DE10259557A1

DE10259557A1 - Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils

Info

Publication number: DE10259557A1
Application number: DE10259557A
Authority: DE
Inventors: Armin Gebauer; Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Heiko Dipl.-Ing. Möckel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils (27) einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen Einheit (35, 36), über die ein mit dem Gaswechselventil (27) in Wirkverbindung stehender Anker (13, 14) zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung (15, 16) verstellbar ist, und mit einem auf das Gaswechselventil (27) wirkenden Federmechanismus (10, 11). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Federmechanismus (10, 11) über einer Wegstrecke des Ankers (13, 14) zwischen den Endstellungen (15, 16) eine Kennlinie (17, 18) aufweist, die in zumindest einem Bereich vor wenigstens einer der beiden Endstellungen (15, 16) einen Kennliniensprung (19 bis 22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Druckschrift US 6 176 208 ist ein gattungsbildender Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen Einheit und einem auf das Gaswechselventil wirkenden Federmechanismus mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Öffnungsfeder und einer in Schließrichtung wirkenden Schließfeder bekannt. Die Öffnungsfeder und die Schließfeder werden von Schraubendruckfedern gebildet. Über die einen Schließmagneten und einen Öffnungsmagneten umfassende elektromagnetische Einheit ist ein mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehender Anker zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung verstellbar.

Um den Anker vor den Endstellungen abzubremsen, ist zu der Schließfeder eine erste Zusatzfeder und zu der Öffnungsfeder eine zweite Zusatzfeder in Reihe geschaltet. Die Zusatzfedern werden ebenfalls von Schraubendruckfedern gebildet und weisen eine kleinere freie Länge auf als die Schließ- und Öffnungsfedern. Die erste, der Schließfeder zugeordnete Zusatzfeder kommt erst kurz vor einer Öffnungsstellung des Gaswechselventils mit einem Federteller der Schließfeder in Anlage, wird anschließend komprimiert und bremst dadurch die Bewegung insbesondere des Ankers vor dem Auftreffen auf einer Polfläche des Öffnungsmagneten ab. Die zweite, der Öffnungsfeder zugeordnete Zusatzfeder kommt erst kurz vor einer Schließstellung des Gaswechselventils mit einem Topfboden in Anlage, wird anschließend komprimiert und bremst dadurch die Bewegung insbesondere des Ankers vor dem Auftreffen auf einer Polfläche des Schließmagneten ab.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator mit vereinfachter Regel- und Steuerbarkeit bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen Einheit, über die ein mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehender Anker zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung verstellbar ist, und mit einem auf das Gaswechselventil wirkenden Federmechanismus.

Es wird vorgeschlagen, dass der Federmechanismus über einer Wegstrecke des Ankers zwischen den Endstellungen eine Kennlinie aufweist, die in zumindest einem Bereich vor wenigstens einer der beiden Endstellungen einen Kennliniensprung aufweist. Durch den Federmechanismus mit der speziellen Kennlinie mit dem Kennliniensprung kann der Anker vor der betreffenden Endstellung vorteilhaft auf eine kleine Geschwindigkeit oder zum Stillstand abgebremst und anschließend kontrolliert mit kleiner Geschwindigkeit in seine Endstellung geführt werden. Geräusche können reduziert und Verschleiß kann minimiert werden. Eine Regelung auf eine niedrige Aufsetzgeschwindigkeit ist nur über einen kleinen Wegbereich erforderlich, und die Geschwindigkeit des Ankers zu Beginn des Regelprozesses, d.h. beim Kennliniensprung, ist klein oder besonders vorteilhaft gleich Null, wodurch insbesondere eine einfache Regelung und Steuerung erreicht werden kann. Ferner kann in einer Gleichgewichtslage des Federmechanismus eine flachere Federkennlinie gegenüber herkömmlichen Aktuatoren mit einem Federmechanismus ohne Kennliniensprung und dadurch ein vereinfachtes Anschwingen des Aktuators erreicht werden.

Konstruktiv einfach kann der Kennliniensprung erreicht werden, wenn der Federmechanismus eine Anschlageinheit aufweist, über die wenigstens ein erstes Federmittel in einer zumindest vom Anker wirkungsmäßig entkoppelten, vorgespannten Stellung haltbar ist. Grundsätzlich sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Mechanismen denkbar, beispielsweise könnte der Federmechanismus zusätzlich mit einer den Kennliniensprung verursachenden Hydraulikeinheit ausgeführt sein usw. Ferner können die Federmittel verschiedenartig ausgestaltet sein, beispielsweise als Tellerfeder, Schraubendruckfeder, Luftdruckfeder usw.

Das Gaswechselventil bzw. der Anker kann im Bereich vor einer Endstellung mit dem vorgespannten Federmittel gekoppelt werden, oder die Anschlageinheit kann vorteilhaft das erste Federmittel in einer vorgespannten Stellung desselben zumindest vom Anker vor einer Endstellung wirkungsmäßig entkoppeln, in Richtung der der Anker über das erste Federmittel belastbar ist. Der Anker kann sowohl vor der einer Öffnungsstellung zugeordneten Endstellung und/oder besonders vorteilhaft vor der einer Schließstellung zugeordneten Endstellung, bei der aufgrund des Aufsetzens des Gaswechselventils in seinem Ventilsitz der Regelaufwand und die Geräuschentwicklung überwiegt, erfindungsgemäß abgebremst werden. Wird mittels der Anschlageinheit das erste Federmittel vor einer Endstellung entkoppelt, kann insbesondere bei Aktuatoren mit einem Schwenkanker das vorgespannte Federmittel platzsparend, mit geringem konstruktiven Aufwand integriert werden.

Ferner kann vorteilhaft auf bestehende Konzepte zurückgegriffen werden, wenn das erste Federmittel zu wenigstens einem zweiten Federmittel in Reihe geschaltet ist. Wird jedoch auf ein zum ersten Federmittel in Reihe geschalteten zweiten Federmittel verzichtet, können zusätzliche Bauteile, Bauraum, Montageaufwand und Kosten eingespart werden.

Ferner können Bauteile, Bauraum und Kosten eingespart werden, indem ein Betätigungsmittel des zweiten Federmittels zumin dest teilweise einstückig mit einem Betätigungsmittel des ersten Federmittels ausgeführt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Federmechanismus über wenigstens ein Einstellmittel einstellbar ist, wodurch Toleranzen ausgeglichen und der Aktuator flexibel auf vorliegende Gegebenheiten eingestellt werden kann, und zwar insbesondere, wenn das erste und das zweite Federmittel getrennt einstellbar ausgeführt sind.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Anker in einer Stellung des Kennliniensprungs über eine Steuer- und/oder Regeleinheit haltbar ist, wodurch vorteilhaft ein Teilhub des Gaswechselventils während des Betriebs desselben erreichbar ist. Das Gaswechselventil kann bei kleiner Teillast insbesondere anstatt über eine besonders kurze Zeit vollständig über eine längere Zeit nur teilweise geöffnet werden, wodurch ein Verbrennungsprozess optimiert und der Energieverbrauch reduziert werden kann. Anstatt das Gaswechselventil ausgehend von seiner Schließstellung nur um einen kleinen Teilhub zu öffnen, ist grundsätzlich auch denkbar, das Gaswechselventil ausgehend von seiner Öffnungsstellung nur um einen kleinen Teilhub zu schließen.

Als besonders vorteilhaft stellte sich heraus, wenn der Anker in einer Stellung des Kennliniensprungs in Richtung der näherliegenden Endstellung einen Abstand zwischen 0,2 mm und 3,5 mm aufweist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch einen ersten Aktuator,
2 eine Federkennlinie einer Öffnungsfeder eines Federmechanismus des Aktuators aus 1,
3 eine Federkennlinie einer zur Öffnungsfeder in Reihe geschalteten, vorgespannten Schraubendruckfeder,
4 eine resultierende Federkennlinie der Öffnungsfeder und der in Reihe geschalteten, vorgespannten Schraubendruckfeder,
5 eine Federkennlinie einer Schließfeder des Federmechanismus des Aktuators aus 1,
6 eine Federkennlinie einer zur Schließfeder in Reihe geschalteten, vorgespannten Schraubendruckfeder,
7 eine resultierende Federkennlinie der Schließfeder und der in Reihe geschalteten, vorgespannten Schraubendruckfeder,
8 eine resultierende Federkennlinie des Federmechanismus des Aktuators aus 1,
9 eine resultierende Federkennlinie eines alternativen Federmechanismus und
10 einen alternativen Aktuator mit einem Schwenkanker.
1 zeigt einen schematisch dargestellten Längsschnitt durch einen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils 27 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Der Aktuator umfasst eine elektromagnetische Einheit mit einem Schließmagneten 35 und einem Öffnungsmagneten 36, zwischen deren Polflächen ein mit dem Gaswechselventil 27 gekoppelter, translatorisch verschiebbarer Anker 13 zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung 15, 16 verstellbar ist. Ferner umfasst der Aktuator einen Federmechanismus 10, der erfindungsgemäß über einer Wegstrecke s des Ankers 13 zwischen den Endstellungen 15, 16 eine Federkennlinie 17 aufweist, die in zwei Bereichen, und zwar jeweils vor den beiden Endstellungen 15, 16, einen Kennliniensprung 19, 20 aufweist. In 8 ist die Federkennlinie 17 dargestellt, wobei eine resultierende Federkraft F des Federmechanismus 10 über der Wegstrecke s des Ankers 13 aufgetragen ist.
Der Federmechanismus 10 umfasst eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Öffnungsfeder 28, die oberhalb des Schließmagneten 35 angeordnet ist, mit einem dem Gaswechselventil 27 abgewandten ersten Ende an einem Deckelteil 37 abgestützt ist und mit einem dem Gaswechselventil 27 zugewandten zweiten Ende in Öffnungsrichtung auf einen mit dem Gaswechselventil 27 und dem Anker 13 gekoppelten Federteller 38 wirkt. Eine über der Wegstrecke s des Ankers 13 aufgetragene Federkennlinie 41 der Öffnungsfeder 28 ist in 2 dargestellt.
Im radial inneren Bereich der Öffnungsfeder 28 ist ein topfförmiges Bauteil 39 angeordnet, das einen ersten Teil einer Anschlageinheit des Federmechanismus 10 bildet und das mit seinem Bodenteil am Deckelteil 37 befestigt ist. Innerhalb des topfförmigen Bauteils 39 ist eine vorgespannte, zur Öffnungsfeder 28 in Reihe geschaltete Schraubendruckfeder 23 angeordnet, die mit einem dem Gaswechselventil 27 abgewandten ersten Ende am Bodenteil des topfförmigen Bauteils 39 abgestützt ist und in Richtung Gaswechselventil 27 mit einem zweiten Ende auf einen im topfförmigen Bauteil 39 axial verschiebbaren Federteller 40 wirkt, der in der dargestellten Öffnungsstellung des Gaswechselventils 27 an einem radial nach innen weisenden Bund des topfförmigen Bauteils 39 abgestützt ist . Eine über der Wegstrecke s des Ankers 13 aufgetragene Federkennlinie 42 der Schraubendruckfeder 23 ist in
3 dargestellt. Eine aus den Federkennlinien 41, 42 resultierende Federkennlinie 43 ist in 4 dargestellt.
Ferner umfasst der Federmechanismus 10 eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder 29, die unterhalb des Öffnungsmagneten 36 angeordnet, mit einem dem Öffnungsmagneten 36 abgewandten ersten Ende an einem Zylinderkopf 54 der Brennkraftmaschine abgestützt ist und mit einem dem Öffnungsmagneten 36 zugewandten zweiten Ende in Schließrichtung auf einen mit dem Gaswechselventil 27 und dem Anker 13 gekoppelten Federteller 44 wirkt. Eine über der Wegstrecke s des Ankers 13 aufgetragene Federkennlinie 45 der Schließfeder 29 ist in 5 dargestellt.
Im radial inneren Bereich der Schließfeder 29 ist ein im Wesentlichen topfförmiges Bauteil 46 angeordnet, das einen zweiten Teil der Anschlageinheit des Federmechanismus 10 bildet und das mit seinem Bodenteil am Zylinderkopf 54 befestigt ist, wobei das Bodenteil von einem Ventilschaft 50 des Gaswechselventils 27 durchsetzt ist. Innerhalb des topfförmigen Bauteils 46 ist eine vorgespannte, zur Schließfeder 29 in Reihe geschaltete Schraubendruckfeder 24 angeordnet, die mit einem dem Öffnungsmagneten 36 abgewandten ersten Ende am Bodenteil des topfförmigen Bauteils 46 abgestützt ist und mit einem zweiten Ende in Richtung dem Öffnungsmagneten 36 auf einen im topfförmigen Bauteil 39 translatorisch verschiebbar gelagerten Federteller 47 wirkt, der in der dargestellten Stellung an einem Absatz 52 des Ventilschafts 50 abgestützt ist. In einer Schließstellung des Gaswechselventils 27 ist der Federteller 47 an einem radial nach innen weisenden Bund des topfförmigen Bauteils 46 abgestützt. Eine über der Wegstrecke s des Ankers 13 aufgetragene Federkennlinie 48 der Schraubendruckfeder 24 ist in 6 dargestellt. Eine aus den Federkennlinien 45, 48 resultierende Federkennlinie 49 ist in 7 dargestellt. Über die Anschlageinheit sind die Schraubendruckfedern 23, 24 jeweils in einer vom Gaswechselventil 27 und vom Anker 13 wirkungsmäßig entkoppelten, vorgespannten Stellung haltbar.
Wird der Aktuator beim Start aktiviert, wird entweder der Schließmagnet 35 oder der Öffnungsmagnet 36 kurzzeitig übererregt oder der Anker 13 mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, um aus seiner Gleichgewichtslage 51 angezogen zu werden. In der dargestellten Öffnungsstellung befindet sich der Anker 13 in seiner Endstellung 16, liegt an der Polfläche des Öffnungsmagneten 36 an und wird von diesem gehalten. Die Schließfeder 29 und die Schraubendruckfeder 24 sind maximal gespannt. Um das Gaswechselventil 27 zu schließen, wird der Öffnungsmagnet 36 ausgeschaltet und der Schließmagnet 35 eingeschaltet. Die jeweils in Schließrichtung wirkende Schließfeder 29 und die Schraubendruckfeder 24 beschleunigen den Anker 13 in Richtung seiner Endstellung 15 bzw. das Gaswechselventil 27 in seine Schließstellung, wobei die Öffnungsfeder 28 zusammengedrückt und dadurch gespannt wird. Nach einem Hub von ca. 1,5 mm in Schließrichtung kommt der Ventilschaft 50 mit seiner in Schließrichtung weisenden Stirnseite 58 mit dem Federteller 40 in Anlage, die in Öffnungsrichtung wirkende Federkraft steigt aufgrund der Vorspannung der Schraubendruckfeder 23 abrupt an, wodurch der Kennliniensprung 19 entsteht, d.h. ein in 8 senkrechter Kennlinienverlauf (8). Darauffolgend werden der Anker 13 und das Gaswechselventil 27 durch die Federkräfte der Schraubendruckfedern 24, 29 über ihre Gleichgewichtslage 51 in Schließrichtung beschleunigt. Bei einem Abstand von ca. 1,5 mm zwischen dem Anker 13 und der Polfläche des Schließmagneten 35 wird die Schraubendruckfeder 24 durch das topfförmige Bauteil 46 wirkungsmäßig vom Gaswechselventil 27 und vom Anker 13 entkoppelt, die in Schließrichtung wirkende Federkraft fällt abrupt ab, wodurch der Kennliniensprung 20 entsteht, d.h. ein in 8 senkrechter Kennlinienverlauf. Der Anker 13 sowie das Gaswechselventil 27 werden dabei bis zum Stillstand abgebremst. Anschließend wird der Anker 13 über den Schließmagneten 35 geregelt in seine Endstellung 15 und das Gaswechselventil 27 in seine Schließstellung gezogen. Der Anker 13 liegt an der Polfläche des Schließmagneten 35 an und wird von diesem gehalten.
Die Öffnungsfeder 28 und die Schraubendruckfeder 23 sind maximal gespannt, und das Gaswechselventil 27 ist geschlossen. Um das Gaswechselventil 27 zu öffnen, wird der Schließmagnet 35 ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet 36 eingeschaltet. Die jeweils in Öffnungsrichtung wirkende Öffnungsfeder 28 und die Schraubendruckfeder 23 beschleunigen den Anker 13 in Richtung seiner Endstellung 16 bzw. das Gaswechselventil 27 in seine Öffnungsstellung, wobei die Schließfeder 29 zusammengedrückt und dadurch gespannt wird. Nach einem Hub von ca. 1,5 mm in Öffnungsrichtung kommt der Absatz 52 des Ventilschafts 50 mit dem Federteller 47 in Anlage, die in Schließrichtung wirkende Federkraft steigt aufgrund der Vorspannung der Schraubendruckfeder 24 abrupt an, wodurch der Kennliniensprung 20 entsteht. Sollte nur ein Teilhub des Gaswechselventils 27 realisiert werden, kann das Gaswechselventil 27 bzw. kann der Anker 13 in der Stellung, in der der Kennliniensprung 19 auftritt, mit einer gezielten Bestromung des Schließmagneten 35 über eine nicht näher dargestellte Regeleinheit gehalten und anschließend nach einer bestimmten Zeit wieder in seine Endstellung 15 geregelt gezogen werden.
Sollte ein gesamter Hub des Gaswechselventils 27 realisiert werden, bleibt der Schließmagnet 35 abgeschaltet. Der Anker 13 und das Gaswechselventil 27 werden durch die Federkräfte der Schraubendruckfedern 23, 28 über ihre Gleichgewichtslage 51 in Öffnungsrichtung beschleunigt. Bei einem Abstand von ca. 1,5 mm zwischen dem Anker 13 und der Polfläche des Öffnungsmagneten 36 wird die Schraubendruckfeder 23 durch das topfförmige Bauteil 39 wirkungsmäßig vom Gaswechselventil 27 und vom Anker 13 entkoppelt, die in Öffnungsrichtung wirkende Federkraft fällt abrupt ab, wodurch der Kennliniensprung 19 entsteht. Der Anker 13 sowie das Gaswechselventil 27 werden dabei bis zum Stillstand abgebremst. Anschließend wird der Anker 13 über den Öffnungsmagneten 36 geregelt in seine Endstellung 16 und das Gaswechselventil 27 in seine Öffnungsstellung gezogen. Der Anker 13 liegt an der Polfläche des Öffnungsmagneten 36 an und wird von diesem gehalten.
In 9 ist eine Federkennlinie 18 eines alternativen Federmechanismus dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen sind in der Beschreibung im Wesentlichen gleiche Bauteile und Merkmale grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 8 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 8.
Der Federmechanismus mit der Federkennlinie 18 unterscheidet sich gegenüber dem Federmechanismus 10 aus 1 dadurch, dass auf Schraubendruckfedern verzichtet wurde, die den Schraubendruckfedern 28, 29 entsprechen. Ansonsten stimmt der Federmechanismus mit der Federkennlinie 18 mit dem Federmechanismus 10 überein. Die Federkennlinie 18 unterscheidet sich von der Federkennlinie 17 durch einen flacheren Verlauf über einer Wegstrecke s eines Ankers zwischen dessen zwei Endstellungen 15, 16, insbesondere im Bereich um eine Gleichgewichtslage 51, sowie durch größere Kennliniensprünge 21, 22.
In 10 ist ein alternativer Aktuator mit einem Schwenkanker 14 dargestellt. Der Aktuator umfasst eine elektromagnetische Einheit mit einem Schließmagneten 35 und einem Öffnungsmagneten 36, zwischen deren Polflächen der mit einem Gaswechselventil 27 gekoppelter, schwenkbar gelagerter Schwenkanker 14 zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung 15, 16' verstellbar ist. Ferner umfasst der Aktuator einen Federmechanismus 11, der erfindungsgemäß über einer Wegstrecke s des Schwenkankers 14 zwischen den Endstellungen 15, 16' eine Federkennlinie aufweist, die in einem Bereich vor der Endstellung 15 einen Kennliniensprung aufweist.
Der Federmechanismus 11 umfasst eine als Drehstabfeder ausgebildete Öffnungsfeder 53, die in einem Schwenklager des Schwenkankers 14 integriert ist. Ferner umfasst der Federmechanismus 11 eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder 30, die seitlich neben dem Öffnungsmagneten 36 angeordnet ist, mit einem dem Schwenkanker 14 abgewandten ersten Ende über eine Unterlegscheibe 34 und über einen Bund 57 eines im Wesentlichen hülsenförmigen Bauteils 55 an einem Zylinderkopf 56 abgestützt ist und mit einem dem Schwenkanker 14 zugewandten zweiten Ende in Schließrichtung auf einen mit dem Gaswechselventil 27 gekoppelten bzw. an einem Ventilschaft 50 befestigten Federteller 32 wirkt. Im radial inneren Bereich der Schließfeder 30 ist das im Wesentlichen hülsenförmige Bauteil 55 angeordnet, das eine Anschlageinheit des Federmechanismus 11 bildet und mit seinem radial nach außen weisenden Bund 57 im Wesentlichen über die Spannkraft der Schließfeder 30 auf dem Zylinderkopf 56 fixiert ist. Innerhalb des hülsenförmigen Bauteils 55 ist eine vorgespannte, zur Schließfeder 30 in Reihe geschaltete Schraubendruckfeder 25 angeordnet, die mit einem dem Schwenkanker 14 abgewandten ersten Ende über eine Unterlegscheibe 33 und über eine Ankerschaftführung 26 am Zylinderkopf 56 abgestützt ist und mit einem zweiten Ende in Richtung dem Schwenkanker 14 auf einen im hülsenförmigen Bauteil 55 translatorisch verschiebbar gelagerten Federteller 31 wirkt, der in der dargestellten Schließstellung des Gaswechselventils 27 in Schließrichtung an einem radial nach innen weisenden Bund des hülsenförmigen Bauteils 55 abgestützt ist. Über die Anschlageinheit ist die Schraubendruckfeder 25 in einer vom Gaswechselventil 27 wirkungsmäßig entkoppelten, vorgespannten Stellung gehalten.
Die Unterlegscheiben 33, 34 stellen Einstellmittel dar, über die die Schraubendruckfedern 25, 30 getrennt voneinander einstellbar sind.
Zusätzlich zu der Schließfeder 30 könnte auch zu der als Drehstabfeder ausgeführten Öffnungsfeder 53 ein Federmittel in Reihe geschaltet sein, beispielsweise eine Schraubendruckfeder und/oder eine Drehstabfeder, die ebenfalls durch eine Anschlageinheit in einer vorgespannten Stellung haltbar ist. Ferner könnte bei dem in 1 dargestellten Aktuator insbe sondere entsprechend dem Ausführungsbeispiel in 10 auf die Schraubendruckfeder 23 verzichtet werden.
Wird der Aktuator beim Start aktiviert, wird entweder der Schließmagnet 35 oder der Öffnungsmagnet 36 kurzzeitig übererregt oder der Schwenkanker 14 mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, um aus seiner Gleichgewichtslage angezogen zu werden. In der dargestellten Schließstellung befindet sich der Schwenkanker 14 in seiner Endstellung 15, liegt an der Polfläche des Schließmagneten 35 an und wird von diesem gehalten. Die Öffnungsfeder 53 ist maximal gespannt. Um das Gaswechselventil 27 zu öffnen, wird der Schließmagnet 35 ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet 36 eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Öffnungsfeder 53 beschleunigt den Schwenkanker 14 in Richtung seiner Endstellung 16' bzw. das Gaswechselventil 27 in seine Öffnungsstellung, wobei die Schließfeder 30 zusammengedrückt und dadurch gespannt wird. Nach einem Hub des Gaswechselventils 27 von ca. 1,5 mm in Öffnungsrichtung kommt der Federteller 32 mit seiner in die vom Schwenkanker 14 abgewandte Richtungweisenden Stirnseite 12 mit dem Federteller 31 in Anlage, die in Schließrichtung wirkende Federkraft steigt aufgrund der Vorspannung der Schraubendruckfeder 25 abrupt an, wodurch ein Kennliniensprung entsteht. Der ein Betätigungsmittel der Schließfeder 30 bildende Federteller 31 ist damit einstückig mit einem Betätigungsmittel der Schraubendruckfeder 25 ausgeführt bzw. wird zur Betätigung der Schraubendruckfeder 25 genutzt.
Sollte nur ein Teilhub des Gaswechselventils 27 realisiert werden, kann das Gaswechselventil 27 bzw. kann der Schwenkanker 14 in der Stellung, in der der Kennliniensprung auftritt, mit einer gezielten Bestromung des Schließmagneten 35 über eine nicht näher dargestellte Regeleinheit gehalten und anschließend nach einer bestimmten Zeit wieder in seine Endstellung 15 geregelt gezogen werden.
Sollte ein gesamter Hub des Gaswechselventils 27 realisiert werden, bleibt der Schließmagnet 35 abgeschaltet. Der Schwenkanker 14 und das Gaswechselventil 27 werden durch die Federkraft der Öffnungsfeder 53 über ihre Gleichgewichtslage in Öffnungsrichtung beschleunigt. Der Schwenkanker 14 schlägt auf der Polfläche des Öffnungsmagneten 36 auf und wird von diesem gehalten.
Um das Gaswechselventil 27 zu schließen, wird der Öffnungsmagnet 36 ausgeschaltet und der Schließmagnet 35 eingeschaltet. Die jeweils in Schließrichtung wirkende Schließfeder 30 und die Schraubendruckfeder 25 beschleunigen den Schwenkanker 14 in Richtung seiner Endstellung 15 bzw. das Gaswechselventil 27 in seine Schließstellung, wobei die Öffnungsfeder 53 verdreht und dadurch gespannt wird. Der Schwenkanker 14 und das Gaswechselventil 27 werden durch die Federkräfte der Schraubendruckfedern 25, 30 über ihre Gleichgewichtslage in Schließrichtung beschleunigt. Bei einem Abstand von ca. 1,5 mm zwischen dem Schwenkanker 14 und der Polfläche des Schließmagneten 35 wird die Schraubendruckfeder 25 durch das hülsenförmige Bauteil 55 wirkungsmäßig vom Gaswechselventil 27 und vom Schwenkanker 14 entkoppelt, die in Schließrichtung wirkende Federkraft fällt abrupt ab, wodurch ein Kennliniensprung entsteht. Der Schwenkanker 14 sowie das Gaswechselventil 27 werden dabei bis zum Stillstand abgebremst. Anschließend wird der Schwenkanker 14 über den Schließmagneten 35 geregelt in seine Endstellung 15 und das Gaswechselventil 27 in seine Schließstellung gezogen. Der Schwenkanker 14 liegt an der Polfläche des Schließmagneten 35 an und wird von diesem gehalten.

Claims

Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine mit einer elektromagnetischen Einheit, über die ein mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung stehender Anker zwischen einer ersten und einer zweiten Endstellung verstellbar ist, und mit einem auf das Gaswechselventil wirkenden Federmechanismus, dadurch gekennzeichnet , dass der Federmechanismus (10, 11) über einer Wegstrecke (s) des Ankers (13, 14) zwischen den Endstellungen (15, 16) eine Kennlinie (17, 18) aufweist, die in zumindest einem Bereich vor wenigstens einer der beiden Endstellungen (15, 16) einen Kennliniensprung (19, 20, 21, 22) aufweist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federmechanismus (10, 11) eine Anschlageinheit aufweist, über die wenigstens ein erstes Federmittel (23, 24, 25) in einer zumindest vom Anker (13, 14) wirkungsmäßig entkoppelten, vorgespannten Stellung haltbar ist.
Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlageinheit das erste Federmittel (23, 24, 25) in einer vorgespannten Stellung desselben zumindest vom Anker (13, 14) vor einer Endstellung (15, 16) wirkungsmäßig entkoppelt, in Richtung der der Anker (13, 14) über das erste Federmittel (23, 24, 25) belastbar ist.
Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federmittel (23, 24, 25) zu wenigstens einem zweiten Federmittel (28, 29, 30) in Reihe geschaltet ist.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungsmittel (32) des zweiten Federmittels (30) zumindest teilweise einstückig mit einem Betätigungsmittel des ersten Federmittels (25) ausgeführt ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federmechanismus (11) über wenigstens ein Einstellmittel (33, 34) einstellbar ist.
Aktuator zumindest nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Federmittel (25, 30) getrennt einstellbar ausgeführt sind.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13, 14) in einer Stellung des Kennliniensprungs (20, 22) über eine Steuer- und/oder Regeleinheit haltbar ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (13, 14) in einer Stellung des Kennliniensprungs (19, 20, 21, 22) in Richtung der näherliegenden Endstellung (15, 16) einen Abstand zwischen 0,2 mm und 3,5 mm aufweist.