Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechsel-Tellerventils

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines im Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors längsgeführten Gaswechsel-Tellerventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Eine derartige Betätigungsvorrichtung ist in der Patentanmeldung DE-A-36 16 540.9-13 beschrieben. Das Gaswechselventil wird durch zwei entgegen Federkraft arbeitende Elektromagnete betätigt, die wechselweise erregt werden und dabei einen Anker hin und herbewegen, der das Tellerventil öffnet und schließt. Um die bewegten Federmassen und damit die Massenträgheit der ganzen Betätigungsvorrichtung gering zu halten, wird als Feder eine zylindrische Drehstabfeder benutzt. Die Drehstabfeder ist an ihrer einen Seite am Zylinderkopf befestigt und an ihrer anderen Seite mit einem Ende eines einarmigen Ventilhebels drehfest verbunden. Mit seinem anderen Ende greift der Ventilhebel gelenkig am Ventilschaft des Tellerventils an. Mit Abstand zu dieser Anlenkstelle ist der Anker am Ventilhebel angebracht. Da zwei Anlenkstellen vorhanden sind, die immer mit Fertigungstoleranzen behaftet sind, ist es schwierig, den tatsächlichen Ventilhub auf den Ankerhub so abzustimmen, daß einerseits das Ventil dichtgeschlossen und andererseits bei Schließstellung zwischen Ankerscheibe und Elektromagnet kein zu großer Luftspalt verbleibt.

[0003] Bei einer aus EP-A-0 118 591 bekannten Betätigungsvorrichtung wird das Tellerventil durch zwei wechselweise erregte Elektromagnete entgegen der Kraft einer zylindrischen Feder hin- und herbewegt. Die Elektromagnete wirken auf einen am Tellerventil befestigten Anker ein, der zusammen mit einer zentrisch an ihm befestigten Ankerscheibe koaxial zum Schaft des Tellerventils angeordnet ist.

[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine solche Betätigungsvorrichtung in der Weise weiterzubilden, daß ihre bewegten Massen verringert werden und ohne Einhalten enger Fertigungstoleranzen die Funktion des Ventiltriebes gewährleistet ist.

[0005] Eine Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

[0006] Wenn am Schaftende des Tellerventils eine magnetisierbare Mitnahmescheibe befestigt ist, die mit Axialspiel zwischen zwei Anschlagflächen der Ankerscheibe liegt, wird man von Fertigungstoleranzen weitgehend unabhängig und es wird bei thermischer Dehnung des Tellerventils ein spannungsfreier Ausgleich möglich.

[0007] Am einfachsten wird die Konstruktion dann, wenn die Ankerscheibe aus zwei Kreisscheiben gebildet ist und die Mitnahmescheibe an ihrer Trennebene mit Axialspiel zu den Stirnflächen der Scheiben eingelegt ist, die nun als Anschlagflächen dienen. Wird beim Schließen des Tellerventils die Ankerscheibe an den oberen Elektromagnet angelegt, so wird anschließend vom Elektromagnet die Mitnahmescheibe nach oben gezogen, bis das Tellerventil dicht schließt. Zum Öffnen des Tellerventils wird der obere Elektromagnet abgeschaltet und die Ankerscheibe wird durch Federkraft nach unten bewegt.

[0008] Die erfindungsgemäße Konstruktion gestattet es, auf einfachste Weise auch eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung in die Betätigungsvorrichtung zu integrieren, die ein hartes und geräuschvolles Aufsetzen des Ventiltellers und unerwünschte Schwingbewegungen verhindert. Hierzu enthält der Anker eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Zentralbohrung. In ihr und in der Ankerscheibe ist ein Schaftende des Tellerventils längsbeweglich geführt und durch eine Schraubenfeder abgestützt, die an einem Radialvorsprung der Zentralbohrung anliegt. Oberhalb der Radialbohrung enthält die Zentralbohrung ein Kugelrückschlagventil.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert.

[0010] Es zeigt:

Fig. 1

Längsschnitt der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,

Fig. 2

Drehstabfeder und ihre Lagerung,

Fig. 3

Ankerscheibe in vergrößerter Darstellung.

[0011] Am Zylinderkopf 1 eines Hubkolbenmotors 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 dem Elektromagneten 3 und 4 liegt eine an einem Anker 5 befestigte Ankerscheibe 6, die von dem jeweils erregten Elektromagneten 3 oder 4 in Endlage festgehalten wird.

[0012] Der Anker 5 ist in dem Magnetgehäuse 2 abgedichtet und in einem Lager 8 längsbeweglich geführt. An seinem aus dem Magnetgehäuse herausragenden Ende ist der Anker 5 mit einer Ausdrehung 9 versehen, in die eine an einem Ventilhebel 10 endseitig angebrachte Gabel 11 eingreift. An seinem anderen Ende ist der Ventilhebel 10 als Lagerrohr 12 ausgebildet. Das Lagerrohr 12 ist in einem am Zylinderkopf 1 angeschraubten Lagerbock 13 gelagert. Durch stirnseitige Anlage an dem Lagerbock 13 ist das Lagerrohr 12 bzw. der Ventilhebel 10 gegen Axialverschiebung gesichert.

[0013] Im Bereich des Lagerbocks 13 ist in dem Lagerrohr 12 das eine Ende einer zylindrischen Drehstabfeder 14 befestigt. Das andere Ende der Drehstabfeder 14 ist mit einem Flansch 15 versehen und mit Schrauben 16 an den Zylinderkopf 1 angeschraubt.

[0014] Parallel zur Drehstabfeder 14 ist in dem Zylinderkopf 1 unterhalb des Ventilhebels 10 eine Nockenwelle 17 gelagert, deren Haltenocken 18 bei Stillstand des Motors hochgeschwenkt ist und so den Ventilhebel 10 blockiert und die Drehstabfeder 14 spannt. Zum Verschwenken der Nockenwelle 17 dient ein Schrittmotor 19, der von einem Steuergerät 20 in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Motors angesteuert wird.

[0015] Auf das Schaftende des Tellerventils 7 ist eine Mitnahmescheibe 21 geschraubt, die an der Trennebene 22 zwischen dem oberen Teil 6′ und unteren Teil 6˝ der Ankerscheibe 6 eingelegt ist. Nach Einlegen der Mitnahmescheibe 21 werden die beiden Teile 6′ und 6˝ miteinander verschweißt. Die Mitnahmescheibe 21 ist wie die Ankerscheibe 6 aus magnetisierbarem Material gefertigt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, hat sie zu dem oberen Teil 6′ der Ankerscheibe 6 einen Abstand a2.

[0016] Zum Schließen des Tellerventils 7 wird die Ankerscheibe 6 nach Abschalten des Elektromagnets 4 von der Drehstabfeder an die Stirnfläche des Elektromagnets 3 angelegt. Danach zieht dieser Elektromagnet 3 die Mitnahmescheibe 21 an und verschiebt sie zum oberen Teil 6′ der Ankerscheibe 6 hin; dabei wird der Teller 23 dicht an den Sitzring 24 angelegt. Zum Öffnen des Tellerventils 7 wird wieder zunächst die Ankerscheibe 6 als ganzes zum unteren Elektromagneten 4 hinbewegt und danach die Mitnahmescheibe 21 ihr gegenüber verschoben. Die Drehstabfeder 14 wird beim Öffnen und Schließen des Tellerventils 7 um denselben Winkelweg so verdreht, daß ihre Kraft- Wegkurve um die neutrale Nullage nach beiden Richtungen linear ist. Außerdem arbeitet diese Federrückstellung und Energiespeicherung mittels der Drehstabfeder 14 in erwünschter Weise völlig spielfrei.

[0017] Um den Aufschlag beim Aufsetzen des Tellers 23 auf den Sitzring 24 zu dämpfen, enthält der Anker 5 eine auf das Schaftende des Tellerventils 7 einwirkende hydraulische Dämpfungsvorrichtung. Diese besteht aus einem Kolben 25, der in einer ölgefüllten Zentralbohrung 26 des Ankers 5 und in einem in der Zentralbohrung 26 eingepaßten Zapfen 27 der Ankerscheibe 6 längsgeführt ist. Der Kolben 25 wird vom Hydrauliköl gedämpft und durch eine Schraubenfeder 28 verspannt, die sich an einem radialen Vorsprung 29 der Zentralbohrung 26 abstützt. An der anderen Seite des radialen Vorsprungs 29 ist als federndes Rückschlagventil eine weitere Schraubenfeder 30 und eine an einem Sitz der Zentralbohrung 26 anliegende Ventilkugel 31 angeordnet. Die erfindungsgemäße Anordnung der Mitnahmescheibe 21 und die zentral im Anker 5 liegende Dämpfungsvorrichtung können auch für eine elektromagnetische Ventilbetätigung angewendet werden, bei der anstelle einer Drehstabfeder zwei Schraubenfedern zur Energiespeicherung benutzt werden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Betätigen eines im Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors längsgeführten Gaswechsel-Tellerventils mit zwei Elektromagneten, die wechselweise periodisch erregt werden und dabei entgegen der Kraft einer zylindrischen Drehstabfeder einen Anker hin und her bewegen, der das Tellerventil öffnet und schließt, wobei die Drehstabfeder an ihrer einen Seite am Zylinderkopf drehfest gehalten ist und an ihrer anderen Seite mit einem einarmigen Ventilhebel drehfest verbunden ist, der mit dem Anker gelenkig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Anker (5) der Ventilhebel (10) an seinem freien Ende angelenkt ist und daß der Anker (5) mit der zentrisch an ihm befestigten Ankerscheibe (6) koaxial zum Schaft des Tellerventils (7) angeordnet ist, und daß am Schaftende des Tellerventils (7) eine magnetisierbare Mitnahmescheibe (21) befestigt ist, die mit Axialspiel (a2) an der Ankerscheibe (6) längsbeweglich so angeordnet ist, daß sie wechselweise von den Elektromagneten (3, 4) angezogen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (6) aus zwei an einer Trennstelle (22) aneinander anliegenden, etwa gleich großen Teilen (6', 6'') zusammengesetzt ist und daß die Mitnahmescheibe (21) an der Trennebene (22) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zentralbohrung (26) des Ankers (5) eine auf das Schaftende des Tellerventils (7) einwirkende hydraulische Dämpfungsvorrichtung untergebracht ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Dämpfungsvorrichtung aus einem stirnseitig am Schaftende des Tellerventils (7) anliegenden, in der Zentralbohrung (26) längsgeführten Kolben (25) und einer ihn an der anderen Stirnseite belastenden, an einem radialen Vorsprung (29) der Zentralbohrung (26) abgestützten Schraubenfeder (28) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der anderen Seite des radialen Vorsprungs (29) eine zweite Schraubenfeder (30) abstützt, die eine Ventilkugel (31) an einen in der Zentralbohrung (26) ausgebildeten Ventilsitz anlegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Ventilhebels (10), etwa mittig zu seiner Armlänge ein drehbarer Haltenocken (18) angebracht ist, der nach Abstellen des Motors den Ventilhebel (10) abstützt und so das Tellerventil (7) in Schließlage hält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5) aus nicht magnetisierbarem Werkstoff, die Ankerscheibe (6) und Mitnahmescheibe (21) aus gut magnetisierbarem Werkstoff gefertigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerscheibe (6) mit einem Zapfen (27) in die Zentralbohrung (26) des Ankers (5) eingepaßt und mit ihm durch Kleben oder Schweißen oder Verschrauben verbunden ist.

Claims

1. A device for actuating a gas-change poppet valve - guided longitudinally in the cylinder head of a reciprocating-piston internal combustion engine - with two electromagnets periodically excited alternately and reciprocating an armature against the force of a cylindrical torsion-bar spring, the armature opening and closing the poppet valve, and the torsion-bar spring being held rotationally rigid at one of its ends on the cylinder head and being connected rotationally rigidly at its other end to a one-armed valve lever connected in an articulated manner to the armature, characterized in that the valve lever (10) is articulated at its free end on the armature (5), and the armature (5) is arranged with the armature disc (6) secured centrally thereon coaxially with the shaft of the poppet valve (7), and the shaft end of the poppet valve (7) has secured thereto a magnetizable entrainment disc (21) arranged longitudinally movably with axial play (a2) in the armature disc (6) in such a way that it is alternately attracted by the electromagnets (3, 4).

2. A device according to Claim 1, characterized in that the armature disc (6) comprises two parts (6', 6") substantially equal in size and resting one against the other at an area of separation (22), and the entrainment disc (21) is arranged in the separation plane (22).

3. A device according to Claim 1, characterized in that an hydraulic damping device acting upon the end of the shaft of the poppet valve (7) is arranged in a central bore (26) - filled with hydraulic liquid - in the armature (5).

4. A device according to Claims 1 and 3, characterized in that the hydraulic damping device comprises a piston (25), resting against an end face of the end of the shaft of the poppet valve (7) and guided longitudinally in the central bore (26), and a helical spring (28), stressing the other end face and supported on a radial projection (29) in the central bore (26).

5. A device according to Claim 4, characterized in that a second helical spring (30), urging a valve ball (31) against a valve seat formed in the central bore (26), is supported on the other side of the radial projection (29).

6. A device according to Claim 1, characterized in that a rotatable holding cam (18), which supports the valve lever (10) after the engine is switched off and which thus holds the poppet valve (7) in the closed position, is arranged below the valve lever (10) substantially centrally with respect to the length of its arm.

7. A device according to Claim 1, 2 or 6, characterized in that the armature (5) is produced from non-magnetizable material, and the armature disc (6) and the entrainment disc (21) are produced from highly magnetizable material.

8. A device according to Claim 7, characterized in that the armature disc (6) is fitted with a pin (27) into the central bore (26) of the armature (5) and is joined thereto by adhesion or welding or screwing.

Revendications

1. Dispositif destiné à actionner une soupape champignon de commande des gaz, guidée longitudinalement dans la culasse d'un moteur à piston alternatif, comportant deux électro-aimants qui sont excités périodiquement, alternativement et déplacent ainsi, dans un mouvement de va-et-vient, à l'encontre de la force d'une barre de torsion cylindrique, un induit qui ouvre et ferme la soupape champignon, la barre de torsion étant maintenue fixe en rotation sur l'un de ses côtés, sur la culasse et étant reliée fixe en rotation, sur son autre côté, à un culbuteur à un bras, qui est relié articulé à l'induit, caractérisé en ce que sur l'induit (5), le culbuteur (10) est articulé à son extrémité libre et en ce que l'induit (5) avec le disque d'induit (6) fixé au centre de celui-ci, est coaxial à la tige de la soupape champignon (7) et en ce qu'à l'extrémité de la tige de la soupape champignon (7) est fixé un disque d'entraînement (21) magnétisable qui est placé mobile longitudinalement sur le disque d'induit (6), avec un jeu axial (a2), de manière qu'il soit alternativement attiré par les électro-aimants (3, 4).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disque d'induit (6) est constitué de deux parties (6, 6') à peu près de mêmes dimensions, s'appliquant l'une contre l'autre en un point de séparation (22) et en ce que le disque d'entraînement (21) est placé sur le plan de séparation (22).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif d'amortissement hydraulique, agissant sur l'extrémité de la tige de la soupape champignon (7), est logé dans un alésage central (26) de l'induit (5), rempli d'un liquide hydraulique.

4. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement hydraulique est constitué par un piston (25) s'appliquant frontalement sur l'extrémité de la tige de la soupape champignon (7), guidé longitudinalement dans l'alésage central (26) et par un ressort hélicoïdal (28), agissant sur l'autre côté frontal du piston (25), prenant appui contre une partie saillante (29) radiale de l'alésage central (26).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que sur l'autre côté de la partie saillante (29) radiale prend appui un deuxième ressort hélicoïdal (30) qui applique une bille de soupape (31) contre un siège de soupape formé dans l'alésage central (26).

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est placé, au-dessous du culbuteur (10), à peu près au centre de sa longueur de bras, une came de retenue (18) tournante qui, après coupure du moteur, soutient le culbuteur (10) et maintient ainsi la soupape champignon (7) en position fermée.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 ou 6 caractérisé en ce que l'induit (5) est réalisé dans un matériau non magnétisable, le disque d'induit (6) et le disque d'entraînement (21) dans un matériau bien magnétisable.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque d'induit (6) est ajusté, par un tenon (27), dans l'alésage central (26) de l'induit (5) et est assemblé à celui-ci, par collage, soudage ou vissage.

Zeichnung