[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines als Tellerventil ausgebildeten
Gaswechselventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
[0002] Eine derartige Ventilbetätigungsvorrichtung ist aus EP-PS 0 118 591 bekannt. Zwei
phasenverschoben zueinander erregte Elektromagnete bilden mit zwei Schraubenfedern,
die beidseits an einer durch die Elektromagnete angezogenen Ankerscheibe anliegen,
ein Schwingsystem. Im Rhythmus dieser Schwingung wird das mit der Ankerscheibe verbundene
Tellerventil hin- und herbewegt und öffnet bzw. schließt dabei eine Fluid-Durchtrittsöffnung.
Wenn eine solche Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechsel-Tellerventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
verwendet wird, ist es wichtig, die Masse des Federsystems möglichst klein zu halten,
um einerseits eine präzise Steuerung über den ganzen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine
zu erhalten und andererseits den Energiebedarf für die Elektromagnete auf eine minimale
Größe zu beschränken.
[0003] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gegen Federkraft arbeitende elektromagnetische
Ventilbetätigung zu schaffen, deren bewegte Federmassen möglichst gering sind.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Die
zur Ventilbetätigung verwendete Drehstabfeder besitzt keine, das Schwingsystem negativ
beeinflussende, oszillierende Massen. Auch der mit der Drehstabfeder starr verbundene,
in Wirkverbindung mit dem Tellerventil stehende Schlepphebel hat nur eine sehr geringe
reduzierte Masse, so daß der am Ventilhebel angelenkte Anker nahezu trägheitslos den
wechselweisen Erregungen der Elektromagnete folgen und das Tellerventil entsprechend
steuern kann.
[0005] Eine ähnliche Drehbstabfeder ist zwar aus DE-AS 1 120 804 bekannt für eine rein mechanische,
durch einen Nocken betätigte Ventilsteuerung. Jedoch bringt die Anwendung einer Drehstabfeder
für eine elektromagnetische Ventilsteuerung den entscheidenden Vorteil, daß sie durch
Wegfall der translatorisch bewegten Federmassen und entsprechende Reduzierung der
Massenkräfte überhaupt erst richtig funktionsfähig wird und mit einem noch vertretbaren
Energieaufwand für die Stromversorgung der Elektrcmagnete betrieben werden kann.
[0006] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehstabfeder an ihrem einen
Ende drehfest mit dem Ventilhebel verbunden und in zwei, zu beiden Seiten des Ventilhebels
angeordneten Lagerböcken gelagert; am anderen Ende ist der Drehstab in einer mit dem
Zylinderkopf verschraubten Haltebuchse drehfest eingespannt. Der zentrisch zu den
beiden Elektromagneten längsbeweglich gelagerte Anker ist an dem Ventilhebel so angelenkt,
daß sein Abstand zur Längsachse des Tellerventils erheblich kleiner ist als sein Abstand
zur Längsachse des Drehstabes bzw. der Lagermitte des Ventilhebels. Auf diese Weise
läßt sich eine angepaßte Wegübersetzung erzielen, von den nach thennodynamischen Gesichtpunkten
optimierten Ventilhub des Tellerventils zu der für handelsübliche Elektromagnete sinnvollen
Hubbewegung des Ankers.
[0007] Da die Endlagen dieser beiden Hubbewegungen immer durch die Fertigung bedingte Toleranzen
aufweisen, andererseits aber ein dichtes Schließen des Tellerventils auch bei Anlage
der Ankerscheibe an dem einen Elektrcmagneten unbedingt erforderlich ist, ist es zweckmäßig,
eine elastisch nachgiebige Verbindung zwischen dem freien Ende des Ventilhebels und
dem Schaft des Tellerventils zu schaffen: Hierzu greift das gabelförmig gestaltete
Ende des Ventilhebels zwischen eine auf einem Absatz des Ventilschaftes anliegende
Druckscheibe und eine auf dem Ventilschaft längsgeführte Schiebehülse ein, die durch
eine Schraubenfeder gegen eine am Ende des Ventilschaftes befestigte Haltehülse abgestützt
ist.
[0008] Um beim Schließen des Tellerventils den Aufprall des Ventiltellers am Ventilsitz
zu dämpfen, ist oberhalb des Ventilschaftes im Zylinderkopf eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung
angebracht. Mehrere Dämpfungsscheiben liegen in einem ölgefüllten zylindrischen Dänpfungsraum.
Wenn die am oberen Ende des Ventilschaftes befestigte Dämpfungshülse in den Dämpfungsraum
eindringt, wird das zwischen den Dämpfungsscheiben befindliche öl durch definierte
Drosselspalte hindurch verdrängt und bewirkt so ein sanfteres, geräuscharmeres Aufsetzen
des Ventiltellers auf den Ventilsitz.
[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
erläutert.
[0010] Es zeigt
Fig. 1 Frontansicht der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung mit Längsschnitt durch das
Tellerventil,
Fig. 2 Seitenansicht der Ventilsteuerung mit Längsschnitt durch die Lagerung der Drehstabfeder,
Fig. 3 Draufsicht auf die Ventilsteuerung.
[0011] Am Zylinderkopf 1 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist ein Magnetgehäuse 2 befestigt,
in dem mit Abstand a1 zueinander ein erster Elektromagnet 3 und ein zweiter Elektromagnet
4 fest angebracht sind. In dem Freiraum zwischen den Elektromagneten 3 und 4 liegt
eine an einem Anker 5 befestigte Ankerscheibe, die zu dem jeweils erregten Elektromagnet
3 oder 4 hingezogen wird. Der Anker ist an seinem freien Ende in einem Lager 8 des
Magnetgehäuses 2 gelagert. Das andere Ende des Ankers 5 ist in einen Stangenkopf 8
geschraubt, der mit einem Stift 9 an eine Gabel 10 eines einarmigen Ventilhebels 11
angelenkt ist; der eben abgefräste Stangenkopf 8 liegt dabei mit seitlichem Spiel
zwischen der Gabel 10.
[0012] Das vordere Ende der Gabel 10 greift zwischen eine, auf einem Absatz des Ventilschaftes
12 aufliegende Druckscheibe 13 und eine auf dem Ventilschaft . 12 längsbewegliche
Schiebehülse 14 ein, die durch eine Schraubenfeder 15 gegen eine am Ventilschaft 12
befestigte Haltehülse 16 abgestützt ist. Zwischen der Schiebehülse 14 und der Haltehülse
16 ist ein geringer Abstand b vorgesehen, um einen federnden Toleranzausgleich zwischen
dem Ankerhub a2 und dem Ventilhub s des Tellerventils 17 zu ermöglichen. Am oberen
Ende des Ventilschaftes 12 ist eine Dämpfungshülse 18 befestigt, die beim Schließen
des Tellerventils 17 in den im Zylinderkopf ausgebildeten, ölgefüllten Dämpfungszylinder
19 eindringt, in dem mehrere Dämpfungsscheiben 20 liegen. Dabei verdrängt sie das
öl in die ölzulaufbohrung 21 sowie in die Drosselspalte 22. Mit dieser Dämpfungsvorrichtung
ist eine Geräuschminderung des Ventiltriebes und eine Verringerung des Verschleißes
am Ventilteller 23 und Sitzring 24 erreicht. Die Höhe der Dämpfung läßt sich durch
den öl-Zulaufdruck und die Bemessung der Drosselspalte einstellen.
[0013] Wichtig für eine präzise Ventilsteuerung ist eine gute Lagerung des Ventilhebels
11. Hierzu ist der endseitig als Lagerrohr 25 mit zwei radial vorstehenden Bunden
ausgebildet. Das Lagerrohr 25 ist an beiden Seiten in einem am Zylinderkopf 1 angeschraubten
Lagerbock 27 bzw. 28 gelagert; die stirnseitig an den Lagerböcken 27, 28 anliegenden
Bunde 26 sichern das Lagerrohr 26 gegen Axialverschiebung.
[0014] Im Bereich des einen Lagerbockes 27 ist in dem Lagerrohr 25 das eine Ende einer zylindrischen
Drehstabfeder 29 mit einer Kerbzahnverbindung 30 befestigt. Das andere Ende der Drehstabfeder
29 ist ebenfalls mit einer Kerbzahnverbindung 30 in einer Haltebuchse 31 drehfest,
die mit Langlöchern 32 versehen ist und an den Zylinderkopf 1 angeflanscht ist. Der
Abstand c1 der Anlenkstelle des Ankers 5 am Ventilhebel zur Längsachse des Tellerventils
17 ist kleiner als der Abstand c2 zur Lagermitte des Ventilhebels 17, um eine Wegübersetzung
van Ankerhub a2 zum Ventilhub s realisieren zu können. In der gezeichneten Schließlage
des Tellerventils 17 ist der Elektromagnet 3 erregt. Er zieht die Ankerscheibe 6 an
und hält die Drehstabfeder gespannt. Zum öffnen des Tellerventils 17 wird der Elektromagnet
3 entregt und gleichzeitig der Elektromagnet 4 erregt, der aber wegen des großen Abstandes
a2 noch keine merkliche Kraft auf die Ankerscheibe ausüben kann. Die Anfangsbewegung
zum öffnen des Tellerventils wird bewirkt durch die gespannte Drehstabfeder 29, die
erst auf der Hälfte des Ankerhubs entspannt ist. Ab hier wird die Ankerscheibe 6.
durch die stark Progressiv ansteigende Magnetkraft des Elektromagnets 4 sowie die
Trägheitskraft des Ventilmechanismus an den Elektromagnet 4 angelegt, wobei das Tellerventil
17 in Offenstellung geht und die Drehstabfeder 29 wieder, diesmal in der anderen Drehrichtung
gespannt wird.
[0015] Beim Schließen des Tellerventils 17 wiederholt sich der eben beschriebene Vorgang
in der umgekehrten Reihenfolge. Die Verstellkraft wird hierbei auf das Tellerventil
über die Schiebehülse und Schraubenfeder aufgebracht. Die federnde Betätigung sorgt
für eine gleichzeitige Anlage der Ankerscheibe am Elektromagnet und des Ventiltellers
am Sitzring, auch dann, wenn fertigungsbedingte oder temperaturbedingte Toleranzabweichungen
des Abstandes a2 oder des Ventilhubes s auftreten.
1. Vorrichtung zum Betätigen eines im Zylinderkopf eirier Hubkolben-Brennkraftmaschine
läagsgeführten Gaswechsel-Tellerventils mit zwei Elektromagneten, die wechselweise
periodisch erregt werden, und dabei entgegen der Kraft einer Feder einen Anker hin
und her bewegen, der das Tellerventil öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet,
daß als Feder eine Drehstabfeder (29) verwendet ist, die an ihrer einen Seite am Zylinderkopf
(1) drehfest gehalten ist und an ihrer anderen Seite mit einem einarmigen Ventilhebel
(11) in dessen Lagerbereich drehfest verbanden ist, wobei der Ventilhebel (11 ) durch
den an ihn angeledkten Anker (5) hin- und hergeschwenkt wird und mit seinem freien
Ende (Gabel 10) am Ventilschaft (12 des Tellerventils (17) angreift.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (c1) der Anlenkstelle
(Stift 9) des Ankers (5) zur Längsachse des Tellerventils (17) kleiner ist als der
Abstand .(c2) zur Lagermitte des Ventilhebels (11).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurdh gekennzeichnet, daß der Ventilhebel (11) von
seinem freien Ende her als Gabel (10) ausgebildet ist, die sich geringfügig über die
Anlmkstelle (Stift 9) hinaus erstreckt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekermzeicimet, daß die Gabel (10) am Tellerventil
(17) in dessen Öffnungsrichtung starr, in dessen Schließrichtung federnd angreift.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekemmeichnet, daß die Gabel (10) in Schließrichtung
des Tellerventils (17) an einer auf dem Ventilschaft (12) längsgeführten Schiebehülse
(14) anliegt, die mittels einer Schraubaenfeder (15) an einer auf dem Ventilschaft
(12) befestigten Haltehülse (16) abgestützt ist, wobei die Schiebehülse (14) und Haltehülse
(16) zueinander einen kleinen Abstand (b) haben.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließbewegung
des Tellerventils (17) durch eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung (18, 19, 20, 21,
22) gedämpft ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung
aus einer endseitig am Ventilschaft (12) befestigten Dämpfungshülse (18), einem ölgefüllten
und mit Dämpfungsscheiben (20) ausgestatteten Dämpfungszylinder (19) sowie aus einer
Öl-Zulaufbohrung (21) und Drosselspalten (22) besteht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhebel
(11) endseitig als Lagerrohr (25) ausgebildet ist, das an seinen beiden Seiten in
Lagerböcken (27, 28) gelagert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabfeder (29)
mit ihrem einen Ende das-Lagerrohr (25) durchragt und im Bereich des einen Lagerbocks
(28) drehfest mit dem Lagerrohr (25) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabfeder
(29) mit ihrem anderen Ende in einer Haltebuchse (31) drehfest eingespannt ist, die
an den Zylinderkopf (1) angeflanscht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlage der Haltebuchse
(31) durch Verschwenken in Langlöchern (32) einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie
zum gleichzeitigen Betätigen zweier Tellerventile ausgebildet ist.