DE19814322A1 - Verfahren zum Justieren von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen, wobei die Position der Ruhelage der Ankerplatte durch ein hydraulisch betätigtes Dehnelement verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren von Aktoren zur elek­ tromagnetischen Ventilsteuerung bei Brennkraftmaschinen, wo bei ein Aktor eine zwischen einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet angeordnete Ankerplatte aufweist, die durch zwei einander entgegenwir­ kende, vorgespannte Druckfedern gehalten wird.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die vorzugsweise durch ein Gehäuseteil miteinander verbunden sind. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektromagneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließerma­ gnet befindet sich eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Material. Die Ankerplatte wird durch Bestromen der Spule des Öffnermagneten oder der Spule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt. Der Öffnermagnet weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die An­ kerplatte mit einem Aktorfederteller verbindet. Zwischen dem Aktorfeder­ teller und dem Gehäuseteil bzw. der Außenseite des Öffnermagneten ist eine der beiden Druckfedern, die Aktorfeder, angeordnet.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen, mittels der anderen der beiden Druckfedern, der Ventil­ feder, und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes ge­ zogen wird.

Ist die funktionelle Einheit aus Aktor und Gaswechselventil an der Brenn­ kraftmaschine montiert, werden der Aktorfederteller und der Ventilfeder­ teller gegeneinander gepreßt. Befindet sich die funktionelle Einheit im Zustand der Ruhe, sollte sich die Ankerplatte in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befinden. Dementsprechend sollte sich der Ventilteller des Gaswechselventils in der Mitte zwischen dem Ventilsitz am Zylinderkopf, und der Position befinden, in welcher der Ventil­ teller am weitesten in den Verbrennungsraum des Zylinders hineinragt.

Durch unvermeidliche Toleranzen bei der Fertigung der elektromagneti­ schen Aktoren und des Zylinderkopfes weicht die Ruhelage der Ankerplatte von der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet um beispielsweise einige zehntel Millimeter ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Justieren von Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, durch das Fertigungstoleranzen der Bauteile des elektromagnetischen Aktors und des Zylinderkopfes kompen­ siert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst, wobei die Position der Ruhelage der Ankerplatte verändert wird, indem die Vorspannung der beiden Druckfedern durch mindestens ein hydraulisch betätigtes Dehnelement verändert wird.

Ein Dehnelement wird hydraulisch betätigt, indem im Zylinderkopf ein mit Hydrauliköl gefüllter Ölkanal eingearbeitet ist, der in dem Dehnelement endet. Die Austrittsöffnung des Druckkanals am Zylinderkopf wird durch eine gedichtetes Schraubelement verschlossen. Beim Eindrehen des Schrau­ belementes in den Ölkanal hinein wird auf das Hydrauliköl ein Druck ausge­ übt, durch den sich beispielsweise das Dehnelement axial verformt. Das Dehnelement kann dabei durch ein einzelnes Bauteil oder durch eine Grup­ pe von Bauteilen gebildet werden, die beispielsweise auch das gedichtete Schraubelement und den Ölkanal umfassen, und die gegebenenfalls dem Ölkanal noch vorgeschaltet sein können.

Vorzugsweise wird als Position für die Ruhelage der Ankerplatte die exakte Mittellage zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet einge­ stellt.

Dabei ist vorgesehen, daß eine der beiden Druckfedern von einer Ventilfe­ der gebildet wird, die zwischen dem Ventilfederteller eines Gaswechselven­ tils und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und daß das mindestens eine Dehnelement vorzugsweise zwischen der Ventilfeder und dem Zylinderkopf eingebracht wird.

Das Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet durch das mindestens eine hy­ draulisch betätigte Dehnelement wird primär bei der Herstellung der Brennkraftmaschine durchgeführt. Zudem kann das Justieren bei einem Austausch oder einer Reparatur des Aktors zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung sowie bei Wartungsarbeiten an der Brennkraftmaschine erneut durchgeführt werden.

In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei jedem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung die Position der Ankerplatte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet mit einer Vorrich­ tung bestimmt wird. Diese Vorrichtung kann dabei ein Bestandteil des Ak­ tors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte werden Fertigungstoleranzen der Bestandteile der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung und des Zylinderkop­ fes auf eine einfache Weise dauerhaft kompensiert.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren der Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von zwei Ausfüh­ rungsbeispielen für die Kolbenbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagne­ tischen Ventilsteuerung mit einem hydraulisch betätigten Dehnelement, das als separates Bauteil ausgeführt ist.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagne­ tischen Ventilsteuerung mit einem hydraulischen betätigten Dehnelement, das von einer Baugruppe gebildet wird.

In beiden Figuren ist ein Schnittbild durch einen Aktor zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung für ein Gaswechselventil einer Kolbenbrennkraftma­ schine dargestellt.

Ein Aktor besteht aus einem Öffnermagnet ÖM und einem Schließermagnet SM. Beide Magneten ÖM, SM sind Elektromagneten und bestehen jeweils aus einer Spule und einem Joch. Der Schließermagnet SM und der Öffnermagnet ÖM sind als selbsttragende Gehäuseteile ausgelegt und werden lediglich von einem hohlzylindrischen Gehäuseteil GT zusammengehalten.

Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM befindet sich eine Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Material. In der Mitte der Ankerplatte AP ist ein Stößel SL befestigt, der durch eine Durchführung im Öffnermagnet ÖM aus dem Aktorinnenraum herausgeführt wird. Am freien Ende des Stößels SL ist ein Aktorfederteller AT angebracht. Zwischen dem Aktorfederteller AT und dem Öffnermagnet ÖM ist eine Aktorfeder AF angeordnet.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung bildet mit einem Gas­ wechselventil eine funktionelle Einheit. Die Gaswechselventile GV der Kol­ benbrennkraftmaschine sind am Zylinderkopf ZK montiert, wobei jedes Gaswechselventil GV mittels einer Ventilfeder VF über einen Ventilfederteller VT in den Ventilsitz des Zylinderkopfes ZK gezogen wird. Die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sind in einem Aktorträger AR ange­ ordnet, der auf dem Zylinderkopf ZK aufgeschraubt ist, wobei für jedes Gaswechselventil GV ein Aktor vorgesehen ist.

Werden die funktionellen Einheiten aus einem Aktor und einem Gaswech­ selventil GV an der Kolbenbrennkraftmaschine montiert, werden der Aktor­ federteller AT und der Ventilfederteller VT gegeneinander gepreßt, wobei die Aktorfeder AF und die Ventilfeder VF vorgespannt werden. Dabei muß die Position der Ruhelage der Ankerplatte AP exakt der bei der Konstruktion des Aktors bestimmten Position entsprechen. In den Figuren wird als die bei der Konstruktion bestimmten Position die Mitte zwischen dem Öffnerma­ gnet ÖM und dem Schließermagnet SM angenommen. Aufgrund von Serien­ schwankungen in den Abmessungen der Bauteile des Aktors sowie durch Fertigungstoleranzen des Zylinderkopfes ZK weicht die Position der Anker­ platte AP nach der Montage der Kolbenbrennkraftmaschine um bis zu einige zehntel Millimeter von der exakten Mittellage zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM ab.

In der Fig. 1 ist zur Einstellung der Position der Ruhelage der Ankerplatte AP auf die exakte Mittellage zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM zwischen der Ventilfeder VF und dem Zylinderkopf ZK ein hydraulisch betätigtes Dehnelement DE angeordnet, das als separates Bauteil ausgeführt ist. Bei diesem Dehnelement DE wird die elastomechani­ sche Deformationsmöglichkeit eines Werkstoffes ausgenutzt. Als Werkstoff wird beispielsweise eine korrosionsfreie Stahllegierung verwendet. Das Dehnelement DE ist zur Durchführung des Ventilschaftes des Gaswechsel­ ventils GV ringförmig ausgeführt. Der Deckel und der Boden des Dehnele­ mentes DE werden durch zwei zylindrische Stahlteile zusammengehalten, die mäanderförmig ausgebildet sind, wodurch sich die zylindrischen Stahl­ teile in axialer Richtung elastomechanisch verformen können. Das Dehnele­ ment DE ist über eine Dichtbuchse an einen Ölkanal ÖK im Zylinderkopf ZK angeschlossen. Der Ölkanal ÖK endet an einer Austrittsöffnung an der Ober­ fläche des Zylinderkopfes ZK. Die Austrittsöffnung ist durch einen gedichte­ ten Schraubkolben SK verschlossen. Bei der Montage des Dehnelementes DE am Zylinderkopf ZK wird der Ölkanal ÖK und das Dehnelement DE vollständig mit Hydrauliköl HÖ gefüllt. Der gedichtete Schraubkolben SK wird vor der Montage des Gaswechselventils GV und der Ventilfeder VF soweit in den Ölkanal ÖK eingeschraubt, das bereits die Hälfte des elastomechanischen Deformationsvermögens des Dehnelementes DE genutzt wird. Dadurch kann zum Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte AP die Vorspan­ nung der Ventilfeder VF und der Aktorfeder AF sowohl vergrößert als auch abgesenkt werden.

In der Fig. 2 ist zum Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte AP zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM zwischen der Ventilfeder VF und dem Zylinderkopf ZK eine Dichtscheibe DS angeord­ net, die gegen die Wandung des Zylinderkopfes reibt. Das hydraulisch betä­ tigte Dehnelement DE wird dabei durch eine Gruppe von Bauteilen gebildet, die aus dem Schraubkolben SK, dem Ölkanal ÖK und der Dichtscheibe DS besteht.

Unabhängig von den in den Figuren beschriebenen Ausführungen des Dehn­ elementes DE ist jeder Aktor zum Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte AP zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM mit einer Meßvorrichtung ausgestattet. Diese Meßvorrichtung liefert ein zur Auslenkung der Ankerplatte AP proportionales Signal, das beim regulä­ ren Betrieb der Aktoren bzw. der Kolbenbrennkraftmaschine zur Regelung der Ströme des Öffnermagnet ÖM und des Schließermagnet SM verwendet wird. Dabei wird jeweils die maximale Auslenkung der Ankerplatte AP zum Öffnermagneten ÖM und zum Schließermagneten SM bestimmt.

Bei der Herstellung der Kolbenbrennkraftmaschine wird am Montageband mit dieser Meßvorrichtung und einem speziellen Meßprogramm bei jedem Aktor die momentane Position der Ruhelage der Ankerplatte AP gemessen. Der Schraubkolben SK des jeweiligen Dehnelementes DE wird anschließend soweit verdreht, bis das Dehnelement DE die Vorspannung der Ventilfeder VF und der Aktorfeder AF soweit verändert hat, daß die Position der Ruhe­ lage der Ankerplatte AP gleich der exakten Mitte zwischen dem Öffnerma­ gnet ÖM und dem Schließermagnet SM ist.

Dabei ist es grundsätzlich auch möglich eine von der Mitte zwischen dem Öffnermagneten und dem Schließermagneten abweichende Positionen der Ruhelage der Ankerplatte AP einzustellen, sofern dies für die Funktion des Aktors bzw. der Kolbenbrennkraftmaschine von Vorteil ist.

Die Ruhelage der Ankerplatte AP bleibt über die Lebensdauer der Kolben­ brennkraftmaschine erhalten. Eine Wiederholung des Justierens der Positi­ on der Ruhelage der Ankerplatte AP eines Aktors wird lediglich nach einer Reparatur oder dem Austausch eines Aktors zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung notwendig.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren der Position der Ruhelage der Ankerplatte AP durch das Dehnelement DE das die Vorspan­ nung der Ventilfeder VF und der Aktorfeder AF ändert, werden Fertigungs­ toleranzen der Kolbenbrennkraftmaschine und der Aktoren zur elektroma­ gnetischen Ventilsteuerung wirksam und dauerhaft kompensiert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Justieren von Aktoren zur elektromagnetischen Ventil­ steuerung bei Brennkraftmaschinen, wobei ein Aktor eine zwischen ei­ nem Öffnermagnet (ÖM) und einem Schließermagnet (SM) angeordnete Ankerplatte (AP) aufweist, die durch zwei einander entgegenwirkende, vorgespannte Druckfedern (AF, VF) gehalten wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Position der Ruhelage der Ankerplatte verändert wird, in­ dem die Vorspannung der beiden Druckfedern (AF, VF) durch mindestens ein hydraulisch betätigtes Dehnelement (DE) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Position der Ruhelage der Ankerplatte (AP) die exakte Mittellage zwischen dem Öff­ nermagnet (ÖM) und dem Schließermagnet (SM) eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Druckfedern von einer Ventilfeder (VF) gebildet wird, die zwi­ schen dem Ventilfederteller (VT) eines Gaswechselventils (GV) und dem Zylinderkopf (ZK) der Brennkraftmaschine angeordnet wird, und daß das mindestens eine hydraulisch betätigte Dehnelement (DE) zwischen die Ventilfeder (VF) und den Zylinderkopf (ZK) eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Ruhelage der Ankerplatte (AP) zwischen dem Öff­ nermagnet (ÖM) und dem Schließermagnet (SM) durch das mindestens ei­ ne hydraulisch betätigte Dehnelement (DE) bei der Herstellung der Brennkraftmaschine, oder bei einem Austausch oder einer Reparatur des Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung justiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei jedem Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung die Position der Ankerplatte (AP) zwischen dem Öffnermagnet (ÖM) und dem Schließermagnet (SM) mit einer Meßvorrichtung bestimmt wird.