DE19725218A1 - Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventiles für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventiles für eine Brennkraftmaschine.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Betäti­ gungsarten zur hydraulischen oder elektrohydraulischen Betätigung eines Gaswechselventiles bekannt. So be­ zieht sich z. B. die DE 38 36 725 C1 auf eine hydrau­ lisch arbeitende Stelleinrichtung für ein Hubventil, wobei ein Arbeitskolben vorgesehen ist, der mit einem Ventilschaft verbunden ist und zu seinen beiden Seiten Arbeitsräume und Federn aufweist.

Die DE 39 11 495 C1 betrifft ebenfalls eine Vorrich­ tung zur Betätigung eines Gaswechselventiles mit einem doppelseitig von einem Strömungsmittel beaufschlagba­ ren Kolben, der mit einer Kolbenstange bzw. dem Schaft eines Gaswechselventiles verbunden ist.

Auch die DE 195 01 495 bezieht sich auf eine hydrauli­ sche Ventilsteuervorrichtung.

Nachteilig bei den bekannten hydraulischen Ventilbetä­ tigungen ist jedoch, die hohe Temperaturabhängigkeit der Viskosität eines hydraulischen Mediums, wodurch sich entsprechende Änderungen und damit Ungenauigkei­ ten im Ablauf ergeben können.

Die DE 33 11 250 C2 betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventi­ les für Verdrängermaschinen mit einem am Ventil befe­ stigten Anker und einem an den bewegten Massen angrei­ fenden Federsystem. Zu beiden Seiten des Ankers sind Elektromagnete angeordnet, die das Gaswechselventil in zwei verschiedenen Schaltstellungen in den jeweiligen Endpositionen der maximalen Auslenkungen halten. Um einen Aufschlag des Ankers auf den Elektromagneten zu dämpfen und gleichzeitig ein gedämpftes Aufsetzen des Gaswechselventiles auf den Ventilsitz zu erreichen ist ein dämpfendes Strömungsmedium vorgesehen, das sich in einem Raum befindet, der mindestens die Polfläche des das Ventil in Schließstellung haltenden Elektromagne­ ten und die zugehörige Polfläche des Ankers begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswech­ selventiles für Brennkraftmaschinen zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, insbesondere durch die mit relativ geringen Kräften und ohne Beeinflussung von Temperaturen ein Gaswech­ selventil betätigt und auch in einem hohen Maße varia­ bel gesteuert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Betätigung des Ventiles über eine elektropneumatische Einrichtung werden die Nachteile einer hydraulischen Betätigung nach dem Stand der Technik vermieden. Darüber hinaus ist durch die Koppelung mit ein oder zwei Elektromagneten in Verbindung mit einer Hochdruck- und einer Niederdruck­ einrichtung, die vorzugsweise jeweils als Speicherein­ richtungen ausgebildet sind, eine weitgehende Steue­ rungsmöglichkeit für Öffnungszeiten und Steuerhübe möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können darüber hinaus kleinere Magnete verwendet werden, die entspre­ chend weniger elektrische Energie benötigen. Außerdem sind die Öffnungs- und Schließzeiten für das Ventil kürzer.

Aufgrund der Verwendung eines gasförmigen Mediums, im allgemeinen Luft, treten auch keine Störungen des Ma­ gnetfeldes, wie dies z. B. durch Federn beim Stand der Technik der Fall ist, auf. Insgesamt gesehen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung kleiner ausgebildet wer­ den, als dies bei elektrohydraulischen Vorrichtungen der Fall ist. Darüber hinaus läßt sich eine höhere Geräuscharmut erreichen und im Bedarfs falle ist ein ölfreier Zylinderkopf möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung einer elektropneumatischen Betätigung eines Gaswechselventiles,

Fig. 2 bis 6 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in verschiedenen Po­ sitionen,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer pneumatischen Dämpfung der Ventilbewegung in den Endlagen,

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem hydraulischen Ventilspielausgleich,

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Hubbegrenzung durch ein Rückschlagventil,

Fig. 10 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Regelung des Ventilhubes und

Fig. 11 eine dritte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung.

Die elektropneumatische Betätigungsvorrichtung nach Fig. 1 weist einen oberen Elektromagneten 1, der für die Schließstellung eines Ventiles 2 zuständig ist, und einen unteren Elektromagneten 3 auf, der in Offen­ stellung des Ventiles 2 aktiviert ist. Zwischen den beiden Elektromagneten 1 und 3 befindet sich ein Anker in Form eines pneumatischen Arbeitskolbens 4. Der Ar­ beitskolben 4 ist frei beweglich in einem Zylinderge­ häuse 5, solange keine Magnet- oder Druckkräfte auf ihn einwirken. Zwischen dem oberen Elektromagneten 1 und dem Arbeitskolben 4 befindet sich ein Arbeitsraum 6, der eine obere Luftfeder bildet. Zwischen dem unte­ ren Elektromagneten 3 und dem Arbeitskolben 4 befindet sich ein zweiter Arbeitsraum 7, der ebenfalls eine Luftfeder bildet. Der Arbeitskolben 4 ist fest mit einem Ventilschaft 8 bzw. dessen Verlängerung verbun­ den. Auf dem Ventilschaft 8 befindet sich ein Ringab­ satz 9. Zwischen dem Ringabsatz 9 und dem Zylinderge­ häuse 5 oder einem anderen feststehenden Teil ist eine Schließfeder 10 gespannt, die eine Schließkraft auf das Ventil 2 erzeugt.

Der Arbeitskolben 4 ist mit Steuerkanten 11 und einer axialen Verbindungsbohrung 13 versehen und mit einem Ringkanal 12 verbunden, durch die der obere Arbeits­ raum 6 über eine Zuleitung 14 mit einem Hochdruckspei­ cher 15 verbunden ist.

In der Offenstellung des Ventils ist über eine Verbin­ dungsbohrung 20 und einem Ringkanal 17 der Arbeitsraum 7 über eine Zuleitung 18 mit einer weiteren Druckspei­ chereinrichtung 19 verbunden. Über eine axiale Verbin­ dungsbohrung 20, einem weiteren Ringkanal 21 und Steu­ erkanten 22 ist der zweite Arbeitsraum 7 mit einer Luftaustrittsleitung 23 verbunden.

Die elektropneumatische Betätigungseinrichtung arbei­ tet auf folgende Weise:
Befindet sich das Ventil 2 in geschlossener Stellung, d. h. befindet sich ein nicht dargestellter Kolben in der oberen Endlage, so ist der obere Arbeitsraum 6 als Luftfeder durch die Lage der oberen Steuerkanten 11 direkt mit der Hochdruckspeichereinrichtung 15 verbun­ den. Zu diesem Zeitpunkt ist der obere Elektromagnet 1 bestromt, damit der Arbeitskolben 4 von ihm angezogen wird und sich nicht nach unten bewegt. Die obere Luft­ feder 6 ist somit gespannt. Soll das Ventil 2 geöffnet werden, so muß der Strom des oberen Elektromagneten 1 abgeschaltet werden. Der mit dem Ventil 2 bzw. dem Ventilschaft 8 form- oder kraftschlüssig verbundene Kolben 4 bewegt sich dann durch den Luftdruck in der oberen Luftfeder 6 nach unten. Während einer ersten Bewegungsphase wird die Druckluftzuführung aus der Hochdruckleitung 14 durch die Steuerkanten 11 des Ar­ beitskolbens 4 verschlossen. Der Arbeitskolben 4 be­ wegt sich jedoch durch die in der Luftfeder 6 gespei­ cherte Energie weiter nach unten. Der untere Arbeits­ raum als Luftfeder 7 ist in der Geschlossenstellung des Ventiles 2 durch die Lage der Steuerkanten 22 über die Luftaustrittsleitung 23 mit dem Außenluftdruck verbunden. Öffnet sich das Ventil 2, so wird die unte­ re Luftfeder 7 durch die Kompression der Luft ge­ spannt, da die Steuerkanten 22 die Verbindung zu der Luftaustrittsleitung 23 unterbrechen. Ist der Arbeits­ kolben 4 kurz vor der unteren Endlage, d. h. in der Of­ fenstellung des Ventils 2, angekommen, so wird durch die Lage der Steuerkanten 11 die obere Luftfeder 6 über die Verbindungsbohrung 13 und den Ringkanal 21 in dem Zylindergehäuse eine Verbindung zwischen der obe­ ren Luftfeder 6 und der Luftaustrittsleitung 23 ge­ schaffen. Ebenfalls wird in dieser Lage durch die Steuerkanten 22 die untere Luftfeder über die Verbin­ dungsbohrung 20, den Ringkanal 17 und die Zuleitung 18 mit der Druckquelle 19 verbunden und somit gespannt.

Zu diesem Zeitpunkt, kurz vor Erreichen der unteren Endlage des Ventiles 2, muß auch der untere Elektroma­ gnet 3 bestromt werden, um den auch als Magnetanker wirkenden Arbeitskolben 4 festzuhalten und somit das Ventil 2 in seiner unteren Endlage zu verriegeln. Soll das Ventil 2 wieder geschlossen werden, so läuft der beschriebene Bewegungsablauf entsprechend in umgekehr­ ter Reihenfolge ab.

Da die beiden Arbeitsräume bzw. Luftfedern 6 und 7 nach jedem Arbeitsspiel mit dem Außenluftdruck abge­ glichen werden, wirken sich Temperatureinflüsse somit kaum aus.

Die elektropneumatische Einrichtung arbeitet nach dem Resonanzprinzip, d. h. es wird nur die Energie in den Endlagen des Ventiles zugeführt, die durch Reibung und Gaskräfte dem System entzogen wurde. Auf diese Weise arbeitet die Einrichtung sehr energiearm.

Um den lastabhängigen Einfluß des Brennraumdruckes zu kompensieren kann eine Anpassung der Energiezufuhr erforderlich sein, was mit diesem System sehr einfach möglich ist. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß die obere Luftfeder 6 jeweils mit dem für den jeweili­ gen Betriebspunkt optimalen Luftdruck aus dem Hoch­ druckspeicher 15 beaufschlagt wird. Durch die Größe des Versorgungsdruckes aus dem Hochdruckspeicher 15 läßt sich die Menge der zuführenden Energie steuern.

Zur Funktionsweise ist die Schließfeder 10 bei diesem Ausführungsbeispiel grundsätzlich nicht erforderlich. Soll jedoch sichergestellt werden, daß sich das Ventil 2 im unbetätigten Ruhezustand des Motores in seiner Geschlossenstellung befindet, so wird man zu diesem Zwecke die Schließfeder 10 einsetzen, die damit das Ventil 2 zuverlässig in Schließstellung bringt. Aus diesem Grunde ist hierfür im Vergleich zu herkömmli­ chen Schließfedern nur eine relativ schwache Feder erforderlich.

Aus Sicherheitsgründen ist für die obere Luftfeder 6 noch eine Sicherheitsventileinrichtung 24 vorgesehen. Die Sicherheitsventileinrichtung 24 ist durch eine Verbindung einer Zweigleitung 25 mit der Hochdrucklei­ tung 14 normalerweise in Schließstellung. Fällt die Druckluftversorgung von dem Hochdruckspeicher 15 je­ doch aus, so stellt eine Feder 26 durch eine entspre­ chende Verschiebung der Sicherheitsventileinrichtung 24 eine Verbindung über eine Entlüftungsleitung 27 zu der oberen Luftfeder 6 und eine weitere Verbindung zu einer Luftaustrittsleitung 28 hinter der Sicherheits­ ventileinrichtung 24 her, womit eine Druckentlastung der oberen Luftfeder 6 vorgenommen wird, wobei durch die Feder 10 dafür gesorgt wird, daß das Ventil 2 in die Schließstellung zurückgebracht wird.

In den Fig. 2 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbei­ spiel der Erfindung beschrieben, wobei der untere Ar­ beitsraum bzw. die untere Luftfeder 7 durch eine ent­ sprechend stärkere Schließfeder 10 ersetzt wird. Zur Vereinheitlichung wurden bei diesem Ausführungsbei­ spiel für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugs­ zeichen verwendet.

Der Arbeitsraum 6 als Luftfeder wird in diesem Falle über Steuerschlitze 11 bzw. 16 an Steuerkanten und zur besseren Luftdruckverteilung über jeweils zwei Verbin­ dungsbohrungen 13a und 13b bzw. 20a und 20b mit der Hochdruckspeichereinrichtung 15 bzw. Niederdruckspei­ chereinrichtung 19 verbunden.

Fig. 2 zeigt die Grundstellung, wobei das Ventil 2 geschlossen ist. Der Elektromagnet 1 ist aktiviert bzw. bestromt und hält das Ventil 2 fest. Der Arbeits­ raum 6 ist mit Druckluft über die Verbindung mit der Hochdruckspeichereinrichtung 15 versehen. Um das Ven­ til in Öffnungsstellung zu bringen wird nun der Elek­ tromagnet 1 abgeschaltet. Daraufhin wird der Arbeits­ kolben 4 nach unten beschleunigt, da die Rückhalte­ kraft fehlt. Gleichzeitig wird zu Beginn der Bewegung die Verbindung zwischen den Steuerkanten 11 und der Hochdruckleitung 14 geschlossen. Aufgrund der Expansi­ on des Arbeitsgases in dem Arbeitsraum 6 wird der Ar­ beitskolben 4 weiter nach unten beschleunigt.

Fig. 3 zeigt die Zwischenstellung, wobei das Ventil 2 in Offenstellung gebracht und die Schließfeder 10 ge­ spannt wird. In dieser Position sind sowohl Hochdruck­ speicher 15 als auch Niederdruckspeicher 19 abgekop­ pelt. Nach einer bestimmten Strecke ist der als Gasfe­ der wirkende Arbeitsraum 6 erschöpft und die Ventilfe­ der bzw. die Schließfeder 10 erzeugt eine größere Ge­ genkraft als die Kraft der Gasfeder. Auf diese Weise kommt es zu einer Verzögerung der Bewegung, die zum Ziel haben muß, daß das Ventil 2 in der unteren Offen­ stellung eine Geschwindigkeit 0 erreicht, um einen Aufschlag, der das System zerstören könnte, zu vermei­ den.

Fig. 4 zeigt die Position des Arbeitskolbens 4 kurz vor Erreichen der unteren Endlage, d. h. der maximalen Öffnungsstellung des Ventiles 2. In dieser Stellung wird über die Verbindungsbohrung 20a und 20b, die Steuerschlitze 16 und die Druckluftleitung 18 eine Verbindung zu der Niederdruckspeichereinrichtung 19 hergestellt. In die Niederdruckspeichereinrichtung 19 wird durch die auf diese Weise geschaffene Verbindung aus dem Arbeitsraum 6 weiter Luft abgelassen, um die Voraussetzung zu schaffen, daß mehr Energie zur Verfü­ gung steht, um den anschließenden Schließprozeß für das Ventil 2 sicher durchzuführen. Auf diese Weise muß nämlich die Schließfeder 10 anschließend weniger Ener­ gie aufbringen, um das in dem Arbeitsraum 6 vorhandene Gasvolumen wieder zu komprimieren. Auf diese Weise wird eine Überschußenergie erreicht, durch die ledig­ lich Reibung und sonstige Verluste im System ausgegli­ chen werden müssen. In der unteren Position des Venti­ les 2, d. h. in Offenstellung wird der Arbeitskolben 4 durch eine Aktivierung des Elektromagneten 3 in dieser Stellung verriegelt. Zum Schließen des Ventiles 2 wird der Elektromagnet 3 wieder stromlos gemacht und die Schließfeder 10 übernimmt den Schließvorgang. Während des Schließvorganges wird das Gasvolumen im Arbeits­ raum 6 wieder komprimiert.

Fig. 5 zeigt eine entsprechende Zwischenstellung, wo­ bei sowohl der Hochdruckspeicher 15 als auch die wei­ tere Druckspeichereinrichtung 19 noch abgekoppelt sind.

Bei Annäherung an den oberen Totpunkt erfolgt wieder eine Verzögerung der Bewegung des Ventiles 2 durch die Zunahme des Druckes in dem Arbeitsraum 6. Im Rahmen der Annäherung an den oberen Totpunkt wird schließlich der Hochdruckspeicher 15 über die Steuerschlitze 11 wieder an den Arbeitsraum 6 angekoppelt (siehe Fig. 6). Auf diese Weise fließt zusätzlich Druckluft ein und führt zu einer Art Airbag-Effekt bis die nach oben gerichtete Bewegung des Ventiles 2 zusätzlich abge­ bremst wird. Anschließend wird der obere Elektromagnet 1 aktiviert, womit das Ventil 2 in der oberen Totlage verriegelt wird. Damit ist ein Arbeitstakt des Venti­ les 2 vollständig abgeschlossen.

Die beiden Druckspeichereinrichtungen 15 und 19 werden jeweils durch einen zweistufigen Kompressor 29 betrie­ ben. In der in der Zeichnung oben dargestellten Kom­ pressorstufe 29 wird Luft unter Atmosphärendruck ange­ saugt und entsprechend komprimiert der Druckspei­ chereinrichtung 19 zugeführt. Über eine Verbindungs­ leitung wird die auf diese Weise vorkomprimierte Luft dann der zweiten Stufe des Kompressors (untere Dar­ stellung) zugeführt, in der dann eine Verdichtung für die Hochdruckspeichereinrichtung 15 vorgenommen wird.

Da der Raum zwischen dem Arbeitskolben 4 und dem unte­ ren Elektromagneten 3 mit dem Atmosphärendruck in Ver­ bindung steht (siehe Spiel zwischen dem Elektromagne­ ten 3 und dem Ventilschaft 8) wird durch diesen Raum die Bewegung des Arbeitskolbens 4 nicht beeinflußt.

Fig. 7 zeigt in vergrößerter Darstellung eine pneuma­ tische Dämpfung der Ventilbewegung in den Endlagen zur Geräuschminderung. Zur Vereinfachung sind in dieser Figur nur die für die Dämpfung wichtigen Teile näher beschrieben. Um einen leisen Öffnungs- und Schließvor­ gang am Ende einer Bewegung zu erreichen, wenn der Arbeitskolben 4 nicht mit langsamer Geschwindigkeit in die Endlage einläuft, sondern wenn mit großem Energie­ überschuß gearbeitet wird, werden zur Dämpfung und zur Geräuschminderung Luftpolstertaschen 30 im Arbeitskol­ ben 4 und/oder den Elektromagneten 1 und 3 vorgesehen. Wie ersichtlich sind in dem Elektromagneten 1 mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Luftpolsterta­ schen 30 vorgesehen. Selbstverständlich können die Luftpolstertaschen 30 auch als Ringtaschen ausgebildet sein. Der Arbeitskolben 4 besitzt entsprechend an die Größe der Luftpolstertaschen 30 in dem Elektromagneten 1 angepaßte Vorsprünge 31, wobei die Vorsprünge 31 um ein gewisses Spiel kleiner sind, so daß Steuerkanten 32 beim Einfahren der Vorsprünge 31 in die Luftpol­ stertaschen 30 gebildet werden. Durch dieses Spiel bzw. durch die Steuerkanten 32 erfolgt aufgrund einer entsprechend verlangsamten Luftverdrängung aus den Luftpolstertaschen 30 eine Dämpfung durch eine gedros­ selte Rückströmung in den Arbeitsraum 6 kurz vor der oberen Endstellung des Ventiles 2.

Zum Abbremsen der Bewegung des Ventiles 2 in der unte­ ren Offenstellung dient eine weitere Lufttasche 30 in dem Arbeitskolben 4, die mit einer Dämpfungsplatte 33 in dem unteren Elektromagneten 3 zusammenarbeitet. Der Durchmesser der Dämpfungsplatte 33 ist geringfügig kleiner als der maximale Durchmesser der Luftpolster­ tasche 30. Auf diese Weise wird beim Einfahren der Platte 33 in die Luftpolstertasche 30 ein Ringspalt mit Steuerkanten 34 geschaffen, durch die die Luft nur verzögert aus der Luftpolstertasche 30 strömen kann. Auf diese Weise wird auch in Offenstellung des Venti­ les 2 eine Endlagendämpfung erreicht.

Fig. 8 zeigt nur schematisch, daß es bei diesem Aus­ führungsbeispiel auch möglich ist einen Ventil­ spielausgleich durch eine an sich bekannte hydrauli­ sche Ventilspielausgleichseinrichtung 35 zu verwenden Die elektropneumatische Betätigungseinrichtung kann als Einheit schwebend im Zylinderkopf 36 aufgehängt sein. Durch die hydraulische Ventilspielausgleichsein­ richtung wird die gesamte Einheit mit leichter Kraft nach unten gepreßt. Bewegt wird dabei der obere Elek­ tromagnet 1, wobei die Endlage bestimmt wird, während das Ventil 2 an seinem Sitz anliegt. Auf diese Weise wird der obere Elektromagnet 1 praktisch durch die hydraulische Ventilspielausgleichseinrichtung 35 in seiner Lage angepaßt. Anstelle einer hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung 35 kann selbstver­ ständlich auch eine pneumatisch betriebene Ausgleichs­ einrichtung vorgesehen sein. Da die Funktionsweise der hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung 35 all­ gemein bekannt ist, wird auf diese hier nicht näher eingegangen.

Die Fig. 9 zeigt eine Hubbegrenzung durch ein ver­ stellbares Rückschlagventil 37. Das Rückschlagventil 37 ist für den Fall vorgesehen, daß man eine Hubbe­ grenzung vornimmt, d. h. daß das Ventil 2 nicht voll geöffnet werden soll. Das Rückschlagventil 37 arbeitet mit einem Druckspeicher 38 zusammen, mit dem es durch eine Druckleitung 39 verbunden ist. Der Druckspeicher 38 ist wiederum durch eine Steuerleitung 40 mit der Druckspeichereinrichtung 19 verbunden. Versorgt der Druckspeicher 38 das Rückschlagventil 37 mit einem entsprechenden Druck, so bleibt das Rückschlagventil 37 geschlossen und das System arbeitet in normaler Weise. Wird der Druck im Druckspeicher 38 reduziert, so öffnet sich das Rückschlagventil 37 sobald der Kol­ ben dessen Stellung im oberen Bereich vor Erreichen des oberen Totpunktes überfährt. Auf diese Weise wird Luft aus dem Arbeitsraum 6 über das Rückschlagventil 37 abgeleitet und das System erreicht nicht mehr seine maximale Endlage beim unteren Elektromagneten 3, son­ dern schon früher. Damit wird auf einfache Weise eine Hubbegrenzung erreicht.

Eine Erweiterung des Regelbereiches für den Hub des Ventiles 2 ist in Fig. 10 beschrieben. In diesem Falle ist hierfür ein pneumatisches Drosselventil 41 vorge­ sehen, das elektrisch schaltbar sein kann. Durch das Drosselventil 41, welches über eine Leitung 42 mit der Druckspeichereinrichtung 19 verbunden ist, wird der Druck im Arbeitsspeicher 6 reduziert. Wie ersichtlich, übernimmt das Drosselventil 41 mit der Leitung 42 die vorstehend beschriebene Funktion der Steuerkante 16 und der Druckleitung 18. Durch die Druckreduzierung im Arbeitsspeicher 6 wird erreicht, daß der Arbeitskolben 4 nicht mehr die untere Endlage am Elektromagneten 3 erreicht. Die Flugstrecke des Arbeitskolbens 4 wird dadurch kürzer als die maximale Öffnung des Ventiles Um sicherzustellen, daß das Ventil 2 wieder in die obere Ruhelage zurückkehren kann, muß durch das elek­ trisch schaltbare pneumatische Drosselventil 41 Druck während der Flugzeit des Arbeitskolbens 4 abgelassen werden. Dadurch verringert sich die Komprimierungsar­ beit, die die Schließfeder 10 leisten muß. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das System wieder in seine obere Ruhelage zurückkehrt.

Durch diese Regelung läßt sich ein Motor bei hohen Drehzahlen leichter auf niedrigere Leistung regeln.

In der Fig. 11 ist prinzipmäßig eine weitere Abwand­ lung des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 2 bis 6 beschrieben. Der wesentlichste Unterschied besteht darin, daß der obere Elektromagnet 1, der für die Schließstellung des Ventiles zuständig ist, entfallen ist und nur der untere Elektromagnet 3, der für eine Verriegelung des Ventiles in Offenstellung sorgt, vor­ handen ist. Der zweite konstruktive Unterschied be­ steht darin, daß bei diesem System eine Art pneumati­ sche "Schnappfeder" geschaffen wird. Diese weist einen Ringspeicher 43 auf. In dem Ringspeicher 43 befindet sich vorgespannte Luft, deren Freigabe über die Bewe­ gung des Kolbens 4 erfolgt. Weiterhin ist ein pneuma­ tisch oder magnetisch betätigtes Umschaltventil 44 vorgesehen, das den Hochdruckspeicher 15 auf den Ar­ beitsraum 6 schalten kann. Ebenso wird der Arbeitsraum 6 durch das Umschaltventil 44 im Bedarfsfalle auf eine Entlüftungsleitung 45 geschaltet. Eine Druckleitung 46 stellt eine Verbindung zu der Druckspeichereinrichtung 19 her. Der Arbeitskolben 4 besitzt nach oben zu eine dornartige Erweiterung 47, in der sich Querbohrungen 48 und 49 befinden, welche in Abhängigkeit von der Stellung des Arbeitskolbens 4 eine Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 15 und dem Ringspeicher 43 über eine Druckzuleitung 50 und eine Verbindung zu dem Um­ schaltventil 44 und dem Arbeitsraum 6 über eine Lei­ tung 51 herstellen. Wird das Umschaltventil 44 aus der dargestellten Lage nach oben in Pfeilrichtung umge­ schaltet, wodurch eine Verbindung zwischen dem Hoch­ druckspeicher 15 und der Leitung 51 und damit zu dem Arbeitsraum 6 in der oberen Lage hergestellt wird, so wird der Arbeitskolben 4 um eine geringe Strecke nach unten bewegt, womit gleichzeitig auch eine Verbindung zu dem Ringspeicher 43 mit der vorgespannten Druckluft geschaffen wird. Auf diese Weise entlädt sich die Luft aus dem Ringspeicher 43, die unter einem entsprechend hohen Druck steht, in das Arbeitsvolumen des Arbeits­ speichers 6 und beschleunigt den Kolben 4 nach unten in die Nähe des Fangmagneten 3, wo er aufgefangen und, wie aus den vorstehend beschriebenen Systemen bekannt, gehalten wird.

Sobald der Arbeitskolben aus seiner oberen Ruhelage nach unten bewegt wird, wird der Ringspeicher 43 von der Druckluftversorgung abgekoppelt, denn die Querboh­ rung 48 ist nicht mehr bündig mit der Leitung 50.

Das Umschaltventil 44 stellt ein 3/2-Wegeventil dar. Bei seinem Umschalten von der unteren in die obere Position strömt über die Leitung 51 Druckluft in den Arbeitsraum 6 ein, allerdings nur kurzfristig, solange bis der Kolben 4 sich nach unten bewegt, denn an­ schließend wird die Verbindung dadurch unterbrochene daß die Querbohrung 49 in der dornartigen Erweiterung 47 des Arbeitskolbens 4 keine Verbindung mehr her­ stellt. Aufgrund der erfolgten Verbindung mit dem Ringspeicher 43 wird der Kolben 4 jedoch weiter nach unten bewegt. Der Ringspeicher 43 übernimmt damit praktisch die Funktion einer pneumatischen Feder.

In der unteren Position des Ventiles 2 wird das System durch den Elektromagneten 3 festgehalten und es er­ folgt wieder ein Druckausgleich des Arbeitsraumes 6 über die Leitung 46 zu der Druckspeichereinrichtung 19 in bekannter Weise wie vorstehend beschrieben. Die Druckspeichereinrichtung 19 wird über die Oberkante des Kolbens 4 angeschlossen.

Durch Abschalten des Elektromagneten 3 wird aufgrund der Schließfeder 10 der Kolben 4 wieder nach oben be­ schleunigt. Dabei überläuft er die Steuerkante am Ringspeicher 43 und öffnet gleichzeitig über die Quer­ bohrung 49 die Verbindung zu der Entlüftungsleitung 45. Dabei ist selbstverständlich Voraussetzung, daß sich das Umschaltventil 44 in der unteren Position, wie dargestellt, befindet.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventiles für eine Brennkraftmaschine durch eine elektro­ pneumatische Einrichtung mit einem am Ventil (2) befestigten Anker (4), der als Arbeitskolben aus­ gebildet ist, mit wenigstens einem Elektromagneten (3), der das Ventil (2) bei Aktivierung in Offen­ stellung hält, mit einer Hochdruckeinrichtung (15) für ein gasförmiges Medium zur Hochdruckversorgung eines bei Aktivierung in Öffnungsrichtung des Ven­ tiles (2) wirkenden Arbeitsraumes (6) und mit ei­ ner weiteren Druckspeichereinrichtung (19) für ein gasförmiges Medium, die zur Unterstützung des Schließvorganges des Ventiles (2) an den Arbeits­ raum (6) oder einen zweiten in Schließrichtung des Ventiles (2), wirkenden Arbeitsraum (7) anschließ­ bar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, oberer Elektromagnet (1) vorgesehen ist, der bei Aktivierung das Ventil (2) in Schließstellung hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Arbeitskolbens (4) Arbeits­ räume (6, 7) vorhanden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (4) mit Steuerdruckleitungen (14, 18) und Steuerkanten (11) zur Verbindung des oder der Arbeitsräume (6, 7) mit der Hochdruckein­ richtung (15) oder der Niederdruckeinrichtung (19) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Luftpolstertaschen (30) vorgesehen sind, die über Steuerkanten (32, 34) mit dem Arbeitsraum (6, 7) verbindbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektropneumatische Einrichtung mit einer hy­ draulischen Ventilspielausgleichseinrichtung (35) versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektropneumatische Einrichtung mit einer Hub­ begrenzungseinrichtung versehen ist, die ein Rück­ schlagventil (37) aufweist, das mit dem Arbeits­ raum (6) in Verbindung steht und das durch eine Druckspeichereinrichtung (38) vorgespannt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Hubes des Arbeitskolbens (4) eine Drosselventileinrichtung (41) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Arbeitsraum (6) und anderer­ seits mit der Niederdruckeinrichtung (19) verbun­ den ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (6) mit einer Sicherheitsventil­ einrichtung (24) versehen ist, über das der Ar­ beitsraum bei fehlender Versorgung mit gasförmigem Medium aus der Hochdruckeinrichtung (15) entlüft­ bar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Arbeitsraum (6) ein Ringspeicher (43) ver­ bindbar ist, der über Steuerkanten mit der Hoch­ druckeinrichtung (15) verbindbar ist, und daß der Arbeitsraum (6) über Steuerkanten (Querbohrungen 48, 49) an dem Arbeitskolben (4) und eine Ventil­ einrichtung (44) mit einer Entlüftungsleitung (45) oder der Hochdruckeinrichtung (15) verbindbar ist.