DE69827047T2

DE69827047T2 - Elektromagnetisch angesteuertes Ventil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69827047T2
Application number: DE69827047T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Toyota-shi Hattori; Takashi Toyota-shi Izuo; Tatsuo Toyota-shi Iida; Masahiko Toyota-shi Asano; Yoshinori Toyota-shi Kadowaki; Akihiro Toyota-shi Yanai; Toshio Toyota-shi Fuwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: EP1258602B1; EP0903472B1; US6125803A; DE69827047D1; EP0903472A3; US6230674B1; EP1258602A2; DE69818184T2; EP1258602A3; EP0903472A2; KR19990029373A; DE69818184D1; KR100301880B1

Description

Enthalten durch Bezugnahme
Die offenbarten Inhalte der japanischen Patentanmeldungen Nr. HEI 9-257050, eingereicht am 22. September 1997, und Nr. HEI 9-305912, eingereicht am 7. November 1997, die jeweils eine Beschreibung, Zeichnungen und eine Zusammenfassung enthalten, sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für einen Verbrennungsmotor, und betrifft insbesondere ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das zur Verwendung als Auslassventil eines Verbrennungsmotors geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das als Auslassventil eines Verbrennungsmotors verwendet wird, ist zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 4-502048 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI 7-335437 offenbart. Dieses elektromagnetisch betätigte Ventil umfasst einen Anker, der an einem Ventilkörper befestigt ist. Eine obere Feder und eine untere Feder sind oberhalb bzw. unterhalb des Ankers angeordnet. Diese Federn drängen den Anker in seine neutrale Position.
Ein oberer Kern und ein unterer Kern sind oberhalb bzw. unterhalb des Ankers angeordnet, und eine obere Spule und eine untere Spule sind innerhalb des oberen Kerns bzw. des unteren Kerns angeordnet. Die obere Spule und die untere Spule erzeugen einen magnetischen Fluss, der durch sie hindurch tritt, wenn ihnen ein Erregerstrom zu geführt wird. Wenn ein solcher magnetischer Fluss erzeugt wird, wird der Anker durch eine elektromagnetische Kraft (nachfolgend als Anziehungskraft bezeichnet) in Richtung des oberen Kerns oder des unteren Kerns gezogen. Somit kann das oben genannte elektromagnetisch betätigte Ventil den Ventilkörper zu seiner geschlossenen Position oder seiner geöffneten Position verschieben, indem ein vorbestimmter Erregerstrom der oberen Spule oder der unteren Spule zugeführt wird.
Wenn die Zufuhr eines Erregerstroms zu der oberen Spule oder der unteren Spule nach der Verschiebung des Ventilkörpers zu seiner geschlossenen Position bzw. seiner geöffneten Position unterbrochen wird, werden der Anker und der Ventilkörper durch die Federn zu einer einfachen harmonische Bewegung angetrieben. Wenn die Amplitude der einfachen harmonischen Bewegung nicht gedämpft ist, erreichen der Anker und der Ventilkörper, die sich von einem Verschiebungsende zu dem weiteren Verschiebungsende (nachfolgend als ein gewünschtes Verschiebungsende bezeichnet) bewegen, das gewünschte Verschiebungsende nur aufgrund von Beaufschlagungskräften der Federn. Jedoch hat eine solche Verschiebung des Ankers und des Ventilkörpers Energieverluste durch Gleitreibung oder dergleichen zur Folge. Daher fällt die kritische Position, die von dem Anker und dem Ventilkörper erreicht werden kann, aufgrund der Beaufschlagungskräfte der Federn, nicht mit dem gewünschten Verschiebungsende zusammen.
Das oben erwähnte elektromagnetisch betätigte Ventil kann die Energieverluste, die aus der gleitenden Bewegung resultieren, kompensieren und den Anker und den Ventilkörper zu dem gewünschten Verschiebungsende verschieben, indem die Zufuhr eines Erregerstroms zu entweder der oberen Spule oder der unteren Spule zu einem gegebenen Zeitpunkt eingeleitet wird, nachdem die Zufuhr eines Erreger stroms zu der jeweils anderen der oberen Spule und der unteren Spule unterbrochen worden ist. Der Ventilkörper kann danach geöffnet und geschlossen werden, indem zu geeigneten Zeitpunkten ein Erregerstrom abwechselnd der oberen Spule und der unteren Spule zugeführt wird.
In dem oben genannten elektromagnetisch betätigten Ventil umfasst sowohl der obere Kern als auch der untere Kern einen ringförmigen Vorsprung, der entlang eines äußeren Umfangs angeordnet ist. Der ringförmige Vorsprung, der eine vorbestimmte Länge aufweist, ragt von einer Stirnfläche des oberen Kerns oder des unteren Kern hervor. Der innere Durchmesser des ringförmigen Vorsprungs ist geringfügig größer als der äußere Durchmesser des Ankers.
Wenn der Anker einen Abstand von dem gewünschten Verschiebungsende aufweist, so ist die auf den Anker wirkende Anziehungskraft (im Folgenden als Abstandzustands-Anziehungskraft bezeichnet) größer, wenn der ringförmige Vorsprung vorgesehen ist als wenn der ringförmige Vorsprung nicht vorgesehen ist. Befindet sich hingegen der Anker nahe bei dem gewünschten Verschiebungsende, so ist die auf den Anker wirkende Anziehungskraft (im Folgenden als Nahzustands-Anziehungskraft) kleiner, wenn der ringförmige Vorsprung vorgesehen ist als wenn der ringförmige Vorsprung nicht vorgesehen ist. Demzufolge kann das oben genannte elektromagnetisch betätigte Ventil eine auf den Anker wirkende Anziehungskraft allmählich vergrößern, wenn sich der Anker dem gewünschten Verschiebungsende annähert.
Der Anker stößt gegen den oberen Kern oder den unteren Kern, wenn der Ventilkörper seine geöffnete Position oder seine geschlossene Position erreicht, wodurch Aufprallgeräusche verursacht werden. Um Aufprallgeräusche zu verringern, ist es wünschenswert, zu verhindern, dass die auf den Anker wirkende Anziehungskraft beim Ankommen des Ankers an dem gewünschten Verschiebungsende ungeeignet hoch wird.
Um den Anker zuverlässig zu dem gewünschten Verschiebungsende zu verschieben, ist es notwendig, eine Abstandzustands-Anziehungskraft von einer bestimmten Größe zu gewährleisten. Um eine große Abstandzustands-Anziehungskraft zu gewährleisten und Aufprallgeräusche in dem elektromagnetisch betätigten Ventil zu reduzieren, ist es vorteilhaft, einen sprunghaften Anstieg der auf den Anker wirkenden Anziehungskraft zu vermeiden, wenn sich der Anker an das gewünschte Verschiebungsende annähert. Das oben genannte elektromagnetisch betätigte Ventil kann die oben genannte vorteilhafte Bedingung sowohl während des Ventilöffnungsvorgangs als auch während des Ventilschließvorgangs erfüllen. Daher kann das oben genannte elektromagnetisch betätigte Ventil eine erhöhte Ruhe erreichen.
In dem oben genannten elektromagnetisch betätigten Ventil ist die neutrale Position des Ankers auf die mittlere Position zwischen einem Elektromagnet auf der Ventilöffnungsseite und einem Elektromagnet auf der Ventilschließseite eingestellt. Die in einem Paar von Federn gespeicherte Energiemenge ist daher gleich, unabhängig davon, ob sich der Anker an dem Elektromagnet auf der Ventilschließseite oder an dem Elektromagnet auf der Ventilöffnungsseite befindet. In diesem Fall ist die Energiemenge, die die Federn benötigen, um den Anker zu beaufschlagen, im Wesentlichen gleich groß, unabhängig davon, ob sich das Ventil in die Ventilöffnungsrichtung oder in die Ventilschließrichtung bewegt.
Jedoch kann es sein, dass die auf den Ventilkörper in dem Verbrennungsmotor ausgeübte Last unterschiedlich ist, je nachdem, ob sich der Ventilkörper in die Ventilöffnungsrichtung oder in die Ventilschließrichtung bewegt. Daher können unterschiedliche Energieverluste auftreten, je nachdem, ob sich der Ventilkörper des elektromagnetisch betätigten Ventils in die Ventilöffnungsrichtung oder in die Ventilschließrichtung bewegt.
Zum Beispiel wird das Auslassventil schon geöffnet, wenn in der Brennkammer noch ein hoher Verbrennungsdruck vorhanden ist, und es wird geschlossen, wenn der Verbrennungsdruck vermindert ist. In diesem Fall ist die auf das Auslassventil ausgeübte Last während des Ventilöffnungsvorgangs größer als während des Ventilschließvorgangs.
Vorzugsweise sollte zwischen der Größe des dem Elektromagneten auf der Ventilöffnungsseite zuzuführenden Erregerstroms und der Größe des dem Elektromagneten auf der Ventilschließseite zuzuführende Erregerstroms kein wesentlicher Unterschied bestehen.
Das oben genannte elektromagnetisch betätigte Ventil ist nicht dazu in der Lage, während des Ventilöffnungsvorgangs und während des Ventilschließvorgangs eine geeignete Betriebskennlinie zu erreichen, während ein im Wesentlichen gleich großer Erregerstrom den Elektromagneten auf der Ventilöffnungsseite und auf der Ventilschließseite zugeführt wird.
Die US 5 636 601 offenbart ein elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die EP 0 793 004 A1 offenbart ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für einen Verbrennungsmotor, mit einem Anker, der mit einem Ventilkörper von entweder einem Aus lassventil oder einem Einlassventil verbunden ist, um mit diesem zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position bewegt zu werden, einem ersten und einem zweiten elastischen Element, die mit dem Anker verbunden sind, um den Anker in Richtung der geschlossenen bzw. geöffneten Position vorzuspannen, und einem ersten und einem zweiten Elektromagnet, die mit dem ersten bzw. zweiten elastischen Element zusammenwirken, wobei die Elektromagnete einen Abstand zu dem Anker aufweisen, wenn sich der Anker in einer neutralen Position befindet.
Die US 4 719 882 offenbart ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für einen Verbrennungsmotor, mit einem Anker, der mit einem Ventilkörper verbunden ist, einem ersten und einem zweiten elastischen Element, die mit dem Anker verbunden sind, und einem ersten und einem zweiten Elektromagnet, die zusammen mit dem ersten und dem zweiten elastischen Element die Bewegung des Ventilkörpers steuern.
Kurzdarstellung der Erfindung
Diese Kurzdarstellung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch aus einer Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale bestehen kann.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem oben genannten Hintergrund gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisch betätigtes Ventil bereitzustellen, das geeignete Betriebskennlinien in Übereinstimmung mit Zuständen eines Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt des Öffnens oder Schließens eines Ventilkörpers aufweist.
Es ist ferner ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisch betätigtes Ventil bereit zustellen, das im Wesentlichen die gleichen Betriebskennlinien erreicht, unabhängig davon, ob sich der Ventilkörper in die Ventilöffnungsrichtung oder in die Ventilschließrichtung bewegt, wenn ein Paar von Elektromagneten mit im wesentlichen dem gleich großen Strom gespeist werden.
Das oben genannte Ziel wird durch eine Kombination von Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst, die abhängigen Ansprüche offenbaren weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das einen Anker, der mit einem Ventilkörper eines Auslassventils eines Motors verbunden ist, um mit diesem zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegt zu werden, ein erstes elastisches Element, ein zweites elastisches Element, einen ersten Elektromagnet und einen zweiten Elektromagnet umfasst. Das erste elastische Element ist mit dem Anker verbunden, um den Anker in Richtung der geschlossenen Position vorzuspannen, und das zweite elastische Element ist mit dem Anker verbunden, um den Anker in Richtung der geöffneten Position vorzuspannen. Eine neutrale Position des Ankers ist an einem Punkt zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position definiert, an dem die von dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht sind. Der erste Elektromagnet ist angrenzend an die geöffnete Position angeordnet, und der zweite Elektromagnet ist angrenzend an die geschlossene Position angeordnet. Der erste und der zweite Elektromagnet sind so positioniert, dass der erste und der zweite Elektromagnet zu dem Anker beabstandet sind, wenn sich der Anker in der neutralen Position be findet. Die neutrale Position liegt näher bei dem ersten Elektromagnet als bei dem zweiten Elektromagnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugen die elastischen Elemente eine Beaufschlagungskraft, die den Ventilkörper in Richtung seiner neutralen Position zwischen dem ersten Elektromagnet und dem zweiten Elektromagnet beaufschlagt. Die neutrale Position des Ventilkörpers ist in Richtung des ersten Elektromagneten versetzt. Daher ist in den elastischen Elementen eine größere Energiemenge gespeichert, wenn der Anker zu dem zweiten Elektromagnet gezogen wird als wenn der Anker zu dem ersten Elektromagnet gezogen wird. Somit beaufschlagen die elastischen Elemente den Anker mit hoher Energie von dem zweiten Elektromagnet weg und beaufschlagen den Anker mit niedriger Energie von dem ersten Elektromagnet weg. In diesem Fall zeigt der Anker, egal, ob sich der Anker in der Ventilöffnungsrichtung oder in der Ventilschließrichtung bewegt, im wesentlichen die gleichen Betriebskennlinien, unabhängig von einer Differenz der Amplitude eines Dämpfungsbetrags.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 eine Querschnittsansicht eines elektromagnetisch betätigten Ventils, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
2 einen magnetischen Fluss _U darstellt, der um eine obere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn sich ein Anker in einem Abstand von dem oberen Kern befindet;
3 einen magnetischen Fluss _L darstellt, der um eine untere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn sich der Anker in einem Abstand von dem unteren Kern befindet;
4 einen magnetischen Fluss _U dargestellt, der um die obere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn sich der Anker nahe bei dem oberen Kern befindet;
5 einen magnetischen Fluss _L dargestellt, der um die untere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn sich der Anker nahe bei dem unteren Kern befindet;
6 einen magnetischen Fluss _U dargestellt, der um die obere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn der Anker an dem oberen Kern anliegt;
7 einen magnetischen Fluss _L dargestellt, der um die untere Spule in dem in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil zirkuliert, wenn der Anker an dem unteren Kern anliegt;
8 Betriebskennlinien des in 1 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventils darstellt;
9 eine Querschnittsansicht ist, die einen Abschnitt zeigt, der einen Anker eines weiteren elektromagnetisch betätigten Ventils darstellt, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Querschnittsansicht ist, die einen Abschnitt zeigt, der einen Anker eines weiteren elektroma gnetisch betätigten Ventils darstellt, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
11 eine Gesamtansicht der Struktur eines elektromagnetisch betätigten Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
12 eine Gesamtansicht der Struktur eines elektromagnetisch betätigten Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 ist eine Querschnittansicht eines elektromagnetisch betätigten Ventils 10, welches nicht Teil der Erfindung ist, jedoch die Komponenten und die Funktionsweise eines solchen Ventiltyps veranschaulicht. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 wird als Auslassventil für einen Verbrennungsmotor verwendet. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 ist an einem Zylinderkopf 12 befestigt, in dem ein Auslasskanal 14 ausgebildet ist. In einem unteren Abschnitt des Zylinderkopfes 12 ist eine Verbrennungskammer 16 ausgebildet. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 umfasst einen Ventilkörper 18, um zwischen dem Auslasskanal 14 und der Verbrennungskammer 16 eine Verbindung herzustellen oder zu unterbrechen. Ein Ventilsitz 19, auf den sich der Ventilkörper bewegt, ist in dem Auslasskanal 14 angeordnet. Der Auslasskanal 14 wird mit der Verbrennungskammer 16 verbunden, wenn sich der Ventilkörper 18 von dem Ventilsitz 19 wegbewegt, während die Verbindung zwischen dem Auslasskanal 14 und der Verbrennungskammer 16 unterbrochen wird, wenn sich der Ventilkörper 18 auf den Ventilsitz 19 bewegt.
Ein Ventilschaft 20 ist einteilig mit dem Ventilkörper 18 ausgebildet. Eine Ventilführung 22 ist in dem Zylinderkopf 12 angeordnet. Der Ventilschaft 20 wird von der Ventilführung 22 gleitbar gehalten. Ein unterer Halter 24 ist an einem oberen Endabschnitt des Ventilschafts 20 befestigt. Eine untere Feder 26 ist unterhalb des unteren Halters 24 angeordnet. Die untere Feder 26 beaufschlagt den unteren Halter 24 in 1 nach oben.
Der obere Endabschnitt des Ventilschafts 20 stößt gegen einen Ankerschaft 28, der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist. Ein Anker 30, welcher ein ringförmiges Element ist, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, ist an dem Ankerschaft 28 befestigt.
Ein oberer Kern 32 und ein unterer Kern 34, die jeweils ringförmige Elemente sind, welche aus einem magnetischen Material hergestellt sind, sind oberhalb bzw. unterhalb des Ankers 30 angeordnet. Der untere Kern 34 weist einen ringförmigen Vorsprung 36 auf, der eine vorbestimmte Länge hat und von einer Oberfläche des unteren Kerns 34 in Richtung des oberen Kerns 32 hervorragt. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Vorsprung 36 nicht an dem oberen Kern 32, sondern an dem unteren Kern 34 ausgebildet ist.
Der ringförmige Vorsprung 36 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer als ein äußerer Durchmesser des Ankers 30 ist. Daher liegt eine innere Wandung des ringförmigen Vorsprungs 36 einer äußeren Umfangsoberfläche des Ankers 30 gegenüber, wenn sich der Anker 30 ausreichend nahe an den unteren Kern 34 annähert. Die äußere Umfangsoberfläche des Ankers 30, die der inneren Umfangsoberfläche des ringförmigen Vorsprungs 36 gegenüberliegt, ist im Folgenden als eine Vorsprunggegenseite 38 bezeichnet.
Der oberen Kern 32 und der untere Kern 34 nehmen eine obere Spule 40 bzw. eine untere Spule 42 auf. Lager 44, 46 sind in der Umgebung von mittleren Achsen des oberen Kerns 32 bzw, des unteren Kerns 34 angeordnet. Der Ankerschaft 28 wird durch die Lager 44, 46 gleitbar gehalten.
Eine Kernführung 48 umgibt Umfangsoberflächen des oberen Kerns 32 und des unteren Kerns 34. Die Kernführung 48 stellt in geeigneter Weise eine Position des oberen Kerns 32 relativ zu der des unteren Kerns 34 ein. Ein oberes Gehäuse 50 ist an einem oberen Abschnitt des oberen Kerns 32 befestigt, während ein unteres Gehäuse 52 an einem unteren Abschnitt des unteren Gehäuses 34 befestigt ist.
Eine Federführung 54 und ein Einstellbolzen 56 sind in einem oberen Endabschnitt des oberen Gehäuses 50 angeordnet. Ein oberer Halter 58, der mit einem oberen Ende des Ankerschafts 28 verbunden ist, ist unter der Federführung 54 angeordnet. Zwischen der Federführung 54 und dem oberen Halter 58 ist eine obere Feder 60 angeordnet, die den oberen Halter 58 und den Ankerschaft 28 nach unten in 1 beaufschlagt. Der Einstellbolzen 56 stellt eine neutrale Position des Ankers 30 ein. In diesem Fall ist die neutrale Position des Ankers 30 auf eine mittlere Position eines durch den oberen Kern 32 und den unteren Kern 34 definierten Raums eingestellt.
Die Betätigung des elektromagnetisch betätigten Ventils 10 ist nachfolgend mit Bezug auf 2 bis 9 sowie auf 1 beschrieben.
Wenn in dem elektromagnetisch betätigten Ventil 10 der oberen Spule 40 oder der unteren Spule 42 kein Erregerstrom zugeführt wird, nimmt der Anker 30 seine neutrale Position ein. Das heißt, der Anker 30 wird in einer mittleren Position des durch den oberen Kern 32 und den unteren Kern 34 definierten Raums gehalten. Wenn der oberen Spule 40 ein Erregerstrom zugeführt wird, wenn der Anker 30 seine neutrale Position einnimmt, wird in dem durch den Anker 30 und den oberen Kern 32 definierten Raum eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 zieht. Folglich kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 verschieben, indem der oberen Spule 40 ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird. Der Ventilkörper 18 bewegt sich auf den Ventilsitz 19, um vollständig geschlossen zu sein, bevor der Anker 30 an dem oberen Kern 32 anstößt. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 den Ventilkörper 18 vollständig schließen, indem der oberen Spule 40 ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird.
Wenn die Zufuhr eines Erregerstroms zu der oberen Spule 40 unterbrochen wird, während der Ventilkörper 18 vollständig geschlossen ist, beginnen der Ventilkörper 18, der Ventilschaft 20, der Ankerschaft 28 und der Anker 30 durch die Beaufschlagungskräfte der oberen Feder 60 und der unteren Feder 26 sich nach unten in 1 zu bewegen.
Eine Verschiebung des Ventilkörpers 18 erzeugt Energieverluste durch Gleitreibung und dergleichen. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 kann solche Energieverluste kompensieren, indem der unteren Spule 42 ein Erregerstrom zugeführt wird, um den Ventilkörper 18 soweit zu verschieben, bis der Anker 30 gegen den unteren Kern 34 stößt. Der Ventilkörper 18 ist vollständig geöffnet, wenn der Anker 30 gegen den unteren Kern 34 stößt.
Demzufolge kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 den Ventilkörper 18 vollständig öffnen, indem zu einem geeigneten Zeitpunkt nach Unterbrechen der Zuführung des Erregerstroms zu der oberen Spule 40 begonnen wird, der unteren Spule 42 einen Erregerstrom zuzuführen. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 kann in geeigneter Weise den Ventilkörper 18 öffnen und schließen, indem zu einem geeigneten späteren Zeitpunkt der oberen Spule 40 oder der unteren Spule 42 ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige, Vorsprung 36 nicht an dem oberen Kern 32, sondern nur an dem unteren Kern 34 ausgebildet ist. Der durch dieses Merkmal erreichte Effekt ist nachstehend beschrieben.
2 zeigt einen magnetischen Fluss _U, der durch den oberen Kern 32 und den Anker 30 zirkuliert, wenn ein vorbestimmter Strom I₀ der oberen Spule 40 zugeführt wird. Der magnetische Fluss _U, wie er in 2 dargestellt ist, wird erzeugt, wenn der Anker 30 zu dem oberen Kern 32 einen großen Abstand aufweist. Sei N die Anzahl der Windungen der oberen Spule 40 und R_U ein magnetischer widerstand eines magnetischen Kreises, der den oberen Kern 32 und den Anker 30 enthält (nachfolgend als oberer magnetischer Kreis 62 bezeichnet), so wird der magnetische Fluss _U, der durch den oberen magnetischen Kreis 62 zirkuliert, wie folgt ausgedrückt: U = (NI0)/Ru (1)
3 veranschaulicht einen magnetischen Fluss _L, der durch den unteren Kern 34 und den Anker 30 fließt, wenn ein vorbestimmter Strom I₀ der unteren Spule 42 zugeführt wird. Der magnetische Fluss _L, wie er in 3 dargestellt ist, wird erzeugt, wenn sich der Anker 30 in einem großen Abstand von dem unteren Kern 34 befindet.
Sei N die Anzahl der Windungen der unteren Spule 42 und R_L ein magnetischer Widerstand eines magnetischen Kreises, der den unteren Kern 34 und den Anker 30 enthält (nachfolgend als unterer magnetischer Kreis 64 bezeichnet), so wird der magnetische Fluss _L, der durch den oberen magnetischen Kreis 64 zirkuliert, wie folgt ausgedrückt: L = (NI0)/RL (2)
Je kleiner der zwischen dem oberen Kern 32 und dem Anker 30 gebildete Luftspalt wird, desto kleiner wird der magnetische Widerstand R_U des oberen magnetischen Kreises 62. Ebenso, je kleiner ein zwischen dem unteren Kern 34 und dem Anker 30 gebildeter Luftspalt wird, desto kleiner wird der magnetische Widerstand R_L des unteren magnetischen Kreises 64.
In diesem Fall ist der ringförmige Vorsprung 36, der in Richtung des Ankers 30 hervorragt, auf dem unteren Kern 34 gebildet. Wenn sich der Anker 30 in einem Abstand zu dem unteren Kern 34 befindet, dient der ringförmige Vorsprung 36 dazu, den dazwischen gebildeten Luftspalt zu verkleinern. Daher ist der magnetische Widerstand R_L, des unteren magnetischen Kreises 64 kleiner als der magnetische Widerstand R_U des oberen magnetischen Kreises 62, wenn der Anker 30 zu dem oberen Kern 32 und dem unteren Kern 34 einen gleichen Abstand aufweist. Daher ist in diesem Fall der Betrag des magnetischen Flusses _L, der durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließt, größer als der Betrag des magnetischen Flusses _U, der durch den oberen magnetischen Kreis 62 fließt.
In dem elektromagnetisch betätigten Ventil 10 wird, wenn der magnetische Fluss _U durch den oberen magnetischen Kreis 62 fließt, zwischen dem Anker 30 und dem obe ren Kern 32 eine Anziehungskraft erzeugt, um den in dem oberen magnetischen Kreis 62 gebildeten Luftspalt zu verringern. Andererseits wird, wenn der magnetische Fluss _L durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließt, zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 eine Anziehungskraft erzeugt, um den in dem unteren magnetischen Kreis 64 gebildeten Luftspalt zu verringern.
Wenn der Anker 30 zu dem oberen Kern 32 einen großen Abstand aufweist, dient die oben erwähnte Anziehungskraft hauptsächlich dazu, den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 zu ziehen. Wenn der Anker 30 zu dem unteren Kern 34 einen großen Abstand aufweist, dient die oben erwähnte Anziehungskraft hauptsächlich dazu, den Anker 30 in Richtung des unteren Kerns 34 zu ziehen. Je größer der Betrag des magnetischen Flusses, der durch den zu verringernden Luftspalt fließt, wird, desto größer wird die oben erwähnte Anziehungskraft.
Wenn daher der Abstand des Ankers 30 zu dem oberen Kern 32 und dem unteren Kern 34 einen gleich großen Abstand aufweist und sowohl der oberen Spule 40 als auch der unteren Spule 42 ein Erregerstrom I₀ zugeführt wird, so ist die zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 erzeugte Anziehungskraft größer als die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft. Wenn der Anker 30 zu dem oberen Kern 32 oder dem unteren Kern 34 einen großen Abstand aufweist, wird eine dazwischen erzeugte Anziehungskraft hier als eine Abstandzustands-Anziehungskraft F_F bezeichnet.
4 veranschaulicht den magnetischen Fluss _U, der durch den oberen Kern 32 und den Anker 30 zirkuliert, wenn der oberen Spule 40 ein vorbestimmter Strom I₀ zugeführt wird. Der in 4 dargestellte magnetische Fluss _U wird erzeugt, wenn der Anker 30 einen geringfügigen Abstand zu dem oberen Kern 32 aufweist.
Je kleiner der zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 gebildete Luftspalt wird, desto kleiner wird der magnetische Widerstand R_U des oberen magnetischen Kreises 62. Wie der oben genannten Formel (1) entnommen werden kann, wird der Betrag des magnetischen Flusses _U, der durch den oberen magnetischen Kreis 62 fließt, umso größer, je kleiner der magnetische Widerstand R_U wird. Folglich ist der Betrag des magnetischen Flusses _U, der durch den oberen magnetischen Kreis 62 fließt, größer, wenn sich der Anker 30, wie es in 4 dargestellt ist, nahe bei dem oberen Kern 32 befindet, als wenn der Anker 30, wie es in 2 gezeigt ist, einen Abstand zu dem oberen Kern 32 aufweist.
Der magnetische Fluss _U, der zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 übertragen wird, dient hauptsächlich als Anziehungskraft, die den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 zieht, selbst wenn der Anker 30 einen geringfügigen Abstand zu dem oberen Kern 32 aufweist. Daher nimmt die Anziehungskraft, die den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 zieht, proportional zu dem magnetischen Fluss _U zu, der durch den oberen magnetischen Kreis 62 fließt, wenn sich der Anker 30 dem oberen Kern 32 annähert. Eine Anziehungskraft, die den Anker 30 in Richtung des oberen Kerns 32 zieht, wenn sich der Anker 30 nahe bei dem oberen Kern 32 befindet, wird nachfolgend als Nahzustands-Anziehungskraft F_N bezeichnet.
5 veranschaulicht einen magnetischen Fluss _L, der durch den unteren Kern 34 und den Anker 30 zirkuliert, wenn der unteren Spule 42 ein vorbestimmter Strom I₀ zugeführt wird. Der magnetische Fluss _L, wie er in 5 dargestellt ist, wird erzeugt, wenn sich der Anker 30 in einem geringfügigen Abstand von dem unteren Kern 34 befindet.
Je kleiner der zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 gebildete Luftspalt wird, desto kleiner wird der magnetische Widerstand R_L des unteren magnetischen Kreises 64. Wie der oben genannten Formel (2) entnommen werden kann, wird der Betrag des magnetischen Flusses _L, der durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließt, umso größer, je kleiner der magnetische Widerstand R_L wird. Daher ist der durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließende magnetische Fluss _L größer, wenn sich der Anker 30 nahe bei dem unteren Kern 34 befindet, wie es in 5 dargestellt ist, als wenn der Anker 30 einen großen Abstand zu dem unteren Kern 34 aufweist, wie es in 3 dargestellt ist.
Ein magnetischer Fluss wird zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 über einen Luftspalt übertragen, der zwischen der Vorsprunggegenseite 38 des Ankers 30 und dem ringförmigen Vorsprung 36 des unteren Kerns 34 gebildet ist (nachfolgend als radialer Luftspalt bezeichnet), sowie über einen Luftspalt, der zwischen der unteren Fläche des Ankers 30 und einer oberen Fläche des unteren Kerns 34 gebildet ist (nachfolgend als axialer Luftspalt bezeichnet).
Der über den axialen Luftspalt übertragene magnetische Fluss dient als Anziehungskraft, der den Anker 30 stets in Richtung des unteren Kerns 34 zieht. Andererseits wirkt der über den radialen Luftspalt übertragene magnetische Fluss in radialer Richtung auf den Anker 30, so dass der Anker 30 nicht in Richtung des unteren Kerns 34 beaufschlagt wird, wenn sich der Anker 30 so nahe bei dem unteren Kern 34 befindet, dass die Vorsprunggegenseite 38 der inneren Wandung des ringförmigen Vorsprungs 36 gegenüberliegt, wie es in 5 dargestellt ist. Daher wird die Anziehungskraft (die Nahzustands-Anziehungskraft F_N), die den Anker 30 in Richtung des unteren Kerns 34 zieht, umso größer, je größer der magnetische Fluss wird, der durch den axialen Luftspalt fließt, wenn sich der Anker 30 nahe bei dem unteren Kern 34 befindet.
Wenn sich der Anker 30 an den unteren Kern 34 annähert, verringert sich der axiale Luftspalt proportional zu einem Verschiebungsbetrag des Ankers 30 und erreicht seinen Minimalwert von "0" bei Anliegendes Ankers 30 an dem unteren Kern 34. Andererseits, wenn sich der Anker 30 an den unteren Kern 34 annähert, erreicht der radiale Luftspalt seinen Minimalwert G_MIN, wenn ein unterer Endabschnitt der Vorsprunggegenseite 38 an einem oberen Endabschnitt des ringförmigen Vorsprungs 36 ankommt. Demzufolge ist der radiale Luftspalt solange kleiner als der axiale Luftspalt, bis der axiale Luftspalt nach dem Ankommen des unteren Endabschnitts der Vorsprunggegenseite 38 auf dem oberen Endabschnitt des ringförmigen Vorsprungs 36 kleiner als G_MIN wird.
Der magnetische Fluss _L, der durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließt, neigt dazu, einem Weg mit kleinem magnetischen Widerstand zu folgen. Somit tritt der magnetische Fluss _L, der durch den unteren magnetischen Kreis 64 fließt, zu einem großen Teil durch den radialen Luftspalt, wenn der radiale Luftspalt kleiner als der axiale Luftspalt ist. In diesem Fall nimmt die Nahzustands-Anziehungskraft F_N für den magnetischen Fluss _L einen relativ kleinen Wert an. Ferner ändert sich die Nahzustands-Anziehungskraft F_N relativ allmählich, wenn sich der Anker 30 dem unteren Kern 34 annähert.
Folglich gewährleistet das elektromagnetisch betätigte Ventil 10, dass die zwischen dem Anker 30 und dem un teren Kern 34 erzeugte Nahzustands-Anziehungskraft F_N (nachfolgend als untere Nahzustands-Anziehungskraft bezeichnet) kleiner als die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Nahzustands-Anziehungskraft F_N (nachfolgend als obere Nahzustands-Anziehungskraft bezeichnet) ist. Darüber hinaus ändert sich die untere Nahzustands-Anziehungskraft, die erzeugt wird, wenn sich der Anker 30 an den unteren Kern 34 annähert, allmählicher als die obere Nahzustands-Anziehungskraft, die erzeugt wird, wenn sich der Anker 30 an den oberen Kern 32 annähert.
6 veranschaulicht einen magnetischen Fluss _U, der durch den oberen Kern 32 und den Anker 30 zirkuliert, wenn der oberen Spule 40 ein vorbestimmter Strom I₀ zugeführt wird. Der magnetische Fluss _U, wie er in 6 dargestellt ist, wird erzeugt, wenn der Anker 30 an dem oberen Kern 32 anliegt.
Der magnetische Widerstand R_U des oberen magnetischen Kreises 62 nimmt seinen Minimalwert an, wenn sich der Anker 30 in Anlage an den oberen Kern 32 befindet. In diesem Fall fließt bei gegebenem Erregerstrom I₀ der maximale magnetische Fluss _UMAX durch den oberen magnetischen Kreis 62, und die maximale Anziehungskraft wird zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugt. Diese Anziehungskraft ist nachfolgend als eine Anlagezustands-Anziehungskraft F_C bezeichnet.
7 veranschaulicht einen magnetischen Fluss _L, der durch den unteren Kern 34 und den Anker 30 zirkuliert, wenn der unteren Spule 42 ein vorbestimmter Strom I₀ zugeführt wird. Der magnetische Fluss _L, wie er in 7 dargestellt ist, wird erzeugt, wenn der Anker 30 an dem unteren Kern 34 anliegt.
Der magnetische Widerstand R_L des unteren magnetischen Kreises 64 nimmt seinen Minimalwert an, wenn der Anker 30 an dem unteren Kern 34 anliegt. In diesem Fall fließt bei gegebenem Erregerstrom I₀ der maximale magnetische Fluss _LMAX durch den unteren magnetischen Kreis 64. In diesem Fall übersteigt der zwischen der Vorsprunggegenseite 38 des Ankers 30 und dem ringförmigen Vorsprung 36 des unteren Kerns 34 gebildete Luftspalt stets den Minimalwert G_MIN. Somit wird nahezu der gesamte magnetische Fluss _L zwischen der unteren Seite des Ankers 30 und der oberen Seite des unteren Kerns 34 übertragen, wenn der Anker 30 an dem unteren Kern 34 anliegt. In diesem Fall wird bei gegebenem Erregerstrom I₀ zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 eine Anlagezustands-Anziehungskraft F_C erzeugt. Die Anlagezustands-Anziehungskraft F_C ist im Wesentlichen gleich groß wie die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anlagezustands-Anziehungskraft F_C.
8 veranschaulicht Kennlinien des elektromagnetisch betätigten Ventils 10 in Übereinstimmung mit Änderungen des Hubs des Ventilkörpers 18. Unter Bezugnahme auf 8 zeigt eine Kurve A eine zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft, wenn der Ventilkörper 18 zwischen seiner neutralen Position und seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird, wobei der oberen Spule 40 ein Erregerstrom I₀ zugeführt wird. Ferner zeigt eine Kurve B eine zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 erzeugte Anziehungskraft, wenn der Ventilkörper 18 zwischen seiner neutralen Position und seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird, wobei der unteren Spule 42 der Erregerstrom I₀ zugeführt wird. Ferner zeigt eine Kurve C eine durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugte Federkraft, wenn der Ventilkörper 18 zwischen seiner neutralen Position und seiner vollständig geöffneten Positi on oder zwischen seiner neutralen Position und seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird.
Wie oben beschrieben, wird ein Erregerstrom I₀ sowohl der oberen Spule 40 als auch der unteren Spule 42 zugeführt, ist die Abstandzustands-Anziehungskraft F_F zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 größer als zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32. In diesem Fall ist die Nahzustands-Anziehungskraft F_N zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 kleiner als zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32. Ferner ist die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anlagezustands-Anziehungskraft F_C im Wesentlichen gleich groß wie die zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 erzeugte Anlagezustands-Anziehungskraft F_C.
Folglich, wie es durch die Kurve A gezeigt ist, ist die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft relativ klein, wenn sich der Ventilkörper 18 in der Umgebung seiner neutralen Position befindet. Die Anziehungskraft neigt dazu, relativ steil zuzunehmen, wenn sich der Ventilkörper 18 seiner vollständig geöffneten Position annähert. Andererseits, wie es durch die Kurve B gezeigt ist, ist die zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 erzeugte Anziehungskraft relativ groß, wenn sich der Ventilkörper 18 in der Umgebung seiner neutralen Position befindet. Diese Anziehungskraft neigt dazu, relativ allmählich zuzunehmen, wenn sich der Ventilkörper 18 seiner vollständig geöffneten Position annähert.
Wie schon beschrieben, wird das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 als Auslassventil für einen Verbrennungsmotor verwendet. Folglich arbeitet das elektromagnetisch betätigte Ventil 10, um den Ventilkörper 18 schon zu öffnen, wenn sich noch ein hoher Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer 16 befindet, und um den Ventilkörper 18 nach Vermindern des Verbrennungsdrucks zu schließen. Wenn der Ventilkörper 18 in Richtung seiner vollständig geöffneten Position verschoben wird, wenn noch ein hoher Verbrennungsdruck in der Verbrennungskammer 16 herrscht, wird eine große Last auf den Ventilkörper 18 ausgeübt. Wenn hingegen der Ventilkörper 18 anschließend in Richtung seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird, wird eine solch große Last nicht auf den Ventilkörper ausgeübt.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 ist so aufgebaut, dass der Ventilkörper 18, wenn er sich nach der Unterbrechung der Zuführung eines Erregerstroms zu der oberen Spule 40 in seiner vollständig geschlossenen Position befindet, durch Beaufschlagungskräfte der oberen Feder 60 und der unteren Feder 26 in Richtung seiner vollständig geöffneten Position verschiebt. Ebenso ist das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 so aufgebaut, dass der Ventilkörper 18, wenn er sich nach der Unterbrechung der Zuführung eines Erregerstroms zu der unteren Spule in seiner vollständig geöffneten Position befindet, durch Beaufschlagungskräfte der oberen Feder 60 und der unteren Feder 26 in Richtung seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird.
In 8 ist eine kritische Position, die aufgrund von Beaufschlagungskräften der oberen Feder 60 und der unteren Feder 26 während des Ventilöffnungsvorgangs des Ventilkörpers 18 erreicht werden kann, mit D gekennzeichnet. Eine kritische Position, die aufgrund von Beaufschlagungskräften der oberen Feder 60 und der unteren Feder 26 während des Ventilschließvorgangs des Ventilkörpers 18 erreicht werden kann, ist mit E gekennzeichnet. Wie oben beschrieben ist der Ventilkörper 18 während des Ventilöffnungsvorgangs einen größeren Last unterworfen als während des Ventilschließvorgangs. Folglich befindet sich die kritische Position D näher bei der neutralen Position des Ventilkörpers 18 als die kritische Position E.
Um den Ventilkörper 18 in geeigneter Weise zu seiner vollständig geöffneten Position zu bewegen, wenn sich der Ventilkörper 18 an der kritischen Position D befindet, ist es notwendig, eine Anziehungskraft zu erzeugen, die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugte Federkräfte (die Federkräfte, die den Ventilkörper 18 in Richtung seiner neutralen Position beaufschlagen) übersteigt. Wie die Kurve B und die gerade Linie C in 8 anzeigen, genügt das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 der oben genannten Anforderung. Daher kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 den Ventilkörper 18 in geeigneter Weise zu seiner vollständig geöffneten Position verschieben.
Wenn der Ventilkörper 18 um eine Distanz, die der kritischen Position D entspricht, in Richtung des oberen Kerns 32 verschoben ist, ist die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft kleiner als die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugten Federkräfte. Wenn der untere Kern 34 gleich wie der obere Kern 32 aufgebaut ist, das heißt, wenn der untere Kern 34 nicht mit dem ringförmigen Vorsprung 36 versehen ist, kann daher der Ventilkörper 18 nicht in geeigneter Weise zu seiner vollständig geöffneten Position verschoben werden, indem der unteren Spule 42 ein Erregerstrom I₀ zugeführt wird. Angesichts dieser Tatsache ist das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 so aufgebaut, dass der Ventilkörper 18 mit geringem Verbrauch an elektrischer Energie zu seiner vollständig geschlossenen Position verschoben werden kann.
Um den Ventilkörper 18 in geeigneter Weise zu seiner vollständig geschlossenen Position zu verschieben, wenn sich der Ventilkörper 18 an der kritischen Position E befindet, ist es notwendig, eine Anziehungskraft zu erzeugen, die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugte Federkräfte (die Federkräfte, die den Ventilkörper 18 in Richtung seiner neutralen Position beaufschlagen) übersteigt. Wie die Kurve A und die gerade Linie C in 8 zeigen, erfüllt das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 die oben genannte Anforderung. Daher kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 den Ventilkörper 18 in geeigneter Weise zu seiner vollständig geschlossenen Position verschieben.
Egal wie klein die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft sein mag, bevor der Ventilkörper 18 des elektromagnetisch betätigten Ventils 10 die kritische Position E erreicht, wird der Ventilkörper 18 in geeigneter Weise zu seiner vollständig geschlossenen Position verschoben, sofern die oben genannte Bedingung erfüllt ist, wenn der Ventilkörper 18 die kritische Position E erreicht. Wie in 8 gezeigt, ist eine zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft, wenn der Ventilkörper 18 die kritische Position E erreicht, ausreichend größer als die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugten Federkräfte, sofern der oberen Spule 40 ein Erregerstrom I₀ zugeführt wird. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 in geeigneter Weise den Ventilkörper 18 zu seiner vollständig geschlossenen Position verschieben, selbst wenn der der oberen Spule 40 zugeführte Erregerstrom kleiner als ein vorbestimmter Wert I₀ ist.
Wie die Kurve A und die Kurve B in 8 zeigen, ist die Struktur des oberen Kerns 32 geeigneter als die des unteren Kerns 34, um von dem Erregerstrom I₀ eine Nahzu stands-Anziehungskraft F_N zu erzeugen, die ausreichend groß ist. Daher ist die Struktur des oberen Kerns 32 geeigneter als die des unteren Kerns 34, um mit einem geringen Energieverbrauch eine Anziehungskraft zu erzeugen, die die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugten Federkräfte überschreitet, wenn sich der Ventilkörper 18 an der kritischen Position E befindet. In diesem Fall ist der der oberen Spule 40 zugeführte Erregerstrom auf einen solchen Wert festgelegt, dass die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anziehungskraft, wenn sich der Ventilkörper 18 an der kritischen Position E befindet, die durch die obere Feder 60 und die untere Feder 26 erzeugten Federkräfte geringfügig übersteigt. Daraus folgt, dass es das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 ermöglicht, die elektrische Energie zum Verschieben des Ventilkörpers 18 zu seiner vollständig geschlossenen Position stark einzusparen.
Während der Verbrennungsmotor betrieben wird, muss der Ventilkörper 18 entweder in seiner vollständig geschlossenen Position oder in seiner vollständig geöffneten Position gehalten werden. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 kann den Ventilkörper 18 entweder in seiner vollständig geschlossenen Position oder in seiner vollständig geöffneten Position halten, indem der unteren Spule 42 oder der oberen Spule 40 nach dem Ankommen des Ventilkörpers 18 bei seiner vollständig geöffneten oder geschlossenen Position – das heißt nach dem Ankommen des Ankers 30 auf dem unteren Kern 34 oder dem oberen Kern 32 – ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird.
Wie zuvor beschrieben, ist die zwischen dem Anker 30 und dem oberen Kern 32 erzeugte Anlagezustands-Anziehungskraft F_C bei einem gegebenen Erregerstrom I₀ im Wesentlichen gleich der zwischen dem Anker 30 und dem unteren Kern 34 erzeugten Anlagezustands-Anziehungskraft F_C. Daher ermöglicht es das elektromagnetisch betätigte Ventil 10, nicht nur beim Verschieben des Ventilkörpers 18 zu seiner vollständig geschlossenen Position, sondern auch beim Verschieben des Ventilkörpers 18 zu seiner vollständig geöffneten Position elektrische Energie stark einzusparen.
Wie zuvor beschrieben, werden die Kennlinien des elektromagnetisch betätigten Ventils 10 im Hinblick auf die Beziehung zwischen Zeitpunkten zum Öffnen und Schließen des Ventilkörpers 18 und Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors bestimmt. Während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, kann somit das elektromagnetisch betätigte Ventil 10 in geeigneter Weise den Ventilkörper 18 öffnen und schließen, wobei elektrische Energie stark eingespart werden kann.
Als Alternative zu dem oben beschriebenen Ventil kann der obere Kern 32 mit einem Vorsprung versehen sein, der kleiner als der ringförmige Vorsprung 36 ist.
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt zeigt, der den Anker des elektromagnetisch betätigtes Ventils umgibt. In 9 und 1 sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Unter Bezugnahme auf 9 wird auf die Beschreibung derjenigen Elemente verzichtet, die gleich konstruiert sind wie jene in 1.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil wird realisiert, indem der untere Kern 34 und der Ankerschaft 28, wie sie in 1 dargestellt sind, durch einen unteren Kern 70 bzw. einen Ankerschaft 72 ersetzt werden, wie sie in 9 dargestellt sind. Der untere Kern 70 weist einen ringförmigen Vorsprung 74 auf, der den Ankerschaft 72 umgibt. Ferner weist der Ankerschaft 72 eine Aussparung 76 auf, die den ringförmigen Vorsprung 74 aufnimmt. Der Ankerschaft 72 ist an der Aussparung 76 mit dem Anker 30 verbunden.
Dadurch, dass der Ankerschaft 72 mit der Aussparung 76 ausgestattet ist, ist an einer inneren Umfangsoberfläche des Ankers 30 eine Vorsprunggegenseite 78 ausgebildet. Wenn sich der Anker 30 nahe bei dem unteren Kern 70 befindet, liegt die Vorsprunggegenseite 78 des Ankers 30 einer äußeren Umfangsoberfläche des ringförmigen Vorsprungs 74 gegenüber. Da der innere Durchmesser des Ankers 30 geringfügig größer als der äußere Durchmesser des ringförmigen Vorsprungs 74 ist, ist stets ein vorbestimmter Abstand zwischen der Vorsprunggegenseite 78 und dem ringförmigen Vorsprung 74 gebildet.
In dem elektromagnetisch betätigten Ventil arbeiten der ringförmige Vorsprung 74 und die Vorsprunggegenseite 78 im Wesentlichen in der gleichen Weise wie der ringförmige Vorsprung 36 und die Vorsprunggegenseite 38. während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, kann somit das elektromagnetisch betätigte Ventil von 9, wie im Falle des elektromagnetisch betätigten Ventils 10 von 1, in geeigneter Weise den Ventilkörper 18 öffnen und schließen, wobei elektrische Energie stark eingespart werden kann.
Ein weiteres elektromagnetisch betätigtes Ventil, welches nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist im Folgenden mit Bezugnahme auf 10 beschrieben.
10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt zeigt, der den Anker des elektromagnetisch betätigten Ventils umgibt. In 10 und 1 sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Unter Bezugnahme auf 10 ist auf eine Beschreibung derjenigen Elemente verzichtet, die in gleicher Weise wie jene in 1 aufgebaut sind.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil ist hergestellt, indem der untere Kern 34 und der Anker 30, wie sie in 1 dargestellt sind, durch einen unteren Kern 80 bzw. einen Anker 82, wie sie in 10 dargestellt sind, ersetzt werden. Der untere Kern 80 weist einen ersten ringförmigen Vorsprung 84 und eine ringförmige Nut 86 auf. Der erste ringförmige Vorsprung 84 ist entlang des äußersten Umfangs des unteren Kerns 80 angeordnet, und die ringförmige Nut 86 ist radial einwärts von dem ersten ringförmigen Vorsprung 84 angeordnet. Eine erste Vorsprunggegenseite 87 ist auf einer inneren Umfangsoberfläche des ersten ringförmigen Vorsprungs 84 ausgebildet. Ferner ist ein zweiter ringförmiger Vorsprung 88 entlang des äußersten Umfangs des Ankers 82 ausgebildet. Eine zweite Vorsprunggegenseite 90 ist auf einer äußeren Umfangsoberfläche des zweiten ringförmigen Vorsprungs 88 ausgebildet.
Der zweite ringförmige Vorsprung 88 ist so angeordnet, dass er in die ringförmige Nut 86 des unteren Kerns 80 passt, wenn sich der Anker 82 nahe bei dem unteren Kern 80 befindet. In diesem Zustand liegt die zweite Vorsprunggegenseite 90 einer inneren Wandung des ersten ringförmigen Vorsprungs 84 gegenüber. Das heißt, die äußere Umfangsoberfläche des zweiten ringförmigen Vorsprungs 88 liegt der ersten Vorsprunggegenseite 87 gegenüber. Da der äußere Durchmesser des Ankers 82 geringfügig kleiner als der äußere Durchmesser des ersten ringförmigen Vorsprungs 84 ist, ist stets ein vorbestimmter Abstand zwischen dem ersten ringförmigen Vorsprung 84 und der zweiten Vorsprunggegenseite 90 ausgebildet.
In dem elektromagnetisch betätigten Ventil der 10 arbeiten der erste ringförmige Vorsprung 84 und der zweite ringförmige Vorsprung 88 im Wesentlichen in gleicher Weise wie der ringförmige Vorsprung 36 des Ventils von 1. Ferner arbeitet die erste Vorsprunggegenseite 87 und die zweite Vorsprunggegenseite 90 im Wesentlichen in gleicher Weise wie die Vorsprunggegenseite 38 des Ventils von 1. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil der 10, wie im Falle des elektromagnetisch betätigten Ventils der 1, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, den Ventilkörper 18 in geeigneter Weise öffnen und schließen, wobei elektrische Energie stark eingespart werden kann.
Alternativ kann ein Vorsprung, der kleiner als der zweite ringförmige Vorsprung 88 ist, auf der Seite des Ankers 82, der dem oberen Kern 32 gegenüberliegt, ausgebildet sein.
Es ist auch möglich, nur an dem Anker 82 einen ringförmigen Vorsprung vorzusehen.
11 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines elektromagnetisch betätigten Ventils 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 gemäß dieser Ausführungsform umfasst ein Auslassventil 102 für einen Verbrennungsmotor. Das Auslassventil 102 ist in einem Zylinderkopf 104 so angeordnet, dass das Auslassventil 102 in eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors ragt. In dem Zylinderkopf 104 ist ein Auslasskanal 106 ausgebildet, in dem ein Ventilsitz 108 für das Auslassventil 102 angeordnet ist. Wenn sich das Auslassventil 102 von dem Ventilsitz 108 wegbewegt, wird der Auslasskanal 106 mit der Verbrennungskammer verbunden. wenn sich das Auslassventil 102 auf den Ventilsitz 108 bewegt, wird die Ver bindung zwischen dem Auslasskanal 106 und der Verbrennungskammer unterbrochen.
Ein Ventilschaft 110 ist an dem Auslassventil 102 befestigt. Der Ventilschaft 110 wird durch eine Ventilführung 112, die von dem Zylinderkopf 104 gestützt wird, axial gleitbar gehalten. Ein unterer Halter 114 ist an einem oberen Endabschnitt des Ventilschafts 110 befestigt. Eine untere Feder 116 und ein Federsitz 118 sind unterhalb des unteren Halters 114 angeordnet. Die untere Feder 116 beaufschlagt den unteren Halter 114 nach oben in 11.
Ein Ankerschaft 120, der aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist, ist an dem Ventilschaft 110 angeordnet. Ein oberer Halter 122 ist an einem oberen Endabschnitt des Ankerschafts 120 befestigt. Eine obere Feder 124 ist an dem oberen Halter 122 angeordnet. Die obere Feder 124 beaufschlagt den oberen Halter 122 nach unten in 11.
Ein oberer Endabschnitt der oberen Feder 124 wird von einem Federhalter 124 gehalten, auf dem eine Einstellschraube 126 angeordnet ist. Die Einstellschraube 126 ist in eine obere Kappe 128, die an einer Gehäuseplatte 130 befestigt ist, geschraubt.
Ein Anker 132, welcher ein ringförmiges, aus einem magnetischen Material hergestelltes Element ist, ist mit dem Ankerschaft 120 verbunden. Ein erster Elektromagnet 134 und ein zweiter Elektromagnet 136 sind oberhalb bzw. unterhalb des Ankers 132 angeordnet. Der erste Elektromagnet 134 umfasst eine obere Spule 138 und einen oberen Kern 140, während der zweite Elektromagnet 136 eine untere Spule 142 und einen unteren Kern 144 umfasst. Die Gehäuseplatte 130 hält eine vorbestimmte räumliche Bezie hung zwischen dem ersten Elektromagnet 134 und dem zweiten Elektromagnet 136 aufrecht.
In dem elektromagnetisch betätigten Ventil 100 wird der Anker 132 durch die obere Feder 124, die den Ankerschaft 120 nach unten beaufschlagt, und die untere Feder 116, die den Ventilschaft 112 nach oben beaufschlagt, zu seiner neutralen Position gedrängt. Die neutrale Position des Ankers 132 kann mittels der Einstellschraube 126 eingestellt werden.
In dieser Ausführungsform ist das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 dadurch gekennzeichnet, dass die neutrale Position des Ankers 132 von der mittleren Position zwischen dem oberen Kern 140 und dem unteren Kern 144 um eine vorbestimmte Distanz in Richtung des unteren Kerns 144 versetzt ist. In der nachfolgenden Beschreibung ist die Distanz zwischen dem oberen Kern 140 und der neutralen Position des Ankers 132 mit XL und die Distanz zwischen dem unteren Kern 144 und der neutralen Position des Ankers 132 mit XS (< XL) bezeichnet.
Die Betriebsweise des elektromagnetisch betätigten Ventils 100 sowie der durch die oben genannten Merkmale erreichte Effekt ist nachstehend beschrieben.
Wenn in dem elektromagnetisch betätigten Ventil 100 der oberen Spule 138 und der unteren Spule 142 kein Erregerstrom zugeführt wird, wird der Anker 132 in seiner neutralen Position gehalten. In diesem Zustand befindet sich das Auslassventil 102 zwischen seiner vollständig geöffneten Position und seiner vollständig geschlossenen Position. Wenn unter solchen Bedingungen der oberen Spule 138 ein Erregerstrom zugeführt wird, wird zwischen dem ersten Elektromagnet 134 und dem Anker 132 eine Anzie hungskraft erzeugt, die den Anker 132 in Richtung des ersten Elektromagneten 134 zieht.
Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 den Anker 132 in Richtung des ersten Elektromagneten 134 verschieben, indem der oberen Spule 138 ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird. Der Ankerschaft 120 kann in Richtung des ersten Elektromagneten 134 verschoben werden, bis der Anker 132 an dem oberen Kern 140 anstößt. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 ist so aufgebaut, dass sich das Auslassventil 102 zuverlässig auf den Ventilsitz 108 bewegt, bevor der Anker 132 an dem oberen Kern 140 ankommt, ohne durch thermische Ausdehnung des Ventilschafts 110 und dergleichen nachteilig beeinflusst zu werden. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 das Auslassventil 102 zuverlässig zu seiner vollständig geschlossenen Position verschieben, indem der oberen Spule 138 ein geeigneter Erregerstrom zugeführt wird.
Wenn der Anker 132 magnetisch mit dem ersten Elektromagnet 134 gekoppelt ist, zieht sich die obere Feder 128 im Vergleich mit einem Fall, in dem der Anker 132 an seiner neutralen Position gehalten wird, in axialer Richtung um ungefähr eine vorbestimmte Länge XL zusammen, und die untere Feder 116 dehnt sich in axialer Richtung um ungefähr die vorbestimmte Länge XL aus. In diesem Zustand gilt für die in der oberen Feder 128 und der unteren Feder 116 gespeicherte Energiemenge EU der folgende Ausdruck: EU = K·XL2/2 (1)wobei K eine Federkonstante der oberen Feder 128 und der unteren Feder 126 ist.
Wenn der Anker 132 magnetisch mit dem ersten Elektromagnet 134 gekoppelt ist und die Zufuhr eines Erregerstroms zu der oberen Spule 138 unterbrochen wird, verschieben die Federkräfte der oberen Feder 124 und der unteren Feder 116 den Ankerschaft 120, den Ventilschaft 110 und das Auslassventil 102, um so das Auslassventil 102 zu öffnen. Eine solche Verschiebung hat Energieverluste durch Gleitreibung oder dergleichen zur Folge. Daher wird die Amplitude des Auslassventils 102 um ein gewisses Maß gedämpft, wenn das Auslassventil 102 zu seiner vollständig offenen Position verschoben wird.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 erzeugt zwischen dem zweiten Elektromagnet 136 und dem Anker 132 eine elektromagnetische Kraft, die den Anker 132 in Richtung des zweiten Elektromagneten 136 zieht, indem der unteren Spule 142 ein Erregerstrom zugeführt wird. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 den oben erwähnten Dämpfungseffekt kompensieren und den Anker 132 zu dem zweiten Elektromagnet 136 verschieben, indem der unteren Spule 142 zu einem geeigneten Zeitpunkt nach dem Unterbrechen der Zufuhr eines Erregerstroms zu der oberen Spule 134 ein Erregerstrom zugeführt wird.
Das Auslassventil 102 ist vollständig geöffnet, wenn der Anker 132 gegen den zweiten Elektromagnet 136 stößt. Demzufolge kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 das Auslassventil 102 von seiner vollständig geschlossenen Position zu seiner vollständig geöffneten Position verschieben, indem der unteren Spule 142 ab einem geeigneten Zeitpunkt nach der Unterbrechung der Zufuhr eines Erregerstroms zu der oberen Spule 138 ein Erregerstrom zugeführt wird.
Wenn der Anker 132 magnetisch mit dem zweiten Elektromagnet 136 gekoppelt ist, dehnt sich die obere Feder 128 im Vergleich zu einem Fall, in dem der Anker 132 in seiner neutralen Position gehalten wird, in axialer Richtung um etwa eine vorbestimmte Länge XS aus, und die untere Feder 116 wird in axialer Richtung um etwa die vorbestimmte Länge XS gestaucht. In diesem Zustand gilt für die Energiemenge EL, die in der oberen Feder 128 und der unteren Feder 116 gespeichert wird, die Beziehung: EL = K·XS2/2 (2)wobei K die Federkonstante der oberen Feder 128 und der unteren Feder 126 ist.
Wenn der Anker 132 magnetisch mit dem zweiten Elektromagnet 136 gekoppelt ist, verschieben die Federkräfte der oberen Feder 124 und der unteren Feder 116, wenn die Zufuhr eines Erregerstroms zu der unteren Spule 142 unterbrochen wird, den Ankerschaft 120, den Ventilschaft 110 und das Auslassventil 102 so, dass das Auslassventil 102 geschlossen wird. Eine solche Verschiebung hat Energieverluste durch Gleitreibung oder dergleichen zur Folge. Daher wird die Amplitude des Auslassventils 102 um einen bestimmten Betrag gedämpft, wenn das Auslassventil 102 in Richtung seiner vollständig geschlossenen Position verschoben wird.
Das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 kann den oben erwähnten Dämpfungseffekt kompensieren und den Anker 132 zu dem ersten Elektromagnet 134 verschieben, indem der unteren Spule 138 zu einem geeigneten Zeitpunkt nach der Unterbrechung der Zufuhr eines Erregerstroms zu der unteren Spule 142 ein Erregerstrom zugeführt wird. Somit kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 das Auslassventil 102 in geeigneter Weise öffnen und schließen, indem der oberen Spule 124 und der unteren Spule 130 abwechselnd ein Erregerstrom zugeführt wird.
In dem Verbrennungsmotor wird das Auslassventil 102 schon geöffnet, wenn der Druck in der Verbrennungskammer noch hoch ist. Daher wird die Amplitude des Auslassventils 102 während des Ventilöffnungsvorgangs stärker gedämpft als während des Ventilschließvorgangs. Daher erfordert das Erreichen von im Wesentlichen der gleichen Betriebskennlinie beim Öffnen und beim Schließen des Auslassventils 102, dass das Auslassventil 102 während des Ventilöffnungsvorgangs mit einer höheren Energie beaufschlagt wird als während des Ventilschließvorgangs.
Wie zuvor beschrieben, wird in der oberen Feder 124 und der unteren Feder 116 mehr Energie gespeichert, wenn der Anker 132 magnetisch mit dem ersten Elektromagnet gekoppelt ist, als wenn der Anker 132 magnetisch mit dem zweiten Elektromagnet 136 gekoppelt ist. Daher ist das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 so konstruiert, dass die obere Feder 124 und die untere Feder 116 das Auslassventil 102 während des Ventilöffnungsvorgangs mit einer höheren Energie beaufschlagen als während des Ventilschlieflvorgangs.
Da die obere Feder 124 und die untere Feder 116 das Auslassventil 102 wie oben beschrieben beaufschlagen, kann die Differenz zwischen der Höhe des Energieverlusts während des Ventilöffnungsvorgangs und der Höhe des Energieverlusts während des Ventilschließvorgangs durch die durch die obere Feder 124 und die untere Feder 126 erzeugte Energie beseitigt werden. Daher kann das elektromagnetisch betätigte Ventil 100 gemäß dieser Ausführungsform im wesentlichen die gleiche Betriebskennlinie beim Öffnen und beim Schließen des Auslassventils 102 erreichen, ohne eine Differenz zwischen dem der oberen Spule 138 zuzuführenden Erregerstrom und dem der unteren Spule 142 zuzuführenden Erregerstrom wesentlich zu erhöhen.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben.
12 ist eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines elektromagnetisch betätigten Ventils 150 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das elektromagnetisch betätigte Ventil 150 umfasst statt des ersten Elektromagnets 134 in dem in 11 dargestellten elektromagnetisch betätigten Ventil 100 einen ersten Elektromagnet 152. In 12 und 11 sind entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Unter Bezugnahme auf 12 wird auf die Beschreibung derjenigen Elemente verzichtet, die in gleicher Weise wie jene in 11 aufgebaut sind, oder eine solche Beschreibung ist vereinfacht.
Der erste Elektromagnet 152 umfasst einen oberen Kern 154, der die obere Spule 138 aufnimmt. Ein ringförmiger Vorsprung 156 ist auf einer Endfläche des oberen Kerns 154 ausgebildet, die dem Anker 132 gegenüberliegt. Der innere Durchmesser des ringförmigen Vorsprungs 156 ist geringfügig größer als der äußere Durchmesser des Ankers 132. Somit wird zwischen dem Anker 132 und dem ringförmigen Vorsprung 156 ein vorbestimmter Luftspalt gebildet, wenn der Anker 132 in dem ersten Elektromagnet 152 aufgenommen ist.
In dieser Ausführungsform ist die neutrale Position des Ankers 132, ebenso wie in der ersten Ausführungsform, aus der mittleren Position zwischen dem ersten Elektromagnet 152 und dem zweiten Elektromagnet 136 um eine vorbestimmte Distanz in Richtung des zweiten Elektromagneten 136 versetzt. Diese Konstruktion ist vorteilhaft beim Heranführen des Auslassventils 102 nahe an den zweiten Elektromagneten 136 mit Hilfe der Federkräfte der oberen Feder 124 und der unteren Feder 116 während des Ventilöffnungsvorgangs.
Bei einer solchen Konstruktion neigt jedoch der Anker 132 dazu, weiter als bei der Konstruktion, bei der die neutrale Position des Ankers 132 auf die mittlere Position zwischen dem ersten Elektromagnet 152 und dem zweiten Elektromagnet 136 festgelegt wird, von dem ersten Elektromagnet 152 beabstandet zu sein. Je näher der Anker 132 dem Elektromagnet kommt, desto stärker wird eine zwischen dem Anker 132 und dem Elektromagnet erzeugte elektromagnetische Kraft. Daher ist es angesichts des Wirksamkeit der Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft zwischen dem Anker 132 und dem ersten Elektromagnet 152 nicht immer günstig, die neutrale Position des Ankers 132 in Richtung des zweiten Elektromagneten 136 zu versetzen.
Wie zuvor beschrieben weist in dem elektromagnetisch betätigten Ventil 100 gemäß dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, in dem der ringförmige Vorsprung 156 auf dem oberen Kern 154 gebildet wird. Durch den ringförmigen Vorsprung 156 ist die Distanz zwischen der Endfläche des oberen Kerns 154 und dem Anker 132 verringert worden. Daher erzeugt der erste Elektromagnet wirksam eine elektromagnetische Kraft, die den Anker 132 anzieht, wenn die neutrale Position des Ankers 132 in Richtung des zweiten Elektromagneten 136 versetzt ist.
Folglich kann durch das elektromagnetisch betätigte Ventil 150 gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich zu dem elektromagnetisch betätigten Ventil 100 gemäß der zweiten Ausführungsform weiter elektrische Energie eingespart werden.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Ventil für einen Verbrennungsmotor, mit: – einem Anker (132), der zur Hin- und Herbewegung zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position mit einem Ventilkörper (102) eines Auslassventils des Motors gekoppelt ist; – einem zweiten elastischen Element (116), das mit dem Anker (132) gekoppelt ist, um den Anker (132) in Richtung der geschlossenen Position vorzuspannen; und – einem ersten elastischen Element (124), das mit dem Anker (132) gekoppelt ist, um den Anker (132) in Richtung der geöffneten Position vorzuspannen; wobei – zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position, an einem Punkt, an dem die von dem ersten (124) und dem zweiten (116) elastischen Element ausgeübten Kräfte einander ausgleichen, eine neutrale Position definiert ist; – ein zweiter Elektromagnet (136) angrenzend an die geöffnete Position angeordnet ist; – ein erster Elektromagnet (134; 152) angrenzend an die geschlossene Position angeordnet ist; – der erste und der zweite Elektromagnet (134, 136; 152, 136) so positioniert sind, dass der erste und zweite Elektromagnet (134, 136; 152, 136) einen Abstand zu dem Anker (132) aufweisen, wenn sich der Anker (132) in der neutralen Position befindet; – der zweite Elektromagnet (136) eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Anker (132) in Richtung der geöffneten Position zieht; und – der erste Elektromagnet (134; 152) eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Anker in Richtung der geschlossenen Position zieht; dadurch gekennzeichnet, dass – eine in dem ersten elastischen Element (124) gespeicherte Energie, wenn sich der Anker (132) in der geschlossenen Position befindet, größer als eine in dem zweiten elastischen Element (146) gespeicherte Energie ist, wenn sich der Anker (132) in der geöffneten Position befindet; und – die neutrale Position näher an dem zweiten Elektromagnet (136) als an dem ersten Elektromagnet (134, 152) ist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste Elektromagnet (152) oder eine Oberfläche des Ankers (132), die dem ersten Elektromagnet (152) gegenüberliegt, mit einem Vorsprung (156) versehen ist, der in Richtung des anderen von dem ersten Elektromagnet (152) und der Oberfläche des Ankers (132), die dem ersten Elektromagnet (152) gegenüberliegt, hervorragt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorsprung (156) von dem ersten Elektromagnet (152) erstreckt.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (156) ringförmig ist und einen Durchmesser aufweist, der etwas größer als ein äußerer Durchmesser des Ankers (132) ist.