DE102005006056A1

DE102005006056A1 - Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102005006056A1
Application number: DE102005006056A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Gregor; Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Tilmann Dipl.-Ing. Römheld; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-08-24
Also published as: JP2008530424A; WO2006084557A1; US20080006232A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine, wobei ein Element (5) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) vorgesehen ist, das von einem Elektromagneten (9) zumindest mittelbar beaufschlagt wird, dessen Spule (9a) und Joch (9b) mit einem mit dem Element (5) in Wirkverbindung stehenden Anker (10) zusammenwirken, indem der Anker (10) mindestens zwei Positionen einnehmen kann, und eine Vorrichtung hierzu. DOLLAR A Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche bei hoher Betriebssicherheit mit deutlich vermindertem elektrischem Energieverbrauch arbeiten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Anker (10) zusätzlich durch eine dauermagnetische Einrichtung (15) beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Eine derartige Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungshebel eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine ist aus der EP 0 833 041 A1 bekannt. Die Vorrichtung weist einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigten Elektromagneten auf, dessen Anker zwei Endpositionen einnehmen kann. Der Anker betätigt ein auf den Schwenkhebel wirkendes Verriegelungselement. Zur Betätigung des Verriegelungselementes muss der Elektromagnet ständig bestromt werden, wodurch ein unnötig hoher elektrischer Energieverbrauch entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche bei hoher Betriebssicherheit mit deutlich vermindertem elektrischem Energieverbrauch arbeiten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einer Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Anker zusätzlich durch eine dauermagnetische Kraft beaufschlagbar ist. Dies führt dazu, dass der Anker mindestens eine seiner durch eine vorangegangene Bestromung des Elektromagneten eingenommenen Positionen nach Abschalten der Bestromung durch die dauermagnetische Wirkung beibehält, wodurch der Elektromagnet nicht ständig bestromt werden muss.

Vorteilhafterweise verlässt der Anker seine beibehaltene Position durch eine erneute Bestromung des Elektromagneten mit umgekehrter Polarisation, was nur einen kurzen Stromimpuls benötigt.

Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass die dauermagnetische Kraft durch den Anker aufbringbar ist, der durch eine vorangegangene Bestromung aufmagnetisiert wurde. Somit wird eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine mit geringem Stromverbrauch geschaffen.

Vorteilhafterweise wird die dauermagnetische Kraft durch einen Permanentmagneten aufgebracht, der im magnetischen Kreis insbesondere im Anker angeordnet ist, wodurch ein stabiler Zustand in einer Position über einen langen Zeitraum gewährleistet ist.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung zusätzlich eine Rückstellfeder zur Beaufschlagung des Ankers auf, welche den Anker ohne Einsatz von elektrischer Energie bewegt.

Vorteilhafterweise ist in Abhängigkeit der Bestromung des Elektromagneten in mindestens einer Position die dauermagnetische Kraft größer als die Kraft der Rückstellfeder, wodurch eine stabile Lage des Ankers sichergestellt ist, und in mindestens einer Position die dauermagnetische Kraft kleiner als die Kraft der Rückstellfeder, wodurch eine zuverlässige Bewegung des Ankers ermöglicht wird.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, und zwar zeigen:
1 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung, die ein Element zur Koppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil einwirkenden Betätigungselementen eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine aufweist, wobei das Element von einem Elektromagneten beaufschlagt wird, der mit einem mit dem Element in Wirkverbindung stehenden Anker zusammenwirkt,
2 einen Schnitt durch die Vorrichtung, wobei sich der Anker in einer ersten Position befindet, und
3 einen Schnitt durch die Vorrichtung, wobei sich der Anker in einer zweiten Position befindet.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil 1 einwirkenden Betätigungselementen 2, 3 eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine, wobei als Betätigungselemente 2, 3 Nockenwellenversteller, Nockenwellen, Ausgleichselemente, Abstützelemente oder Nockenfolger, wie beispielsweise Betätigungshebel oder Tassenstößel, vorgesehen sein können. In den nachfolgenden Figuren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit schaltbaren Betätigungshebeln 2, 3 offenbart.
1 zeigt Teile des Ventiltriebes zur Betätigung des mindestens einen Gaswechselventiles 1 der Brennkraftmaschine mit einem Innenhebel 2 und einem Außenhebel 3. Der Innenhebel 2 ist mit seinem ersten Ende um eine Achse 4 schwenkbar gelagert, wobei sich die Achse 4 am Außenhebel 3 abstützt, und stützt sich mit seinem zweiten Ende im Verriegelungsfall auf einem Element 5 der Vorrichtung zur Koppelung von Innenhebel 2 und Außenhebel 2 ab. Im Entriegelungsfall wirkt der Innenhebel 2 auf eine Leerhubfeder 14.
Der Außenhebel 3 weist zwei beispielsweise mit Nockengleitflächen 6 versehene Arme 7 auf, die von mindestens einem Nocken 18 mit kleinem Hub beaufschlagbar sind. Die Arme 7 des Außenhebels 3 umgeben den Innenhebel 2, der von mindestens einem Nocken 17 mit großem Hub betätigbar ist. An einem Ende ist der Außenhebel 3 zumindest mittelbar auf einem Bauteil 8 der Brennkraftmaschine abgestützt, wobei es sich bei dem Bauteil 8 um ein Ventilspielausgleichselement, ein Gehäuseteil der Brennkraftmaschine oder eine Lagerstelle handeln kann. Am anderen Ende beaufschlagt er das Gaswechselventil 1.
Das System besteht also aus zwei Hebeln, dem Außenhebel 3, der sich im vorliegenden Fall am hydraulischen Ventilspielausgleichselement 8 abstützt und auf den Ventilschaft 1a des zu betätigenden Gaswechselventils 1 wirkt, und dem Innenhebel 2, der auf dem Außenhebel 3 gelagert ist.
Um das Gaswechselventil 1 wahlweise auch über den Innenhebel 2 oder nur über den Außenhebel 3 betätigen zu können und somit unterschiedliche Ventilhübe zu erreichen, ist das Element 5 vorgesehen. Das Element 5 ist von einem Elektromagneten 9 in einer Verriegelungsrichtung 12 und einer Entriegelungsrichtung 13 beaufschlagbar, der aus einer Spule 9a, einem Joch 9b und einem Anker 10 besteht. Der Anker 10 steht mit dem Element 5 in Wirkverbindung, d.h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anker 10 mit dem Element 5 verbunden. Das Element 5 ist zusätzlich von einem Federelement 11 in der Verriegelungsrichtung 12 beaufschlagt. Hierdurch ist das Element 5 durch das Federelement 11 und/oder den Anker 10 des Elektromagneten 9 in Verriegelungsrichtung 12 verschiebbar und von dem als Rückholelement wirkenden Anker 10 in Entriegelungsrichtung 13 verschiebbar.
Um eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei hoher Betriebssicherheit mit deutlich vermindertem elektrischem Energieverbrauch arbeitet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine dauermagnetische Einrichtung 15 zur Beaufschlagung des Ankers 10 aufweist. Im vorliegenden Beispiel ist die dauermagnetische Einrichtung 15 ein Bestandteil des Ankers 10, welcher ansonsten aus nicht dauermagnetischem Werkstoff gefertigt ist, oder die dauermagnetische Kraft wird durch den Anker 10 aufgebracht, der durch eine vorangegangene Bestromung aufmagnetisiert wurde.
2 zeigt das Element 5 der Vorrichtung in Verriegelungsposition. Der Elektromagnet 9 ist stromlos geschaltet, wodurch das Federelement 11 den Anker 10 in Verriegelungsrichtung 12 mindestens teilweise aus dem Elektromagneten 9 schiebt bis das Element 5 an einem Anschlag 16 anliegt, der vorzugsweise am Außenhebel 3 angebracht ist. Diese Position ist ohne Bestromung des Elektromagneten 9 stabil, da die Kraft des Federelementes 11 größer als die auf Grund des großen Abstandes zwischen dem Anker 10 und dem Joch 9b verminderte Wirkung der dauermagnetischen Einrichtung 15 ist. Hierdurch ist der Innenhebel 2 mit dem Außenhebel 3 kraftschlüssig verbunden, d.h. der Nocken 17 mit großem Hub beaufschlagt über den Innenhebel 2 den Außenhebel 3, welcher dann das Gaswechselventil 1 betätigt, wobei der Nocken 18 mit kleinem Hub ins Leere läuft.
3 zeigt das Element 5 der Vorrichtung in Entriegelungsposition. Zur Entriegelung der Betätigungselemente 2, 3 wird der Elektromagnet 9 kurzzeitig bestromt, wodurch der Anker 10 in eine vom Joch 9b gebildete Ausnehmung 19 gezogen wird.
Dadurch zieht der Anker 10 das mit ihm verbundene Element 5 gegen den Widerstand des Federelementes 11 unter dem Innenhebel 2 weg. Hiermit wird der Innenhebel 2 deaktiviert, d.h. der Nocken 18 mit kleinem Hub beaufschlagt den Außenhebel 3, der dann das Gaswechselventil 1 betätigt, wobei der Innenhebel 2, der vom Nocken 17 mit großem Hub beaufschlagt wird, lediglich eine schwingende Leerbewegung auf dem Außenhebel 3 ausführt.
Wie bereits oben erwähnt wird der Anker 10 durch kurzzeitige Bestromung des Elektromagneten 9 in die Ausnehmung 19 gezogen. Wegen des kleinen Abstandes zwischen dem Anker 10 und der Ausnehmung 19 ist die Wirkung der dauermagnetischen Einrichtung 15 größer als die Kraft des Federelementes 11 weshalb auch ohne Bestromung des Elektromagneten 9 der Anker 10 in dieser Position bleibt, wodurch sich ein deutlich verminderter elektrischer Energieverbrauch ableitet.
Um in die in 2 dargestellte Verriegelungsposition zu kommen, wird der Elektromagnet 9 kurzzeitig mit umgekehrter Polarität bestromt.

Claims

Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine, wobei ein Element (5) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) vorgesehen ist, das von einem Elektromagneten (9) zumindest mittelbar beaufschlagt wird, dessen Spule (9a) und Joch (9b) mit einem mit dem Element (5) in Wirkverbindung stehenden Anker (10) zusammenwirken, indem der Anker (10) mindestens zwei Positionen einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) zusätzlich durch eine dauermagnetische Einrichtung (15) beaufschlagbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) mindestens eine seiner durch eine vorangegangene Bestromung des Elektromagneten (9) eingenommenen Positionen nach Abschalten der Bestromung durch die dauermagnetische Wirkung beibehält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (10) seine beibehaltene Position nach erneuter Bestromung des Elektromagneten (9) verlässt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erneute Bestromung des Elektromagneten (9) mit umgekehrter Polarität erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetische Kraft durch den Anker (10) aufgebracht wird, der durch eine vorangegangene Bestromung aufmagnetisiert wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetische Kraft durch eine dauermagnetische Einrichtung (15) aufgebracht wird.
Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes einer einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein Element (5) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) vorsieht, das von einem Elektromagneten (9) zumindest mittelbar beaufschlagt wird, dessen Spule (9a) und Joch (9b) mit einem mit dem Element (5) in Wirkverbindung stehenden Anker (10) zusammenwirken, indem der Anker (10) mindestens zwei Positionen einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine dauermagnetische Einrichtung (15) zur Beaufschlagung des Ankers (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich ein Federelement (11) zur Beaufschlagung des Ankers (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Position des Ankers (10) die dauermagnetische Kraft größer als die Kraft des Federelementes (11) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Position des Ankers (10) die dauermagnetische Kraft kleiner als die Kraft des Federelementes (11) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetische Kraft durch eine dauermagnetische Einrichtung (15) aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dauermagnetische Kraft durch den aufmagnetisierten Anker (10) aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Betätigungselement um einen Nockenwellenversteller, ein Abstützelement, ein Ausgleichselement, einen Nockenfolger (2, 3) oder eine Nockenwelle handelt.