DE102015213628A1 - Electromagnetically actuated gas exchange valve and method for its control - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Gaswechselventil (2), mit einem über eine Schließfeder (3) in Öffnungsrichtung (18) gehäuseseitig abgestützten Ventilschaft (11), mit einer mit dem Ventilschaft (11) in Verbindung stehenden und über eine Öffnungsfeder (4) in Schließrichtung (21) gehäuseseitig abgestützten Führungsstange (14), und mit zwei als Schaltmagnete (5, 6) wirksame Elektromagneten, die bezüglich der Führungsstange (14) koaxial und axial beabstandet beidseitig eines gemeinsamen, starr mit der Führungsstange (14) verbundenen kreisscheibenförmigen Ankers (22) angeordnet sind. Zur Bereitstellung einer einfach und kompakt aufgebauten sowie aktiv steuerbaren Vorrichtung zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (22) auf die Polflächen (23, 24; 25, 26) des anziehenden Schaltmagneten (5; 6) ist ein weiterer, als Hilfsmagnet wirksamer dritter Elektromagnet (7) vorgesehen, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch diesen bei Annäherung des Ankers (22) an die Polflächen (23, 24; 25, 26) des anziehenden Schaltmagneten (5; 6) eine Bremskraft zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (22) ausübbar ist. Steuerungstechnisch ist hierzu vorgesehen, dass die Spule des Hilfsmagneten (7) mit einem Steuerstrom (I) angesteuert wird, der beim Anziehen des Ankers (22) durch einen der Schaltmagneten (5, 6) zwischen der Mittelstellung (s = 0) und einer dem vollständig geöffneten oder geschlossenen Zustand (s = +sV/2; s = –sV/2) des Gaswechselventils (2) entsprechenden Endposition von einem Haltewert (I = IH) auf einen Maximalwert (I = Imax) angehoben wird.The invention relates to an electromagnetically actuated gas exchange valve (2), with a valve stem (11) supported on the housing side via a closing spring (3) in the opening direction (18), with one communicating with the valve stem (11) and via an opening spring (4) Closing direction (21) on the housing side supported guide rod (14), and with two as switching magnets (5, 6) effective electromagnets with respect to the guide rod (14) coaxially and axially spaced on both sides of a common, rigidly connected to the guide rod (14) circular disk-shaped armature ( 22) are arranged. To provide a simple and compact design and actively controllable device for reducing the impact velocity of the armature (22) on the pole faces (23, 24, 25, 26) of the attracting switching magnet (5, 6) is another, effective as an auxiliary magnet third electromagnet ( 7), which is designed and arranged in such a way that, as the armature (22) approaches the pole faces (23, 24; 25, 26) of the attracting switching magnet (5; 6), this braking force reduces the impact velocity of the armature (22). 22) is exercisable. Control technology is provided for this purpose that the coil of the auxiliary magnet (7) is driven with a control current (I), the tightening of the armature (22) by one of the switching magnets (5, 6) between the center position (s = 0) and a fully open or closed state (s = + sV / 2; s = -sV / 2) of the gas exchange valve (2) corresponding end position of a holding value (I = IH) is raised to a maximum value (I = Imax).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Gaswechselventil, mit einem über eine Schließfeder in Öffnungsrichtung gehäuseseitig abgestützten Ventilschaft, mit einer mit dem Ventilschaft in Verbindung stehenden und über eine Öffnungsfeder in Schließrichtung gehäuseseitig abgestützten Führungsstange, und mit zwei als Schaltmagnete wirksame Elektromagneten, die bezüglich der Führungsstange koaxial und axial beabstandet beidseitig eines gemeinsamen, starr mit der Führungsstange verbundenen kreisscheibenförmigen Ankers angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Gaswechselventils.The invention relates to an electromagnetically actuated gas exchange valve, with a valve stem supported by a closing spring in the opening direction on the valve stem, with a valve stem in connection and an opening spring in the closing direction on the housing side supported guide rod, and with two electromagnets acting as solenoids, with respect to the guide rod coaxial and axially spaced on both sides of a common, rigidly connected to the guide rod circular disc-shaped armature are arranged. The invention also relates to a method for controlling such a gas exchange valve.

Gaswechselventile wie Einlass- und Auslassventile einer Kolbenmaschine, insbesondere eines Verbrennungskolbenmotors, werden üblicherweise über einen von einer Kurbelwelle angetriebenen mechanischen Ventiltrieb betätigt, also geöffnet und geschlossen. Ein derartiger Ventiltrieb weist üblicherweise mindestens eine Nockenwelle auf, die über einen als Ketten-, Zahnriemen- oder Zahnradtrieb ausgebildeten Steuertrieb mit der Kurbelwelle in Triebverbindung steht, und die für jedes Gaswechselventil einen Nocken mit einer Nockenlaufbahn aufweist, die über einen Kipphebel, Schlepphebel, Tassenstößel oder eine Stößelstange mit dem Ventilschaftende des betreffenden Gaswechselventils in Verbindung steht. Zur Variation der Ventilsteuerzeiten, nämlich der Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile sind zum Beispiel Phasensteller bekannt, bei denen die jeweilige Nockenwelle mittels eines Aktuators abhängig von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors gegenüber dem Abtriebsrad des Steuertriebs begrenzt verdrehbar ist. Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Variation der Ventilsteuerzeiten sind Nockenwellen mit auf einer Trägerwelle drehfest und axial verschiebbar gelagerten Schiebenocken. Die Schiebenocken weisen mehrere axial benachbarte Nocken mit unterschiedlichen Nockenbahnen auf und sind jeweils mittels eines Aktuators abhängig von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors zur Umschaltung auf einen anderen Nocken begrenzt axial verschiebbar. Derartige mechanisch verstellbare Ventiltriebe sind relativ aufwendig und störungsanfällig, und sie nehmen einen vergleichsweise großen Bauraum ein.Gas exchange valves such as intake and exhaust valves of a piston engine, in particular a combustion piston engine, are usually operated via a driven by a crankshaft mechanical valve train, so open and closed. Such a valvetrain usually has at least one camshaft, which is in drive connection with the crankshaft via a control drive designed as a chain, toothed belt or gear drive, and which has a cam with a cam track for each gas exchange valve, via a rocker arm, rocker arm, and bucket tappets or a push rod communicates with the valve stem end of the gas exchange valve in question. For the variation of the valve timing, namely the opening and closing times of the gas exchange valves phaser are known, for example, in which the respective camshaft by means of an actuator depending on operating parameters of the internal combustion engine relative to the driven gear of the control drive is limited rotatable. Another known possibility for varying the valve timing are camshafts with on a support shaft rotatably and axially displaceably mounted sliding cam. The sliding cams have a plurality of axially adjacent cams with different cam tracks and are limited by an actuator depending on operating parameters of the internal combustion engine for switching to another cam limited axially displaceable. Such mechanically adjustable valve trains are relatively expensive and prone to failure, and they take a relatively large amount of space.

Alternativ hierzu sind schon vor geraumer Zeit variable Ventiltriebe von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden, bei denen die Gaswechselventile rein elektromagnetisch und somit unabhängig von der Kurbelwelle betätigt werden. In einer bevorzugten Bauart eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils ist der Ventilschaft des Gaswechselventils über eine Schließfeder in Öffnungsrichtung und eine mit dem Ventilschaft in Verbindung stehende Führungsstange über eine Öffnungsfeder in Schließrichtung jeweils an dem Gehäuse eines Zylinderkopfes abgestützt. Zudem sind bei einem derartigen Gaswechselventil zwei als Schaltmagneten wirksame Elektromagneten vorgesehen, die bezüglich der Führungsstange koaxial und axial beabstandet axial beidseitig eines gemeinsamen, starr mit der Führungsstange verbundenen kreisscheibenförmigen Ankers angeordnet sind. Alternatively, variable valve trains of internal combustion engines have been proposed for some time now, in which the gas exchange valves are actuated purely electromagnetically and thus independently of the crankshaft. In a preferred embodiment of an electromagnetically actuated gas exchange valve, the valve stem of the gas exchange valve is supported via a closing spring in the opening direction and a guide rod connected to the valve stem via an opening spring in the closing direction respectively on the housing of a cylinder head. In addition, in such a gas exchange valve two effective as a solenoid switching electromagnets are provided, which are arranged coaxially and axially spaced axially on both sides of a common, rigidly connected to the guide rod circular-shaped armature with respect to the guide rod.

Im unbestromten Zustand der Schaltmagneten wird die Führungsstange und damit das Gaswechselventil über die Ventilfedern in einer axialen Mittelstellung gehalten, die bei identischer Federkonstante der Ventilfedern mittig zwischen zwei Endpositionen liegt, in denen das Gaswechselventil vollständig geschlossenen oder vollständig geöffnet ist. Durch eine Bestromung des einen, als Öffnungsmagneten wirksamen Schaltmagneten wird der Anker und damit die Führungsstange gegen die Rückstellkraft der Schließfeder von diesem angezogen, wodurch das Gaswechselventil vollständig geöffnet wird. Durch eine Bestromung des anderen, als Schließmagneten wirksamen Schaltmagneten wird der Anker und damit die Führungsstange gegen die Rückstellkraft der Öffnungsfeder von diesem angezogen, wodurch das Gaswechselventil vollständig geschlossen wird. Bei laufendem Verbrennungsmotor werden die jeweils zwei Elektromagneten zum Öffnen und Schließen eines der Gaswechselventile wechselweise bestromt und abgeschaltet. Der prinzipielle Aufbau einer derartigen Betätigungsvorrichtung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils ist beispielsweise aus der DE 38 26 978 A1 und der DE 199 27 823 B4 bekannt.In the de-energized state of the solenoid, the guide rod and thus the gas exchange valve is held via the valve springs in an axial center position, which is at the same spring constant of the valve springs centrally between two end positions in which the gas exchange valve is fully closed or fully open. By energizing the one, acting as an opening magnet switching magnet of the armature and thus the guide rod is attracted against the restoring force of the closing spring of this, whereby the gas exchange valve is fully opened. By energizing the other, acting as a closing magnet switching magnet of the armature and thus the guide rod is attracted against the restoring force of the opening spring of this, whereby the gas exchange valve is completely closed. When the internal combustion engine is running, the two electromagnets for opening and closing one of the gas exchange valves are alternately energized and switched off. The basic structure of such an actuator of an electromagnetically actuated gas exchange valve is for example from the DE 38 26 978 A1 and the DE 199 27 823 B4 known.

Ein wesentliches Problem bei derartigen Ventiltrieben besteht darin, dass beim Anziehen des Ankers durch einen der Schaltmagneten die auf den Anker und das mit diesem verbundene Gaswechselventil wirksame Zugkraft mit abnehmendem Abstand progressiv ansteigt, wogegen die von der jeweiligen Ventilfeder ausgeübte Rückstellkraft nur linear mit dem Stellweg ansteigt. Dies führt ohne geeignete Gegenmaßnahmen zu einer Beschleunigung des Ankers und zu dessen Anschlagen an die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten mit einer unerwünscht hohen Auftreffgeschwindigkeit, was nachteilig mit hohen Schlaggeräuschen und erhöhtem Verschleiß verbunden ist. Zur Behebung dieses Nachteils sind bereits Vorrichtungen und Steuerungsverfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers vorgeschlagen worden.A major problem with such valve trains is that when tightening the armature by one of the solenoid acting on the armature and associated with this gas exchange valve tensile force increases progressively with decreasing distance, whereas the force exerted by the respective valve spring restoring force increases only linearly with the travel , This leads without suitable countermeasures to an acceleration of the armature and its impact with the pole faces of the attracting solenoid with an undesirably high impact velocity, which is disadvantageously associated with high impact noise and increased wear. To remedy this disadvantage, devices and control methods for reducing the impact velocity of the armature have already been proposed.

So ist zum Beispiel aus der US 5 832 883 A ein elektromagnetischer Ventiltrieb eines Gaswechselventils mit einer passiv wirksamen Dämpfungsvorrichtung bekannt. Die Dämpfungsvorrichtung weist einen ölgefüllten Zylinder auf, der über dem Ventilschaft des Gaswechselventils angeordnet ist, und in dem ein Kolben axialbeweglich geführt ist. Der Kolben ist an dem Ventilschaft des Gaswechselventils befestigt und weist Öffnungen zur widerstandsbehafteten Durchströmung des Öls auf. Beim Anziehen des starr an dem Ventilschaft befestigten Ankers durch einen der Elektromagneten erzeugt die Dämpfungsvorrichtung eine Widerstandskraft, die proportional zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers ansteigt, wodurch die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten reduziert wird.So is for example from the US 5,832,883 A. an electromagnetic valve train of a gas exchange valve with a passive damping device known. The damping device has an oil-filled cylinder, which is arranged above the valve stem of the gas exchange valve, and in a piston is guided axially movable. The piston is attached to the valve stem of the gas exchange valve and has openings for resistive flow through the oil. When tightening the armature fixedly secured to the valve stem by one of the electromagnets, the damping device generates a resistance force that increases in proportion to the armature moving speed, thereby reducing the impact speed of the armature on the armature magnet engaging surfaces.

In der DE 195 30 121 A1 wird dagegen ein Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils vorgeschlagen, gemäß dem die an der Spule des anziehenden Schaltmagneten anliegende Spannung bei Annäherung des Ankers an die Polflächen auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt wird. Hierdurch wird die Stromaufnahme der Spule reduziert und die auf den Anker ausgeübte Zugkraft reduziert, was zu einer geringeren Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten führt.In the DE 195 30 121 A1 However, a method for controlling an electromagnetically actuated gas exchange valve is proposed, according to which the voltage applied to the coil of the attracting solenoid voltage is limited when approaching the armature to the pole faces to a predetermined maximum value. As a result, the current consumption of the coil is reduced and reduces the tensile force exerted on the armature, resulting in a lower impact velocity on the pole faces of the attractive switching magnet.

In einem weiteren Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils gemäß der DE 198 36 297 B4 ist dagegen vorgesehen, dass die Spannung der Spule des anziehenden Schaltmagneten getaktet geregelt wird, wobei das Spannungs-Taktverhältnis in Verbindung mit einer sensorischen Erfassung der aktuellen Ankerposition anhand eines Sollverlaufs der Ankerbewegung geregelt wird. Der Sollverlauf der Ankerbewegung beinhaltet eine geringe Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten.In a further method for controlling an electromagnetically actuable gas exchange valve according to the DE 198 36 297 B4 on the other hand, it is provided that the voltage of the coil of the attracting switching magnet is controlled in a clocked manner, wherein the voltage-clock ratio is controlled in conjunction with a sensory detection of the current armature position based on a desired course of the armature movement. The desired course of the armature movement includes a low impact velocity of the armature on the pole faces of the attracting switching magnet.

Im Unterschied zu den genannten Verfahren ist in einem aus der DE 100 19 739 A1 bekannten weiteren Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils vorgesehen, dass der Strom der Spule des anziehenden Schaltmagneten in Verbindung mit einer sensorischen Erfassung der aktuellen Ankerposition derart geregelt wird, dass der Anker bei Annäherung an die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten in einem geringen vorgebbaren Abstand in der Schwebe gehalten wird, also gar nicht an die Polflächen des Schaltmagneten anschlägt.In contrast to the mentioned procedures is in one of the DE 100 19 739 A1 Known further method for controlling an electromagnetically actuated gas exchange valve provided that the current of the coil of the attracting switching magnet is controlled in conjunction with a sensory detection of the current anchor position such that the armature when approaching the pole faces of the attracting switching magnet in a small predetermined distance in the Suspended is held, so does not hit the pole faces of the solenoid.

Aufgrund des apparativen Aufwands für die nicht steuerbare Dämpfungsvorrichtung sowie des hohen sensorischen und steuerungstechnischen Aufwands bei den bekannten Steuerungsverfahren liegt der hier in Rede stehenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch betätigbares Gaswechselventil der eingangs genannten Bauart mit einer einfach und kompakt aufgebauten sowie aktiv steuerbaren Vorrichtung zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten sowie ein Verfahren zur Steuerung dieser Vorrichtung vorzuschlagen.Due to the apparatus cost for the non-controllable damping device and the high sensory and control engineering effort in the known control method of the present invention is based on the object, an electromagnetically actuated gas exchange valve of the type mentioned with a simple and compact and actively controllable device for Reduce the impact velocity of the armature on the pole faces of the attracting solenoid and propose a method of controlling this device.

Die Lösung dieser Aufgaben ist in den beiden unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt. The solution to these problems is defined in the two independent claims. Advantageous developments are mentioned in the dependent claims.

Hinsichtlich der Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe geht die Erfindung aus von einem elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventil, mit einem über eine Schließfeder in Öffnungsrichtung gehäuseseitig abgestützten Ventilschaft, mit einer mit dem Ventilschaft in Verbindung stehenden und über eine Öffnungsfeder in Schließrichtung gehäuseseitig abgestützten Führungsstange, und mit zwei als Schaltmagnete wirksame Elektromagneten, die bezüglich der Führungsstange koaxial und axial beabstandet beidseitig eines gemeinsamen, starr mit der Führungsstange verbundenen kreisscheibenförmigen Ankers angeordnet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Gaswechselventils. With regard to the solution of the device-related task, the invention is based on an electromagnetically actuated gas exchange valve, with a valve stem supported on the housing side by a closing spring in the opening direction, with a guide rod connected to the valve stem and supported by an opening spring in the closing direction on the housing side, and with two as switching magnets effective electromagnets which are arranged coaxially and axially spaced with respect to the guide rod on both sides of a common, rigidly connected to the guide rod circular-shaped armature. The invention also relates to a method for controlling such a gas exchange valve.

Gemäß der Erfindung ist bei diesem Gaswechselventil ein dritter, als Hilfsmagnet wirksamer Elektromagnet vorgesehen, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch diesen bei Annäherung des Ankers an die Polflächen des jeweils anziehenden Schaltmagneten eine Bremskraft zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers ausübbar ist. According to the invention, a third, effective as an auxiliary magnet electromagnet is provided in this gas exchange valve, which is designed and arranged such that a braking force for reducing the impact velocity of the armature can be exercised by this when approaching the armature to the pole faces of each attracting switching magnet.

Unabhängig von dieser wichtigsten Fähigkeit des Hilfsmagneten, nämlich der, eine Bremskraft auf den Anker zu erzeugen, kann der Hilfsmagnet in bestimmten Betriebssituationen aber auch dazu verwendet werden, eine auf den Anker wirkende Beschleunigungskraft zu erzeugen, um den Anker zusätzlich zu beschleunigen. Eine solche Beschleunigung des Ankers kann beispielsweise endlang desjenigen Betätigungsweges erfolgen, welcher zwischen den Orten des Betätigungsweges liegt, an denen eine Abbremsung des Ankers beginnen muss. Regardless of this major ability of the auxiliary magnet, namely, to generate a braking force on the armature, the auxiliary magnet can also be used in certain operating situations to generate an acceleration force acting on the armature in order to additionally accelerate the armature. Such an acceleration of the armature can take place, for example, end of that actuation path which lies between the locations of the actuation path at which a deceleration of the armature must begin.

Um bei der Annäherung des Ankers an die Polflächen des jeweils anziehenden Schaltmagneten eine Beschleunigung und damit ein Anschlagen des Ankers mit hoher Auftreffgeschwindigkeit zu vermeiden, ist demnach gemäß dem Hauptaspekt der Erfindung ein dritter, als Hilfsmagnet wirksamer Elektromagnet vorgesehen. Dieser Hilfsmagnet ist derart ausgebildet und angeordnet, dass dieser bei Annäherung des Ankers an die Polflächen des jeweils anziehenden Schaltmagneten eine Bremskraft auf den Anker ausüben kann, wodurch der Anker abgebremst wird und somit mit reduzierter Auftreffgeschwindigkeit an die Polflächen des anziehenden Schaltmagneten anschlägt. Ein solcher dritter Elektromagnet kann relativ einfach und kompakt aufgebaut sein, und er kann mit geringem steuerungstechnischem Aufwand in geeigneter Weise gesteuert werden.In order to avoid an acceleration and thus a striking of the armature with high impact velocity when approaching the armature to the pole faces of the respective attracting magnet, therefore, according to the main aspect of the invention, a third, effective as an auxiliary magnet electromagnet is provided. This auxiliary magnet is designed and arranged such that it can exert a braking force on the armature as the armature approaches the pole faces of the respective attracting magnet, whereby the armature is decelerated and thus abuts against the pole faces of the attracting solenoid with reduced impact velocity. Such a third electromagnet can be relatively simple and compact, and it can be controlled in a suitable manner with little control engineering effort.

Um in Verbindung mit kompakten Abmessungen eine möglichst große Bremskraft erzeugen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass der als Hilfsmagnet wirksame dritte Elektromagnet ringförmig ausgebildet ist, radial nach innen gerichtete, axial beabstandete zylindrische Polflächen aufweist, und derart axial zwischen den Schaltmagneten angeordnet ist, dass er sich in einer Mittelstellung des Gaswechselventils koaxial radial über dem Anker befindet. In order to be able to generate the greatest possible braking force in conjunction with compact dimensions, it is preferably provided that the third electromagnet acting as an auxiliary magnet is annular, has radially inwardly directed, axially spaced cylindrical pole faces, and is arranged axially between the switching magnets such that it is in a central position of the gas exchange valve coaxially radially above the anchor.

Wenn sich das Gaswechselventil in der Mittelstellung befindet, verlaufen die magnetischen Feldlinien zwischen den Polflächen des Hilfsmagneten und dem Anker somit radial, so dass sich keine wirksame Axialkraft ergibt. Mit einer axialen Verschiebung des Gaswechselventils und damit des Ankers aus der Mittelstellung werden die magnetischen Feldlinien zwischen den Polflächen deformiert und weisen dann zunehmend axiale Abschnitte auf, die eine ansteigende, auf den Anker wirksame axiale Bremskraft ergeben. Andererseits nimmt die magnetische Feldstärke mit zunehmendem Abstand zwischen den Polflächen wieder ab, was ohne geeignete Gegenmaßnahmen zu einer abnehmenden axialen Bremskraft führt. Als weiterer Vorteil dieser Ausbildung und Anordnung des Hilfsmagneten ist dieser in beiden Stellrichtungen des Gaswechselventils auf den Anker gleich bremsend wirksam und kann daher jeweils identisch angesteuert werden.When the gas exchange valve is in the middle position, the magnetic field lines between the pole faces of the auxiliary magnet and the armature thus extend radially, so that there is no effective axial force. With an axial displacement of the gas exchange valve and thus the armature from the center position, the magnetic field lines between the pole faces are deformed and then increasingly have axial sections, which result in an increasing, effective on the armature axial braking force. On the other hand, the magnetic field strength decreases again with increasing distance between the pole faces, which leads to a decreasing axial braking force without suitable countermeasures. As a further advantage of this design and arrangement of the auxiliary magnet is this in both directions of the gas exchange valve to the anchor equal braking effect and therefore each can be controlled identically.

Zur Erzielung eines starken Magnetfeldes zwischen dem Hilfsmagneten und dem Anker sowie einer entsprechend hohen Bremskraft weist auch der Anker an seinem radialen Außenrand zwei axial beabstandete zylindrische Polflächen auf, die durch eine Ringnut voneinander getrennt sind.To achieve a strong magnetic field between the auxiliary magnet and the armature and a correspondingly high braking force, the armature also has at its radial outer edge two axially spaced cylindrical pole faces, which are separated from each other by an annular groove.

Zur Steuerung des Gaswechselventils wird vorgeschlagen, dass die Spule des Hilfsmagneten mit einem Steuerstrom angesteuert wird, der beim Anziehen des Ankers durch einen der Schaltmagneten zwischen der Mittelstellung und einer dem vollständig geöffneten oder geschlossenen Zustand des Gaswechselventils entsprechenden Endposition von einem Haltewert auf einen Maximalwert angehoben wird. Durch die Anhebung des Steuerstroms wird einerseits der mit der Annäherung an die Polflächen ansteigenden Zugkraft des anziehenden Schaltmagneten entgegengewirkt, und andererseits die mit dem zunehmenden Abstand der Polflächen abnehmende magnetische Feldstärke zwischen dem Hilfsmagneten und dem Anker zumindest teilweise ausgeglichen.For controlling the gas exchange valve, it is proposed that the coil of the auxiliary magnet is driven by a control current which is raised from a holding value to a maximum value when the armature is attracted by one of the switching magnets between the middle position and an end position corresponding to the fully opened or closed state of the gas exchange valve , By raising the control current, on the one hand, the pulling force of the attracting switching magnet rising with the approach to the pole faces is counteracted and, on the other hand, the magnetic field strength between the auxiliary magnet and the armature, which decreases with the increasing distance of the pole faces, is at least partially compensated.

Hierzu ist vorzugsweise auch vorgesehen, dass die Anhebung des Steuerstroms von dem Haltewert auf den Maximalwert mit einem progressiven Verlauf erfolgt, da auch die Zugkraft des anziehenden Schaltmagneten mit dem Stellweg progressiv ansteigt und die Bremskraft des Hilfsmagneten ohne entsprechende Gegenmaßnahmen mit dem Stellweg progressiv absinkt.For this purpose, it is preferably also provided that the increase of the control current from the holding value to the maximum value with a progressive course, as well as the tensile force of the attracting solenoid progressively increases with the travel and the braking force of the auxiliary magnet progressively drops without appropriate countermeasures with the travel.

Im weiteren Verlauf der Ansteuerung des Hilfsmagneten wird der Steuerstrom des Hilfsmagneten vorzugsweise mit dem Erreichen des Maximalwertes auf diesem gehalten, bis die Endposition des Ankers erreicht ist, und danach wieder auf den Haltewert abgesenkt. Der Haltewert des Steuerstroms des Hilfsmagneten kann dem Wert Null oder einem niedrigen Wert zwischen Null und dem Maximalwert entsprechen.In the further course of the control of the auxiliary magnet, the control current of the auxiliary magnet is preferably held with the reaching of the maximum value on this until the end position of the armature is reached, and then lowered again to the holding value. The hold value of the control current of the auxiliary magnet may be zero or a low value between zero and the maximum value.

Zusätzlich zu der Hauptaufgabe des Hilfsmagneten, nämlich dem Abbremsen des Ankers beziehungsweise der mit dem Anker fest verbundenen Führungsstange des Gaswechselventils, kann der Hilfsmagnet auch dazu genutzt werden, den Anker positiv zu beschleunigen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Hilfsmagnet zum positiven Beschleunigen des Ankers genutzt wird, wenn sich dieser zwischen denjenigen Orten seines Betätigungsweges zwischen seinen Endstellungen befindet, ab deren Passieren eine Abbremsung des Ankers erfolgt. Hierdurch können sehr geringe Schaltzeiten für die Ventilbetätigung realisiert werden. In addition to the main task of the auxiliary magnet, namely the deceleration of the armature or the armature firmly connected to the guide rod of the gas exchange valve, the auxiliary magnet can also be used to accelerate the anchor positively. It can be provided that the auxiliary magnet is used for positive acceleration of the armature when it is between those locations of its actuation path between its end positions, from which passes a deceleration of the armature takes place. As a result, very short switching times for the valve actuation can be realized.

Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigtTo further illustrate the invention, the description is accompanied by a drawing with an embodiment. In this shows

1 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils in einem zentrischen Längsschnitt, 1 an actuating device according to the invention of an electromagnetically actuated gas exchange valve in a central longitudinal section,

2a einen Hubkurvenverlauf des Gaswechselventils gemäß 1 bei einer möglichen Ansteuerung eines Hilfsmagneten in einem Stellweg-Zeit-Diagramm, und 2a a Hubkurvenverlauf of the gas exchange valve according to 1 in a possible control of an auxiliary magnet in a travel time diagram, and

2b einen Steuerstromverlauf eines Hilfsmagneten zur Erzielung des Hubkurvenverlaufes gemäß 2a in einem Stellweg-Zeit-Diagramm. 2 B a control current waveform of an auxiliary magnet to achieve the Hubkurvenverlaufes according to 2a in a travel time diagram.

Die in 1 in einem zentrischen Längsschnitt erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 1 eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils 2 eines Verbrennungsmotors weist zwei Ventilfedern 3, 4, zwei als Schaltmagnete wirksame Elektromagnete 5, 6, und einen elektromagnetischen Hilfsmagnet 7.In the 1 in a central longitudinal section actuator according to the invention 1 an electromagnetically actuated gas exchange valve 2 an internal combustion engine has two valve springs 3 . 4 , two electromagnets acting as solenoids 5 . 6 , and an electromagnetic auxiliary magnet 7 ,

Bei dem Gaswechselventil 2 kann es sich um ein Einlassventil oder ein Auslassventil handeln, das zum Absperren oder Verbinden eines Verbrennungsraums 8 gegenüber beziehungsweise mit einem Gaskanal 9, wie Einlass- oder Auslasskanal, dient. Das Gaswechselventil 2 weist einen Ventilteller 10 und einen Ventilschaft 11 auf, die einstückig miteinander verbunden sind. Das Gaswechselventil 2 ist in einer Schaftführung 12 axialbeweglich in einem Gehäuse 13 eines Zylinderkopfes geführt. In koaxialer Verlängerung des Ventilschaftes 11 steht das Gaswechselventil 2 mit einer Führungsstange 14 in Verbindung, die durch einen Hohlraum 15 des Gehäuses 13 verläuft, in dem auch die Ventilfedern 3, 4 und die drei Elektromagneten 5, 6, 7 angeordnet sind.At the gas exchange valve 2 it can be an inlet valve or an outlet valve that is used to shut off or connect a combustion chamber 8th opposite or with a gas channel 9 , as inlet or outlet channel, is used. The gas exchange valve 2 has a valve plate 10 and a valve stem 11 on, which are integrally connected with each other. The gas exchange valve 2 is in a shaft guide 12 axially movable in a housing 13 led a cylinder head. In coaxial extension of the valve stem 11 is the gas exchange valve 2 with a guide rod 14 connected by a cavity 15 of the housing 13 runs, in which also the valve springs 3 . 4 and the three electromagnets 5 . 6 . 7 are arranged.

Die erste Ventilfeder 3 ist als eine Schraubenfeder ausgebildet, koaxial über dem Ventilschaft 11 angeordnet, und liegt einerseits an einem starr mit dem Ventilschaft 11 verbundenen ersten Federteller 16 und andererseits an einem inneren gehäuseseitigen Absatz 17 axial an. Die erste Ventilfeder 3 ist somit als Schließfeder wirksam und stützt das Gaswechselventil 2 in Öffnungsrichtung 18 gegen das Gehäuse 13 ab. Die zweite Ventilfeder 4 ist ebenfalls als eine Schraubenfeder ausgebildet, koaxial und axial benachbart zu der Führungsstange 14 angeordnet, und liegt einerseits an einem starr mit der Führungsstange 14 verbundenen zweiten Federteller 19 und andererseits an einem äußeren gehäuseseitigen Absatz 20 an. Die zweite Ventilfeder 4 ist somit als Öffnungsfeder wirksam und stützt das Gaswechselventil 2 in Schließrichtung 21 gegen das Gehäuse 13 ab. The first valve spring 3 is designed as a helical spring, coaxial with the valve stem 11 arranged, and is located on the one hand at a rigid with the valve stem 11 connected first spring plate 16 and on the other hand on an inner case-side heel 17 axially. The first valve spring 3 is thus effective as a closing spring and supports the gas exchange valve 2 in the opening direction 18 against the case 13 from. The second valve spring 4 is also formed as a coil spring, coaxially and axially adjacent to the guide rod 14 arranged, and is located on the one hand at a rigid with the guide rod 14 connected second spring plate 19 and on the other hand on an outer housing side paragraph 20 at. The second valve spring 4 is thus effective as an opening spring and supports the gas exchange valve 2 in the closing direction 21 against the case 13 from.

Im unbestromten Zustand der drei Elektromagneten 5, 6, 7 wird das Gaswechselventil 2 mittels der beiden Ventilfedern 3, 4 in einer axialen Mittelstellung gehalten, die zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Position des Gaswechselventils 2 liegt. Da die beiden Ventilfedern 3, 4 vorliegend identisch ausgebildet sind, also gleiche Federkonstanten aufweisen, liegt die Mittelstellung des Gaswechselventils 2 exakt axial mittig zwischen den beiden Endpositionen. In der Mittelstellung ist das Gaswechselventil 2 auch in 1 abgebildet.In the de-energized state of the three electromagnets 5 . 6 . 7 becomes the gas exchange valve 2 by means of the two valve springs 3 . 4 held in an axial center position between the fully closed and the fully open position of the gas exchange valve 2 lies. Because the two valve springs 3 . 4 in the present case are identical, ie have the same spring constants, is the center position of the gas exchange valve 2 exactly axially centered between the two end positions. In the middle position is the gas exchange valve 2 also in 1 displayed.

An der Führungsstange 14 ist mittig ein kreisscheibenförmiger Anker 22 starr befestigt, der mit allen drei Elektromagneten 5, 6, 7 bei deren Betrieb in Wirkverbindung bringbar ist. Der erste Schaltmagnet 5 ist koaxial über der Führungsstange 14 zwischen dem Anker 22 und der zweiten Ventilfeder 4 angeordnet sowie am Gehäuse 13 befestigt. Die nach Polflächen 23, 24 des ersten Schaltmagneten 5 sind dem Anker 22 axial zugewandt. Der erste Schaltmagnet 5 ist somit als Schließmagnet wirksam, mittels dem das Gaswechselventil 2 gegen die Rückstellkraft der als Öffnungsfeder wirksamen zweiten Ventilfeder 4 geschlossen werden kann. At the guide rod 14 is centered a circular disk-shaped anchor 22 rigidly fixed, with all three electromagnets 5 . 6 . 7 can be brought into operative connection during their operation. The first solenoid 5 is coaxial over the guide rod 14 between the anchor 22 and the second valve spring 4 arranged as well as on the housing 13 attached. The to Polflächen 23 . 24 of the first switching magnet 5 are the anchor 22 axially facing. The first solenoid 5 is thus effective as a closing magnet, by means of which the gas exchange valve 2 against the restoring force of the effective as an opening spring second valve spring 4 can be closed.

Der zweite Schaltmagnet 6 ist koaxial und radial über der Führungsstange 14 zwischen dem Anker 22 und der ersten Ventilfeder 3 angeordnet sowie am Gehäuse 13 befestigt. Die Polflächen 25, 26 des zweiten Schaltmagneten 6 sind dem Anker 22 ebenfalls axial zugewandt. Der zweite Schaltmagnet 6 ist somit als Öffnungsmagnet wirksam, mittels dem das Gaswechselventil 2 gegen die Rückstellkraft der als Schließfeder wirksamen ersten Ventilfeder 3 geöffnet werden kann. The second solenoid 6 is coaxial and radial over the guide rod 14 between the anchor 22 and the first valve spring 3 arranged as well as on the housing 13 attached. The pole faces 25 . 26 of the second switching magnet 6 are the anchor 22 also facing axially. The second solenoid 6 is thus effective as an opening magnet, by means of which the gas exchange valve 2 against the restoring force of the effective as a closing spring first valve spring 3 can be opened.

In der Mittelstellung des Gaswechselventils 2 ist der axiale Abstand des Ankers 22 von den Polflächen 23, 24; 25, 26 der ersten beiden, als Schaltmagnete 5, 6 wirksamen Elektromagnete gleich und entspricht jeweils dem halben Stellwegbereich des Gaswechselventils 2 zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Stellposition.In the middle position of the gas exchange valve 2 is the axial distance of the armature 22 from the pole faces 23 . 24 ; 25 . 26 the first two, as solenoids 5 . 6 effective electromagnets equal and corresponds to half the travel range of the gas exchange valve 2 between the fully closed and fully open position.

Der dritte Elektromagnet, nämlich der Hilfsmagnet 7, ist ringförmig ausgebildet und weist radial nach innen gerichtete, axial beabstandete zylindrische Polflächen 27, 28 auf. Der Hilfsmagnet 7 ist derart axial zwischen den beiden Schaltmagneten 5, 6 angeordnet und am Gehäuse 13 befestigt, dass er sich in der Mittelstellung des Gaswechselventils 2 koaxial und radial über dem Anker 22 befindet. Zur Verstärkung eines zwischen dem Hilfsmagneten 7 und dem Anker 22 wirksamen Magnetfeldes weist der Anker 22 an seinem radialen Außenrand zwei axial beabstandete zylindrische Polflächen 29, 30 auf, die durch eine Ringnut 31 voneinander getrennt sind. Zudem ist hierzu der radiale Abstand zwischen den Polflächen 27, 28; 29, 30 des Hilfsmagneten 7 und des Ankers 22 erkennbar sehr klein gehalten.The third electromagnet, namely the auxiliary magnet 7 , Is annular and has radially inwardly directed, axially spaced cylindrical pole faces 27 . 28 on. The auxiliary magnet 7 is so axially between the two switching magnets 5 . 6 arranged and on the housing 13 attached, that he is in the middle position of the gas exchange valve 2 coaxial and radial over the anchor 22 located. To reinforce one between the auxiliary magnet 7 and the anchor 22 effective magnetic field has the anchor 22 at its radial outer edge two axially spaced cylindrical pole faces 29 . 30 on, passing through an annular groove 31 are separated from each other. In addition, this is the radial distance between the pole faces 27 . 28 ; 29 . 30 of the auxiliary magnet 7 and the anchor 22 recognizable very small.

Bei laufendem Verbrennungsmotor werden die zwei Schaltmagnete 5, 6 zum Öffnen und Schließen des Gaswechselventils 2 wechselweise bestromt und abgeschaltet. Durch eine Bestromung des als Öffnungsmagneten wirksamen zweiten Schaltmagneten 6 wird der Anker 22 und damit die Führungsstange 14 gegen die Rückstellkraft der ersten Schließfeder 3 von diesem angezogen, wodurch das Gaswechselventil 2 vollständig geöffnet wird. Durch eine Bestromung des als Schließmagneten wirksamen ersten Schaltmagneten 5 wird der Anker 22 und damit die Führungsstange 14 gegen die Rückstellkraft der Öffnungsfeder 4 von diesem angezogen, wodurch das Gaswechselventil 2 vollständig geschlossen wird.When the combustion engine is running, the two solenoids 5 . 6 for opening and closing the gas exchange valve 2 alternately energized and switched off. By energizing the effective as an opening magnet second switching magnet 6 becomes the anchor 22 and thus the guide rod 14 against the restoring force of the first closing spring 3 attracted by this, causing the gas exchange valve 2 is completely opened. By energizing the effective as a closing magnet first solenoid 5 becomes the anchor 22 and thus the guide rod 14 against the restoring force of the opening spring 4 attracted by this, causing the gas exchange valve 2 is completely closed.

Ohne weitere Maßnahmen wird der Anker 22 beim Anziehen durch den jeweils bestromten Schaltmagneten 5, 6 mit der Annäherung an die Polflächen 23, 24; 25, 26 aber beschleunigt, da die auf den Anker 22 wirksame Zugkraft mit abnehmendem Abstand progressiv ansteigt. Der Anker 22 schlägt somit mit hoher Auftreffgeschwindigkeit an die Polflächen 23, 24; 25, 26 der Schaltmagnete 5; 6 an, was nachteilig mit lauten Schlaggeräuschen und erhöhtem Verschleiß verbunden ist.Without further action becomes the anchor 22 when tightened by the respective energized solenoid 5 . 6 with the approach to the pole faces 23 . 24 ; 25 . 26 but accelerates, as that on the anchor 22 effective traction increases progressively with decreasing distance. The anchor 22 thus hits the pole faces with high impact speed 23 . 24 ; 25 . 26 the switching magnets 5 ; 6 on, which is adversely associated with loud beating noises and increased wear.

In dem Weg-Zeit-Diagramm von 2a ist ein entsprechender Hubkurvenverlauf s(t) des Gaswechselventils 2 gezeigt, bei dem der Anker 22 mit hoher Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen 23, 24; 25, 26 der Schaltmagnete 5, 6 trifft. Dies ist mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt. Zunächst ist das Gaswechselventil 2 bei bestromtem Schließmagneten 5 geschlossen, so dass die Stellposition s des Gaswechselventils 2 ausgehend von der Mittelstellung (s = 0) dem halben Stellwegbereich sV entspricht (s = –sV/2). Zum Zeitpunkt t1 wird der Schließmagnet 5 abgeschaltet, wodurch das Gaswechselventil 2 unter der Wirkung der gespannten Öffnungsfeder 4 geöffnet wird. Spätestens mit Erreichen der Mittelstellung (s = 0) zum Zeitpunkt t2 wird der Öffnungsmagnet 6 bestromt, wodurch das Gaswechselventil 2 beschleunigt weiter geöffnet wird und gemäß der Strich-Punkt-Linie konventionell zum Zeitpunkt t3’ vollständig geöffnet ist (s = +sV/2), wobei der Anker 22 mit hoher Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen 25, 26 des Öffnungsmagneten 6 trifft. In the path-time diagram of 2a is a corresponding stroke curve s (t) of the gas exchange valve 2 shown where the anchor 22 with high impact speed on the pole faces 23 . 24 ; 25 . 26 the switching magnets 5 . 6 meets. This is shown with a dash-dot line. First, the gas exchange valve 2 with energized closing magnet 5 closed, so that the adjustment position s of the gas exchange valve 2 starting from the middle position (s = 0) corresponds to half the travel range s V (s = -s V / 2). At time t1, the closing magnet 5 shut off, causing the gas exchange valve 2 under the effect of the tensioned opening spring 4 is opened. At the latest when reaching the middle position (s = 0) at time t2, the opening magnet 6 energized, causing the gas exchange valve 2 accelerated continues to open and according to the dash-dot line is conventionally fully open at time t3 '(s = + s V / 2), wherein the armature 22 with high impact speed on the pole faces 25 . 26 of the opening magnet 6 meets.

Zum Zeitpunkt t4 wird der Öffnungsmagnet 6 abgeschaltet, wodurch das Gaswechselventil 2 unter der Wirkung der gespannten Schließfeder 3 geschlossen wird. Spätestens mit Erreichen der Mittelstellung (s = 0) zum Zeitpunkt t5 wird der Schließmagnet 5 bestromt, wodurch das Gaswechselventil 2 beschleunigt weiter geschlossen wird sowie gemäß der Strich-Punkt-Linie konventionell zum Zeitpunkt t6’ vollständig geschlossen ist (s = –sV/2), wobei der Anker 22 mit hoher Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen 23, 24 des Schließmagneten 5 trifft.At time t4, the opening magnet becomes 6 shut off, causing the gas exchange valve 2 under the effect of the tensioned closing spring 3 is closed. At the latest when reaching the middle position (s = 0) at time t5, the closing magnet 5 energized, causing the gas exchange valve 2 accelerated continues to be closed and according to the dash-dotted line is conventionally completely closed at time t6 '(s = -s V / 2), wherein the armature 22 with high impact speed on the pole faces 23 . 24 of the closing magnet 5 meets.

Zur Vermeidung der Beschleunigung und der damit verbundenen hohen Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 22 auf die Polflächen 23, 24; 25, 26 der Schaltmagnete 5, 6 ist erfindungsgemäß der Hilfsmagnet 7 vorgesehen, der entsprechend dem in dem Strom-Zeit-Diagramm von 2b abgebildeten Steuerstromverlauf I(t) angesteuert werden kann. Demzufolge ist der Hilfsmagnet 7 dauerhaft bestromt und wird zunächst auf einem niedrigen Haltewert des Steuerstroms gehalten (I = IH). Beim Öffnen des Gaswechselventils 2 wird der Steuerstrom I ab Erreichen der Mittelstellung (s = 0) zum Zeitpunkt t2 auf einen Maximalwert Imax erhöht, wodurch der Anker 22 abgebremst wird und zum Zeitpunkt t3 mit niedrigerer Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen 25, 26 des Öffnungsmagneten 6 trifft. Ein entsprechender Hubkurvenverlauf s(t) des Gaswechselventils 2 mit niedriger Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 22 ist in dem Weg-Zeit-Diagramm von 2a mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. To avoid the acceleration and the associated high impact velocity of the anchor 22 on the pole faces 23 . 24 ; 25 . 26 the switching magnets 5 . 6 According to the invention, the auxiliary magnet 7 provided according to the in the current-time diagram of 2 B mapped control current I (t) can be controlled. Consequently, the auxiliary magnet 7 permanently energized and is initially held at a low holding value of the control current (I = I H ). When opening the gas exchange valve 2 is the control current I increases from reaching the center position (s = 0) at time t2 to a maximum value I max , causing the armature 22 is decelerated and at time t3 with lower impact velocity on the pole faces 25 . 26 of the opening magnet 6 meets. A corresponding stroke curve s (t) of the gas exchange valve 2 with low impact velocity of the anchor 22 is in the way-time diagram of 2a represented by a solid line.

Der Anstieg des Steuerstroms I des Hilfsmagneten 7 erfolgt bevorzugt mit einem progressiven Verlauf, da die progressiv ansteigende Zugkraft des Öffnungsmagneten 6 und die an sich progressiv abnehmende Bremskraft des Hilfsmagneten 7 hiermit wirksam kompensiert werden können (2b). Mit Erreichen des Maximalwertes Imax des Steuerstroms I zum Zeitpunkt t3’’ wird dieser zunächst einen kurzen Zeitraum beibehalten, bis das Gaswechselventil 2 zum Zeitpunkt t3 vollständig geöffnet ist (s = +sV/2). Danach wird der Steuerstrom I des Hilfsmagneten 7 wieder auf den Haltewert IH abgesenkt. Beim Schließen des Gaswechselventils 2 wird der Hilfsmagnet 7 identisch angesteuert, da dieser aufgrund der axialsymmetrischen Anordnung in beide Stellrichtungen 18, 21 des Gaswechselventils 2 gleich wirksam auf den Anker 22 ist. Dem entsprechend wird der Steuerstrom I des Hilfsmagneten 7 beim Schließen des Gaswechselventils 2 ab Erreichen der Mittelstellung (s = 0) zum Zeitpunkt t5 ebenfalls mit einem progressiven Verlauf auf den Maximalwert Imax erhöht, wodurch der Anker 22 abgebremst wird und zum Zeitpunkt t6 mit niedrigerer Auftreffgeschwindigkeit auf die Polflächen 23, 24 des Schließmagneten 5 trifft. Mit Erreichen des Maximalwertes Imax des Steuerstroms I zum Zeitpunkt t6’’ wird dieser zunächst beibehalten, bis das Gaswechselventil 2 zum Zeitpunkt t6 vollständig geschlossen ist (s = –sV/2). Danach wird der Steuerstrom I des Hilfsmagneten 7 wieder auf den Haltewert IH abgesenkt.The increase of the control current I of the auxiliary magnet 7 is preferably carried out with a progressive course, since the progressively increasing tensile force of the opening magnet 6 and the per se progressively decreasing braking force of the auxiliary magnet 7 can be compensated effectively ( 2 B ). Upon reaching the maximum value I max of the control current I at time t3 '' this is initially maintained for a short period of time until the gas exchange valve 2 is fully open at time t3 (s = + s V / 2). Thereafter, the control current I of the auxiliary magnet 7 lowered again to the holding value I H. When closing the gas exchange valve 2 becomes the auxiliary magnet 7 controlled identically, since this due to the axisymmetric arrangement in both adjustment directions 18 . 21 of the gas exchange valve 2 Equally effective on the anchor 22 is. Accordingly, the control current I of the auxiliary magnet 7 when closing the gas exchange valve 2 from reaching the middle position (s = 0) at time t5 also increases with a progressive course to the maximum value I max , causing the anchor 22 is decelerated and at time t6 with lower impact velocity on the pole faces 23 . 24 of the closing magnet 5 meets. Upon reaching the maximum value I max of the control current I at time t6 '' this is initially maintained until the gas exchange valve 2 is completely closed at time t6 (s = -s V / 2). Thereafter, the control current I of the auxiliary magnet 7 lowered again to the holding value I H.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Betätigungsvorrichtung actuator
22
Gaswechselventil Gas exchange valve
33
Erste Ventilfeder, Schließfeder First valve spring, closing spring
44
Zweite Ventilfeder, Öffnungsfeder Second valve spring, opening spring
55
Erster Elektromagnet, Schaltmagnet, Schließmagnet First electromagnet, solenoid, closing magnet
66
Zweiter Elektromagnet, Schaltmagnet, Öffnungsmagnet Second electromagnet, solenoid, opening magnet
77
Dritter Elektromagnet, Hilfsmagnet Third electromagnet, auxiliary magnet
88th
Verbrennungsraum combustion chamber
99
Gaskanal gas channel
1010
Ventilteller valve disc
1111
Ventilschaft valve stem
1212
Schaftführung stem guide
1313
Gehäuse casing
1414
Führungsstange guide rod
1515
Hohlraum cavity
1616
Erster Federteller First spring plate
1717
Absatz paragraph
1818
Öffnungsrichtung opening direction
1919
Zweiter Federteller Second spring plate
2020
Absatz paragraph
2121
Schließrichtung closing direction
2222
Anker anchor
2323
Erste Polfläche des ersten Elektromagneten 5 First pole face of the first electromagnet 5
2424
Zweite Polfläche des ersten Elektromagneten 5 Second pole face of the first electromagnet 5
2525
Erste Polfläche des zweiten Elektromagneten 6 First pole face of the second electromagnet 6
26 26
Zweite Polfläche des zweiten Elektromagneten 6 Second pole face of the second electromagnet 6
2727
Erste Polfläche des dritten Elektromagneten bzw. Hilfsmagneten 7 First pole face of the third electromagnet or auxiliary magnet 7
2828
Zweite Polfläche des dritten Elektromagneten bzw. Hilfsmagneten 7 Second pole face of the third electromagnet or auxiliary magnet 7
2929
Erste Polfläche am Anker 22 First pole face at the anchor 22
3030
Zweite Polfläche am Anker 22 Second pole face at the anchor 22
3131
Ringnut am Anker 22 Ring groove on the anchor 22
II
Steuerstrom control current
IH I H
Haltewert des Steuerstroms Hold value of the control current
Imax I max
Maximalwert des Steuerstroms Maximum value of the control current
ss
Stellweg Travel Range
sV s V
Stellwegbereich Travel range
tt
Zeit Time
t1–t6t1-t6
Zeitpunkte timings
t3’, t6’t3 ', t6'
Zeitpunkte timings
t3’’, t6’’t3 '', t6 ''
Zeitpunkte timings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3826978 A1 [0004] DE 3826978 A1 [0004]
  • DE 19927823 B4 [0004] DE 19927823 B4 [0004]
  • US 5832883 A [0006] US 5832883 A [0006]
  • DE 19530121 A1 [0007] DE 19530121 A1 [0007]
  • DE 19836297 B4 [0008] DE 19836297 B4 [0008]
  • DE 10019739 A1 [0009] DE 10019739 A1 [0009]

Claims (9)

Elektromagnetisch betätigbares Gaswechselventil (2), mit einem über eine Schließfeder (3) in Öffnungsrichtung (18) gehäuseseitig abgestützten Ventilschaft (11), mit einer mit dem Ventilschaft (11) in Verbindung stehenden und über eine Öffnungsfeder (4) in Schließrichtung (21) gehäuseseitig abgestützten Führungsstange (14), und mit zwei als Schaltmagnete (5, 6) wirksame Elektromagneten, die bezüglich der Führungsstange (14) koaxial und axial beabstandet beidseitig eines gemeinsamen, starr mit der Führungsstange (14) verbundenen kreisscheibenförmigen Ankers (22) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter, als Hilfsmagnet (7) wirksamer Elektromagnet vorgesehen ist, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch diesen bei Annäherung des Ankers (22) an die Polflächen (23, 24; 25, 26) des jeweils anziehenden Schaltmagneten (5; 6) eine Bremskraft zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (22) ausübbar ist.Electromagnetically actuated gas exchange valve ( 2 ), with a via a closing spring ( 3 ) in the opening direction ( 18 ) on the housing side supported valve stem ( 11 ), with one with the valve stem ( 11 ) and via an opening spring ( 4 ) in the closing direction ( 21 ) on the housing side supported guide rod ( 14 ), and with two as solenoids ( 5 . 6 ) effective electromagnets with respect to the guide rod ( 14 ) coaxially and axially spaced on both sides of a common, rigid with the guide rod ( 14 ) connected circular disk-shaped armature ( 22 ) are arranged, characterized in that a third, as an auxiliary magnet ( 7 ) effective electromagnet is provided, which is designed and arranged such that by the approach of the armature ( 22 ) to the pole faces ( 23 . 24 ; 25 . 26 ) of the respectively attracting switching magnet ( 5 ; 6 ) a braking force for reducing the impact velocity of the armature ( 22 ) is exercisable. Gaswechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmagnet (7) ringförmig ausgebildet ist, radial nach innen gerichtete, axial beabstandete zylindrische Polflächen (27, 28) aufweist, und derart axial zwischen den Schaltmagneten (5, 6) angeordnet ist, dass er sich in einer Mittelstellung des Gaswechselventils (2) koaxial radial über dem Anker (22) befindet.Gas exchange valve according to claim 1, characterized in that the auxiliary magnet ( 7 ) is annular, radially inwardly directed, axially spaced cylindrical pole faces ( 27 . 28 ), and so axially between the switching magnets ( 5 . 6 ) is arranged so that it is in a middle position of the gas exchange valve ( 2 ) coaxially radially above the armature ( 22 ) is located. Gaswechselventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (22) an seinem radialen Außenrand zwei axial beabstandete zylindrische Polflächen (29, 30) aufweist, die durch eine Ringnut (31) voneinander getrennt sind.Gas exchange valve according to claim 2, characterized in that the armature ( 22 ) at its radial outer edge two axially spaced cylindrical pole faces ( 29 . 30 ), which by an annular groove ( 31 ) are separated from each other. Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventils (2) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule des Hilfsmagneten (7) mit einem Steuerstrom (I) angesteuert wird, der beim Anziehen des Ankers (22) durch einen der beiden Schaltmagneten (5, 6) zwischen der Mittelstellung (s = 0) und einer dem vollständig geöffneten oder geschlossenen Zustand (s = +sV/2; s = –sV/2) des Gaswechselventils (2) entsprechenden Endposition von einem Haltewert (I = IH) auf einen Maximalwert (I = Imax) angehoben wird.Method for controlling an electromagnetically operated gas exchange valve ( 2 ) according to claims 1 to 3, characterized in that the coil of the auxiliary magnet ( 7 ) is driven with a control current (I), which when tightening the armature ( 22 ) by one of the two switching magnets ( 5 . 6 ) between the middle position (s = 0) and the fully opened or closed state (s = + s V / 2; s = -s V / 2) of the gas exchange valve ( 2 ) corresponding end position of a holding value (I = I H ) to a maximum value (I = I max ) is raised. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhebung des Steuerstroms (I) von dem Haltewert (IH) auf den Maximalwert (Imax) mit einem progressiven Verlauf erfolgt.A method according to claim 4, characterized in that the raising of the control current (I) from the holding value (I H ) to the maximum value (I max ) takes place with a progressive course. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstrom (I) des Hilfsmagneten (7) mit dem Erreichen des Maximalwertes (Imax) auf diesem gehalten wird, bis die Endposition (s = +sV/2; s = –sV/2) des Ankers (22) erreicht ist, und danach wieder auf den Haltewert (IH) abgesenkt wird.Method according to claim 4 or 5, characterized in that the control current (I) of the auxiliary magnet (I) 7 ) is held on reaching the maximum value (I max ) until the end position (s = + s V / 2; s = -s V / 2) of the armature ( 22 ) is reached, and then lowered back to the holding value (I H ). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltewert (IH) des Steuerstroms (I) des Hilfsmagneten (7) dem Wert Null (IH = 0) oder einem niedrigen Wert zwischen Null und dem Maximalwert entspricht (0 < IH < Imax).Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the holding value (I H ) of the control current (I) of the auxiliary magnet ( 7 ) corresponds to the value zero (I H = 0) or a low value between zero and the maximum value (0 <I H <I max ). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmagnet (7) zum positiven Beschleunigen des Ankers (22) genutzt wird. Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the auxiliary magnet ( 7 ) for positive acceleration of the armature ( 22 ) is being used. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmagnet (7) zum positiven Beschleunigen des Ankers (22) genutzt wird, wenn sich der Anker (22) zwischen denjenigen Orten seines Betätigungsweges zwischen seinen Endstellungen befindet, ab deren Passieren eine Abbremsung des Ankers (22) erfolgt. Method according to claim 7, characterized in that the auxiliary magnet ( 7 ) for positive acceleration of the armature ( 22 ) is used when the anchor ( 22 ) is located between those locations of its actuation path between its end positions, from which passing a deceleration of the armature ( 22 ) he follows.
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