DE19852610A1

DE19852610A1 - Elektromagnetische Stelleinrichtung

Info

Publication number: DE19852610A1
Application number: DE19852610A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1998-11-14
Publication date: 2000-05-18

Abstract

Es wird eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei Elektromagneten, deren Polflächen zumindest teilweise einander zugewandt sind und einem verschiebbar gelagerten, zwischen den Polflächen durch die Elektromagneten hin- und herbewegbaren Anker beschrieben, der ohne Ansteuerung der Elektromagneten durch zwei entgegengesetzt gerichtete Federkräfte in einer Zwischenstellung gehalten wird und nach Erreichen einer Endstellung wenigstens in der Nähe der Polflächen eines Elektromagneten zeitweise festgehalten wird, wobei durch die Ankerbewegung ein Ventil eines Verbrennungsmotors verstellt wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, eine weitere zuschaltbare Federkraft zu verwenden, die zeitweise eine der entgegengesetzt gerichteten Federkräfte unterstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige elektromagnetische Stelleinrichtungen sind z. B. aus der DE 195 21 078 A1 bekannt.

Die bekannten elektromagnetischen Stelleinrichtungen für Ventile eines Verbren nungsmotors sind dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellfedern, z. B. zwei Druckfe dern oder eine Torsionsfeder, den Anker in der Neutralstellung, z. B. in der Mittelstel lung zentrieren. Die beiden Magnetsysteme bewirken jeweils eine Bewegung in Schließ- oder in Offenstellung des Ventils. Die Rückstellfeder wird dabei bemessen nach der beweglichen Masse des Systems und nach der Forderung hinsichtlich der Schaltzeit. Darunter ist die Zeit zu verstehen, die notwendig ist das Ventil von der einen, z. B. Schließ- in die Offenstellung zu bewegen. Man ist bestrebt die Masse möglichst klein zu halten, damit der Energie- oder Leistungsbedarf klein bleibt. Der Energiebetrag ist bei gegebenem Hub und mechanischen Verlusten abhängig von der Vorspannkraft der Feder. Bei einem Aktuator für das Einlaßventil treten keine nennenswerten Gaskräfte auf, so daß im Wesentlichen die mechanischen Verluste, nämlich Reibung in den Lagern und Luftreibung am Ventil den Energiebedarf be stimmen, der wie gesagt zusätzlich abhängig von der Federvorspannung ist. Dage gen treten bei den Stelleinrichtungen für Auslaßventile Probleme der Beherrschung der Gaskräfte und der damit notwendigen, zusätzlichen Hubarbeit zur Überwindung dieser Kräfte auf. Diese Gaskräfte sind abhängig vom jeweils herrschenden Zylinder druck. Der Öffnungszeitpunkt des Auslaßventils hat hier wesentlichen Einfluß, da der Brennraumdruck einer Hyperbelfunktion folgt. Der Öffnungszeitpunkt des Auslaß ventils soll so spät als möglich, ideal im unteren Totpunkt sein, damit der Kolben seine volle Hubarbeit auf die Kurbelwelle übertragen kann. Die Schaltzeit des Sy stems bestimmt jedoch den Öffnungszeitpunkt. Nun werden sehr hohe Zylinder drücke relativ selten, nämlich nur bei Vollast erreicht; im Normalfahrbetrieb herrscht vorwiegend die Teillast mit geringeren Gasdrücken vor. Wird das System, zum Bei spiel nach der Vollast dimensioniert, so sind die Schaltzeiten im Teillastgebiet infolge der niedrigeren Gaskräfte unnötig kurz. Dies rührt daher, daß die Rückstellfeder nach den Vollastbedingungen ausgelegt ist. Diese könnte für Teillastbedingungen z. B. nur halb so stark sein, was eine erhebliche Reduzierung des Energiebedarfs bedeuten würde. Dies gilt allerdings für Systeme mit geringeren, beweglichen Massen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen wie man ohne den Energieaufwand für die Elektromagnete zu erhöhen, ein zeitweise stärker bela stetes Ventil betätigen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, deren Vorteile später herausgestellt werden.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht also in einer zusätzliche Rückstellfederkraft, welche über eine Betätigungseinrichtung bei Vollast eingeschaltet wird. Diese wirkt z. B. nur in der Schließstellung und beschleunigt den Anker schneller, und entlastet damit den sogenannten Öffnungsmagneten, der dann eine geringere Hubarbeit ein bringen muß. Bei konventionellen Systemen muß der Magnet relativ früh einge schaltet werden und zwar in einem Bereich, in dem er relativ wenig Kraft entfaltet; damit ist der Wirkungsgrad ungünstig. Bei entsprechender Federauslegung kann der Öffnungsmagnet, welcher nunmehr nur noch die Fangenergie aufbringen muß, bis zu 50 Prozent entlastet werden. Damit kann der Strom später eingeschaltet werden und die Hubarbeit in einem Bereich besseren Wirkungsgrades erzeugt werden. Das Sy stem hat außerdem den Vorteil, daß die beiden Magnetsysteme, entsprechend den unterschiedlichen Kräften, unterschiedlich dimensioniert werden können; dies be deutet, daß der Öffnungsmagnet erheblich kleiner ausbildet werden kann. Das Sy stem ist besonders vorteilhaft bei Systemen, die eine relativ kleine Masse besitzen, da diese Systeme relativ kleine Rückstellfedern benötigen. Bei Teillast wirkt die Zu satzfeder nicht, so daß eine kleinere mechanische Energie für die Hubbewegung notwendig ist. Die Erfindung kann auch beim Schließventil angewandt werden, wenn es darum geht, das Ventil gegen den Gasdruck zu schließen und hier eine Unterstüt zung durch die Zusatzfeder sinnvoll ist.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einem schwenkbar gelagerten Anker,

Fig. 2 eine Detailabwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

Fig. 3 ein Kraftdiagramm.

In Fig. 1 sind zwei Magnetsysteme mit M1 und M2 bezeichnet. Sie wirken bei Strom beaufschlagung auf einen Anker 1 ein, der in einen Hebel 2 integriert ist. Der Hebel 2 ist mit einem senkrecht zur Hebelausdehnung verlaufenden, am anderen Ende ein gespannten Torsionsstab 4 verbunden, der die entgegengesetzt gerichteten Feder kräfte aufbringt. Der Anker 1 samt Hebel 2 befinden sich in Fig. 1 in der Neutralstel lung. Am freien Ende des Hebels 2 ist ein Schaft 3a eines Ventils 3 drehbar befestigt.

Der Hebel 2 weist am linken Ende eine Verlängerung 2a auf, auf der sich eine Schraubenfeder 7 abstützt. Die Feder 7 ist im entspannten Zustand dargestellt. Sie kann mittels einer Hydraulikpumpe 8 über ein Elektromagnetventil 6 und einen da durch verschiebbaren Kolben 5 gespannt werden und wirkt dann bei geschlossenem Ventil zusammen mit der einen Federkraft der Torsionsfeder auf das Ventil ein. Das Abschalten der Haltekraft des Magneten M1 genügt nun um mittels der Federn 7 und 4 das Ventil zu öffnen. Dieser Öffnungsmechanismus mit Hilfe der zuschaltbaren Fe der ist nur bei hohen Zylinderdrücken, d. h. bei starker Motorbelastung (Vollast) not wendig. Als Pumpe 8 kann die Motorölpumpe eingesetzt werden. Es ist auch möglich durch unterschiedlich lange Betätigung des Ventils 6 unterschiedliche Federdrücke einzustellen.

Alternativ zu der gezeigten Federspannmethode kann dies auch durch den Exzen ter 10 eines Elektroantriebs bewirkt werden, der gestrichelt eingezeichnet ist. Diese Ausführungsform hat ebenfalls den Vorteil, daß durch die Stellung des Exzenters unterschiedliche Federkräfte einstellbar sind. Der Exzenter kann z. B. über einen Schneckenantrieb eingestellt werden. Im gespannten Zustand wirkt die Feder wegen der Schwenkbewegung des Hebels unsymmetrisch auf den Hebel 2 ein. In Fig. 2 ist deshalb ein etwas anders ausgebildetes, linkes Ende des Hebels 2 gezeigt, bei dem an einer Verlängerung 2b des Hebels 2 eine Platte 9 schwenkbar gelagert ist, auf die sich die Feder 7 abstützt. Diese paßt sich der Stellung der Feder 7 zum Hebel 2 an.

In Fig. 3 sind die Federkräfte und die Magnetkraft über dem Ankerweg aufgezeich net. F_F1 sind die beiden Federkräfte der Torsionsfeder, F_F2 ist die Kraft der zuschalt baren Feder und F_M stellt der Verlauf der Magnetkräfte dar.

Vorzugsweise wirkt die Zusatzfeder nur in der, dem Schließmagnet zugeordneten Hubhälfte, weil der Magnet in diesem Bereich eine stark ansteigende Magnetkraft besitzt.

Die oben bei einem schwenkbaren Anker beschriebenen Erfindung kann auch bei üblichen Hubmagneten zur Anwendung kommen.

Claims

1. Elektromagnetische Stelleinrichtung mit einem verschiebbar gelagerten, durch eine Elektromagneteinrichtung (M1, M2) hin- und herbewegbaren An ker (1), der nach Erreichen einer Endstellung dort zeitweise festgehalten wird und der ohne Ansteuerung der Elektromagneteinrichtung (M1, M2) durch Fe derkräfte in einer Zwischenstellung oder Endstellung gehalten wird, wobei durch die Ankerbewegung ein Ventil (3) eines Verbrennungsmotors verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zeitweise zuschaltbare weitere Federkraft (Feder 7) vorgesehen ist, die im zugeschalteten Zustand eine der Federkräfte unterstützt und daß eine Betätigungseinrichtung (5, 6, 8; 10) vorgesehen ist, über die die zeitweise Zuschaltung der weiteren Feder kraft bewirkt wird.

2. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine die Ankerbewegung in eine Richtung im zugeschalteten Zustand unterstützende Feder (7) vorgesehen ist, die zeitweise entspannt ist und zeitweise durch die Betätigungseinrichtung (5, 6, 8; 10) gespannt wird.

3. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (7) durch den Kolben (5) eines Hydraulikzylinders gespannt wird, der mittels einer Hydraulik (6, 8) bewegt wird.

4. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder (7) durch einen elektrischen Drehantrieb, insbeson dere durch einen, durch den Drehantrieb bewegten Exzenter (10) gespannt wird.

5. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, daß durch unterschiedliche Betätigungen der Betätigungsein richtungen (5, 6, 8; 10) unterschiedliche Federkräfte einstellbar sind.

6. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Anker (1) an einem schwenkbaren Hebel (2) gelagert ist oder diesen bildet.

7. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden entgegengesetzt gerichteten Federkräfte wenig stens teilweise durch eine Torsionsfeder (4) erzeugt werden.

8. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Schwenkbewegung eine drehbar gelagerte Auflage (9) für die Feder (7) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die weitere Federkraft (Feder 7) bei einem Aus laßventil eines Verbrennungsmotors zur Erleichterung der Ventilöffnung zur Anwendung kommt.

10. Elektromagnetische Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die zusätzliche Federkraft (Feder 7) nur bei starker Motorbela stung eingesetzt wird.