DE19935871C2 - Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils und ein Verfahren zu deren Betreibung - Google Patents
Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils und ein Verfahren zu deren BetreibungInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, die auf einen axial verschiebbaren Anker wirken, der direkt oder über einen Ankerschaft auf einen Ventilschaft wirkt, und mit einem Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder aufweist, die direkt über einen Federschaft und/oder über den Ankerschaft auf den Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt und den Anker bei unbestromten Magneten in einer Gleichgewichtslage hält, und mit einer Arretiervorrichtung, über die mit zumindest einem Arretiermittel das Gaswechselventil in seiner Schließstellung arretierbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel in einer Arretierstellung am Ankerschaft, am Ventilschaft und/oder am Federschaft form- und/oder kraftschlüssig angreift.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem
elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselven
tils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu
deren Betreibung.
Elektromagnetische Aktuatoren zum Betätigen von Gaswechselven
tilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungs
magneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen
ein Anker koaxial zu einer Ventilachse verschiebbar angeordnet
ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerschaft auf ei
nen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem
Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorgespanntes Federsy
stem auf den Anker. Als Federsystem dienen meist zwei vorge
spannte Ventilfedern, von denen eine obere Ventilfeder das Gas
wechselventil in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfeder
das Gaswechselventil in Schließrichtung belastet. Bei nicht er
regten Magneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer
Gleichgewichtslage zwischen den Polflächen gehalten. Die Ven
tilfedern können gemeinsam auf einer Seite oder jeweils ge
trennt voneinander auf beiden Seiten der Schaltmagnete angeord
net sein.
In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker
an der Polfläche des bestromten Schließmagneten an und wird von
diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung
wirkende Ventilfeder weiter vor. Um das Gaswechselventil
zu öffnen, wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der Öff
nungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende
Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage
hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird.
Der Anker schlägt auf die Polfläche des Öffnungsmagneten auf
und wird von diesem gehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu
schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der
Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende
Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage
hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten
angezogen, schlägt auf die Polfläche des Schließmagneten auf
und wird von diesem gehalten.
Um beim Start der Brennkraftmaschine den Anker aus der Gleich
gewichtslage anzuziehen, wird entweder der Schließmagnet oder
der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker mit ei
ner Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz in Schwingung
versetzt. Dieser Vorgang erfordert einen hohen elektrischen
Energiebedarf und verzögert das Startverhalten der Brennkraft
maschine bis alle Aktuatoren angeschwungen sind. Werden für ei
nen Spielausgleich hydraulische Spielausgleichselemente verwen
det, können ferner die Spannkräfte der vorgespannten Ventilfe
dern in der Gleichgewichtslage dazu führen, daß die hydrauli
schen Spielausgleichselemente während des Stillstands der
Brennkraftmaschine zusammengedrückt werden.
Aus der DE 197 10 974 A1 ist ein Verfahren bekannt, eine gat
tungsbildende Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktua
tor zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Schließ
stellung des Gaswechselventils zu arretierten. Der Aktuator be
sitzt einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwi
schen deren Polflächen ein auf das Gaswechselventil wirkender
Anker axial verschiebbar angeordnet ist. Ferner besitzt der Aktuator
zwei auf den Anker entgegengesetzt wirkende Ventilfe
dern.
Der Schließmagnet des Aktuators wird beim Abstellen der Brenn
kraftmaschine bestromt bzw. bleibt zur Anordnung des Ankers in
einer der Schließstellung des Gaswechselventils entsprechenden
Position bestromt. Anschließend wird der Anker mittels einer
unmittelbar an ihm angreifenden Sperreinrichtung arretiert, und
zwar mit einem elektromagnetisch gesteuerten Sperrbolzen, der
den Anker untergreift.
Greift der Sperrbolzen am radial äußeren Bereich des Ankers an,
entsteht durch die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder ein
großes Kippmoment auf den Anker, welches in einer Ankerschaft
führung oder in einer Ventilschaftführung abgestützt wird. Dies
kann zu einem Verkanten und insbesondere zu einem erhöhten Ver
schleiß führen. Um ein großes Kippmoment möglichst zu vermei
den, müßte ein langer Sperrbolzen verwendet werden, der jedoch
über einen großen Weg verstellt werden müßte und einen erhöhten
Bauraum benötigen würde.
Ferner ist aus der DE 37 39 891 A1 eine Vorrichtung zur Betäti
gung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Ak
tuator bekannt, die eine Arretiervorrichtung aufweist, über die
das Gaswechselventil in der Schließstellung arretierbar ist.
Der Aktuator besitzt einen Anker, der, entgegen der Kraft einer
zylindrischen Drehstabfeder zwischen Polflächen der Magnete
axial verschiebbar ist. Die Drehstabfeder ist an ihrer einen
Seite an einem Zylinderkopf drehfest gehalten und ist an ihrer
anderen Seite mit einem Ventilhebel drehfest verbunden, der ge
lenkig mit einem Ankerschaft verbunden ist. Die Arretiervor
richtung besitzt eine Nockenwelle mit einem Haltenocken, die
parallel zur Drehstabfeder im Zylinderkopf unterhalb des Ven
tilhebels gelagert ist. Der Haltenocken ist bei Stillstand der
Brennkraftmaschine hochgeschwenkt, blockiert den Ventilhebel
und spannt die Drehstabfeder. Die Nockenwelle wird über einen
Schrittmotor geschwenkt, der von einem Steuergerät in Abhängig
keit von Sensorsignalen der Brennkraftmaschine angesteuert
wird. Die Verbindung der Drehstabfeder über den Ventilhebel mit
dem Ankerschaft führt zu einem großen Bauraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende
Brennkraftmaschine weiterzuentwickeln und insbesondere eine si
chere, platzsparende und kostengünstige Arretiervorrichtung zu
schaffen, die mit möglichst wenig Energie betätigbar ist und
keine oder möglichst geringe Kippmomente verursacht. Sie wird
gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü
che gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un
teransprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit zumindest ei
nem elektromagnetischen Aktuator zum Betätigen eines Gaswech
selventils einer Brennkraftmaschine, der einen Öffnungsmagneten
und einen Schließmagneten aufweist, die auf einen axial ver
schiebbaren Anker wirken. Der Anker wirkt direkt oder über ei
nen Ankerschaft auf einen Ventilschaft. Ferner besitzt der Ak
tuator ein Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder auf
weist. Die Ventilfeder wirkt direkt, über einen Federschaft
und/oder über den Ankerschaft auf den Ventilschaft des Gaswech
selventils und hält den Anker bei unbestromten Magneten in ei
ner Gleichgewichtslage. Ferner besitzt die Vorrichtung eine Ar
retiervorrichtung, über die mit zumindest einem Arretiermittel
das Gaswechselventil in seiner Schließstellung arretierbar ist.
Es wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel in einer Arre
tierstellung am Ankerschaft, am Ventilschaft und/oder am Feder
schaft form- und/oder kraftschlüssig angreift, wobei der Feder
schaft auch einstückig mit dem Ankerschaft ausgeführt sein
kann. Die in der Schließstellung des Gaswechselventils in Öffnungsrichtung
wirkende Ventilfeder des Aktuators kann im we
sentlichen zentral in ihrer Wirkrichtung mit einem kurzen,
platzsparenden Arretiermittel blockiert werden. Kippmomente,
bedingt durch die Arretiervorrichtung, können vollständig oder
zumindest weitgehend vermieden und zudem kann eine Arretiervor
richtung mit kleinem Bauraum geschaffen werden.
Ferner können insbesondere Kippmomente von der in der Schließ
stellung des Gaswechselventils in Öffnungsrichtung wirkenden
Ventilfeder auf andere Bauteile vollständig oder zumindest
weitgehend vermieden werden, indem das Arretiermittel in der
Arretierstellung an der in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfe
der selbst oder an deren bewegten Federauflage form- und/oder
kraftschlüssig angreift. In der Regel besitzt der Aktuator zwei
Ventilfedern, und zwar eine in Schließrichtung wirkende Ventil
feder und eine in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder sowie
zwei auf den Anker wirkende Elektromagnete. Grundsätzlich kön
nen jedoch die Ventilfedern und/oder die Elektromagnete ein
stückig ausgeführt sein. Ferner können auch mehrere Ventilfe
dern in Öffnungsrichtung und/oder in Schließrichtung wirken.
Die Arretiervorrichtung kann mit verschiedenen, dem Fachmann
als geeignet erscheinenden Stellmechanismen betätigt werden.
Nach dem Startender Brennkraftmaschine kann die Arretiervor
richtung jedoch besonders schnell mit einem Elektromagneten be
tätigt werden, ohne daß beispielsweise ein Druckaufbau eines
Systems abgewartet werden muß. Elektrische Energie steht in der
Regel bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine zur Verfü
gung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung der Arre
tierstellung belastet ist und entgegen der Federkraft über eine
hydraulische Stelleinheit belastbar ist. Durch die hydraulische
Stelleinheit kann der Elektromagnet der Arretiervorrichtung in
seiner Funktion unterstützt und stets ein sicheres Öffnen der
Arretiervorrichtung erreicht werden. Ferner kann vorteilhaft
das Arretiermittel mit dem Start bzw. besonders kurz nach dem
Start der Brennkraftmaschine durch den Elektromagneten entgegen
der Federkraft entriegelt und anschließend durch die hydrauli
sche Stelleinheit in der Öffnungsstellung der Arretiervorrich
tung gehalten werden. Der Elektromagnet kann abgeschaltet und
Energie eingespart werden.
Die hydraulische Stelleinheit kann grundsätzlich von verschie
denen Druckquellen versorgt sein. Besonders vorteilhaft wird
jedoch die hydraulische Stelleinheit über einen Öldruck der
Brennkraftmaschine versorgt. Zusätzliche Energie und Energie
quellen sowie zusätzliche Bauteile können eingespart werden.
Ferner kann besonders vorteilhaft im Betrieb der Brennkraftma
schine der vorliegende Öldruck genutzt werden die Arretiervor
richtung in geöffneter Stellung zu halten. Wird die Brennkraft
maschine abgeschaltet, fällt der Öldruck der Brennkraftmaschine
ab und das Arretiermittel wird vorteilhaft automatisch durch
die Federkraft in die Arretierstellung verschoben. Bis das Ar
retiermittel die Arretierstellung erreicht, bleibt der Schließ
magnet des Aktuators aktiviert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei sämtlichen, dem Fach
mann als sinnvoll erscheinenden Arretiervorrichtungen für Gas
wechselventile eingesetzt werden und besonders vorteilhaft bei
Arretiervorrichtungen, die in der Arretierstellung an einem Fe
derschaft, an einem Ankerschaft und/oder an einem Ventilschaft
form- und/oder kraftschlüssig angreifen.
Um mit einem möglichst kleinen Elektromagneten das Arretiermit
tel aus der Raststellung in die Öffnungsstellung der Arretier
vorrichtung verschieben zu können, wird vorteilhaft der
Schließmagnet des Aktuators aktiviert bevor der Elektromagnet
der Arretiervorrichtung aktiviert wird und dadurch eine Klemm
wirkung der Ventilfeder auf das Arretiermittel aufgehoben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla
gen, daß das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung
einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung belastet ist und
über einen Elektromagneten und/oder hydraulisch, pneumatisch,
elektrochemisch entgegen der Federkraft in Richtung der Arre
tierstellung verschiebbar ist. In der Arretierstellung kann die
von der Ventilfeder verursachte Klemmwirkung auf das Arretier
mittel genutzt werden, das Arretiermittel in der Arretierstel
lung zu halten. Zum Arretieren wird bei aktiviertem Schließma
gnet das Arretiermittel entgegen der Federkraft hydraulisch
und/oder elektromagnetisch in die Arretierstellung verschoben.
Anschließend wird der Schließmagnet abgeschaltet. Die Ventilfe
der verklemmt das Arretiermittel in der Arretierstellung und
ist dadurch blockiert. Um die Arretiervorrichtung zu entrie
geln, wird der Schließmagnet aktiviert, die Klemmwirkung wird
aufgehoben und das Arretiermittel kann durch die Federkraft in
die Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung verschoben werden.
Es kann mit wenig zusätzlichen Bauteilen eine Arretiervorrich
tung mit kleinem Bauraum geschaffen werden, die ohne zusätzli
che Energie in ihrer Öffnungsstellung und in ihrer Arretier
stellung fixiert ist.
Um eine möglichst einfache Montage zu ermöglichen und um zu
sätzliche Bauteile einzusparen, wird vorgeschlagen, das Arre
tiermittel in einer Schaftführung in der Form eines Schiebers
unterzubringen, und zwar insbesondere in einer Federschaftfüh
rung auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite des
Schließmagneten. In der Schaftführung ist vorteilhaft zusätz
lich ein Elektromagnet zur Betätigung des Schiebers angeordnet.
Anstatt je Aktuator einen Elektromagneten für die Arretiervor
richtung vorzusehen, können auch vorteilhaft zumindest zwei
oder sämtliche Arretiermittel über eine gemeinsame Anlenkvor
richtung mit einem gemeinsamen Elektromagneten betätigt werden.
Die Anlenkvorrichtung kann beispielsweise von einem Schieberge
stänge, einem Kulissenband usw. gebildet sein. Zusätzliche Bau
teile, insbesondere Elektromagneten, Bauraum und Kosten können
eingespart werden.
Ferner wird vorgeschlagen, daß das Arretiermittel durch zumin
dest ein beheizbares Bimetallelement betätigbar ist. Mit einem
Bimetallelement kann eine besonders platzsparende, leichte und
kostengünstige Arretiervorrichtung mit wenig zusätzlichen Bau
teilen geschaffen werden. Ferner können insbesondere mit einem
Bimetallelement einfach mehrere über einen Bereich verteilte
Arretiermittel oder es kann ein sich über einen Bereich er
streckendes Arretiermittel betätigt werden. Mit dem Gaswechsel
ventil bewegte Bauteile, wie unter anderem auch der Anker, kön
nen in der Schließstellung des Aktuators mit geringem konstruk
tiven Aufwand über einen größeren Bereich abgestützt werden.
Durch die Arretiervorrichtung bedingte Kippmomente und ein er
höhter Verschleiß sind mit geringem konstruktiven Aufwand ver
meidbar.
Das Arretiermittel kann durch Beheizen des Bimetallelements
verriegelt oder entriegelt werden. In einer erfindungsgemäßen
Ausgestaltung ist durch Beheizen des Bimetallelements das Arre
tiermittel in Richtung der Arretierstellung und durch die
Spannkraft des abgekühlten Bimetallelements ist das Arretier
mittel in Richtung der Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung
bewegbar. Das Arretiermittel kann in der Arretierstellung durch
die Klemmwirkung der in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder
fixiert werden. Zusätzliche Federn, die das Arretiermittel aus
der Arretierstellung in Richtung einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung
bewegen, können eingespart werden. Ferner
können Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart werden,
indem das Bimetallelement einstückig mit dem Arretiermittel
ausgeführt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Bime
tallelement die Form eines gekrümmten Blechstreifens und er
streckt sich in Längsrichtung hochkant zumindest teilweise in
Umfangsrichtung in einem radialen Abstand zu einem Schaft, wo
bei der Abstand zum Schaft durch Beheizen des Bimetallelements
veränderbar ist. Durch die Krümmung kann eine hohe Formstabili
tät in axialer Richtung, quer zur Längsrichtung des Bimetalle
lements erreicht werden, wodurch das Bimetallelement besonders
vorteilhaft als Arretiermittel genutzt werden kann. Das Bime
tallelement kann ein mit dem Gaswechselventil bewegtes Bauteil
vorteilhaft über einen größeren Bereich abstützen, beispiels
weise eine Federauflage, einen Schaft, den Anker usw., wodurch
Kippmomente vollständig vermieden werden können. Ferner kann
das Bimetallelement in der Form eines Blechstreifens besonders
platzsparend in den Aktuator integriert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe
schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er
findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthal
ten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die
Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinn
vollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einem Aktuator,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 1 mit einer
Arretiervorrichtung in Arretierstellung, die beheizbare
Bimetallelemente aufweist,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines Aktuators nach Fig. 3 mit geöff
neter Arretiervorrichtung und
Fig. 5 einen Ausschnitt des Aktuators nach Fig. 3 schräg von
oben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsge
mäßen Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Aktuator 27 zum
Betätigen eines Gaswechselventils 5 für eine Brennkraftmaschine
im Längsschnitt. Der Aktuator 27 besitzt einen Öffnungsmagneten
28 und einen Schließmagneten 26, zwischen denen ein Anker 29
koaxial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 29 wirkt über
einen Ankerschaft 30 auf einen Ventilschaft 31. Ferner wirkt
auf den Ventilschaft 31 ein Federsystem mit einer oberen, in
Öffnungsrichtung 6 wirkenden Ventilfeder 8 und einer unteren,
in Schließrichtung 7 wirkenden Ventilfeder 9. Die in Öffnungs
richtung 6 wirkende Ventilfeder 8 ist auf der dem Gaswechsel
ventil 5 abgewandten Seite des Schließmagneten 26 angeordnet,
stützt sich an einem Deckel 32 ab und wirkt über eine Federauf
lage 10 auf einen Federschaft 4, der mit einer Stirnseite 33
auf eine Stirnseite 34 des Ankerschafts 30 wirkt. Die in
Schließrichtung 7 wirkende Ventilfeder 9 ist auf der dem Gas
wechselventil 5 zugewandten Seite des Öffnungsmagneten 28 ange
ordnet, stützt sich über einen Ring 35 an einem Zylinderkopf 36
ab und wirkt über eine Federauflage 11 in Schließrichtung 7 auf
den Ventilschaft 31.
Ferner besitzt der Aktuator 27 eine Arretiervorrichtung 16,
über die mit einem Arretiermittel 1 das Gaswechselventil 5 in
seiner Schließstellung arretierbar ist (Fig. 1 und 2). In der
Schließstellung greift das Arretiermittel 1 in der Arretier
stellung erfindungsgemäß formschlüssig in eine Nut 37 am Feder
schaft 4. Das Arretiermittel 1 wird von einem in einer Feder
schaftführung 17 gelagerten Schieber gebildet, der einen Stößel
38 und einen Anker 39 aufweist. In der Federschaftführung 17
ist ferner ein Elektromagnet 12 gelagert, über den der Schieber
betätigbar ist.
Vor dem Start der Brennkraftmaschine befindet sich das Gaswech
selventil 5 in seiner Schließstellung und die Arretiervorrich
tung 16 in ihrer Arretierstellung, bei der der Stößel 38 form
schlüssig in die Nut 37 greift. Beim Start der Brennkraftma
schine wird in einem ersten Schritt, der Schließmagnet 26 akti
viert. Eine durch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfe
der 8 verursachte Klemmwirkung zwischen dem Federschaft 4 und
dem Stößel 38 des Arretiermittels 1 wird aufgehoben. Anschlie
ßend wird in einem zweiten Schritt der Elektromagnet 12 der Ar
retiervorrichtung 16 aktiviert. Der Elektromagnet 12 wirkt auf
den Anker 39 des Schiebers und verschiebt diesen in Richtung 15
einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung 16 entgegen der
Kraft einer nicht näher dargestellten Feder. Der Stößel 38 wird
aus der Nut 37 gezogen und die Arretiervorrichtung 16 entrie
gelt.
Ist durch die Brennkraftmaschine ein ausreichender Öldruck auf
gebaut, wird der Schieber über eine hydraulische Stelleinheit
14 über den Öldruck der Brennkraftmaschine in geöffneter Stel
lung der Arretiervorrichtung 16 gehalten. Der Elektromagnet 12
wird stromlos geschaltet, wodurch Energie eingespart wird.
Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird der Schließmagnet
26 aktiviert und das Gaswechselventil 5 in seiner Schließstel
lung gehalten. Der Öldruck der Brennkraftmaschine fällt ab. Der
Schieber der Arretiervorrichtung 16 wird entlastet und wird
durch die Federkraft der nicht näher dargestellten Feder in
Richtung 13 der Arretierstellung verschoben. Der Stößel 38
greift formschlüssig in die Nut 37 des Federschafts 4 und bloc
kiert dadurch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8.
Anschließend wird der Schließmagnet 26 des Aktuators 27 strom
los geschaltet.
Im abgeschalteten Zustand der Brennkraftmaschine hält die in
Schließrichtung 7 wirkende Ventilfeder 9 das Gaswechselventil 5
geschlossen, das sich an einem Ventilsitzring 40 in Schließ
richtung 7 abstützt. Indem die in Öffnungsrichtung 6 wirkende
Ventilfeder 8 durch die Arretiervorrichtung 16 blockiert ist,
wird eine Belastung eines zwischen dem Ankerschaft 30 und dem
Ventilschaft 31 angeordneten hydraulischen Spielausgleichsele
ments 41 durch die Ventilfedern 8, 9 bei abgeschalteter Brenn
kraftmaschine vermieden. Ein Absinken des Spielausgleichsele
ments 41 wird verhindert.
In Fig. 3, 4 und 5 sind Ausschnitte einer Variante nach Fig. 1
mit einer Arretiervorrichtung 22 dargestellt, die zwei beheiz
bare Bimetallelemente 18, 19 aufweist. Im wesentlichen gleich
bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugs
zeichen beziffert.
Die Bimetallelemente 18, 19 besitzen die Form gekrümmter Blech
streifen und erstrecken sich in Längsrichtung hochkant jeweils
mit einem radialen Abstand 23 in Umfangsrichtung eines Feder
schafts 25 (Fig. 3 und 5). An einem Ende besitzen die Bimetal
lelemente 18, 19 eine radiale Erstreckung 42, 43, über die die
Bimetallelemente 18, 19 in einem Bauteil 44 befestigt sind, das
auf der dem Gaswechselventil 5 abgewandten Seite des Schließma
gneten 26 angeordnet ist. Im Bauteil 44 ist ferner über ein
Stellgewinde 45 ein verstellbarer Deckel 24 gelagert, an dem
die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfeder 8 abgestützt
ist. Über den Deckel 24 kann der Fußpunkt der Ventilfeder 8
verstellt werden.
Fig. 3 zeigt das Gaswechselventil 5 in geschlossener Stellung
und die Arretiervorrichtung 22 in Arretierstellung bei abge
schalteter Brennkraftmaschine. Die Bimetallelemente 18, 19 bil
den gleichzeitig Arretiermittel 2, 3, die an der Federauflage
10 formschlüssig angreifen und die in Öffnungsrichtung 6 wir
kende Ventilfeder 8 blockieren. Beim Start der Brennkraftma
schine wird in einem ersten Schritt der Schließmagnet 26 akti
viert. Eine durch die in Öffnungsrichtung 6 wirkende Ventilfe
der 8 verursachte Klemmwirkung zwischen der Federauflage 10 und
den Bimetallelementen 18, 19 bzw. Arretiermitteln 2, 3 wird
aufgehoben. Die Bimetallelemente 18, 19 werden durch eine inne
re Spannkraft mit ihren freien Enden radial nach außen, in
Richtung 21 einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung 22
geschwenkt und durch die innere Spannkraft gegen das Bauteil 44
gedrückt (Fig. 4). Die Federauflage 10 kann sich anschließend
radial innerhalb der Bimetallelemente 18, 19 frei in axialer
Richtung 6, 7 bewegen.
Beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird in einem ersten
Schritt der Schließmagnet 26 aktiviert und das Gaswechselventil
5 in seiner Schließstellung gehalten. In einem zweiten Schritt
werden die Bimetallelemente 18, 19 beheizt, wodurch diese, mit
ihren freien Enden radial nach innen, in Richtung 20 der Arre
tierstellung unter die Federauflage 10 schwenken. Um sicher zu
stellen, daß während des Betriebs der Brennkraftmaschine die
Bimetallelemente 18, 19 durch ihre innere Spannkraft sicher am
Bauteil 44 fixiert sind, liegt die Temperatur, bei der die Bi
metallelement 18, 19 in Richtung 20 der Arretierstellung
schwenken, weit über der Betriebstemperatur der Brennkraftma
schine.
Sind die Bimetallelemente in Richtung 20 der Arretierstellung
verschoben, wird der Schließmagnet 26 stromlos geschaltet. Die
Federauflage 10 wird auf den Bimetallelementen 18, 19 in Öff
nungsrichtung 6 abgestützt. Die in Öffnungsrichtung 6 wirkende
Ventilfeder 8 wird blockiert und das Gaswechselventil 5 in sei
ner Schließstellung fixiert. Durch die Spannkraft der Ventilfe
der 8 werden die Bimetallelemente 18, 19 kraftschlüssig in ra
dialer Richtung 20, 21 über einen Klemmsitz zwischen der Feder
auflage 10 und dem Schließmagneten 26 sicher fixiert. Die Be
heizung der Bimetallelemente 18, 19 kann abgeschaltet werden.
Claims (15)
1. Vorrichtung mit zumindest einem elektromagnetischen Aktuator
zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,
der einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist,
die auf einen axial verschiebbaren Anker wirken, der direkt
oder über einen Ankerschaft auf einen Ventilschaft wirkt, und
mit einem Federsystem, das zumindest eine Ventilfeder aufweist
die direkt, über einen Federschaft und/oder über den Anker
schaft auf den Ventilschaft des Gaswechselventils wirkt und den
Anker bei unbestromten Magneten in einer Gleichgewichtslage
hält, und mit einer Arretiervorrichtung, über die mit zumindest
einem Arretiermittel das Gaswechselventil in seiner Schließ
stellung arretierbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (1) in einer Arretierstellung am Anker
schaft, am Ventilschaft und/oder am Federschaft (4) form-
und/oder kraftschlüssig angreift.
2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (2, 3) in einer Arretierstellung an ei
ner in der Schließstellung des Gaswechselventils (5) in Öff
nungsrichtung (6) wirkenden Ventilfeder oder an deren bewegten
Federauflage (10) form- und/oder kraftschlüssig angreift.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (1) über zumindest einen Elektromagneten
(12) elektromagnetisch betätigbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (1) durch eine Federkraft in Richtung
(13) der Arretierstellung belastet ist und entgegen der Feder
kraft über eine hydraulische Stelleinheit (14) belastbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hydraulische Stelleinheit (14) über einen Öldruck der
Brennkraftmaschine versorgt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel durch eine Federkraft in Richtung (15)
einer Öffnungsstellung der Arretiervorrichtung (16) belastet
ist und über einen Elektromagneten (12) und/oder hydraulisch,
pneumatisch oder elektrochemisch entgegen der Federkraft in
Richtung (13) der Arretierstellung verschiebbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (1) als Schieber ausgebildet und in ei
ner Schaftführung (17) gelagert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Schaftführung (17) ein Elektromagnet (12) zur Betä
tigung des Schiebers angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest zwei Arretiermittel von zumindest zwei Aktuatoren
über eine gemeinsame Anlenkvorrichtung mit einem gemeinsamen
Elektromagneten betätigbar sind.
10. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach
Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (2, 3) durch zumindest ein beheizbares
Bimetallelement (18, 19) betätigbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch Beheizen des Bimetallelements (18, 19) das Arretier
mittel (2, 3) in Richtung (20) der Arretierstellung und durch
die Spannkraft des abgekühlten Bimetallelements (18, 19) das
Arretiermittel (2, 3) in Richtung (21) der Öffnungsstellung der
Arretiervorrichtung (22) bewegbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bimetallelement (18, 19) und das Arretiermittel (2, 3)
einstückig ausgeführt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bimetallelement (18, 19) die Form eines gekrümmten
Blechstreifens aufweist und sich in Längsrichtung hochkant zu
mindest teilweise in Umfangsrichtung in einem radialen Abstand
(23) zu einem Schaft (25) erstreckt, wobei der Abstand (23)
durch Beheizen des Bimetallelements (18, 19) veränderbar ist.
14. Verfahren zum Betätigen einer Vorrichtung nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Arretiermittel (1) beim Start der Brennkraftmaschine
entgegen einer Federkraft über einen Elektromagneten (12) ent
riegelt und sobald durch die Brennkraftmaschine ein ausreichen
der Öldruck aufgebaut ist, das Arretiermittel (1) durch eine
hydraulische Stelleinheit (14) über den Öldruck der Brennkraft
maschine in geöffneter Stellung der Arretiervorrichtung (16)
gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß bevor der Elektromagnet (12) der Arretiervorrichtung (16)
aktiviert wird der Schließmagnet (26) aktiviert wird.
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