertragen werden.

Die Gewindehülse 17 ist über ein Gewinde 18 mit dem Ankerstößel 9 verschraubt. Um die Vorrichtung einfach montieren und den An­ kerstößel 9 leicht in die Gewindehülse 17 einschrauben zu kön­ nen, wird das Gaswechselventil 3 mit dem vormontierten Verbin­ dungsstück 14 und der Gewindehülse 17 in Öffnungsrichtung über die normale Endlage gedrückt, bis das Verbindungsstück 14 mit einer konischen Mantelfläche 25 in einer entsprechenden Bohrung 24 einer Verdrehsicherung 23 kraftschlüssig gehalten wird. An­ stelle eines Reibkegels als kraftschlüssiges Element kann die Verdrehsicherung 23 auch formschlüssige Elemente aufweisen, z. B. in Form von Mitnahmeprofilen.

Die Variante nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 dadurch, daß zwischen der Gewindehülse 26 und dem Ankerstößel 21 eine Klemmverbindung 19 vorgesehen ist. Hierzu ist der Ankerstößel 21 hohl und weist zum Ventilteller 4 hin eine konisch zunehmende Materialstärke 22 auf. Bei der Montage wird der Ankerstößel 21 in die Gewindehülse 26 eingeführt. Da­ nach wird ein Konus 20 eingepreßt, wobei die Gewindehülse 26 über das Verbindungsstück 14 in der Verdrehsicherung 23 gehal­ ten wird. Die Gewindehülse 26 kann auch entfallen, so daß der Ankerstößel 21 unmittelbar in eine Bohrung des Verbindungs­ stücks 14 eingreift.

Bezugszeichenliste

1

Zylinderkopf

2

Gaswechselkanal

3

Gaswechselventil

4

Ventilteller

5

Ventilschaft

6

Ventilsitzring

7

Ventilführung

8

Aktuator

9

Ankerstößel

10

Ringnut

11

Klemmhülse

12

Wulst

13

Innenkonus

14

Verbindungsstück

15

Innengewinde

16

Außengewinde

17

Gewindehülse

18

Gewinde

19

Klemmverbindung

20

Konus

21

Ankerstößel

22

Materialstärke

23

Verdrehsicherung

24

Bohrung

25

Mantelfläche

26

Gewindehülse

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils (3) für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektromagnetischen Aktuator (8), der einen zwischen einem Öffnungsmagneten und einem Schließmagneten bewegbaren Anker besitzt, dessen Ankerstößel (9, 21) lösbar mit einem Ventilschaft (5) des Gaswechselventils (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (5) an seinem aktuatorseitigen Ende eine im Querschnitt halb­ runde Ringnut (10) hat, in die eine an ihrem äußeren Mantel zu einem Ventilteller (4) hin konisch zulaufende Klemmhülse (11) bzw. Kegelstücke mit einem Wulst (12) eingreifen, wobei ein Verbindungsstück (14) mit einem Innenkonus (13) die Klemmhülse (11) bzw. Kegelstücke umfaßt und das Ende des Ankerstößels (9, 21) gegen das Ende des Ventilschafts (5) spannt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ankerstößel (9) und dem Verbindungsstück (14) eine Gewindehülse (17) angeordnet ist, die mit dem Ankerstößel (9) verschraubt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstößel (21) hohl ist und mit dem Verbindungsstück (14) über eine konische Klemmverbindung (19) verbunden ist (Fig. 2).

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Montage der Vorrichtung das Verbindungsstück (14) bei einem Überhub in Öffnungsrichtung des Gaswechselventils (3) in eine form­ schlüssige oder kraftschlüssige Einrichtung (23) eingreift, die es gegen Verdrehen sichert.