DE19646938A1 - Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil mit einer zwischen zwei Magnetspulen-Ein­ heiten verschiebbaren und letztlich auf das Hubventil einwirkenden An­ kerplatte, sowie mit zumindest einem mit einem Strömungsmittel befüllbaren volumenveränderlichen Kompressionsraum zur Dämpfung des Aufschlagens zumindest eines der hierbei bewegten Elemente an seinem Endanschlag. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 33 11 250 C2 auch auf die nicht vorveröffentlichte DE 196 11 547 A1 verwiesen.

Eine elektromagnetische Hubventil-Betätigungsvorrichtung für eine Brenn­ kraftmaschine hat wegen der Freiheit hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten, d. h. hinsichtlich des jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Hub­ ventiles immense Vorteile. Jedoch bestehen auch Nachteile gegenüber den bisherigen mechanischen, im wesentlichen als Nockentriebe ausgebildeten Betätigungsvorrichtungen, da bei letzteren das Aufsetzen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz im Rahmen der Schließbewegung bewegungsgedämpft erfolgt (und zwar zwangsläufig durch die Nockenform vorgegeben), während bei elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen das Hubventil bei seiner Schließbewegung unter Einfluß einer im wesentlichen üblichen Ventil­ schließfeder ungedämpft auf seinen Ventilsitz aufschlägt. Dies ist mit einer erheblichen Geräuschentwicklung verbunden. Gleiches gilt für das Auftref­ fen der zwischen den Magnetspulen-Einheiten hin und herschwingenden Ankerplatte auf deren jeweiligen Endanschlägen, d. h. an den beiden Ma­ gnetspulen-Einheiten, welche die Endlagenpositionen der Ankerplatte defi­ nieren.

In der bereits erwähnten DE 33 11 250 C2 ist vorgeschlagen, daß minde­ stens die Polfläche der das Hubventil in Schließstellung haltenden Magnet­ spulen-Einheit und die zugehörige Polfläche der Ankerplatte einen Raum begrenzen, der ein dämpfendes Strömungsmedium in Form von Druckluft einschließt. Bei der in dieser Schrift gezeigten Ausführungsform kann hier­ durch das Aufschlagen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz sowie das gleichzeitige Aufschlagen der Ankerplatte an der entsprechenden Magnet­ spulen-Einheit gedämpft werden, jedoch tritt hierbei eine Dämpfungswirkung im Laufe der gesamten Ventilschließbewegung ein, d. h. auch bereits zu Be­ ginn der Ventilschließbewegung, wenn auch mit geringerer Gegenkraft als am Ende der Ventilschließbewegung. Dies ist nachteilig, da jede Ventilbe­ wegung in ihrer Anfangsphase unter höchstmöglicher Beschleunigung erfol­ gen sollte, wohingegen eine Dämpfung quasi durch Abbremsen der Bewe­ gung (sowohl des Ventiles als auch der Ankerplatte) erst möglichst kurz vor dem Erreichen des jeweiligen Endanschlages bzw. der jeweiligen Endpositi­ on erfolgen sollte.

Eine im Hinblick auf die soeben beschriebene Anforderung günstigere Dämpfungsmaßnahme für eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein der Bewe­ gung der Ankerplatte folgender Mitnehmer vorgesehen ist, der erst kurz vor Erreichen des Endanschlages mit einem Verschiebekolben des Kompressi­ onsraumes in Kontakt kommt, und diesen bis zum Erreichen des Endan­ schlages im Sinne einer Volumenverringerung des Kompressionsraumes weiterbewegt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Un­ teransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt die Dämpfung des Aufschlagens bzw. Aufsetzens oder Auftreffens eines bewegten Elementes der elektromagnetischen Brenn­ kraftmaschinen-Hubventil-Betätigungsvorrichtung (nämlich des Hubventiles und/oder des Ankers) durch Kompression eines Strömungsmittels, welches sich in einem volumenveränderlichen Kompressionsraum befindet, wobei diese Kompression jedoch erst gegen Ende des jeweiligen Bewegungsab­ laufes, d. h. kurz bevor das bewegte Element seinen Endanschlag erreicht, einsetzt. Diese Kompression des Strömungsmittels bremst die Bewegung des Hubventiles und Ankers kurz vor Erreichen des jeweiligen Endanschla­ ges ab, wodurch die Geschwindigkeit, mit welcher das bewegte Element auf seinen Endanschlag aufschlägt, deutlich herabgesetzt wird. Möglich wird dieses Einsetzen der Bremswirkung erst kurz vor Erreichen des Endan­ schlages durch einen der Bewegung der Ankerplatte folgenden Mitnehmer, der sich in der Anfangsphase des Bewegungsablaufes sowie während der größten Strecke, welche vom bewegten Element zurückgelegt wird, frei be­ wegen kann, und der erst kurz vor Erreichen des Endanschlages des beweg­ ten Elementes die Bremswirkung initiiert. Dies geschieht dadurch, daß die­ ser Mitnehmer erst kurz vor Erreichen des Endanschlages mit einem Ver­ schiebekolben des Kompressionsraumes in Kontakt kommt und diesen wäh­ rend des weiteren Bewegungsablaufes in eine Richtung mitnimmt, welche eine Volumenverringerung des Kompressionsraumes hervorruft. Der mit der Ankerplatte direkt oder indirekt verbundene Mitnehmer, der stets die gleiche Bewegung wie die Ankerplatte ausführt, setzt somit kurz vor Erreichen des Endanschlages der Ankerplatte auf dem Verschiebekolben des volumenver­ änderlichen Kompressionsraumes auf und bewegt diesen bis zum Erreichen des Endanschlages im Sinne einer Volumenverringerung weiter, wodurch die bereits erwähnte Bremswirkung einsetzt und das Aufschlagen der An­ kerplatte an ihrem Endanschlag mit deutlich reduzierter Geschwindigkeit erfolgt. Solange jedoch der Mitnehmer noch vom Verschiebekolben des Kompressionsraumes entfernt ist, tritt wie gewünscht überhaupt keine Bremswirkung ein. Wenn sich anschließend an das Erreichen des Endan­ schlages die Bewegungsrichtung umkehrt, so kann der Mitnehmer vom Ver­ schiebekolben des Kompressionsraumes abheben, so daß wieder eine freie Bewegung in die Gegenrichtung möglich ist.

Um ein Abbremsen an den beiden Endanschlägen der zwischen den zwei Magnetspulen-Einheiten hin und herbewegten Ankerplatte zu ermöglichen, sind selbstverständlich zwei Kompressionsräume erforderlich. Eine beson­ ders kompakte Bauweise ergibt sich in diesem Zusammenhang jedoch, wenn lediglich ein einziger Mitnehmer vorgesehen ist, der sowohl beim Öff­ nen als auch beim Schließen des Hubventiles jeweils nahe des Endanschla­ ges auf einen Kompressionsraum-Verschiebekolben einwirkt, insbesondere wenn darüber hinaus nur ein einziger Verschiebekolben vorgesehen ist, der mit seinen beiden stirnseitigen Enden jeweils einen Kompressionsraum be­ grenzt, nämlich einen ersten für das Öffnen und einen zweiten für das Schließen des Hubventiles.

Wie erläutert tritt die Bremswirkung im Hinblick auf die Bewegung der An­ kerplatte, mit Hilfe derer das Aufschlagen derselben an ihrem Endanschlag gedämpft wird, durch Volumenverringerung eines Kompressionsraumes ein, wobei indirekt durch die Ankerplatte bzw. direkt durch den erfindungsgemä­ ßen Mitnehmer ein Verschiebekolben dieses Kompressionsraumes im Sinne einer Volumenverringerung desselben bewegt wird. Dieser Kompressions­ raum ist dabei mit einem Strömungsmittel befüllt, bei welchem es sich um ein Gas oder um eine Flüssigkeit handeln kann. Bei Verwendung eines Gases, beispielsweise Druckluft, kann die Auslegung derart getroffen sein, daß die­ ser Kompressionsraum mit seinem Verschiebekolben quasi als Luftfeder wirkt, d. h. das Gas (Strömungsmittel) wird bei einer Volumenverringerung des Kompressionsraumes lediglich komprimiert. Hier wirkt das System ana­ log einer bekannten pneumatischen Ventilfeder. Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß jeder Kompressionsraum außerhalb der eigentlichen Brems­ phase, (während derer das Kompressionsraum-Volumen sein Minimum an­ nimmt), mit einer ausreichenden Menge von gasförmigem Strömungsmedium befüllt wird. Ein besonderer Vorteil in der Verwendung eines gasförmigen Strömungsmittels, insbesondere Druckluft, liegt dabei darin, daß die Viskosi­ tät dieses Strömungsmittels eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit zeigt. Dies verspricht über dem gesamten Betriebstemperaturbereich der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung ein im wesentlichen konstantes Dämpfungsverhalten.

Es ist jedoch auch möglich, ein flüssiges Strömungsmittel einzusetzen, bei­ spielsweise das ohnehin bereits vorhandene Schmieröl der Brennkraftma­ schine oder auch eine geeignete Brennkraftmaschinen-Kühlflüssigkeit. We­ gen der relativ geringen Kompressibilität dieser flüssigen Strömungsmittel empfiehlt es sich hier, im Zuge des Kompressionsvorganges einen Teil des Strömungsmittels über einen drosselnden, vorzugsweise kalibrierten Über­ strömkanal mit relativ kleinem Querschnitt aus dem Kompressionsraum aus­ treten zu lassen. In diesem Falle ist die Endlagendämpfung nach dem be­ kannten Ölverdrängungsprinzip ausgeführt, wobei die Art der Dämpfung auf der Nutzung der hierbei zu verrichtenden Reibungsarbeit beruht, wodurch die kinetische Energie der Ankerplatte verringert wird. Sind zwei Kompressi­ onsräume vorgesehen, d. h. ein erster für die Schließbewegung des Hub­ ventiles und ein zweiter für dessen Öffnungsbewegung, so empfiehlt es sich, die beiden Kompressionsräume durch den drosselnden Überströmkanal miteinander zu verbinden.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungs­ beispiele, wobei das erste Ausführungsbeispiel für ein flüssiges Strö­ mungsmittel ausgelegt und in Fig. 1 gesamthaft perspektivisch dargestellt ist, und von dem Fig. 2 in einer Schnittdarstellung die wesentlichen Elemente der in einem Aufnahmegehäuse angeordneten Brems- bzw. Dämpfungsein­ heit zeigt.

Das zweite in Fig. 3 (gesamthafte perspektivische Darstellung) und Fig. 4 (Darstellung analog Fig. 2) gezeigte Ausführungsbeispiel ist insbesondere für ein gasförmiges Strömungsmittel geeignet.

Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete elektromagnetische Betätigungs­ vorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil ist in einem Brennkraft­ maschinen-Zylinderkopf angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Aktuatorgehäuse 2, innerhalb dessen zwischen zwei lediglich abstrakt dar­ gestellten Magnetspulen-Einheiten 3 eine Ankerplatte 4 angeordnet ist, die in Richtung der Hubventil-Achse 5 (= Ventilachsrichtung 5) verschiebbar ist und über eine Kuppelstange 6 letztlich auf den Kopf des Ventilschaftes ei­ nes hier nicht gezeigten Brennkraftmaschinen-Hubventiles einwirkt. Hierzu wird auch auf die eingangs bereits kurz erwähnte DE 196 11 547 A1 verwie­ sen. Im Zylinderkopf angeordnet sein kann die elektromagnetische Betäti­ gungsvorrichtung 1 so, wie es auch in dieser DE 196 11 547 A1 gezeigt ist. Analog hierzu kann bei der vorliegenden Erfindung auch das Aktuatorge­ häuse 2 sowie jede Magnetspulen-Einheit 3 aufgebaut sein, d. h. die Ma­ gnetspulen-Einheiten 3 bestehen jeweils aus Magnetspulen sowie Spulen­ kernen. Wie dem Fachmann bekannt, kann durch entsprechende Erregung bzw. Entregung der Magnetspulen die Ankerplatte 4 ausgehend von der in den Fig. 1, 3 gezeigten Position nach unten bewegt werden, wodurch das Hubventil geöffnet wird, und anschließend daran wieder nach oben bewegt werden, wodurch das Hubventil in seine geschlossene Position gebracht wird.

Setzt das Hubventil im Rahmen seiner Schließbewegung auf seinem (üblichen) Ventilsitz auf, so entsteht hierdurch ein Geräusch, welches ab­ hängig ist von der Aufprallgeschwindigkeit, mit welcher das Hubventil auf diesen Ventilsitz aufschlägt. Ebenso werden Geräusche verursacht durch das Auftreffen der Ankerplatte 4 auf den Magnetspulen-Einheiten 3, und zwar jeweils in der Endposition dieser Ankerplatte 4, d. h. beim Aufschlagen auf die obere und auf die untere Magnetspulen-Einheit 3. Die in Versuchen festgestellte Auftreffgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/sek. verursachen aber nicht nur hohe Geräusche, sondern sind auch im Hinblick auf den Bauteil­ verschleiß nachteilig. Daher gilt es, die Bewegung der Ankerplatte 4 sowie des Hubventiles durch Einbringen einer zusätzlichen Kraft jeweils gegen Ende der Hubbewegung auf maximal 0,4 m/sek. abzubremsen, um ein sanf­ tes Aufsetzen sowohl der Ankerplatte 4 als auch des Hubventiles jeweils in der Endposition zu ermöglichen.

Zur Realisierung dieser Bremsfunktion ist zwischen die mit der Ankerplatte 4 verbundene Kuppelstange 6 sowie das (nicht gezeigte) Hubventil eine in einem Aufnahmegehäuse 7 angeordnete Brems- bzw. Dämpfungseinheit 8 zwischengeschaltet. Dabei ist die Kuppelstange 6 fest mit einem später noch näher erläuterten Mitnehmer 9 der Brems- bzw. Dämpfungseinheit 8 (im fol­ genden Bremseinheit 8 genannt) verbunden, welcher in seinem der Kuppel­ stange 6 gegenüberliegenden Endbereich ein hydraulisches Ventilspiel- Ausgleichselement 10 aufnimmt, das mit seinem hier in der bildlichen Dar­ stellung freien Ende auf das Hubventil bzw. den Kopf des Ventilschaftes desselben einwirkt. Über die Kuppelstange 6, den Mitnehmer 9 sowie das Ventilspiel-Ausgleichselement 10 wird somit die Bewegung der Ankerplatte 4 direkt auf das nicht gezeigte Hubventil übertragen, wobei selbstverständlich die Hubventil-Achse 5 (auch Ventilachsrichtung 5 genannt) mit der Zen­ tralachse der Kuppelstange 6 sowie des Ausgleichselementes 10 zusam­ menfällt. Geführt ist die Kuppelstange 6 dabei im Inneren der (unteren) Ma­ gnetspulen-Einheit 3, wie dies in der bereits genannten DE 196 11 547 A1 realisiert ist.

Wie ersichtlich ist das Aufnahmegehäuse 7 der Bremseinheit 8 an die Un­ terseite des Aktuatorgehäuses 2 angeschraubt, vgl. die lediglich durch ihre Mittellinien 21 dargestellten Schraubverbindungen.

Bei beiden Ausführungsbeispielen weist der im übrigen geteilt ausgebildete Mitnehmer 9 - (wie an späterer Stelle noch erläutert wird, besteht der Mit­ nehmer 9 aus einem Oberteil 9a sowie einem Unterteil 9b) - die Form eines sich in Ventilachsrichtung 5 erstreckenden Hohlzylinders auf, von welchem jeweils endseitig ein radial nach außen gerichteter Bund 9c bzw. 9d absteht. Im Innenraum des Hohlzylinders des Mitnehmers 9 ist dabei zum einen ein Gewinde vorgesehen, über welches die Kuppelstange 6 mit dem Mitnehmer 9 verbunden werden kann und zum anderen ist in diesem Innenraum des Hohlzylinders das Ventilspiel-Ausgleichselement 10 eingesteckt, welches sich an einer Stegwand 9e abstützt.

Der Mitnehmer 9 ist innerhalb des im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebil­ deten Aufnahmegehäuses 7 in Ventilachsrichtung verschiebbar. Dabei be­ weget sich der Mitnehmer 9 mit den Außenseiten seiner bevorzugt kreis­ zylindrischen Bunde 9c, 9d entlang der Innenwand 7a, wird jedoch nicht hierdurch geführt, sondern durch die Kuppelstange 6, welche ihrerseits - wie bereits erwähnt - im Inneren der (in Fig. 2 nicht gezeigten) unteren, zwischen der Ankerplatte 4 und dem Aufnahmegehäuse 7 befindlichen Magnetspulen- Einheit 3 geführt ist. Dieses Aufnahmegehäuse 7 kann dabei Bestandteil des Aktuatorgehäuses 2 sein, oder - wie hier - an die Unterseite desselben ange­ schraubt sein, wie dies aus den Fig. 1, 3 ersichtlich wird.

Von der Innenwand 7a des Aufnahmegehäuses 7 ragt eine stegförmige Be­ grenzungswand 7b in den Innenraum des hohlzylindrischen Aufnahmege­ häuses 7 hinein, wobei diese stegförmige Begrenzungswand 7b umlaufend ist und deren Funktion (nämlich als Blende wirkend) noch näher erläutert wird.

Zwischen der umlaufenden stegförmigen Begrenzungswand 7b sowie dem hohlzylindrischen Abschnitt des Mitnehmers 9 ist ein ebenfalls im wesentli­ chen die Form eines Hohlzylinders aufweisender Verschiebekolben 11 an­ geordnet, welcher auf der zwischen den Bunden 9c und 9d liegenden Zylin­ derfläche des Mitnehmers 9 verschiebbar geführt ist. Analog dem Mitnehmer 9 weist auch dieser sich in Ventilachsrichtung 5 erstreckende hohlzylindri­ sche Verschiebekolben 11 jeweils endseitig einen radial nach außen abste­ henden Bund 11a (oben) bzw. 11b (unten) auf. Diese Bunde 11a, 11b des Verschiebekolbens 11 sind somit ebenfalls entlang der Innenwand 7a des Aufnahmegehäuses 7 in Ventilachsrichtung 5 verschiebbar. Ebenso ver­ schiebbar ist der Verschiebekolben 11 mit seiner zwischen den Bunden 11a, 11b liegenden Zylinderaußenfläche entlang der stegförmigen Begrenzungs­ wand 7b. Mit seiner Innenseite schließlich ist der hohlzylindrische Verschie­ bekolben 11 durch den Mitnehmer 9 auf dessen zwischen dessen Bunden 9c, 9d liegender Zylinderaußenfläche geführt, bzw. der Verschiebekolben 11 ist auf der Zylinderaußenfläche des Mitnehmers 9 zwischen dessen Bun­ den 9c, 9d in Ventilachsrichtung 5 verschiebbar.

Durch die Innenwand 7a sowie die stegförmige Begrenzungswand 7b des Aufnahmegehäuses 7 werden im Zusammenwirken mit dem Verschiebekol­ ben 11 zwei ringförmige Kompressionsräume 12a, 12b gebildet. Ringförmig sind diese Kompressionsräume 12a, 12b deshalb, weil die Innenwand 7a einen Kreiszylinder beschreibt und auch der Verschiebekolben 11 sowie der Mitnehmer 9 in ihren einzelnen Querschnitten kreisförmig sind. Der obere Kompressionsraum 12a liegt dabei zwischen der Begrenzungswand 7b so­ wie dem oberen Bund 11a des Verschiebekolbens 11, während der untere Kompressionsraum 12b vom unteren Bund 11b des Verschiebekolbens 11 sowie von der stegförmigen Begrenzungswand 7b begrenzt wird. Über Ver­ sorgungskanäle 13 kann den Kompressionsräumen 12a, 12b ein geeignetes Strömungsmittel zugeführt werden.

Die im folgenden beschriebene Wirkungsweise der Bremseinheit 8, die im wesentlichen durch die Kompressionsräume 12a, 12b im Zusammenwirken mit dem Verschiebekolben 11 und dem Mitnehmer 9 gebildet wird, ist noch für beide Ausführungsbeispiele gleich:
Ausgehend von der in den Fig. 2, 4 gezeigten Position werde durch geeigne­ te Erregung der Magnetspulen-Einheiten 3 zunächst die Ankerplatte 4 in Ventilachsrichtung 5 gemäß Pfeilrichtung 14 nach unten bewegt. Selbstver­ ständlich folgt der Mitnehmer 9 dieser Bewegung, nachdem er über die Kup­ pelstange 6 fest mit der Ankerplatte 4 verbunden ist, so daß hierdurch das sich am Ventilspiel-Ausgleichselement 10 abstützende Hubventil geöffnet wird. Abgesehen von den Ventilöffnungskräften wird dieser Bewegung der Ankerplatte 4 sowie des Mitnehmers 9 zunächst kein weiterer Widerstand entgegengesetzt, d. h. der Mitnehmer 9 kann entlang der Innenwand 7a re­ lativ ungehindert gemäß Pfeilrichtung 14 nach unten gleiten. Hierbei verrin­ gert sich der Abstand a zwischen dem oberen Bund 9c des Mitnehmers 9 und dem oberen Bund 11a des Verschiebekolbens 11 solange, bis diese beiden Bunde 9c, 11a miteinander in Kontakt kommen, d. h. bis der Bund 9c mit seiner Unterseite auf der Oberseite des Bundes 11a aufliegt. Bei einer weiteren Bewegung gemäß Pfeilrichtung 14 nimmt nun der Mitnehmer 9 den Verschiebekolben 11 gemäß Pfeilrichtung 14 mit. Dabei überstreicht der Bund 11a des Verschiebekolbens 11 die Mündungsöffnung des Versor­ gungskanales 13 im oberen Kompressionsraum 12a, wobei zugleich das Volumen dieses Kompressionsraumes 12a verringert und folglich Kompres­ sionsarbeit verrichtet wird, was bereits eine Bremswirkung zur Folge hat. Nachdem die Mündungsöffnung des Versorgungskanales 13 verschlossen ist, wird durch eine Weiterbewegung des Verschiebekolbens 11 gemäß Pfeilrichtung 14 das im Kompressionsraum 12a zwischen der Begrenzungs­ wand 7b sowie dem Bund 11a eingeschlossene Strömungsmittel noch weiter komprimiert, was eine deutliche Abbremsung der Verschiebebewegung ge­ mäß Pfeilrichtung 14 zur Folge hat. Dieser Kompressionsvorgang bzw. die entsprechende Volumenverringerung des Kompressionsraumes 12a erfolgt dabei solange, bis der Anker 4 seinen unteren Endanschlag, bei welchem er auf der unteren Magnetspulen-Einheit 3 aufliegt, erreicht hat. Aufgrund der verrichteten Kompressionsarbeit erfolgt dieses Aufsetzen des Ankers 4 auf seinem unteren Endanschlag dabei deutlich abgebremst.

Bis zu Erreichen dieses Zustandes, in welchem der Anker 4 an seinem unte­ ren Endanschlag an liegt, hat sich durch den entsprechenden, soeben ge­ schilderten Bewegungsablauf des Verschiebekolbens 11 selbstverständlich der untere Kompressionsraum 12b gegenüber dem in den Fig. 2, 4 darge­ stellten Zustand deutlich vergrößert, wobei insbesondere auch der diesem Kompressionsraum 12b zugeordnete Versorgungskanal 13 freigelegt ist, so daß dieser untere Kompressionsraum 12b über den Versorgungskanal 13 mit Strömungsmittel befüllt werden kann. In dieser unteren Endlagenposition der Ankerplatte 4 sind selbstverständlich die beiden Bunde 11b und 9d des Verschiebekolbens 11 bzw. des Mitnehmers 9 voneinander beabstandet und zwar abermals um das Maß a, was hier jedoch nicht bildlich dargestellt ist.

Bei der anschließenden Rückbewegung der Ankerplatte 4 gegen Pfeilrich­ tung 14 nach oben kann sich hierdurch zunächst der Mitnehmer 9 relativ ungebremst bewegen, wobei analog der vorangegangenen Beschreibung der in Ventilachsrichtung 5 gemessene Abstand zwischen dem Bund 11b sowie dem Bund 9d verringert wird. Schließlich trifft der untere Bund 9d des Mitnehmers 9 auf den unteren Bund 11b des Verschiebekolbens 11 auf und bewegt diesen Verschiebekolben 11 zurück in die in den Fig. 2, 4 dargestell­ te Position, wobei analog der vorhergehenden Erläuterung zunächst der Versorgungskanal 13 des unteren Kompressionsraumes 12 verschlossen und anschließend dieser Kompressionsraum 12b noch weiter in seinem Vo­ lumen verringert wird, so daß abermals eine intensive Abbremsung der Be­ wegung der Ankerplatte 4 (jetzt gegen Pfeilrichtung 14) aufgrund der zu ver­ richtenden Kompressionsarbeit erfolgt.

Aus den obigen Erläuterungen geht klar hervor, daß mit Hilfe des zusammen mit der Ankerplatte 4 bewegten Mitnehmers 9 ein Abbremsen durch Verrin­ gerung des Volumens jeweils eines Kompressionsraumes 12a bzw. 12b erst nahe des jeweiligen Endanschlages der Ankerplatte 4 einsetzt, d. h. erst dann, wenn der Mitnehmer 9 mit dem Verschiebekolben 11 in Kontakt ge­ kommen ist und im wesentlichen auch erst dann, wenn letzterer den jeweili­ gen Versorgungskanal 13 des entsprechenden Kompressionsraumes 12a bzw. 12b verschlossen hat. Vorher ist wie erwünscht eine im wesentlichen ungebremste Bewegung der Ankerplatte 4 möglich. Erst während der letzten ganz geringen Wegstrecke von ca. 0,5 mm setzt eine intensive Bremswir­ kung durch Kompressionsraum-Volumenverringerung ein, wodurch eine ef­ fektive Abbremsung erfolgt, so daß die Ankerplatte 4 mit einer deutlich ver­ ringerten Geschwindigkeit auf der jeweiligen Magnetspulen-Einheit 3 auf­ setzt.

Wie bereits erwähnt unterscheiden sich die beiden Ausführungsbeispiele (Fig. 1, 2 bzw. Fig. 3, 4) auch durch die Wahl des Strömungsmittels. Beim er­ sten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 ist als Strömungsmittel eine geeignete Hydraulikflüssigkeit, bzw. das Schmieröl der Brennkraftmaschine vorgesehen. Da dieses Schmieröl ziemlich inkompressibel ist, ist es erfor­ derlich, einen Teil dieses Strömungsmittels bzw. Schmieröles bei einer Vo­ lumenverringerung des Kompressionsraumes (beispielsweise 12a) aus die­ sem Kompressionsraum 12a abzuführen. Dies erfolgt über einen drosseln­ den, bevorzugt kalibrierten Überströmkanal 15, der zwischen den beiden Kompressionsräumen 12a und 12b in Form eines Ringspaltes zwischen der Zylinderaußenfläche des Verschiebekolbens 11 sowie der Innenseite der Begrenzungswand 7b vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang wirkt der Begrenzungswand 7b - wie bereits kurz erwähnt wurde - somit quasi als Blende.

Bei einer Volumenverringerung des Kompressionsraumes 12a gelangt somit das zunächst dort befindliche Strömungsmittel über den Überströmkanal 15 in den Kompressionsraum 12b und befüllt diesen vorteilhafterweise. Gleich­ zeitig kann in diesem Kompressionsraum 12b ein Austausch des sich durch die Kompression sowie beim Durchströmen des Überströmkanales 15 er­ wärmenden Strömungsmittels erfolgen, da dort (nämlich im Kompressions­ raum 12b) der Versorgungskanal 13 geöffnet ist, und da dort - ebenso wie im Kompressionsraum 12a - jeweils zumindest eine Entlüftungsöffnung 21 vorgesehen ist. Diese Entlüftungsöffnungen 21 befinden sich in der Ansicht nach Fig. 2 vor bzw. hinter dem Ventilspiel-Ausgleichselement 10 in geeigne­ ter Höhe in der Wand des Mitnehmers 9.

Gleiches gilt bei einer Rückbewegung der Ankerplatte 4 gegen Pfeilrichtung 14 nach oben, wobei der untere Kompressionsraum 12b verkleinert wird und der Verschiebekolben 11 letztlich die in Fig. 2 dargestellte Position ein­ nimmt. Hierbei wurde das zunächst im Kompressionsraum 12b befindliche Strömungsmittel über den Überströmkanal 15 in den oberen Kompressions­ raum 12a gefördert, welcher hierdurch befüllt wird, wobei zugleich ein Aus­ tausch dieses Strömungsmittels über die Entlüftungsöffnungen 21 sowie über den entsprechenden, jetzt offenen Versorgungskanal 13 möglich ist. Aufgrund dieses Austausches des Strömungsmittels, d. h. der Möglichkeit der Abfuhr und Zufuhr von Strömungsmittel über den Versorgungskanal 13 kann die beim Abbremsen in Wärme umgewandelte kinetische Energie ab­ geführt werden. Gleichzeitig ist durch Zufuhr von frischem Strömungsmittel gewährleistet, daß keine Verschäumung des Strömungsmittels durch Luft­ beimischung auftreten kann, so daß mit Sicherheit die gewünschte Dämp­ fung bzw. Abbremsung erfolgen kann.

Da die Temperaturabhängigkeit der Viskosität des flüssigen Strömungsmit­ tels zu einer sich bei einem Betriebstemperaturwechsel ändernden Dämp­ fung führt, kann bevorzugt der Verschiebekolben 11 in Aluminium und das Aufnahmegehäuse 7 bzw. die stegförmige Begrenzungswand 7b in Stahl ausgeführt sein. Wird nun der kalibrierte Überströmkanal 15 im Hinblick auf eine hohe Viskosität des Strömungsmittels (z. B. bei -30°C) ausgelegt, so liegt zunächst ein relativ großer Ringspalt bzw. eine große Querschnittsflä­ che des Überströmkanales 15 vor. Nach mehrmaligem Betrieb bzw. nach mehrmaligen Hubbewegungen der Ankerplatte 14 erwärmt sich jedoch das Strömungsmittel, wobei diese Wärme an die benachbarten Bauteile abgege­ ben wird, welche hierdurch eine Wärmedehnung erfahren. Aufgrund der unterschiedlichen Materialauswahl vergrößert sich der Verschiebekolben 11 um ein größeres Maß als die Begrenzungswand 7b, so daß der Ringspalt bzw. kalibrierte Überströmkanal 15 erwünschtermaßen verkleinert wird. Die Viskositätsänderung des flüssigen Strömungsmittels wird hierdurch größten­ teils kompensiert. Im übrigen kann anstelle des Schmieröles auch die Kühl­ flüssigkeit der Brennkraftmaschine als Strömungsmittel verwendet werden, welches eine flachere Viskositätskennlinie aufweist, wodurch sich im übli­ chen Betriebstemperaturbereich einer elektromagnetischen Hubventil-Betäti­ gungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eine im wesentlichen kon­ stante Dämpfung bzw. Bremswirkung einstellt.

Durch eine geeignete Dimensionierung des kalibrierten, drosselnden Über­ strömkanales 15 läßt sich eine gewünschte Dämpfung bzw. Bremswirkung an der damit vorliegenden Blende einstellen. Bevorzugt sollte die sich erge­ bende Verzögerung in der Bewegung der Ankerplatte 4 (und somit auch das Hubventiles) annähernd einer üblichen Schließrampe eines konventionellen Brennkraftmaschinen-Ventiltriebes, bei welchem die Hubventile von Nocken betätigt werden, entsprechen.

Alternativ oder zusätzlich zum auf die Viskosität des Strömungsmittels hin kalibrierten Überströmkanal 15 können in den Versorgungskanälen 13 Druckregelventile eingesetzt werden. Mit Hilfe derartiger Druckregelventile ist eine konstante Dämpfungs- bzw. Bremswirkung über dem gesamten Be­ triebstemperaturbereich möglich, d. h. eine gleichbleibende Dämpfung durch konstanten Gegendruck.

Um zu vermeiden, daß Strömungsmittel aus den jeweiligen Kompressions­ räumen 12a bzw. 12b über die Trennfuge zwischen der Innenwand 7a des Aufnahmegehäuses 7 sowie den jeweiligen Bunden 11a bzw. 11b des Ver­ schiebekolbens 11 austritt, sind an den Außenseiten dieser Bunde 11a, 11b geeignete Dichtelemente 16 vorgesehen.

Ferner sind bevorzugt an den Bunden 9c, 9d des Mitnehmers 9 jeweils auf der den Bunden 11a, 11b zugewandten Seite geeignete Dämpfungsmaterial- Schichten 17, bevorzugt Elastomerschichten 17 (beispielsweise aus HNBR/Viton oder PA 6.6) vorgesehen, um das Aufprallgeräusch des Mit­ nehmers 9 auf dem Verschiebekolben 11 abzudämpfen.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3, 4 sind dem soeben erläuterten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1, 2 gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3, 4 ist jedoch als Strömungsmittel keine Flüssigkeit sondern ein Gas, beispielswei­ se Druckluft, vorgesehen. Ein derartiges gasförmiges Strömungsmittel kann wesentlich stärker komprimiert werden als ein flüssiges, so daß bei dieser mit einem Gas als Strömungsmittel arbeitenden Ausführungsform kein Überströmkanal 15 zwischen den beiden Kompressionsräumen 12a, 12b vorgesehen sein muß. Vielmehr erfolgt - beginnend kurz vor Erreichen des Endanschlages und dann bis zum Erreichen desselben durch die Ankerplatte 4 - eine konstante Kompression des gasförmigen Strömungsmittels im je­ weils betroffenen, in seinem Volumen verringerten Kompressionsraum 12a bzw. 12b. Um dabei noch ein ausreichendes Rest-Volumen für das gasför­ mige Strömungsmittel zur Verfügung zu haben, sind hier die Kompressions­ räume 12a bzw. 12b etwas großvolumiger gestaltet, d. h. es sind jeweils Restvolumina 18 vorgesehen, welche auch bei Erreichen der jeweiligen Endanschlagposition noch einen ausreichenden Raum für das im jeweiligen Kompressionsraum 12a bzw. 12b befindliche Strömungsmittel zur Verfügung stellen. Da bei diesem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3, 4 kein Über­ strömen zwischen den beiden Kompressionsräumen 12a, 12b erfolgt, sind konsequenterweise in der Trennfuge zwischen der Innenseite der Begren­ zungswand 7b sowie dem Verschiebekolben 11 ebenfalls Dichtelemente 16 (und zwar in der Begrenzungswand 7b angeordnet) vorgesehen. Ansonsten ist die Funktion der Bremseinheit 8 mit einem pneumatischen bzw. gasförmi­ gen Strömungsmittel analog der ausführlich erläuterten Funktion der Brem­ seinheit 8 mit flüssigem Strömungsmittel, wobei bei Verwendung von gas­ förmigen Strömungsmittel die beim Bremsvorgang in Druck- und Wärme­ energie umgewandelte kinetische Energie teilweise gespeichert wird (analog einer pneumatischen Feder) und nach Bewegungsumkehr wieder zugeführt wird.

Um die beschriebenen Bremseinheiten 8 gemäß den Fig. 1 bis 4 fertigen zu können, ist es erforderlich, den Mitnehmer 9 geteilt auszuführen. Im einzel­ nen besteht dieser Mitnehmer 9 aus einem Oberteil 9a sowie einem Unterteil 9b, wobei diese beiden Teile wie ersichtlich über ein Gewinde 19 miteinan­ der verbunden werden können. Ebenso ist es bei der hier gezeigten Gestal­ tung des Aufnahmegehäuses 7 in einteiliger Form erforderlich, den Ver­ schiebekolben 11 zweiteilig auszuführen, wobei hier der untere Bund 9d ein separates Bauteil bildet, welches mit dem hohlzylindrischen Abschnitt des Mitnehmers 9 nach dem Einführen desselben in das Aufnahmegehäuse 7 durch Verstemmen oder Laserschweißen verbunden wird.

Zur Erreichung eines minimalen Ventilspiels unabhängig von den Einbau- Toleranzen und der Betriebstemperatur und somit unabhängig von der Län­ gung des Ventilschaftes des Hubventiles ist innerhalb des Mitnehmers 9 das bereits erwähnte hydraulische Ventilspiel-Ausgleichselement 10 vorgese­ hen. Zur Versorgung desselben mit Hydraulikflüssigkeit ist im Aufnahmege­ häuse 7 in Höhe der Begrenzungswand 7b ein aus dieser Begrenzungswand 7b austretender und auch den Verschiebekolben 11 sowie den Mitnehmer 9 durchdringender Versorgungskanal 20 vorgesehen, der - selbstverständlich nur - in den in den Figurendarstellungen gezeigten Positionen der einzelnen Elemente (Mitnehmer 9 und Verschiebekolben 11) eine Verbindung von au­ ßen zum Ventilspiel-Ausgleichselement 10 herstellt.

Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere kon­ struktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispie­ len gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (9)

1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung (1) für ein Brennkraftma­ schinen-Hubventil mit einer zwischen zwei Magnetspulen-Einheiten (3) verschiebbaren und letzlich auf das Hubventil einwirkenden An­ kerplatte (4), sowie mit zumindest einem mit einem Strömungsmittel befüllbaren volumenveränderlichen Kompressionsraum (12a, 12b) zur Dämpfung des Aufschlagens zumindest eines der hierbei bewegten Elemente an seinem Endanschlag, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Bewegung der Ankerplatte (4) folgender Mitnehmer (9) vorgesehen ist, der erst kurz vor Erreichen des Endanschlages mit einem Verschiebekolben (11) des Kompressi­ onsraumes (12a, 12b) in Kontakt kommt, und diesen bis zum Errei­ chen des Endanschlages im Sinne einer Volumenverringerung des Kompressionsraumes (12a, 12b) weiterbewegt.

2. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Mitnehmer (9) sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Hubventiles jeweils nahe des Endanschlages auf einen Kompressionsraum-Verschiebekolben (11) einwirkt.

3. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Verschiebekolben (11) zwei Kompressionsräume (12a, 12b) begrenzt, nämlich einen für das Öffnen und einen für das Schließen des Hubventiles.

4. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (9) und der Verschiebe­ kolben (11) jeweils die Form eines sich in Ventilachsrichtung (5) er­ streckenden Hohlzylinders aufweisen, von welchem jeweils endseitig ein radial nach außen gerichteter Bund (9c, 9d, 11a, 11b) absteht,
ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebekolben (11) auf der Zylinderaußenfläche des Mitnehmers (9) zwischen dessen Bun­ den (9c, 9d) in Ventilachsrichtung (5) verschiebbar ist,
weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebekolben (11) mit seiner Zylinderaußenfläche entlang einer stegförmigen Begren­ zungswand (7b) der Kompressionsräume (12a, 12b) verschiebbar ist, wobei der erste Kompressionsraum (12a) zwischen der Begren­ zungswand (7b) und dem ersten Bund (11a) des Verschiebekolbens (11) liegt und der zweite Kompressionsraum (12b) zwischen der Be­ grenzungswand (7b) und dem zweiten Bund (11b) des Verschiebe­ kolbens (11) vorgesehen ist.

5. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Verschiebekolben (11) zu­ sammenwirkende Begrenzungswand (7b) der Kompressionsräume (12a, 12b) von der Innenwand (7a) eines im wesentlichen hohlzylin­ drischen Aufnahmegehäuses (7) abragt, wobei innerhalb dieses Auf­ nahmegehäuses (7) sowohl der Mitnehmer (9) als auch der Verschie­ bekolben (11) durch diese abschnittsweise auch die Kompressions­ räume (12a, 12b) begrenzende Innenwand (7a) geführt sind.

6. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kompressionsräumen (12a, 12b) Versorgungskanäle (13) für das Strömungsmittel münden, welche von den Bunden (11a, 11b) des Verschiebekolbens (11) jeweils nahe sei­ nes Endanschlages verschlossen werden.

7. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kompressionsräumen (12a, 12b) ein drosselnder Überströmkanal (15) vorgesehen ist.

8. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den miteinander in Kontakt kommenden Bunden (9c, 11a, bzw. 9d, 11b) des Mitnehmers (9) und des Verschiebekolbens (11) eine Dämpfungsmaterial-Schicht (17) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (9) über eine Kuppel­ stange (6) mit der Ankerplatte (4) verbunden ist und ein hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement (10) aufnimmt, welches auf das Hub­ ventil einwirkt.