DE19725218C2 - Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventiles für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventiles für eine BrennkraftmaschineInfo
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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.
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.
Aus der EP 03 28 195 A2 ist eine Vorrichtung zur Betä
tigen eines Gaswechselventils für eine Brennkraftma
schine durch eine elektropneumatische Einrichtung mit
einem am Ventil befestigten Anker bekannt. Der Anker
ist als Arbeitskolben ausgebildet. Zusätzlich ist we
nigstens ein Elektromagnet vorgesehen und pneumatische
Druckeinrichtungen, die zur Aktivierung des Ventiles
in Öffnungs- und in Schließrichtung auf Arbeitsräume
wirken.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist jedoch, daß sie
relativ aufwendig aufgebaut ist und ein unharmonischer
Kraftverlauf zum Öffnen und Schließen des Ventiles
vorliegt.
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
ein Gaswechselventil betätigt und auch in einem hohen
Maße variabel gesteuert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An
spruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Koppelung mit ein oder zwei Elektromagneten
in Verbindung mit einer Hochdruck- und einer Nieder
druckeinrichtung, die vorzugsweise jeweils als Spei
chereinrichtungen ausgebildet sind, ist eine weitge
hende Steuerungsmöglichkeit für Öffnungszeiten und
Steuerhübe möglich. So lassen sich problemlos unsymme
trische Kraftverhältnisse zum Öffnen und Schließen des
Ventiles einstellen. Die Schließfeder sorgt dabei da
für, daß auch bei Störungen sichergestellt ist, daß
sich das Ventil in Schließstellung befindet bzw. diese
erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können darüber
hinaus kleinere Magnete verwendet werden, die entspre
chend weniger elektrische Energie benötigen. Darüber
hinaus wird eine Baugrößenreduzierung erreicht und die
Öffnungs- und Schließzeiten für das Ventil sind kür
zer.
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 erster 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 den 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 einen Ringkanal 17 der Arbeitsraum
7 über eine Zuleitung 18 mit einer weiteren Druckspei
chereinrichtung 19 verbunden. Über die axiale Verbin
dungsbohrung 20, einen 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
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
varriegelt 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 in 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 "Schnappfedern" 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 and 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 unterbrochen,
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 befe
stigten Anker, der als Arbeitskolben ausgebildet
ist, mit wenigstens einem Elektromagneten und mit
pneumatischen Druckeinrichtungen, die zur Aktivie
rung des Ventiles in Öffnungs- und in Schließrich
tung auf Arbeitsräume wirken,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Öffnungsrichtung des Ventiles (2) eine Hoch
druckeinrichtung (15) auf einen ersten Arbeitsraum
(6) und in Schließrichtung eine Niederdruckein
richtung (19) auf den ersten oder einen weiteren
Arbeitsraum (7) wirkt und daß in Schließrichtung
eine Schließfeder (10) vorgesehen 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 mindestens
einen Arbeitsraumes (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 die 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.
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