DE19608061C2

DE19608061C2 - Elektromagnetische Ventilbetätigung

Info

Publication number: DE19608061C2
Application number: DE19608061A
Authority: DE
Inventors: Hans Gander; Juergen Schuele
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-03-02
Filing date: 1996-03-02
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2016-03-03
Also published as: DE19608061A1; ES2127649T3; EP0793004B1; DE59700054D1; EP0793004A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 43 36 287 C1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der, eine an einem Ventilschaft eines Gaswechselventils angeordnete Ankerplatte mit Hilfe eines Federsystems zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin- und herbewegbar vorgesehen ist. Weiterhin sind auf gegenüberliegenden Seiten der Ankerplatte zwei Schaltmagnete vorgesehen, mit deren Hilfe die Ankerplatte in der Offen- beziehungsweise Schließstellung gehalten werden kann. Die Schaltmagnete sind als sogenannte Haftmagnete ausgebildet, die ihre Magnetkraft im wesentlichen im Nahbereich des Magnetkerns entfalten.

Insbesondere bei Auslaßventilen stellt sich nun das Problem, daß das Ventil in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraft maschine gegen unterschiedliche Brennraumgegendrücke öffnen muß. Der maximale Weg, den das Gaswechselventil beim Öffnen durch die Kraft des Federsystems zurücklegt, hängt daher vom Brennraum druck ab. Um zu verhindern, daß die Ankerplatte bei geringen Brennraumdrücken hart gegen den Magnetkern des der Offenstellung zugeordneten Schaltmagnetes anschlägt, wird das Federsystem im allgemeinen für die niedrigeren Brennraumdrücke ausgelegt. Bei hohen Brennraumdrücken gelangt in diesem Fall die Ankerplatte durch die Wirkung des Federsystems nicht vollständig in die Offenstellung. Vielmehr muß dieser Wegverlust dann vom der Offenstellung zugeordneten Schaltmagneten durch sehr viel Fangenergie kompensiert werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen derart zu verbessern, daß trotz wechselndem Gegendruck ein Betrieb mit verringertem Energiebedarf möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Verwendung eines sogenannten Kennlinienmagnets in elektromagnetischen Ventilsteuerungen kann die Fangenergie, die von den Schaltmagneten insbesondere bei wechselnden Brennraum gegendrücken aufgewendet werden, reduziert werden. Die in den Unteransprüchen beschriebene Ausgestaltung der Flußleitstücke weist den Vorteil auf, daß kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprü chen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen im Schnitt und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen ebenfalls im Schnitt zeigt.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils 2 - im folgenden elektro magnetische Ventilsteuerung genannt - einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschinen insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Gaswechselventil 2, bestehend aus einem Ventilschaft 4, einer Ventilführung 5 und einem Ventilteller 6, ist in einem Gasführungskanal 3 angeordnet. Der Ventilteller 6 wirkt mit einem im Gasführungskanal 3 vorgesehenen Ventilsitz 7 zusammen und dient zum Verschließen beziehungsweise Freigeben des Gaswechselkanals 3.

Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 dient zur Betätigung des Gaswechselventils 2, wobei das Gaswechselventil 2 zwischen einer Schließstellung, wie in Fig. 1 dargestellt, und einer Offenstellung, wie in Fig. 2 dargestellt, hin- und herbewegbar ist. Eine elektromagnetische Ventilsteuerung 1 weist den Vorteil auf, daß die Steuerzeiten in einem weiten Bereich frei gewählt werden können. Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 besteht aus zwei zylinderförmigen Schaltmagneten 8, 9, die koaxial zum Ventilschaft 4 und ortsfest gegenüber der Ventilführung 5 beziehungsweise gegenüber dem Gasführungskanal 3 angeordnet sind. Der erste Schaltmagnet 9 ist für die Offenstellung und der zweite Schaltmagnet 8 für die Schließstellung des Gaswechsel ventils 2 vorgesehen. In bekannter Weise besteht jeder Schalt magnet 8, 9 aus einem äußeren topfförmigen Magnetkern 10, 10' und einer inneren Spule 11, 11'.

Am Ventilschaft 4 ist im Bereich zwischen den beiden Schalt magneten 8, 9 eine senkrecht zur Längsachse des Gaswechsel ventils 2 angeordnete Ankerplatte 12 vorgesehen. Zwischen den Schaltmagneten 8, 9 und der Ankerplatte 12 ist jeweils eine Ventilfeder 13, 14 vorgesehen. Die obere Ventilfeder 13 stützt sich am Topfboden 15 des zweiten Schaltmagneten 8 und an der Oberseite 17 der Ankerplatte 12 ab, während die untere Ventil feder 14 sich an der Unterseite 18 der Ankerplatte 12 und des unteren Topfbodens 16 abstützt. Hierbei bewirkt die obere Ventilfeder 13 eine Kraft in Öffnungsrichtung und die untere Ventilfeder 14 in Schließrichtung des Gaswechselventils 2.

Im Betrieb bewegt sich die Ankerplatte 12 und das damit ver bundene Gaswechselventil 2 zwischen den Polflächen der Schalt magnete 8, 9 hin und her. Um das Gaswechselventil 2 gegen die Kraft der Ventilfeder 13 in der Schließstellung zu halten (siehe Fig. 1) wird die innere Spule 11 des zweiten Schaltmagnets 8 durch Anlegen einer Spannung erregt. An der inneren Spule 11' des ersten Schaltmagnets 9 liegt in diesem Zustand keine Spannung an. Zum Öffnen des Gaswechselventils 2 wird nun die Spannung an der oberen Spule 11 gelöst. Dadurch wird die Ankerplatte 12 durch die Kraft der vorgespannten Feder 13 in Offenstellung bewegt. Kurz vor Erreichen der Offenstellung kann nun die Spule 11' des ersten Schaltmagnetes 9 durch Anlegen einer Spannung erregt werden, so daß die Ankerplatte 12 durch die resultierende Magnetkraft des Schaltmagnetes 9 eingefangen und in dieser Offenstellung festgehalten wird (siehe Fig. 2).

Das Federsystem 11, 11' ist nun so ausgelegt, daß die Anker platte 12 eine oszillierende Bewegung zwischen den Polflächen der beiden Schaltmagneten 8, 9 ausführt. Im oberen und unteren Umkehrpunkt wird dann die Ankerplatte 12 durch Erregung des entsprechenden Schaltmagneten 8, 9 eingefangen und festgehalten. Bei Gaswechselventilen 2, die bei variierenden Gegendrücken arbeiten, insbesondere bei Auslaßventilen von Brennkraft maschinen, stellt sich das Problem, daß die Ankerplatte 12 bei höheren Gegendrucken durch die Kraft des Federsystems 11, 11' gar nicht mehr in den Nahbereich des ersten Schaltmagneten 9 gelangt. Um die Ankerplatte 12 in dieser Situation dennoch einfangen und festhalten zu können, müssen sehr hohe Fang energien aufgewendet werden. Um dieses Problem zu umgehen wird deshalb vorgeschlagen, den ersten Schaltmagneten 9 als soge nannten Kennlinienmagneten auszubilden. Bei Kennlinienmagneten wird der Magnetkern 10' so ausgebildet, daß sich die Magnetkraft bei gleichem Stromfluß weiter in Richtung Fernfeld erstreckt. Hierzu können beispielsweise Flußleitstücke 19 aus einem magnetisch leitenden Material am Magnetkern 10' oder an der Unterseite 18 Ankerplatte 12 angeordnet werden.

Gemäß Fig. 1 ist ein hohlzylinderförmiges Flußleitstück 19 koaxial zum Ventilschaft 4 an der der Ankerplatte 12 zuge ordneten Polfläche des ersten Schaltmagneten 9 angeordnet. Der Innenumfang des Flußleitstückes 19 wird hierbei größer als der Außenumfang der Ankerplatte 12 gewählt. Dadurch kann die Anker platte 12 ihre oszillierende Bewegung bis in den Innenbereich des hohlzylindrischen Flußleitstückes 19 ausführen. Bei Erregung des ersten Schaltmagneten 9 kann die Ankerplatte 12 weiterhin an der der Ankerplatte 12 zugewandten Polfläche des ersten Schalt magneten 9 zur Anlage kommen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hier ist das hohlzylindrische Flußleitstück 19 ebenfalls koaxial zum Ventilschaft 4 an der dem ersten Schaltmagneten 9 zugewandten Unterseite der Ankerplatte 12 angeordnet. Hierbei sind die Abmessungen des Flußleitstückes 19, des topfförmigen Magnetkerns 10' des ersten Schaltmagneten 9 und der Ventilfeder 14 so gewählt, daß das Flußleitstück 19 in der Offenstellung des Gaswechselventils 2 in einen Zwischenraum zwischen dem topfförmigen Magnetkern 10' and der Ventilfeder 14 hineinragt.

Durch beide Anordnungen oder deren Kombination wird gewährleistet, daß die Ankerplatte 12 auch bei größeren Gegendrücken durch den ersten Schaltmagneten 9 ohne eine übermäßige Erhöhung der notwendigen Fangenergie in die Offenstellung überführt und dort gehalten werden kann. Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich auch andere Ausführungsformen für die Flußleitstücke denkbar. Entscheidend ist lediglich, daß die Fernwirkung des betroffenen Schaltmagnetes erhöht wird.

Claims

1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswech selventils (2) für Brennkraftmaschinen mit einem an dem Gaswech selventil (2) befestigten Anker (12), mit zwei auf gegenüber liegenden Seiten des Ankers angeordneten Federelementen (13, 14), durch deren Federkraft der Anker (12) zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegt werden kann, und mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers (12) angeordneten Schaltma gneten (8, 9), die das Gaswechselventil (2) in der Offen- bezie hungsweise Schließstellung halten, dadurch gekennzeichnet, daß der der Offenstellung zugeordnete erste Schaltmagnets (9) als Kennlinienmagnet ausgebildet ist, bei dem sich die Magnetkraft bei gleichem Stromfluß weiter in Richtung Fernfeld erstreckt, und daß der erste Schaltmagnet (9) gegenüber dem zweiten, der Schließstellung zugeordneten Schaltmagneten (8) mit erhöhter Fernwirkung ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnetkerns (10') des ersten Schaltmagnets (9) und/oder auf der dem ersten Schalt magnet (9) zugewandten Seite (18) des Ankers (12) ein Flußleit stück (19) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenzeichnet, daß der Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) hohl zylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, daß das Flußleitstück (19) hohlzylinderförmig ausgebildet und am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnet kerns (10') koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser des Flußleitstückes (19) größer ist als der Innendurchmesser des Magnetkerns (10'), und daß der Anker (12) als kreisförmige Ankerplatte ausgeführt ist, wobei die Anker platte (12) in Offenstellung innerhalb der Zylinderöffnung des Flußleitstückes (19) am Magnetkern (10') anliegt (Fig. 1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) hohl zylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, daß der Anker als kreisförmige Ankerplatte (12) ausgeführt ist, daß das Flußleitstück (19) hohlzylinderförmig ausgebildet und an der dem ersten Schaltmagneten (9) zugewandten Seite (18) der Ankerplatte (12) koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser des Flußleitstückes (19) kleiner ist als der Innendurchmesser des Magnetkerns (10'), und wobei das Flußleitstück (19) in Offenstellung in die Zylinderöffnung des Magnetkerns (10') ragt (Fig. 2).