DE19608061A1 - Elektromagnetische Ventilbetätigung - Google Patents
Elektromagnetische VentilbetätigungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen
Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 43 36 287 C1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung
bekannt, bei der eine an einem Ventilschaft eines
Gaswechselventils angeordnete Ankerplatte mit Hilfe eines
Federsystems zwischen einer Offen- und einer Schließstellung
hin- und herbewegbar vorgesehen ist. Weiterhin sind auf
gegenüberliegenden Seiten der Ankerplatte zwei Schaltmagnete
vorgesehen, mit deren Hilfe die Ankerplatte in der Offen
beziehungsweise Schließstellung gehalten werden kann. Die
Schaltmagnete sind als sogenannte Haftmagnete ausgebildet, die
ihre Magnetkraft im wesentlichen im Nahbereich des Magnetkerns
entfalten.
Insbesondere bei Auslaßventilen stellt sich nun das Problem, daß
das Ventil in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraft
maschine gegen unterschiedliche Brennraumgegendrücke öffnen muß.
Der maximale Weg, den das Gaswechselventil beim Öffnen durch die
Kraft des Federsystems zurücklegt, hängt daher vom Brennraum
druck ab. Um zu verhindern, daß die Ankerplatte bei geringen
Brennraumdrücken hart gegen den Magnetkern des der Offenstellung
zugeordneten Schaltmagnetes anschlägt, wird das Federsystem im
allgemeinen für die niedrigeren Brennraumdrücke ausgelegt. Bei
hohen Brennraumdrücken gelang in diesem Fall die Ankerplatte
durch die Wirkung des Federsystems nicht vollständig in die
Offenstellung. Vielmehr muß dieser Wegverlust dann vom der
Offenstellung zugeordneten Schaltmagneten durch sehr viel
Fangenergie kompensiert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur
elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für
Brennkraftmaschinen derart zu verbessern, daß trotz wechselndem
Gegendruck ein Betrieb mit verringertem Energiebedarf möglich
ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung eines sogenannten Kennlinienmagnetes in
elektromagnetischen Ventilsteuerungen kann die Fangenergie, die
von den Schaltmagneten insbesondere bei wechselnden Brennraum
gegendrücken aufgewendet werden, reduziert werden. Die in den
Unteransprüchen beschriebene Ausgestaltung der Flußleitstücke
weist den Vorteil auf, daß kein zusätzlicher Bauraum benötigt
wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprü
chen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend
anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils
für Brennkraftmaschinen im Schnitt und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils
für Brennkraftmaschinen ebenfalls im Schnitt zeigt.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur elektromagnetischen
Betätigung eines Gaswechselventils 2 - im folgenden elektro
magnetische Ventilsteuerung genannt - einer nicht näher
gezeigten Brennkraftmaschinen insgesamt mit 1 bezeichnet. Das
Gaswechselventil 2, bestehend aus einem Ventilschaft 4, einer
Ventilführung 5 und einem Ventilteller 6, ist in einem
Gasführungskanal 3 angeordnet. Der Ventilteller 6 wirkt mit
einem im Gasführungskanal 3 vorgesehenen Ventilsitz 7 zusammen
und dient zum Verschließen beziehungsweise Freigeben des
Gaswechselkanals 3.
Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 dient zur Betätigung
des Gaswechselventils 2, wobei das Gaswechselventil 2 zwischen
einer Schließstellung, wie in Fig. 1 dargestellt, und einer
Offenstellung, wie in Fig. 2 dargestellt, hin- und herbewegbar
ist. Eine elektromagnetische Ventilsteuerung 1 weist den Vorteil
auf, daß die Steuerzeiten in einem weiten Bereich frei gewählt
werden können. Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 besteht
aus zwei zylinderförmigen Schaltmagneten 8, 9, die koaxial zum
Ventilschaft 4 und ortsfest gegenüber der Ventilführung 5
beziehungsweise gegenüber dem Gasführungskanal 3 angeordnet
sind. Der erste Schaltmagnet 9 ist für die Offenstellung und der
zweite Schaltmagnet 8 für die Schließstellung des Gaswechsel
ventils 2 vorgesehen. In bekannter Weise besteht jeder Schalt
magnet 8, 9 aus einem äußeren topfförmigen Magnetkern 10, 10′
und einer inneren Spule 11, 11′.
Am Ventilschaft 4 ist im Bereich zwischen den beiden Schalt
magneten 8, 9 eine senkrecht zur Längsachse des Gaswechsel
ventils 2 angeordnete Ankerplatte 12 vorgesehen. Zwischen den
Schaltmagneten 8, 9 und der Ankerplatte 12 ist jeweils eine
Ventilfeder 13, 14 vorgesehen. Die obere Ventilfeder 13 stützt
sich am Topfboden 15 des zweiten Schaltmagneten 8 und an der
Oberseite 17 der Ankerplatte 12 ab, während die untere Ventil
feder 14 sich an der Unterseite 18 der Ankerplatte 12 und des
unteren Topfbodens 16 abstützt. Hierbei bewirkt die obere
Ventilfeder 13 eine Kraft in Öffnungsrichtung und die untere
Ventilfeder 14 in Schließrichtung des Gaswechselventils 2.
Im Betrieb bewegt sich die Ankerplatte 12 und das damit ver
bundene Gaswechselventil 2 zwischen den Polflächen der Schalt
magnete 8, 9 hin und her. Um das Gaswechselventil 2 gegen die
Kraft der Ventilfeder 13 in der Schließstellung zu halten (siehe
Fig. 1) wird die innere Spule 11 des zweiten Schaltmagnets 8
durch Anlegen einer Spannung erregt. An der inneren Spule 11′
des ersten Schaltmagnets 9 liegt in diesem Zustand keine
Spannung an. Zum Öffnen des Gaswechselventils 2 wird nun die
Spannung an der oberen Spule 11 gelöst. Dadurch wird die
Ankerplatte 12 durch die Kraft der vorgespannten Feder 13 in
Offenstellung bewegt. Kurz vor Erreichen der Offenstellung kann
nun die Spule 11′ des ersten Schaltmagnetes 9 durch Anlegen
einer Spannung erregt werden, so daß die Ankerplatte 12 durch
die resultierende Magnetkraft des Schaltmagnetes 9 eingefangen
und in diese Offenstellung festgehalten wird (siehe Fig. 2).
Das Federsystem 11, 11′ ist nun so ausgelegt, daß die Anker
platte 12 eine oszillierende Bewegung zwischen den Polflächen
der beiden Schaltmagneten 8, 9 ausführt. Im oberen und unteren
Umkehrpunkt wird dann die Ankerplatte 12 durch Erregung des
entsprechenden Schaltmagneten 8, 9 eingefangen und festgehalten.
Bei Gaswechselventilen 2, die bei variierenden Gegendrücken
arbeiten, insbesondere bei Auslaßventilen von Brennkraft
maschinen, stellt sich das Problem, daß die Ankerplatte 12 bei
höheren Gegendrücken durch die Kraft des Federsystems 11, 11′
gar nicht mehr in den Nahbereich des ersten Schaltmagneten 9
gelangt. Um die Ankerplatte 12 in dieser Situation dennoch
einfangen und festhalten zu können, müssen sehr hohe Fang
energien aufgewendet werden. Um dieses Problem zu umgehen wird
deshalb vorgeschlagen, den ersten Schaltmagneten 9 als soge
nannten Kennlinienmagneten auszubilden. Bei Kennlinienmagneten
wird der Magnetkern 10′ so ausgebildet, daß sich die Magnetkraft
bei gleichem Stromfluß weiter in Richtung Fernfeld erstreckt.
Hierzu können beispielsweise Flußleitstücke 19 aus einem
magnetisch leitenden Material am Magnetkern 10′ oder an der
Unterseite 18 Ankerplatte 12 angeordnet werden.
Gemäß Fig. 1 ist ein hohlzylinderförmiges Flußleitstück 19
koaxial zum Ventilschaft 4 an der der Ankerplatte 12 zuge
ordneten Polfläche des ersten Schaltmagneten 9 angeordnet. Der
Innenumfang des Flußleitstückes 19 wird hierbei kleiner als der
Außenumfang der Ankerplatte 12 gewählt. Dadurch kann die Anker
platte 12 ihre oszillierende Bewegung bis in den Innenbereich
des hohlzylindrischen Flußleitstückes 19 ausführen. Bei Erregung
des ersten Schaltmagneten 9 kann die Ankerplatte 12 weiterhin an
der der Ankerplatte 12 zugewandten Polfläche des ersten Schalt
magneten 9 zur Anlage kommen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hier ist das
hohlzylindrische Flußleitstück 19 ebenfalls koaxial zum
Ventilschaft 4 an der dem ersten Schaltmagneten 9 zugewandten
Unterseite der Ankerplatte 12 angeordnet. Hierbei sind die
Abmessungen des Flußleitstückes 19, des topfförmigen Magnetkerns
10′ des ersten Schaltmagneten 9 und der Ventilfeder 14 so
gewählt, daß das Flußleitstück 19 in der Schließstellung in
einen Zwischenraum zwischen dem topfförmigen Magnetkern 10′ und
der Ventilfeder 14 hineinragt.
Durch beide Anordnungen oder deren Kombination wird
gewährleistet, daß die Ankerplatte 12 auch bei größeren
Gegendrücken durch den ersten Schaltmagneten 9 ohne eine
übermäßige Erhöhung der notwendigen Fangenergie in die
Offenstellung überführt und dort gehalten werden kann. Neben den
gezeigten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich auch
andere Ausführungsformen für die Flußleitstücke denkbar.
Entscheidend ist lediglich, daß die Fernwirkung des betroffenen
Schaltmagnetes erhöht wird.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines
Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen mit einem an dem
Gaswechselventil befestigten Anker, mit zwei auf gegenüber
liegenden Seiten des Ankers angeordneten Federelementen, durch
deren Federkraft der Anker zwischen einer Offen- und einer
Schließstellung bewegt werden kann, und mit zwei auf gegenüber
liegenden Seiten des Ankers angeordneten Schaltmagneten, die das
Gaswechselventil in der Offen- beziehungsweise Schließstellung
halten,
dadurch gekennzeichnet,
daß der der Offenstellung zugeordnete erste Schaltmagnet (9) als
Kennlinienmagnet mit gegenüber dem zweiten, der Schließstellung
zugeordneten Schaltmagnet (8) erhöhter Fernwirkung ausgebildet
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnetkern (10′) des
ersten Schaltmagnets (9) und/oder auf der dem ersten Schalt
magnet (9) zugewandten Seite (18) des Ankers (12) ein Flußleit
stück (19) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetkern (10′) des ersten Schaltmagneten (9) hohl
zylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4)
angeordnet ist, daß das Flußleitstück (19) hohlzylinderförmig
ausgebildet und am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnet
kerns (10′) koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, wobei
der Innendurchmesser des Flußleitstückes (19) größer ist als der
Innendurchmesser des Magnetkerns (10′), und daß der Anker (12)
als kreisförmige Ankerplatte ausgeführt ist, wobei die Anker
platte (12) in Offenstellung innerhalb der Zylinderöffnung des
Flußleitstückes (19) am Magnetkern (10′) anliegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetkern (10′) des ersten Schaltmagnets (9) hohl
zylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4)
angeordnet ist, daß der Anker als kreisförmige Ankerplatte (12)
ausgeführt ist, daß das Flußleitstück hohlzylinderförmig
ausgebildet und an der dem ersten Schaltmagnet (9) zugewandten
Seite (18) der Ankerplatte (12) koaxial zum Ventilschaft (4)
angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser des Flußleitstückes
(19) kleiner ist als der Innendurchmesser des Magnetkerns (10′),
und wobei das Flußleitstück (19) in Offenstellung in die
Zylinderöffnung des Magnetkerns (10′) ragt.
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