DE19515028A1 - Ventilantriebsvorrichtung zum Antrieb einer Ventileinrichtung mit einer hohen Spannung durch Reihenschaltung zweier Spannungsquellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilantriebsvorrichtung zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, und insbesondere eine Ventilantriebsvorrichtung mit einem linearen elektro­ magnetischen Betätigungsglied zum Antrieb eines Ventilkörpers durch Erzeugung einer einem zugeführten Strom entsprechenden magnetischen Kraft.

Es ist eine elektromagnetische Ventilantriebsvorrichtung bekannt, bei der der Ventilkörper eines Einlaß- oder Auslaßventils einer Brennkraftmaschine mittels einer durch ein Solenoid bzw. eine Magnetspule erzeugte elektro­ magnetische Anziehungskraft angetrieben wird. Eine derartige Ventilantriebseinrichtung kann einen üblicherweise im Stand der Technik benutzten Nockenwellenmechanismus zum Antrieb des Ventilkörpers ersetzen. Desweiteren kann eine Öffnungs- und Schließzeit des Ventilkörpers beliebig geändert werden, so daß eine ideale Öffnungs- und Schließzeit in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine verwirklicht werden kann.

Zur Sicherstellung eines guten Ansprechverhaltens der elektromagnetisch angetriebenen Ventileinrichtung ist es wichtig, ein sehr starkes Magnetfeld durch Zuführung eines hohen Stroms zur Magnetspule zu erzeugen.

Eine auf den Ventilkörper ausgeübte Anziehungskraft durch das mittels der Magnetspule erzeugte Magnetfeld ist jedoch nicht nur abhängig von der Stärke des Magnetfelds, sondern abhängig von der jeweiligen Lage des Ventilkörpers relativ zur Magnetspule. Dabei wird eine größere Anziehungskraft auf den Ventilkörper ausgeübt, wenn sich der Ventilkörper in der Magnetspule bewegt, da sich der magnetische Widerstand bzw. die Reluktanz des um den Ventilkörper angeordneten magnetischen Kreises vermindert.

Infolgedessen ist es ausreichend, lediglich ein kleines Magnetfeld zu erzeugen zum Festhalten des Ventilkörpers am Ende des Zyklusses bzw. Hubs des Ventilkörpers. Infolge dessen ist auch nur ein relativ kleiner Strom zur Magnetspule ausreichend, den Ventilkörper am Ende seines Hubs festzuhalten. Zur Verminderung der Leistungsaufnahme ist es daher wünschenswert, der Magnetspule keinen großen Strom zuzuführen.

Aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 5-318 672 ist eine Ventileinrichtung bekannt, bei der der Magnetspule in der Anfangsphase eines Hubs des Ventilkörpers ein großer Strom zugeführt wird, und ein zu großer Strom am Ende des Hubs unterdrückt wird. Diese Ventileinrichtung nutzt dabei die Entladung eines Kondensators, der mit einer hohen, mittels eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzers (DC-DC-Umsetzer) gebildeten Spannung geladen wird. Die hohe, von dem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer erzeugte Spannung wird der Magnetspule während der Anfangsphase des Hubs zugeführt, so daß in diesem Falle der Ventilkörper mit einem guten Ansprechverhalten angesteuert wird. Bewegt sich danach der Ventilkörper innerhalb der Magnetspule, dann sinkt der Entladestrom des Kondensators ab, wodurch eine Leistungs­ ersparnis erzielt wird.

Da jedoch in der vorstehend beschriebenen Ventileinrichtung die für ein gutes Ansprechverhalten des Ventils erforderliche hohe Spannung mittels eines teueren Gleichspannungs- Gleichspannungs-Umsetzers erzeugt wird, tritt das Problem auf, daß die Kosten zur Herstellung der Ventileinrichtung ansteigen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und eine Ventilantriebsvorrichtung derart auszugestalten, daß eine zusätzliche elektrische Spannungs­ versorgung neben der elektrischen Hauptspannungsversorgung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei die zusätzliche elektrische Spannungsversorgung mit der elektrischen Hauptspannungsversorgung in Reihe geschaltet werden kann zur Versorgung einer in der Ventil­ antriebsvorrichtung verwendeten Magnetspule mit einer hohen Spannung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ventilantriebsvorrichtung zum Antrieb einer elektro­ magnetischen Ventileinrichtung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit einer ersten elektrischen Spannungsversorgung zur Versorgung der vorhandenen elektrischen/elektronischen Einrichtungen, einem Wechsel­ stromgenerator zur Versorgung der ersten elektrischen Spannungsversorgung mit einem elektrischen Strom und einem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied zum Hin- und Herbewegen eines Ventilkörpers einer elektromagnetischen Ventileinrichtung zum Öffnen oder Schließen der elektromagnetischen Ventileinrichtung, gekennzeichnet durch eine zweite, getrennt von der ersten Spannungsversorgung vorgesehene elektrische Spannungsversorgung, und eine Spannungsversorgungs-Schalteinrichtung zum Umschalten der dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied zuzuführenden Spannung zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung, wobei die hohe Spannung durch eine Reihenschaltung der ersten elektrischen Spannungsversorgung und der zweiten elektrischen Spannungsversorgung erzeugt wird, und die niedrige Spannung von jeweils einer der ersten elektrischen Spannungsversorgung und der zweiten elektrischen Spannungs­ versorgung erzeugt wird.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die zweite elektrische Spannungsversorgung mit der ersten elektrischen Spannungs­ versorgung in Reihe geschaltet, wenn ein Hub des Ventilkörpers beginnt. Der Magnetspule wird hierbei eine hohe Spannung zur Bewegung des Ventilkörpers gegen Ende des Hubs zugeführt. Sodann wird jeweils eine der ersten elektrischen Spannungsversorgung oder der zweiten elektrischen Spannungs­ versorgung von der Magnetspule abgeschaltet, so daß die Magnetspule lediglich von entweder der ersten elektrischen Spannungsversorgung oder der zweiten elektrischen Spannungsversorgung mit einer verminderten Spannung betrieben wird und somit eine verminderte Leistungsaufnahme der Magnetspule auf einfache Weise mit der vorliegenden Ventilantriebsvorrichtung erzielt wird.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des grundsätzlichen Aufbaus der Ventilantriebsvorrichtung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung der Ventilantriebsvor­ richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines linearen elektromagneti­ schen Betätigungsglieds der Ventilantriebsvor­ richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Kennlinie des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung des Ablaufs zum Schalten der dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied der Ventilantriebsvorrichtung zuzuführenden Spannung,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Prozesses zum Schalten der dem in der Ventilantriebsvorrich­ tung verwendeten linearen elektromagnetischen Betätigungsglied zuzuführenden Spannung,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung eines weiteren Ablaufs zum Schalten der dem in der Ventilantriebs­ vorrichtung verwendeten linearen elektromagneti­ schen Betätigungsglied zuzuführenden Spannung, und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung des Ablaufs zum Schalten einer Verbindung zwischen einem Wechsel­ stromgenerator und elektrischen Spannungsversor­ gungen gemäß Fig. 2.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Ventilantriebsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Ventilantriebsvorrichtung wird im allgemeinen zum Antrieb einer Ventileinrichtung von Brennkraftmaschinen verwendet.

Die in Fig. 1 gezeigte Ventilantriebsvorrichtung umfaßt eine erste elektrische Spannungsversorgung M1, ein lineares elektromagnetisches Betätigungsglied M2, eine zweite elektrische Spannungsversorgung M3 und eine Spannungsversorgungs-Schalteinrichtung M4. Die erste elektrische Spannungsversorgung M1 wird im allgemeinen zur Spannungs-/Stromversorgung von weiteren elektrischen Bauteilen der Brennkraftmaschine verwendet, bei der die Ventilantriebsvorrichtung vorgesehen ist. Das lineare elektromagnetische Betätigungsglied M2 erzeugt eine elektromagnetische Kraft in Abhängigkeit von einem zugeführten Strom zur Öffnung oder Schließung der Ventileinrichtung. Die zweite elektrische Spannungsversorgung M3 ist unabhängig von der ersten elektrischen Spannungsversorgung M1 vorgesehen. Die Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung M4 schaltet eine Verbindung zwischen dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 und der ersten und zweiten elektrischen Stromversorgung M1 und M3 einerseits in einen Zustand, in dem die erste und die zweite elektrische Stromversorgung M1 und M3 in Reihe mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 verbunden sind, und andererseits in einen Zustand, in dem entweder die erste oder zweite elektrische Spannungsversorgung M1 oder M3 mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 verbunden ist. Wenn die erste und zweite elektrische Spannungsversorgung M1 und M3 in Reihenschaltung mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 verbunden sind, wird dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 eine hohe Spannung zugeführt, so daß eine große elektromagnetische Kraft im linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 gebildet wird. Wird jedoch demgegenüber die erste oder die zweite elektrische Spannungsversorgung M1 oder M3 mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 verbunden, so wird dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 eine niedrige Spannung zugeführt, so daß eine kleine elektromagnetische Kraft in dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 gebildet wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Ventilantriebsvorrichtung weist ferner eine Ladeschalteinrichtung M6 auf zum selektiven Schalten einer Verbindung zwischen einem Wechselstromgenerator M5 (Lichtmaschine) zur Erzeugung einer elektrischen Ladeleistung zu jeweils einer der ersten oder zweiten elektrischen Spannungsversorgung M1 oder M3. Dabei ist der Wechselstromgenerator M5 ursprünglich zur Ladung der ersten elektrischen Spannungsversorgung M1 vorgesehen. In entsprechender Weise schaltet die Ladeschalteinrichtung M6 die Verbindung des Wechselstromgenerators M5 mit der ersten elektrischen Spannungsversorgung M1 zur zweiten elektrischen Spannungsversorgung M3 jedesmal um, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Wert erreicht. Nachdem die zweite elektrische Spannungsversorgung M3 ausreichend geladen ist, wird die Verbindung des Wechselstromgenerators M5 zurück zur ersten elektrischen Spannungsversorgung M1 geschaltet. Auf diese Weise werden sowohl die erste als auch die zweite elektrische Spannungsversorgung M1 und M3 in einem ausreichenden Ladezustand gehalten.

Nachstehend wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Ventilantriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung der Ventilantriebsvorrichtung gemäß Fig. 1. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Ventilantriebsvorrichtung gemäß Fig. 2 in einer Brennkraftmaschine mit einem 12 V-System einschließlich verschiedener elektronischer Steuerungs­ einheiten, Sensoren und Betätigungsglieder für den Betrieb an einer 12 V-Batterie vorgesehen ist.

In Fig. 2 dient eine erste Batterie 10 in Form einer wiederaufladbaren 12 V-Batterie, die der ersten elektrischen Spannungsversorgung M1 entspricht, als reguläre Leistungs­ versorgung eines 12 V-Systems 12 der Brennkraftmaschine. Der negative Pol der Batterie 10 ist zusammen mit dem Masseanschluß des 12 V-Systems 12 und dem Masseanschluß des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds 30, das dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied M2 entspricht, mit Masse verbunden. Demgegenüber ist der positive Pol der ersten Batterie 10 mit dem negativen Pol einer zweiten Batterie 14 verbunden, die der zweiten elektrischen Spannungsversorgung M3 entspricht.

Die zweite Batterie 14 umfaßt eine wiederaufladbare 12 V-Batterie und dient der Versorgung des linearen elektro­ magnetischen Betätigungsglieds 30. Ein positiver Pol der zweiten Batterie 14 ist mit einem positiven Anschluß 30a des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds 30 über einen ersten Schalter 16 verbunden. Somit sind die erste Batterie 10 und die zweite Batterie 14 über den ersten Schalter 16 in Reihe mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 verbunden.

Ferner ist ein positiver Pol der ersten Batterie 10 über einen zweiten Schalter 18 mit dem positiven Anschluß 30a des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds 30 verbunden. Wird der zweite Schalter 18 geschlossen, dann wird ein geschlossener Stromkreis gebildet und somit eine zwischen dem negativen und positiven Pol der ersten Batterie 10 liegende Spannung dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt.

Ein positiver Pol der zweiten Batterie 14 ist über einen dritten Schalter 20 mit einem positiven Anschluß 22a des Wechselstromgenerators 22, der dem Wechselstromgenerator M5 entspricht, verbunden. Der positive Anschluß 22a ist über einen vierten Schalter 24 mit dem negativen Pol der zweiten Batterie 14 verbunden. Ferner ist ein negativer Anschluß 22b des Wechselstromgenerators 22 mit einem zwei Kontakte 26a und 26b aufweisenden fünften Schalter 26 verbunden, wobei über diesen fünften Schalter 26 der negative Anschluß 22b des Wechselstromgenerators 22 mit entweder dem negativen Pol der ersten Batterie 10 oder dem negativen Pol der zweiten Batterie 14 verbunden wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Wechselstromgenerator 22 ein bekannter 12 V-Generator ist, der einen erforderlichen Gleichstrom unter Verwendung einer Antriebskraft der Brennkraftmaschine erzeugt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei einem geschlossenen vierten Schalter 24, einem geöffneten dritten Schalter 20 und einem auf den Kontakt 26b geschalteten fünften Schalter 26 der Wechselstromgenerator 22 mit der ersten Batterie 10 verbunden. Wird demgegenüber der dritte Schalter 20 geschlossen während der vierte Schalter 24 geöffnet und der fünfte Schalter 26 auf den Kontakt 26a geschaltet ist, dann wird der Wechselstromgenerator 22 mit der zweiten Batterie 14 verbunden.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 die mittels der vorstehend beschriebenen Ventilantriebsvorrichtung ange­ triebene elektromagnetische Ventileinrichtung beschrieben. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des linearen elektro­ magnetischen Betätigungsglieds 30, wie es in der Ventilantriebsvorrichtung gemäß Fig. 2 Verwendung findet, in einem Zustand, in welchem die elektromagnetische Ventil­ einrichtung an einem Zylinderkopf 34 einer Brennkraftmaschine angebracht ist.

In Fig. 3 ist ein Ventilkörper 32 in einer Öffnung in einem Zustand vorgesehen, bei welchem dessen eines Ende im Innern des Brennraums 36 angeordnet ist. Ein Ventilsitz 39 für den Ventilkörper 32 ist an einem Ende der Öffnung 38 vorgesehen, so daß die Öffnung 38 in Abhängigkeit von der Hin- und Herbewegung des Ventilkörpers 32 geöffnet oder geschlossen wird.

Der Ventilkörper 32 wird von einem Ventilschaft 42 gehalten, der sich im Innern der Ventilführung 40 hin- und herbewegt. Ein Plungerkolben 44 aus magnetischem Material ist an einem Ende des Ventilschafts 42 angebracht. Der Plungerkolben 44 ist im allgemeinen scheibenförmig ausgeführt und in einem Raum zwischen einer ersten Spule 46 und einer zweiten Spule 48 angeordnet.

Die erste Spule 46 ist von einem Joch 50 umgeben, während die zweite Spule 48 von einem Joch 52 umgeben ist. Eine Schraubenfeder 54 ist im Innern des Jochs 50 und eine Schraubenfeder 56 ist im Innern des Jochs 52 angeordnet. Ein Ende der Schraubenfeder 54 ist an einem Anschlag 58 und das andere Ende an dem Plungerkolben 44 befestigt. Ein Ende der Schraubenfeder 56 ist an dem Joch 52 und das andere Ende am Plungerkolben 44 befestigt. Auf diese Weise steht der Plungerkolben 44 durch die Druckkräfte der Schraubenfedern 54 und 56 mit entgegengesetzten Richtungen unter Druck, so daß der Plungerkolben 44 in einer Lage angeordnet ist, bei der die durch die beiden Schraubenfedern 54 und 56 ausgeübten Druckkräfte ausgeglichen sind. Befindet sich der Plungerkolben 44 in der ausgeglichenen Lage, so befindet sich der Ventilkörper 32 in der neutralen Lage seines Hubs.

Da der Plungerkolben 44 aus magnetischem Material gebildet ist, wird er durch die erste Magnetspule angezogen und bewegt sich in Richtung der ersten Magnetspule 46, wenn der ersten Magnetspule 46 ein Strom zur Bildung eines Magnetfelds um die erste Magnetspule 46 zugeführt wird. Wird demgegenüber der zweiten Magnetspule 48 zur Bildung eines Magnetfelds um die zweite Magnetspule 48 ein Strom zugeführt, so wird der Plungerkolben 44 durch die zweite Magnetspule 48 angezogen und bewegt sich in Richtung der zweiten Magnetspule 48. Wird entsprechend ein passender Strom wechselweise der ersten oder zweiten Magnetspule 46 oder 48 zugeführt, dann bewegt sich der Plungerkolben 44 hin und her, wobei der am Plungerkolben 44 über dem Ventilschaft 42 befestigte Ventilkörper 32 hin- und herbewegt wird, so daß ein Umschalten zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand der elektromagnetischen Ventileinrichtung gemäß Fig. 3 erzielt wird.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung der Kennlinie des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds 30 gemäß Fig. 3. Die horizontale Achse der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 stellt die Versetzung x des Plungerkolbens 44 dar, während die vertikale Achse die auf den Plungerkolben 44 wirkende Kraft repräsentiert. Die auf den Plungerkolben 44 wirkenden Kräfte umfassen Anziehungskräfte, die von der ersten oder zweiten Magnetspule 46 oder 48 aufgebracht werden, sowie durch die erste und zweite Schraubenfeder 54 und 56 gebildete Druckkräfte.

In Fig. 4 bezeichnet eine durchgezogene Linie I eine Druckkraft, die von der ersten und zweiten Schraubenfeder 54 und 56 auf den Plungerkolben 44 wirkt. Die auf den Plungerkolben 44 ausgeübte Druckkraft steigt linear an, wenn der Plungerkolben 44 aus der neutralen Position in Richtung eines Endes des Hubs läuft. Somit wird die mittels der durchgezogenen Linie I angezeigte Druckkraft auf den Plungerkolben 44 in Abhängigkeit von der Versetzung x ausgeübt. Zur Bewegung des Ventilkörpers 32 aus der neutralen Lage zu einer obersten Lage durch die erste Magnetspule 46, wobei in der obersten Lage die elektromagnetische Ventileinrichtung geschlossen ist, und zum Halten desselben in der obersten Lage muß der Plungerkolben 44 durch eine entsprechend der durchgezogenen Linie II angezeigte Anziehungskraft angezogen werden, wobei diese Anziehungskraft ständig die mit der durchgezogenen Linie I angezeigten Druckkräfte übersteigen muß. Die gleichen Verhältnisse treten auf, wenn der Ventilkörper 32 zu einer untersten Lage mittels der zweiten Magnetspule 48 bewegt wird.

Wird ein der ersten Magnetspule 46 zugeführter Strom abgeschaltet, während sich der Plungerkolben 44 in seiner obersten Lage befindet, dann wird sich der Plungerkolben 44 in Richtung der zweiten Magnetspule entsprechend einer freien Beweglichkeit infolge der in der ersten Schraubenfeder 54 gespeicherten Rückführungsenergie bewegen. Infolge von Reibungsverlusten, die durch den Ventilschaft 42 und die Ventilführung 40 erzeugt werden, kann sich der Plungerkolben 44 nur bis zu einer Lage bewegen, die ein Abstand dx vor dem entgegengesetzten Ende des Hubs gemäß Fig. 4 liegt. Wird somit der Plungerkolben aus der obersten Lage freigegeben, so kann er die unterste Lage nicht erreichen. Die graphische Darstellung in Fig. 4 zeigt lediglich die Hälfte des möglichen Hubs, d. h. von der neutralen zur obersten Lage.

Um nun entsprechend ein freies Pendeln, d. h. eine Bewegung des Plungerkolbens 44 in Richtung des entgegengesetzten Endes zu ermöglichen, muß dem Plungerkolben 44 eine dem Energieverlust wie dem mechanischen Verlust infolge von Reibung äquivalente Energie zugeführt werden, indem eine Anziehungskraft durch die zweite Magnetspule 48 aufgebracht wird. In diesem Falle ist eine Anziehungskraft, wie sie mittels der durchgezogenen Linie III in Fig. 4 angezeigt ist, ausreichend, um den Plungerkolben 44 nach unten in die unterste Lage zu bewegen. Dabei kann die Anziehungskraft kleiner als die mittels der durchgezogenen Linie II in Fig. 4 angezeigte Anziehungskraft sein, die als Anziehungskraft auf den Plungerkolben 44 wirken muß, wenn dieser anfänglich aus der neutralen Lage bewegt wird.

Wird im einzelnen eine Anziehungskraft, wie sie mittels der durchgezogenen Linie III in Fig. 4 angezeigt ist auf den Plungerkolben 44 ausgeübt, bevor dieser eine Lage mit einem Abstand dx vor der obersten Lage und der untersten Lage erreicht, dann kann der Plungerkolben 44 und damit auch der Ventilkörper 32 zwischen der obersten Lage und der untersten Lage bewegt werden, nachdem der Plungerkolben 44 anfänglich entweder die oberste Lage oder die unterste Lage infolge der Anziehungskraft gemäß der ausgezogenen Linie II in Fig. 4 erreicht hat. Es ist somit vorteilhaft, mittels der ersten und zweiten Magnetspule 46 und 48 zwei verschiedene Anziehungskräfte zu erzeugen, eine entsprechend der durchgezogenen Linie II und die andere entsprechend der durchgezogenen Linie III. Dies wird erreicht durch Anlegen zweier verschiedener Spannungspegel an die erste und zweite Magnetspule 46 und 48.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß der Ventilkörper 32 für eine vorgegebene Zeitdauer in seiner geöffneten Lage und in seiner geschlossenen Lage gehalten wird, da die elektromagnetische Ventileinrichtung in Verbindung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil bildet. Zum Festhalten des Plungerkolbens 44 in der obersten oder untersten Lage ist eine weitere kleine Anziehungskraft wie in Fig. 4 mittels der durchgezogenen Linie IV angezeigt, ausreichend. Kann entsprechend der Pegel der der ersten und zweiten Magnetspule 46 und 48 zugeführten Spannung auf einen niedrigen Pegel geändert werden, während der Ventilkörper 32 in einer offenen oder geschlossenen Lage gehalten wird, dann kann die Leistungsaufnahme durch die beiden Magnetspulen weiter vermindert werden.

Wird in der vorstehend beschriebenen Ventilantriebs­ vorrichtung gemäß Fig. 2 der erste Schalter 16 geschlossen und der zweite Schalter 18 geöffnet, dann werden die erste Batterie 10 und die zweite Batterie 14 in Reihe mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 verbunden, so daß eine Spannung von 24 V dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird. Wird demgegenüber der erste Schalter 16 geöffnet und der zweite Schalter 18 geschlossen, dann wird lediglich die erste Batterie 10 mit dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 verbunden, so daß dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 eine Spannung von 12 V zugeführt wird.

Somit kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ventilantriebsvorrichtung die Antriebsspannung für das lineare elektromagnetische Betätigungsglied 30 auf 12 V oder 24 V ohne Verwendung eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Um­ setzers geschaltet werden. Wird somit die Spannung in angemessener Weise in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine geschaltet, dann kann das lineare elektromagnetische Betätigungsglied 30 mit einer guten Ansprechempfindlichkeit und bei verminderter Leistungsaufnahme betrieben werden.

Der erste und zweite Schalter 16 und 18 entsprechen hierbei der Spannungsversorgungs-Schalteinrichtung M4. Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel die niedrige Spannung von der ersten Batterie 10 bereitgestellt wird, kann die niedrige Spannung auch von der zweiten Batterie 14 anstelle der ersten Batterie 10 bereitgestellt werden.

Nachstehend wird der Ablauf des Schaltens einer Verbindung der Batterien gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Steuerung des Ablaufs zum Schalten kann mittels eines Computers erfolgen, der zur Steuerung des 12 V-Systems 12 der Brennkraftmaschine verwendet wird.

Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm für einen Ablauf zur Schaltung der dem linearen elektromagnetischen Betätigungs­ glied 30 zugeführten Spannung in Abhängigkeit davon, ob die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. In Schritt 100 wird bestimmt, ob die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Wird erkannt, daß die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, dann geht das Programm zu Schritt 102 über, in dem der erste Schalter 16 ausgeschaltet und der zweite Schalter 18 eingeschaltet wird, so daß die niedrigere Spannung von 12 V dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird. Wird jedoch in Schritt 100 bestimmt, daß die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, dann geht das Programm zu Schritt 104 über, in welchem der erste Schalter 16 eingeschaltet und der zweite Schalter 18 ausgeschaltet wird, so daß die höhere Spannung von 24 V dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs zum Schalten der dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführten Spannung in Abhängigkeit davon, ob die Brennkraftmaschine in einer Startphase betrieben wird. Somit basiert dieses Beispiel auf der Bedingung, ob der Plungerkolben 44 anfänglich aus der neutralen Lage bewegt wird. In Schritt 200 wird bestimmt, ob die Brennkraftmaschine in der Startphase betrieben wird. Wird bestimmt, daß die Brennkraftmaschine nicht in der Startphase betrieben wird, d. h. wird somit bestimmt, daß die Brennkraftmaschine bereits gestartet wurde und die niedrigere Spannung ausreichend ist zur Aufrechterhaltung des Betriebs der elektromagnetischen Ventileinrichtung, dann geht das Programm zu Schritt 202 über, in welchem der erste Schalter 16 ausgeschaltet und der zweite Schalter 18 eingeschaltet wird, so daß die niedrigere Spannung von 12 V dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird. Wird in Schritt 200 bestimmt, daß die Brennkraftmaschine in der Startphase betrieben wird und somit eine höhere Spannung für den Betrieb der elektromagnetischen Ventileinrichtung erforderlich ist, dann geht das Programm zu Schritt 204 über, in welchem der erste Schalter 16 eingeschaltet und der zweite Schalter 18 ausgeschaltet wird, so daß die höhere Spannung von 24 V dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird.

Dieser Ablauf wird angewendet zum Schalten der Kennlinie der Anziehungskraft von derjenigen, die angegeben ist durch die durchgezogene Linie II zu derjenigen, die angegeben ist durch die durchgezogene Linie III in Fig. 4. Bei der Durchführung dieses Ablaufs wird eine gute Ansprechempfindlichkeit der elektromagnetischen Ventileinrichtung erzielt, während die Leistungsaufnahme nach dem Starten der Brennkraftmaschine vermindert wird.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs zum Schalten der dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführten Spannung in Abhängigkeit von der Bedingung, ob der Plungerkolben 44 in seiner obersten oder untersten Lage ist. Somit wird ein Schalten der Spannung durchgeführt in Abhängigkeit von der Bedingung, ob sich der Ventilkörper 32 an einem Ende seines Hubs befindet, da der Ventilkörper 32 am Plungerkolben 44 befestigt ist und sich somit zusammen mit dem Plungerkolben 44 bewegt. In Schritt 300 wird bestimmt, ob sich der Plungerkolben 44 in der obersten oder untersten Lage befindet. Wird bestimmt, daß der Plungerkolben 44 weder die oberste noch die unterste Lage eingenommen hat, dann geht das Programm zu Schritt 302 über, in welchem die niedrigere Spannung dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird. Wird in Schritt 300 bestimmt, daß der Plungerkolben 44 die oberste oder die unterste Lage eingenommen hat, dann geht das Programm zu Schritt 304 über, in welchem die höhere Spannung dem linearen elektro­ magnetischen Betätigungsglied 30 zugeführt wird.

Dieser Prozeß wird angewendet zum Schalten der Kennlinie der Anziehungskraft von derjenigen gemäß der durchgezogenen Linie III zu derjenigen gemäß der durchgezogenen Linie IV in Fig. 4. Bei der Durchführung dieses Ablaufs wird die Leistungsaufnahme des linearen elektromagnetischen Betäti­ gungsglieds vermindert, während sich die elektromagnetische Ventileinrichtung in einem geöffneten oder geschlossenen Zustand befindet.

Nachstehend wird der Ladevorgang der ersten Batterie 10 und der zweiten Batterie 14 beschrieben.

Die erste Batterie 10 dient als Spannungsquelle sowohl für das lineare elektromagnetische Betätigungsglied 30 als auch für andere elektrische/elektronische Teile der Brennkraftmaschine. Demgegenüber wird die zweite Batterie 14 ausschließlich für das lineare elektromagnetische Betätigungsglied 30 verwendet, so daß daher keine andere Last als die des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds mit ihr verbunden wird. Daher wird entsprechend die zweite Batterie 14 geringer pro Zeiteinheit entladen als die erste Batterie 10, so daß ein ausreichender Ladezustand ohne häufiges Laden aufrechterhalten werden kann. Daher wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die vom Wechselstrom­ generator 22 erzeugte elektrische Leistung, die ursprünglich zum Laden der ersten Batterie 10 vorgesehen ist, der zweiten Batterie 14 bei Bedarf zugeführt. Auf diese Weise können beide Batterien in einem angemessenen Ladezustand erhalten werden, ohne daß ein weiterer Wechselstromgenerator erforderlich wird.

Der Wechselstromgenerator 22 erzeugt eine elektrische Leistung, die der ersten Batterie 10 zugeführt wird, so daß die aus der ersten Batterie 10 entladene Leistung zur Verwendung für verschiedene elektrische/elektronische Teile nachgeladen werden kann, und wobei eine Spannung geringfügig höher als 12 V jederzeit durch den Wechselstromgenerator 22 erzeugt wird.

Wird der dritte Schalter 20 geöffnet und der vierte Schalter 24 geschlossen (Fig. 2) und wird ferner der fünfte Schalter 26 auf den Kontakt 26b geschaltet (wobei diese Bedingung als erste Betriebsart bezeichnet wird), dann fließt ein Ladestrom zur ersten Batterie 10. Wird demgegenüber der dritte Schalter 20 geschlossen und der vierte Schalter 24 geöffnet und der fünfte Schalter 26 auf den Kontakt 26a geschaltet (wobei diese Bedingung als zweite Betriebsart bezeichnet wird), dann fließt ein Ladestrom zur zweiten Batterie 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird somit die erste Batterie 10 regulär in der ersten Betriebsart geladen, während die zweite Batterie 14 nur dann geladen wird, wenn es erforderlich ist infolge einer Verminderung des Ladungsbetrags und durch zeitweiliges Schalten in die zweite Betriebsart.

Wird zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart umgeschaltet, so ist es wichtig, die Bedingung zu Vermeiden, in der 24 V an den Wechselstromgenerator angelegt werden. Dies kann erreicht werden, indem zuerst der fünfte Schalter 26 in eine neutrale Position geschaltet wird und danach andere Schalter betätigt werden.

Ein Ladezustand der zweiten Batterie 14 kann bestimmt werden durch Messung der Spannung über den Anschlußklemmen oder durch Messen einer der Batterie zugeführten oder entnommenen Stromsumme. Da ferner die zweite Batterie 14 ausschließlich für das lineare elektromagnetische Betätigungsglied 30 verwendet wird, kann der Ladezustand in Abhängigkeit von der Anzahl der Betätigungen des linearen elektromagnetischen Betätigungsglied 30 abgeschätzt werden, wobei eine aufsummierte Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine zugrunde gelegt wird.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Schalten einer Verbindung des Wechselstromgenerators 22 zur ersten oder zweiten Batterie 10 oder 14. Der Ablauf gemäß Fig. 8 entspricht der Spannungsversorgungs-Schalteinrichtung M6 gemäß Fig. 1.

In dem Ablauf gemäß Fig. 8 wird in Schritt 400 bestimmt, ob eine aufsummierte (akkumulierte) Anzahl N von Umdrehungen der Brennkraftmaschine gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert K ist. Wird bestimmt, daß N nicht gleich oder größer K ist, dann geht das Programm zu Schritt 402 über, in welchem die erste Betriebsart eingestellt wird. Daraufhin geht das Programm zu Schritt 404 über, bei welchem N erhöht wird, wonach das Programm beendet wird unter der Annahme, daß sich die zweite Batterie 14 noch in einem ausreichenden Ladezustand befindet, da N den Wert von K noch nicht erreicht hat.

Wird demgegenüber in Schritt 400 bestimmt, daß N gleich oder größer als K ist, dann wird angenommen, daß die Ladung in der zweiten Batterie 14 in erheblichem Umfang verbraucht wurde, so daß das Programm zu Schritt 406 übergeht, in welchem die zweite Betriebsart eingestellt wird zum Laden der zweiten Batterie 14. Danach wird in Schritt 408 bestimmt, ob der Ladevorgang der zweiten Batterie 14 beendet ist. Eine Bestimmung, daß der Ladevorgang beendet ist, kann durchgeführt werden in Abhängigkeit von einer abgelaufenen Zeitdauer seit dem Beginn des Ladevorgangs oder in Abhängigkeit von der an den Anschlußklemmen der zweiten Batterie 14 anliegenden Spannung.

Wird in Schritt 408 bestimmt, daß der Ladevorgang beendet ist, dann geht das Programm zu Schritt 410 über, in welchem N auf 0 rückgesetzt wird und das Programm endet. Wird ermittelt, daß der Ladevorgang noch nicht beendet ist, dann wird das Programm beendet durch Überspringen des Schritts 410. Somit wird die erste Betriebsart unmittelbar dann eingestellt, nachdem der Ladevorgang der zweiten Batterie 14 beendet ist, worauf der Ladebetrieb für die erste Batterie 10 erneut durchgeführt wird. Dieser Ablauf wird wiederholt durchgeführt, so daß sowohl die erste Batterie 10 als auch die zweite Batterie 14 in einem ausreichenden Ladezustand gehalten werden.

Die Ventilantriebsvorrichtung weist somit eine zusätzliche elektrische Spannungsversorgung neben einer in einer Brennkraftmaschine verwendeten elektrischen Hauptspannungs­ versorgung. Die zusätzliche elektrische Spannungsversorgung kann in Reihe zur elektrischen Hauptspannungsversorgung geschaltet werden, so daß einer in der Ventilantriebs­ vorrichtung vorgesehenen Magnetspule eine hohe Spannung zugeführt werden kann. Die Ventilantriebsvorrichtung weist ein lineares elektromagnetisches Betätigungsglied auf zum Hin- und Herbewegen eines Ventilkörpers der elektromagnetischen Ventileinrichtung zum Öffnen oder Schließen der elektromagnetischen Ventileinrichtung. Die zusätzliche elektrische Spannungsversorgung ist dabei unabhängig von der elektrischen Hauptspannungsversorgung. Eine Spannungsversorgungs-Schalteinrichtung schaltet die dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied zugeführte Spannung zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung. Die hohe Spannung wird dabei gebildet durch eine Serienschaltung der elektrischen Hauptspannungsversorgung und der zusätzlichen elektrischen Spannungsversorgung. Die niedrige Spannung wird entweder von der ersten elektrischen Spannungsversorgung oder von der zweiten elektrischen Spannungsversorgung gebildet.

Claims (13)

1. Ventilantriebsvorrichtung zum Antrieb einer elektro­ magnetischen Ventileinrichtung zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit einer ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) zur Versorgung der vorhandenen elektrischen/elektronischen Einrichtungen, einem Wechsel­ stromgenerator (M5) zur Versorgung der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) mit einem elektrischen Strom und einem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied (M2) zum Hin- und Herbewegen eines Ventilkörpers einer elektromagnetischen Ventileinrichtung zum Öffnen oder Schließen der elektromagnetischen Ventileinrichtung, gekennzeichnet durch eine zweite, getrennt von der ersten Spannungsversorgung vorgesehene elektrische Spannungs­ versorgung (M3), und eine Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung zum Umschalten der dem linearen elektromagnetischen Betätigungsglied (M2) zuzuführenden Spannung zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung, wobei die hohe Spannung durch eine Reihenschaltung der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) und der zweiten elektrischen Spannungsversorgung (M3) erzeugt wird, und die niedrige Spannung von jeweils einer der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) und der zweiten elektrischen Spannungsversorgung (M3) erzeugt wird.

2. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrische Spannungsversorgung (M1) eine erste Batterie (10) umfaßt und die zweite elektrische Spannungsversorgung (M3) eine zweite Batterie (14) umfaßt, wobei ein negativer Pol der ersten Batterie (10) mit Masse verbunden ist und ein positiver Pol der ersten Batterie (10) mit einem negativen Pol der zweiten Batterie (14) verbunden ist.

3. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung (M4) einen ersten Schalter (16) und einen zweiten Schalter (18) umfaßt, wobei der erste Schalter (16) zwischen dem positiven Anschluß des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds (M2, 30) und einem positiven Pol der zweiten Batterie (14) geschaltet ist, und der zweite Schalter (18) zwischen den positiven Anschluß des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds (M2, 30) und den positiven Pol der ersten Batterie (10) geschaltet ist.

4. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Batterie (10) und die zweite Batterie (14) jeweils eine wiederaufladbare 12 V-Batterie umfassen.

5. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ladeschalteinrichtung (M6) selektiv eine Verbindung des Wechselstromgenerators (M5) zu entweder der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) oder der zweiten elektrischen Spannungsversorgung (M3) schaltet, so daß ein vom Wechselstromgenerator (M5) generierter elektrischer Strom alternativ der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) und der zweiten elektrischen Spannungsversorgung (M3) zugeführt wird.

6. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschalteinrichtung (M6) eine Einrichtung umfaßt zum Schalten der Verbindung des Wechselstromgenerators (M5) von der ersten elektrischen Spannungsversorgung (M1) zur zweiten elektrischen Spannungsversorgung (M3) zu jedem Zeitpunkt, wenn eine akkumulierte Anzahl von Umdrehungen der Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Wert erreicht.

7. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrische Spannungsversorgung (M1) eine erste Batterie (10) und die zweite elektrische Spannungsversorgung (M3) eine zweite Batterie (14) umfaßt, wobei ein negativer Pol der ersten Batterie (10) mit Masse verbunden ist und ein positiver Pol der ersten Batterie (10) mit einem negativen Pol der zweiten Batterie (14) verbunden ist.

8. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs-Schal­ teinrichtung (M4) einen ersten Schalter (16) und zweiten Schalter (18) umfaßt, wobei der erste Schalter (16) zwischen einem positiven Anschluß des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds (M2, 30) und einem positiven Pol der zweiten Batterie (14) angeordnet ist, und der zweite Schalter (18) zwischen den positiven Anschluß des linearen elektromagnetischen Betätigungsglieds (M2, 30) und den positiven Pol der ersten Batterie (10) angeordnet ist.

9. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeschalteinrichtung (M6) einen dritten Schalter (20), einen vierten Schalter (24) und einen fünften Schalter (26) umfaßt, wobei der dritte Schalter (20) zwischen dem positiven Anschluß (22a) des Wechselstromgenerators (22) und dem positiven Pol der zweiten Batterie (14) angeordnet ist, der vierte Schalter (24) zwischen dem positiven Anschluß (22a) des Wechselstromgenerators (22) und dem positiven Pol der ersten Batterie (10) angeordnet ist, der fünfte Schalter (26) mit einem ersten Kontakt (26a) mit dem negativen Pol der zweiten Batterie (14) und einem zweiten Kontakt (26b) mit dem negativen Pol der ersten Batterie (10) verbunden ist, und wobei der fünfte Schalter (26) einen negativen Anschluß (22b) des Wechselstromgenerators (22) mit entweder dem ersten Kontakt (26a) oder dem zweiten Kontakt (26b) verbindet.

10. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Schalter (26) eine neutrale Stellung aufweist, in der der negative Anschluß (22b) des Wechselstromgenerators (22) weder mit dem ersten Kontakt (26a) noch mit dem zweiten Kontakt (26b) verbunden ist.

11. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung (M4) eine Einrichtung umfaßt zum Schalten zwischen der hohen Spannung und der niedrigen Spannung in Abhängigkeit von der Bestimmung, daß die Brennkraftmaschine in Betrieb ist.

12. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung (M4) eine Einrichtung umfaßt zum Schalten zwischen der hohen Spannung und der niedrigen Spannung in Abhängigkeit von der Bestimmung, ob die Brennkraftmaschine in einer Startphase betrieben wird.

13. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungs-Schalt­ einrichtung (M4) eine Einrichtung umfaßt zum Schalten zwischen der hohen und der niedrigen Spannung in Abhängigkeit von der Bestimmung, ob sich der Ventilkörper der elektromagnetischen Ventileinrichtung an einem Ende seines Hubs befindet.