DE19935871C2 - Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils und ein Verfahren zu deren Betreibung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, die auf einen axial verschiebbaren Anker wirken, der direkt oder über einen Ankerschaft auf einen Ventilschaft wirkt, und mit einem Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder aufweist, die direkt über einen Federschaft und/oder über den Ankerschaft auf den Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt und den Anker bei unbestromten Magneten in einer Gleichgewichtslage hält, und mit einer Arretiervorrichtung, über die mit zumindest einem Arretiermittel das Gaswechselventil in seiner Schließstellung arretierbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel in einer Arretierstellung am Ankerschaft, am Ventilschaft und/oder am Federschaft form- und/oder kraftschlüssig angreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselven­ tils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Betreibung.

Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselven­ tilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungs­ magneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial zu einer Ventilachse verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerschaft auf ei­ nen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorgespanntes Federsy­ stem auf den Anker. Als Federsystem dienen meist zwei vorge­ spannte Ventilfedern, von denen eine obere Ventilfeder das Gas­ wechselventil in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfeder das Gaswechselventil in Schließrichtung belastet. Bei nicht er­ regten Magneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage zwischen den Polflächen gehalten. Die Ven­ tilfedern können gemeinsam auf einer Seite oder jeweils ge­ trennt voneinander auf beiden Seiten der Schaltmagnete angeord­ net sein.

In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker an der Polfläche des bestromten Schließmagneten an und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder weiter vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen, wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der Öff­ nungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird. Der Anker schlägt auf die Polfläche des Öffnungsmagneten auf und wird von diesem gehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten angezogen, schlägt auf die Polfläche des Schließmagneten auf und wird von diesem gehalten.

Um beim Start der Brennkraftmaschine den Anker aus der Gleich­ gewichtslage anzuziehen, wird entweder der Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker mit ei­ ner Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz in Schwingung versetzt. Dieser Vorgang erfordert einen hohen elektrischen Energiebedarf und verzögert das Startverhalten der Brennkraft­ maschine bis alle Aktuatoren angeschwungen sind. Werden für ei­ nen Spielausgleich hydraulische Spielausgleichselemente verwen­ det, können ferner die Spannkräfte der vorgespannten Ventilfe­ dern in der Gleichgewichtslage dazu führen, daß die hydrauli­ schen Spielausgleichselemente während des Stillstands der Brennkraftmaschine zusammengedrückt werden.

Aus der DE 197 10 974 A1 ist ein Verfahren bekannt, eine gat­ tungsbildende Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktua­ tor zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Schließ­ stellung des Gaswechselventils zu arretierten. Der Aktuator be­ sitzt einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwi­ schen deren Polflächen ein auf das Gaswechselventil wirkender Anker axial verschiebbar angeordnet ist. Ferner besitzt der Aktuator zwei auf den Anker entgegengesetzt wirkende Ventilfe­ dern.

Der Schließmagnet des Aktuators wird beim Abstellen der Brenn­ kraftmaschine bestromt bzw. bleibt zur Anordnung des Ankers in einer der Schließstellung des Gaswechselventils entsprechenden Position bestromt. Anschließend wird der Anker mittels einer unmittelbar an ihm angreifenden Sperreinrichtung arretiert, und zwar mit einem elektromagnetisch gesteuerten Sperrbolzen, der den Anker untergreift.

Greift der Sperrbolzen am radial äußeren Bereich des Ankers an, entsteht durch die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder ein großes Kippmoment auf den Anker, welches in einer Ankerschaft­ führung oder in einer Ventilschaftführung abgestützt wird. Dies kann zu einem Verkanten und insbesondere zu einem erhöhten Ver­ schleiß führen. Um ein großes Kippmoment möglichst zu vermei­ den, müßte ein langer Sperrbolzen verwendet werden, der jedoch über einen großen Weg verstellt werden müßte und einen erhöhten Bauraum benötigen würde.

Ferner ist aus der DE 37 39 891 A1 eine Vorrichtung zur Betäti­ gung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Ak­ tuator bekannt, die eine Arretiervorrichtung aufweist, über die das Gaswechselventil in der Schließstellung arretierbar ist. Der Aktuator besitzt einen Anker, der, entgegen der Kraft einer zylindrischen Drehstabfeder zwischen Polflächen der Magnete axial verschiebbar ist. Die Drehstabfeder ist an ihrer einen Seite an einem Zylinderkopf drehfest gehalten und ist an ihrer anderen Seite mit einem Ventilhebel drehfest verbunden, der ge­ lenkig mit einem Ankerschaft verbunden ist. Die Arretiervor­ richtung besitzt eine Nockenwelle mit einem Haltenocken, die parallel zur Drehstabfeder im Zylinderkopf unterhalb des Ven­ tilhebels gelagert ist. Der Haltenocken ist bei Stillstand der Brennkraftmaschine hochgeschwenkt, blockiert den Ventilhebel und spannt die Drehstabfeder. Die Nockenwelle wird über einen Schrittmotor geschwenkt, der von einem Steuergerät in Abhängig­ keit von Sensorsignalen der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Die Verbindung der Drehstabfeder über den Ventilhebel mit dem Ankerschaft führt zu einem großen Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Brennkraftmaschine weiterzuentwickeln und insbesondere eine si­ chere, platzsparende und kostengünstige Arretiervorrichtung zu schaffen, die mit möglichst wenig Energie betätigbar ist und keine oder möglichst geringe Kippmomente verursacht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü­ che gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest ei­ nem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswech­ selventils einer Brennkraftmaschine, der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, die auf einen axial ver­ schiebbaren Anker wirken. Der Anker wirkt direkt oder über ei­ nen Ankerschaft auf einen Ventilschaft. Ferner besitzt der Ak­ tuator ein Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder auf­ weist. Die Ventilfeder wirkt direkt, über einen Federschaft und/oder über den Ankerschaft auf den Ventilschaft des Gaswech­ selventils und hält den Anker bei unbestromten Magneten in ei­ ner Gleichgewichtslage. Ferner besitzt die Vorrichtung eine Ar­ retiervorrichtung, über die mit zumindest einem Arretiermittel das Gaswechselventil in seiner Schließstellung arretierbar ist.

Es wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel in einer Arre­ tierstellung am Ankerschaft, am Ventilschaft und/oder am Feder­ schaft form- und/oder kraftschlüssig angreift, wobei der Feder­ schaft auch einstückig mit dem Ankerschaft ausgeführt sein kann. Die in der Schließstellung des Gaswechselventils in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder des Aktuators kann im we­ sentlichen zentral in ihrer Wirkrichtung mit einem kurzen, platzsparenden Arretiermittel blockiert werden. Kippmomente, bedingt durch die Arretiervorrichtung, können vollständig oder zumindest weitgehend vermieden und zudem kann eine Arretiervor­ richtung mit kleinem Bauraum geschaffen werden.

Ferner können insbesondere Kippmomente von der in der Schließ­ stellung des Gaswechselventils in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder auf andere Bauteile vollständig oder zumindest weitgehend vermieden werden, indem das Arretiermittel in der Arretierstellung an der in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfe­ der selbst oder an deren bewegten Federauflage form- und/oder kraftschlüssig angreift. In der Regel besitzt der Aktuator zwei Ventilfedern, und zwar eine in Schließrichtung wirkende Ventil­ feder und eine in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder sowie zwei auf den Anker wirkende Elektromagnete. Grundsätzlich kön­ nen jedoch die Ventilfedern und/oder die Elektromagnete ein­ stückig ausgeführt sein. Ferner können auch mehrere Ventilfe­ dern in Öffnungsrichtung und/oder in Schließrichtung wirken.

Die Arretiervorrichtung kann mit verschiedenen, dem Fachmann als geeignet erscheinenden Stellmechanismen betätigt werden. Nach dem Startender Brennkraftmaschine kann die Arretiervor­ richtung jedoch besonders schnell mit einem Elektromagneten be­ tätigt werden, ohne daß beispielsweise ein Druckaufbau eines Systems abgewartet werden muß. Elektrische Energie steht in der Regel bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine zur Verfü­ gung.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung der Arre­ tierstellung belastet ist und entgegen der Federkraft über eine hydraulische Stelleinheit belastbar ist. Durch die hydraulische Stelleinheit kann der Elektromagnet der Arretiervorrichtung in seiner Funktion unterstützt und stets ein sicheres Öffnen der Arretiervorrichtung erreicht werden. Ferner kann vorteilhaft das Arretiermittel mit dem Start bzw. besonders kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine durch den Elektromagneten entgegen der Federkraft entriegelt und anschließend durch die hydrauli­ sche Stelleinheit in der Öffnungsstellung der Arretiervorrich­ tung gehalten werden. Der Elektromagnet kann abgeschaltet und Energie eingespart werden.

Die hydraulische Stelleinheit kann grundsätzlich von verschie­ denen Druckquellen versorgt sein. Besonders vorteilhaft wird jedoch die hydraulische Stelleinheit über einen Öldruck der Brennkraftmaschine versorgt. Zusätzliche Energie und Energie­ quellen sowie zusätzliche Bauteile können eingespart werden. Ferner kann besonders vorteilhaft im Betrieb der Brennkraftma­ schine der vorliegende Öldruck genutzt werden die Arretiervor­ richtung in geöffneter Stellung zu halten. Wird die Brennkraft­ maschine abgeschaltet, fällt der Öldruck der Brennkraftmaschine ab und das Arretiermittel wird vorteilhaft automatisch durch die Federkraft in die Arretierstellung verschoben. Bis das Ar­ retiermittel die Arretierstellung erreicht, bleibt der Schließ­ magnet des Aktuators aktiviert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei sämtlichen, dem Fach­ mann als sinnvoll erscheinenden Arretiervorrichtungen für Gas­ wechselventile eingesetzt werden und besonders vorteilhaft bei Arretiervorrichtungen, die in der Arretierstellung an einem Fe­ derschaft, an einem Ankerschaft und/oder an einem Ventilschaft form- und/oder kraftschlüssig angreifen.

Um mit einem möglichst kleinen Elektromagneten das Arretiermit­ tel aus der Raststellung in die Öffnungsstellung der Arretier­ vorrichtung verschieben zu können, wird vorteilhaft der Schließmagnet des Aktuators aktiviert bevor der Elektromagnet der Arretiervorrichtung aktiviert wird und dadurch eine Klemm­ wirkung der Ventilfeder auf das Arretiermittel aufgehoben.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung belastet ist und über einen Elektromagneten und/oder hydraulisch, pneumatisch, elektrochemisch entgegen der Federkraft in Richtung der Arre­ tierstellung verschiebbar ist. In der Arretierstellung kann die von der Ventilfeder verursachte Klemmwirkung auf das Arretier­ mittel genutzt werden, das Arretiermittel in der Arretierstel­ lung zu halten. Zum Arretieren wird bei aktiviertem Schließma­ gnet das Arretiermittel entgegen der Federkraft hydraulisch und/oder elektromagnetisch in die Arretierstellung verschoben. Anschließend wird der Schließmagnet abgeschaltet. Die Ventilfe­ der verklemmt das Arretiermittel in der Arretierstellung und ist dadurch blockiert. Um die Arretiervorrichtung zu entrie­ geln, wird der Schließmagnet aktiviert, die Klemmwirkung wird aufgehoben und das Arretiermittel kann durch die Federkraft in die Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung verschoben werden. Es kann mit wenig zusätzlichen Bauteilen eine Arretiervorrich­ tung mit kleinem Bauraum geschaffen werden, die ohne zusätzli­ che Energie in ihrer Öffnungsstellung und in ihrer Arretier­ stellung fixiert ist.

Um eine möglichst einfache Montage zu ermöglichen und um zu­ sätzliche Bauteile einzusparen, wird vorgeschlagen, das Arre­ tiermittel in einer Schaftführung in der Form eines Schiebers unterzubringen, und zwar insbesondere in einer Federschaftfüh­ rung auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite des Schließmagneten. In der Schaftführung ist vorteilhaft zusätz­ lich ein Elektromagnet zur Betätigung des Schiebers angeordnet.

Anstatt je Aktuator einen Elektromagneten für die Arretiervor­ richtung vorzusehen, können auch vorteilhaft zumindest zwei oder sämtliche Arretiermittel über eine gemeinsame Anlenkvor­ richtung mit einem gemeinsamen Elektromagneten betätigt werden. Die Anlenkvorrichtung kann beispielsweise von einem Schieberge­ stänge, einem Kulissenband usw. gebildet sein. Zusätzliche Bau­ teile, insbesondere Elektromagneten, Bauraum und Kosten können eingespart werden.

Ferner wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel durch zumin­ dest ein beheizbares Bimetallelement betätigbar ist. Mit einem Bimetallelement kann eine besonders platzsparende, leichte und kostengünstige Arretiervorrichtung mit wenig zusätzlichen Bau­ teilen geschaffen werden. Ferner können insbesondere mit einem Bimetallelement einfach mehrere über einen Bereich verteilte Arretiermittel oder es kann ein sich über einen Bereich er­ streckendes Arretiermittel betätigt werden. Mit dem Gaswechsel­ ventil bewegte Bauteile, wie unter anderem auch der Anker, kön­ nen in der Schließstellung des Aktuators mit geringem konstruk­ tiven Aufwand über einen größeren Bereich abgestützt werden. Durch die Arretiervorrichtung bedingte Kippmomente und ein er­ höhter Verschleiß sind mit geringem konstruktiven Aufwand ver­ meidbar.

Das Arretiermittel kann durch Beheizen des Bimetallelements verriegelt oder entriegelt werden. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist durch Beheizen des Bimetallelements das Arre­ tiermittel in Richtung der Arretierstellung und durch die Spannkraft des abgekühlten Bimetallelements ist das Arretier­ mittel in Richtung der Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung bewegbar. Das Arretiermittel kann in der Arretierstellung durch die Klemmwirkung der in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder fixiert werden. Zusätzliche Federn, die das Arretiermittel aus der Arretierstellung in Richtung einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung bewegen, können eingespart werden. Ferner können Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart werden, indem das Bimetallelement einstückig mit dem Arretiermittel ausgeführt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Bime­ tallelement die Form eines gekrümmten Blechstreifens und er­ streckt sich in Längsrichtung hochkant zumindest teilweise in Umfangsrichtung in einem radialen Abstand zu einem Schaft, wo­ bei der Abstand zum Schaft durch Beheizen des Bimetallelements veränderbar ist. Durch die Krümmung kann eine hohe Formstabili­ tät in axialer Richtung, quer zur Längsrichtung des Bimetalle­ lements erreicht werden, wodurch das Bimetallelement besonders vorteilhaft als Arretiermittel genutzt werden kann. Das Bime­ tallelement kann ein mit dem Gaswechselventil bewegtes Bauteil vorteilhaft über einen größeren Bereich abstützen, beispiels­ weise eine Federauflage, einen Schaft, den Anker usw., wodurch Kippmomente vollständig vermieden werden können. Ferner kann das Bimetallelement in der Form eines Blechstreifens besonders platzsparend in den Aktuator integriert werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthal­ ten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinn­ vollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Aktuator,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 1 mit einer Arretiervorrichtung in Arretierstellung, die beheizbare Bimetallelemente aufweist,

Fig. 4 einen Ausschnitt eines Aktuators nach Fig. 3 mit geöff­ neter Arretiervorrichtung und

Fig. 5 einen Ausschnitt des Aktuators nach Fig. 3 schräg von oben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator 27 zum Betätigen eines Gaswechselventils 5 für eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt. Der Aktuator 27 besitzt einen Öffnungsmagneten 28 und einen Schließmagneten 26, zwischen denen ein Anker 29 koaxial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 29 wirkt über einen Ankerschaft 30 auf einen Ventilschaft 31. Ferner wirkt auf den Ventilschaft 31 ein Federsystem mit einer oberen, in Öffnungsrichtung 6 wirkenden Ventilfeder 8 und einer unteren, in Schließrichtung 7 wirkenden Ventilfeder 9. Die in Öffnungs­ richtung 6 wirkende Ventilfeder 8 ist auf der dem Gaswechsel­ ventil 5 abgewandten Seite des Schließmagneten 26 angeordnet, stützt sich an einem Deckel 32 ab und wirkt über eine Federauf­ lage 10 auf einen Federschaft 4, der mit einer Stirnseite 33 auf eine Stirnseite 34 des Ankerschafts 30 wirkt. Die in Schließrichtung 7 wirkende Ventilfeder 9 ist auf der dem Gas­ wechselventil 5 zugewandten Seite des Öffnungsmagneten 28 ange­ ordnet, stützt sich über einen Ring 35 an einem Zylinderkopf 36 ab und wirkt über eine Federauflage 11 in Schließrichtung 7 auf den Ventilschaft 31.

Ferner besitzt der Aktuator 27 eine Arretiervorrichtung 16, über die mit einem Arretiermittel 1 das Gaswechselventil 5 in seiner Schließstellung arretierbar ist (Fig. 1 und 2). In der Schließstellung greift das Arretiermittel 1 in der Arretier­ stellung erfindungsgemäß formschlüssig in eine Nut 37 am Feder­ schaft 4. Das Arretiermittel 1 wird von einem in einer Feder­ schaftführung 17 gelagerten Schieber gebildet, der einen Stößel 38 und einen Anker 39 aufweist. In der Federschaftführung 17 ist ferner ein Elektromagnet 12 gelagert, über den der Schieber betätigbar ist.

Vor dem Start der Brennkraftmaschine befindet sich das Gaswech­ selventil 5 in seiner Schließstellung und die Arretiervorrich­ tung 16 in ihrer Arretierstellung, bei der der Stößel 38 form­ schlüssig in die Nut 37 greift. Beim Start der Brennkraftma­ schine wird in einem ersten Schritt, der Schließmagnet 26 akti­ viert. Eine durch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfe­ der 8 verursachte Klemmwirkung zwischen dem Federschaft 4 und dem Stößel 38 des Arretiermittels 1 wird aufgehoben. Anschlie­ ßend wird in einem zweiten Schritt der Elektromagnet 12 der Ar­ retiervorrichtung 16 aktiviert. Der Elektromagnet 12 wirkt auf den Anker 39 des Schiebers und verschiebt diesen in Richtung 15 einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung 16 entgegen der Kraft einer nicht näher dargestellten Feder. Der Stößel 38 wird aus der Nut 37 gezogen und die Arretiervorrichtung 16 entrie­ gelt.

Ist durch die Brennkraftmaschine ein ausreichender Öldruck auf­ gebaut, wird der Schieber über eine hydraulische Stelleinheit 14 über den Öldruck der Brennkraftmaschine in geöffneter Stel­ lung der Arretiervorrichtung 16 gehalten. Der Elektromagnet 12 wird stromlos geschaltet, wodurch Energie eingespart wird.

Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird der Schließmagnet 26 aktiviert und das Gaswechselventil 5 in seiner Schließstel­ lung gehalten. Der Öldruck der Brennkraftmaschine fällt ab. Der Schieber der Arretiervorrichtung 16 wird entlastet und wird durch die Federkraft der nicht näher dargestellten Feder in Richtung 13 der Arretierstellung verschoben. Der Stößel 38 greift formschlüssig in die Nut 37 des Federschafts 4 und bloc­ kiert dadurch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8. Anschließend wird der Schließmagnet 26 des Aktuators 27 strom­ los geschaltet.

Im abgeschalteten Zustand der Brennkraftmaschine hält die in Schließrichtung 7 wirkende Ventilfeder 9 das Gaswechselventil 5 geschlossen, das sich an einem Ventilsitzring 40 in Schließ­ richtung 7 abstützt. Indem die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8 durch die Arretiervorrichtung 16 blockiert ist, wird eine Belastung eines zwischen dem Ankerschaft 30 und dem Ventilschaft 31 angeordneten hydraulischen Spielausgleichsele­ ments 41 durch die Ventilfedern 8, 9 bei abgeschalteter Brenn­ kraftmaschine vermieden. Ein Absinken des Spielausgleichsele­ ments 41 wird verhindert.

In Fig. 3, 4 und 5 sind Ausschnitte einer Variante nach Fig. 1 mit einer Arretiervorrichtung 22 dargestellt, die zwei beheiz­ bare Bimetallelemente 18, 19 aufweist. Im wesentlichen gleich­ bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugs­ zeichen beziffert.

Die Bimetallelemente 18, 19 besitzen die Form gekrümmter Blech­ streifen und erstrecken sich in Längsrichtung hochkant jeweils mit einem radialen Abstand 23 in Umfangsrichtung eines Feder­ schafts 25 (Fig. 3 und 5). An einem Ende besitzen die Bimetal­ lelemente 18, 19 eine radiale Erstreckung 42, 43, über die die Bimetallelemente 18, 19 in einem Bauteil 44 befestigt sind, das auf der dem Gaswechselventil 5 abgewandten Seite des Schließma­ gneten 26 angeordnet ist. Im Bauteil 44 ist ferner über ein Stellgewinde 45 ein verstellbarer Deckel 24 gelagert, an dem die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8 abgestützt ist. Über den Deckel 24 kann der Fußpunkt der Ventilfeder 8 verstellt werden.

Fig. 3 zeigt das Gaswechselventil 5 in geschlossener Stellung und die Arretiervorrichtung 22 in Arretierstellung bei abge­ schalteter Brennkraftmaschine. Die Bimetallelemente 18, 19 bil­ den gleichzeitig Arretiermittel 2, 3, die an der Federauflage 10 formschlüssig angreifen und die in Öffnungsrichtung 6 wir­ kende Ventilfeder 8 blockieren. Beim Start der Brennkraftma­ schine wird in einem ersten Schritt der Schließmagnet 26 akti­ viert. Eine durch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfe­ der 8 verursachte Klemmwirkung zwischen der Federauflage 10 und den Bimetallelementen 18, 19 bzw. Arretiermitteln 2, 3 wird aufgehoben. Die Bimetallelemente 18, 19 werden durch eine inne­ re Spannkraft mit ihren freien Enden radial nach außen, in Richtung 21 einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung 22 geschwenkt und durch die innere Spannkraft gegen das Bauteil 44 gedrückt (Fig. 4). Die Federauflage 10 kann sich anschließend radial innerhalb der Bimetallelemente 18, 19 frei in axialer Richtung 6, 7 bewegen.

Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird in einem ersten Schritt der Schließmagnet 26 aktiviert und das Gaswechselventil 5 in seiner Schließstellung gehalten. In einem zweiten Schritt werden die Bimetallelemente 18, 19 beheizt, wodurch diese, mit ihren freien Enden radial nach innen, in Richtung 20 der Arre­ tierstellung unter die Federauflage 10 schwenken. Um sicher zu stellen, daß während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Bimetallelemente 18, 19 durch ihre innere Spannkraft sicher am Bauteil 44 fixiert sind, liegt die Temperatur, bei der die Bi­ metallelement 18, 19 in Richtung 20 der Arretierstellung schwenken, weit über der Betriebstemperatur der Brennkraftma­ schine.

Sind die Bimetallelemente in Richtung 20 der Arretierstellung verschoben, wird der Schließmagnet 26 stromlos geschaltet. Die Federauflage 10 wird auf den Bimetallelementen 18, 19 in Öff­ nungsrichtung 6 abgestützt. Die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8 wird blockiert und das Gaswechselventil 5 in sei­ ner Schließstellung fixiert. Durch die Spannkraft der Ventilfe­ der 8 werden die Bimetallelemente 18, 19 kraftschlüssig in ra­ dialer Richtung 20, 21 über einen Klemmsitz zwischen der Feder­ auflage 10 und dem Schließmagneten 26 sicher fixiert. Die Be­ heizung der Bimetallelemente 18, 19 kann abgeschaltet werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, die auf einen axial verschiebbaren Anker wirken, der direkt oder über einen Ankerschaft auf einen Ventilschaft wirkt, und mit einem Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder aufweist die direkt, über einen Federschaft und/oder über den Anker­ schaft auf den Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt und den Anker bei unbestromten Magneten in einer Gleichgewichtslage hält, und mit einer Arretiervorrichtung, über die mit zumindest einem Arretiermittel das Gaswechselventil in seiner Schließ­ stellung arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (1) in einer Arretierstellung am Anker­ schaft, am Ventilschaft und/oder am Federschaft (4) form- und/oder kraftschlüssig angreift.

2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (2, 3) in einer Arretierstellung an ei­ ner in der Schließstellung des Gaswechselventils (5) in Öff­ nungsrichtung (6) wirkenden Ventilfeder oder an deren bewegten Federauflage (10) form- und/oder kraftschlüssig angreift.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (1) über zumindest einen Elektromagneten (12) elektromagnetisch betätigbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (1) durch eine Federkraft in Richtung (13) der Arretierstellung belastet ist und entgegen der Feder­ kraft über eine hydraulische Stelleinheit (14) belastbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Stelleinheit (14) über einen Öldruck der Brennkraftmaschine versorgt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung (15) einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung (16) belastet ist und über einen Elektromagneten (12) und/oder hydraulisch, pneumatisch oder elektrochemisch entgegen der Federkraft in Richtung (13) der Arretierstellung verschiebbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (1) als Schieber ausgebildet und in ei­ ner Schaftführung (17) gelagert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaftführung (17) ein Elektromagnet (12) zur Betä­ tigung des Schiebers angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Arretiermittel von zumindest zwei Aktuatoren über eine gemeinsame Anlenkvorrichtung mit einem gemeinsamen Elektromagneten betätigbar sind.

10. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (2, 3) durch zumindest ein beheizbares Bimetallelement (18, 19) betätigbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beheizen des Bimetallelements (18, 19) das Arretier­ mittel (2, 3) in Richtung (20) der Arretierstellung und durch die Spannkraft des abgekühlten Bimetallelements (18, 19) das Arretiermittel (2, 3) in Richtung (21) der Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung (22) bewegbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (18, 19) und das Arretiermittel (2, 3) einstückig ausgeführt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (18, 19) die Form eines gekrümmten Blechstreifens aufweist und sich in Längsrichtung hochkant zu­ mindest teilweise in Umfangsrichtung in einem radialen Abstand (23) zu einem Schaft (25) erstreckt, wobei der Abstand (23) durch Beheizen des Bimetallelements (18, 19) veränderbar ist.

14. Verfahren zum Betätigen einer Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretiermittel (1) beim Start der Brennkraftmaschine entgegen einer Federkraft über einen Elektromagneten (12) ent­ riegelt und sobald durch die Brennkraftmaschine ein ausreichen­ der Öldruck aufgebaut ist, das Arretiermittel (1) durch eine hydraulische Stelleinheit (14) über den Öldruck der Brennkraft­ maschine in geöffneter Stellung der Arretiervorrichtung (16) gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß bevor der Elektromagnet (12) der Arretiervorrichtung (16) aktiviert wird der Schließmagnet (26) aktiviert wird.