Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechsel-Tellerventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine

Beschreibung

[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. Außerdem soll auch dann ein dichtes Schließen des Tellerventils sichergestellt werden, wenn die Endlagen der beiden Hubbewegungen durch die Fertigung bedingte Toleranzen aufweisen.

[0003] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Ventilbetätigung mit möglichst geringen bewegten Federmassen zu schaffen und ein dichtes Schließen des Tellerventils durch eine elastisch nachgiebige Verbindung zwischen dem freien Ende des Ventilhebels und dem Schaft des Tellerventils sicherzustellen.

[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 Drehstabfeder 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 Elektromagnete betrieben werden kann.

[0006] Ein federnder Toleranzausgleich ist erreicht, indem das freie Ende des Ventilhebels an einer auf dem Ventilschaft längsgeführten federnd und mit geringem Abstand zu einer Haltehülse angeordneten Schiebehülse anliegt.

[0007] 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 Ventilhebel. Auf diese Weise läßt sich eine angepaßte Wegübersetzung erzielen, von dem nach thermodynamischen Gesichtspunkten optimierten Ventilhub des Tellerventils zu der für handelsübliche Elektromagnete sinnvollen Hubbewegung des Ankers.

[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 Dämpfungsraum. 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.

Es zeigt

[0010] 

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 6, die zu dem jeweils erregten Elektromagnet 3 oder 4 hingezogen wird. Der Anker ist an seinem freien Ende in einem Lager 7 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.

[0013] 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 ÖI-Zulaufdruck und die Bemessung der Drosselspalte einstellen.

[0014] 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 25 gegen Axialverschiebung.

[0015] 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 vom 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.

[0016] 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.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Betätigen eines im Zylinderkopf (1) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine längsgeführten Gaswechsel-Tellerventils (17) mit zwei Elektromagneten (3, 4), die wechselweise periodisch erregt werden und dabei entgegen der Kraft einer Feder (29) einen Anker (5) hin- und herbewegen, der das Tellerventil (17) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, daß als Feder eine Drehstabfeder (29) verwendet wird, 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 verbunden ist, wobei der Ventilhebel (11) an den Anker (5) angelenkt ist und mit seinem freien Ende (10) am Ventilschaft (12) des Tellerventils (17) angreift, und wobei das freie Ende des Ventilhebels (11) in Schließrichtung des Tellerventils (17) an einer auf dem Ventilschaft (12) längsgeführten Schiebehülse (14) anliegt, die mittels einer Schraubenfeder (15) an einer auf dem Ventilschaft (12) befestigten Haltehülse (16) abgestützt ist, wobei die Schiebehülse (14) und die Haltehülse (16) zueinander einen kleinen Abstand (b) haben.

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, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhebel (11) von seinem freien Ende her als Gabel (10) ausgebildet ist, die sich geringfügig über die Anlenkstelle (Stift 9) hinaus erstreckt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließbewegung des Tellerventils (17) durch eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung (18, 19, 20, 21, 22) gedämpft ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, 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 ÖI-Zulaufbohrung (21) und Drosselspalten (22) besteht.

6. 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.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, 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.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabfeder (29) mit ihrem anderen Ende in einer Haltebuchse (31) drehfest eingespannt ist, die an den Zylinderkopf (1) angeflanscht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlage der Haltebuchse (31) durch Verschwenken in Langlöchern (32) einstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum gleichzeitigen Betätigen zweier Tellerventile ausgebildet ist.

Revendications

1. Dispositif destiné à actionner une soupape en champignon d'échange de gaz (17), guidée longitudinalement dans la culasse de cylindre (1) d'un moteur à combustion interne à piston coulissant, comportant deux électro-aimants (3, 4) qui sont excités périodiquement en alternance et qui déplacent, dans un mouvement de va-et-vient, à l'encontre de la force d'un ressort (29), un induit (5) qui ouvre et ferme la soupape en champignon (17), caractérisé en ce qu'on utilise comme ressort, un ressort à barre de torsion (29) qui, sur un côté, est maintenu fixe en rotation sur la culasse (1) et sur son autre côté, est relié fixe en rotation à un levier de soupape (11) à un bras, dans sa région de support, le levier de soupape (11) s'articulant sur l'induit (5) et agissant, par son extrémité libre (10), sur la queue (12) de la soupape en champignon (17) et l'extrémité libre du levier de soupape (11) s'appliquant, dans le sens de fermeture de la soupape en champignon (17), sur un manchon coulissant (14), guidé longitudinalement sur la queue de soupape (12), lequel manchon prend appui contre un manchon de retenue (16), fixé sur la queue de soupape (12), le manchon coulissant (14) et le manchon de retenue (16) étant espacés entre eux d'une distance (b).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (c1) séparant le point d'articulation (goupille 9) de l'induit (5) de l'axe longitudinal de la soupape en champignon (17), est inférieure à la distance (c2) par rapport au centre du support du levier de soupape (11).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier de soupape (11) forme, à partir de son extrémité libre, une fourche (10) qui s'étend un peu au-delà du point d'articulation (goupille 9).

4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mouvement de fermeture de la soupape en champignon (17) est amorti par un dispositif d'amortissement hydraulique (18, 19, 20, 21, 22).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement est constitué d'une douille d'amortissement (18), d'un cylindre d'amortissement (19), rempli d'huile et pourvu de disques d'amortissement (20), ainsi que d'un perçage d'arrivée d'huile (21) et de fentes d'étranglement (22).

6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le levier de soupape (11) se présente, à son extrémité, sous la forme d'un tube de support (25) qui est monté, sur ses deux côtés, dans des paliers (27, 28).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort à barre de torsion (29) traverse, par l'une de ses extrémités, le tube de support (25) et est relié fixe en rotation au tube de support (25), dans la région d'un palier (28).

8. Dispositif selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que le ressort à barre de torsion (29) est serré fixe en rotation, par son autre extrémité, dans une boîte de maintien (31) qui est bridée sur la culasse de cylindre (1).

9. Dispositif selon la selon la revendication 8, caractérisé en ce que la position en rotation de la boîte de maintien (31) est réglable par pivotement dans des trous allongés (32).

10. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est conçu pour actionner simultanément deux soupapes en champignon.

Claims

1. A device for actuating a gas-reversing poppet valve (17) guided longitudinally in the cylinder head (1) of a reciprocating-piston internal combustion engine, having two electromagnets (3, 4) alternately periodically energized and reciprocating an armature (5) against the force of a spring (29), the said armature (5) opening and closing the poppet valve (17), characterized in that the spring is in the form of a torsion-bar spring (29), held rotationally rigidly at one end on the cylinder head (1) and connected rotationally rigidly at its other end to a one-armed valve lever (11) in the bearing area thereof, the valve lever (11) being articulated on the armature (5) and engaging with its free end (10) on the valve shaft (12) of the poppet valve (17), and the free end of the valve lever (11) resting in the closing direction of the poppet valve (17) on a sliding sleeve (14) guided longitudinally on the valve shaft (12) and supported by means of a helical spring (15) on a holding sleeve (16) secured to the valve shaft (12), the sliding sleeve (14) and the holding sleeve (16) being at a short distance (b) from each other.

2. A device according to Claim 1, characterized in that the distance (c1) of the articulation point (pin 9) of the armature (5) from the longitudinal axis of the poppet valve (17) is less than the distance (c2) to the centre of the bearing of the valve lever (11

3. A device according to Claim 1, characterized in that the valve lever (11) is formed at its free end as a fork (10) extending slightly beyond the articulation point (pin 9).

4. A device according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the closing movement of the poppet valve (17) is damped by a hydraulic damping device (18, 19, 20, 21, 22).

5. A device according to Claim 4, characterized in that the damping device comprises a damping sleeve (18) secured at one end to the valve shaft (12), an oil-filled damping cylinder (19) provided with damping discs (20) and an oil-supply bore (21) and throttle gaps (22).

6. A device according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the valve lever (11) is constructed at one end as a bearing tube (25) mounted at its two ends in bearing blocks (27,28).

7. A device according to Claim 6, characterized in that the torsion-bar spring (29) projects with one end through the bearing tube (25) and is connected rotationally rigidly to the bearing tube (25) in the region of one bearing block (28).

8. A device according to Claims 1 and 7, characterized in that the torsion-bar spring (29) is clamped with its other end rotationally rigidly in a holding bush (31) flange-mounted on the cylinder head (1).

9. A device according to Claim 8, characterized in that the rotational position of the holding bush (31) can be set by pivoting in longitudinal holes (32).

10. A device according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that it is constructed for actuating two poppet valves simultaneously.

Zeichnung