EP0793004A1 - Elektromagnetische Ventilbetätigung - Google Patents

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EP0793004A1
EP0793004A1 EP97103181A EP97103181A EP0793004A1 EP 0793004 A1 EP0793004 A1 EP 0793004A1 EP 97103181 A EP97103181 A EP 97103181A EP 97103181 A EP97103181 A EP 97103181A EP 0793004 A1 EP0793004 A1 EP 0793004A1
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EP
European Patent Office
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armature
magnet
switching magnet
magnetic core
switching
Prior art date
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Application number
EP97103181A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0793004B1 (de
Inventor
Hans Gander
Jürgen Schüle
Peter Dr. Jänker
Frank Hermle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0793004B1 publication Critical patent/EP0793004B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/13—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to a device for the electromagnetic actuation of a gas exchange valve for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1.
  • a device in which an anchor plate arranged on a valve stem of a gas exchange valve is provided so that it can be moved back and forth between an open and a closed position by means of a spring system. Furthermore, two switching magnets are provided on opposite sides of the armature plate, with the aid of which the armature plate can be held in the open or closed position.
  • the switching magnets are designed as so-called holding magnets, which develop their magnetic force essentially in the vicinity of the magnetic core.
  • the switching magnet assigned to the open position being designed as a so-called characteristic magnet with increased remote action compared to the second switching magnet, the trapping energy that is used by the switching magnets, in particular when the combustion chamber counterpressures change, can be reduced.
  • the necessary amount of energy is supplied to the opening movement in an early phase, which leads to good dynamics, that is to say a fast switching operation.
  • a device for the electromagnetic actuation of a gas exchange valve 2 - hereinafter referred to as electromagnetic valve control - of an internal combustion engine (not shown in greater detail) is denoted overall by 1.
  • the gas exchange valve 2 consisting of a valve stem 4, a valve guide 5 and a valve plate 6, is arranged in a gas guide channel 3.
  • the valve plate 6 interacts with a valve seat 7 provided in the gas duct 3 and serves to close or release the gas duct 3.
  • the electromagnetic valve control 1 serves to actuate the gas exchange valve 2, the gas exchange valve 2 being able to be moved back and forth between a closed position, as shown in FIG. 1, and an open position, as shown in FIG. 2.
  • An electromagnetic valve control 1 has the advantage that the control times can be freely selected in a wide range.
  • the electromagnetic valve control 1 consists of two cylindrical switching magnets 8, 9, which are arranged coaxially to the valve stem 4 and stationary with respect to the valve guide 5 or with respect to the gas guide channel 3.
  • the first switching magnet 9 is provided for the open position and the second switching magnet 8 for the closed position of the gas exchange valve 2.
  • each switching magnet 8, 9 consists of an outer cup-shaped magnetic core 10, 10 'and an inner coil 11, 11'.
  • An armature plate 12 arranged perpendicular to the longitudinal axis of the gas exchange valve 2 is provided on the valve stem 4 in the area between the two switching magnets 8, 9.
  • a valve spring 13, 14 is provided between the switching magnets 8, 9 and the armature plate 12.
  • the upper valve spring 13 is supported on the pot bottom 15 of the second switching magnet 8 and on the top 17 of the armature plate 12, while the lower valve spring 14 is supported on the bottom 18 of the armature plate 12 and the bottom pot bottom 16.
  • the upper valve spring 13 causes a force in the opening direction and the lower valve spring 14 in the closing direction of the gas exchange valve 2.
  • the armature plate 12 and the gas exchange valve 2 connected to it move back and forth between the pole faces of the switching magnets 8, 9.
  • the inner coil 11 of the second switching magnet 8 is excited by applying a voltage. In this state, there is no voltage on the inner coil 11 'of the first switching magnet 9.
  • the voltage on the upper coil 11 is released.
  • the anchor plate 12 is moved in by the force of the prestressed spring 13 Open position moves.
  • the coil 11 'of the first switching magnet 9 can now be excited by applying a voltage, so that the armature plate 12 is captured by the resulting magnetic force of the switching magnet 9 and held in this open position (see. Fig. 2).
  • the spring system 13, 14 is now designed so that the armature plate 12 performs an oscillating movement between the pole faces of the two switching magnets 8, 9. In the upper and lower reversal point, the armature plate 12 is then captured and held in place by excitation of the corresponding switching magnet 8, 9.
  • gas exchange valves 2 which operate at varying back pressures, in particular with exhaust valves of internal combustion engines, the problem arises that the armature plate 12 no longer gets into the vicinity of the first switching magnet 9 at higher back pressures due to the force of the spring system 13, 14.
  • very high capture energies must be used. In order to avoid this problem, it is therefore proposed to design the first switching magnet 9 as a so-called characteristic magnet.
  • the magnetic core 10 ' is designed such that the magnetic force extends further in the direction of the far field with the same current flow.
  • flux guide pieces 19 made of a magnetically conductive material can be arranged on the magnetic core 10 ′ or on the underside 18 anchor plate 12.
  • a hollow cylindrical flux guide 19 is arranged coaxially with the valve stem 4 on the pole face 20 of the first switching magnet 9 assigned to the armature plate 12.
  • the inner circumference of the flux guide piece 19 is chosen to be smaller than the outer circumference of the anchor plate 12.
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 2.
  • the hollow cylindrical flow guide 19 is also arranged coaxially with the valve stem 4 on the underside 18 of the armature plate 12 facing the first switching magnet 9.
  • the dimensions of the flux guide 19, the cup-shaped magnetic core 10 'of the first switching magnet 9 and the valve spring 14 are selected so that the flux guide 19 projects into a gap between the cup-shaped magnetic core 10' and the valve spring 14 in the closed position.
  • FIG. 3 shows a detail of a further exemplary embodiment of an electromagnetic valve control according to the invention, the same parts being identified by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
  • the valve springs 13, 14 are arranged outside the switching magnets 8, 9 and their functions are interchanged.
  • the remote effect of the lower switching magnet 9 is increased in that the pole face 20 of the lower switching magnet 9 and the underside 18 of the armature plate 12 have corresponding steps 21, 22.
  • an annular elevation 21 is provided on the pole face 20 of the lower switching magnet.
  • the underside 18 of the anchor plate 12 has a corresponding depression 22 such that the elevation 21 projects into the depression 22 when the gas exchange valve is in the open position.
  • the step depth preferably corresponds to half the working path of the gas exchange valve.
  • the switching magnet 8 is also a flat armature magnet with a distinctive hold function. Accordingly, the top 17 of the anchor plate 12 is flat.
  • the mode of operation of the devices according to the invention will be explained in more detail below with the aid of a schematic illustration of the force-displacement characteristic shown in FIG. 4.
  • the magnetic forces F EM8 , F EM9 of the two switching magnets 8, 9 and the resulting mechanical force F mech of the spring system 13, 14 are plotted as a function of the air gap between the pole faces and the armature plate 12.
  • the distance between the pole faces is and the middle rest position of the mechanical spring system 4 mm. Accordingly, no mechanical force F mech acts on the anchor plate 12 in this middle rest position.
  • the resulting mechanical force F mech increases linearly when deflected from this rest position up to a maximum force F max1 when one of the two switching positions is reached.
  • the force- displacement characteristic curve F EM8 of the switching magnet 8 shows a typical profile of a flat armature magnet with a pronounced holding function.
  • the force F EM8 decreases quadratically from a maximum value F max3 with an air gap of zero - that is to say in the closed position - and already strives towards zero in the middle rest position.
  • the force- displacement characteristic curve F EM9 of the switching magnet 9 shows a changed course through the measures for influencing the characteristic curve.
  • the magnetic force F EM8 of the switching magnet 8 is below the curve F EM9 for the switching magnet 9.
  • the maximum force F max2 is just above the resulting mechanical force F mech , but significantly below the maximum force F max3 of the switching magnet 8.
  • the force F EM9 has a local maximum, the magnetic force F EM9 being above the magnetic force F EM8 , but also above the resulting mechanical force F mech .
  • the anchor plate 12 swings from the one end position (with an air gap of approx. 8 mm) beyond the middle rest position with an air gap of 4 mm into the area of a small one Air gap. If the friction losses were neglected, the anchor plate 12 would reach the other end position with an air gap of 0 mm due to the mechanical vibration. Taking friction losses into account, the anchor plate 12 does not reach this end position, however, but must be captured by the corresponding switching magnet 8, 9. In order for this to be possible with a switching magnet according to the force- displacement characteristic curve F EM8, the armature plate 12 must at least reach such an end position in which the magnetic force F EM8 exceeds the mechanical restoring force F mech .
  • this corresponds to an air gap of less than 0.7 mm. If the anchor plate 12 does not come into this end position during an opening process due to an increased gas back pressure, then the entire characteristic curve would have to be stretched by an increased energy supply in a switching magnet with a force curve according to the force characteristic curve F EM8, so that the magnetic force F EM8 the restoring force F mech in the end position.
  • a solenoid with a force curve according to the force characteristic F EM9 shows a better solution. Even before the middle rest position is reached, the magnetic force F EM9 exceeds the mechanical force, so that the anchor plate 12 already experiences an accelerating force in the open position in this position. This has a positive effect on the opening time. In the further movement towards the open position (0 mm air gap), the force characteristic F EM9 of the switching magnet 9 drops again and falls below the mechanical spring characteristic F mech . As a result, the gas exchange valve is braked by the net effect of mechanical spring force and magnetic force, and thus kinetic energy is withdrawn. This leads to a softer impact and thus a reduction in noise.
  • the magnetic force F EM9 rises steeply again and then again exceeds the mechanical restoring force F mech .
  • the armature plate 12 can thereby be captured by the switching magnet 9 and can be held securely due to the high magnetic force F max2 .
  • the net energy that is supplied to the armature plate 12 by the switching magnet 9 can be adjusted to the respective operating case.
  • the comparison of the two force characteristics F EM8 , F EM9 shows, however, that with approximately the same energy supply, the functionality of the switching magnet 9 is improved with regard to changing back pressures.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils (2) für Brennkraftmaschinen mit einem an dem Gaswechselventil (2) befestigten Anker (12), mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers (12) angeordneten Federelementen (13,14), durch deren Federkraft der Anker (12) zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegt werden kann, und mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers (12) angeordneten Schaltmagneten (8,9), die das Gaswechselventil (2) in der Offenbeziehungsweise Schließstellung halten. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den der Offenstellung zugeordneten ersten Schaltmagnet (9) als Kennlinienmagnet mit gegenüber dem zweiten, der Schließstellung zugeordneten Schaltmagnet (8) erhöhter Fernwirkung auszubilden. Hierzu können am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) und/oder auf der dem ersten Schaltmagnet (9) zugewandten Seite des Ankers (12) ein Flußleitstück (19) angeordnet werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der DE 43 36 287 C1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine an einem Ventilschaft eines Gaswechselventils angeordnete Ankerplatte mit Hilfe eines Federsystems zwischen einer Offen- und einer Schließstellung hin- und herbewegbar vorgesehen ist. Weiterhin sind auf gegenüberliegenden Seiten der Ankerplatte zwei Schaltmagnete vorgesehen, mit deren Hilfe die Ankerplatte in der Offen- beziehungsweise Schließstellung gehalten werden kann. Die Schaltmagnete sind als sogenannte Haftmagnete ausgebildet, die ihre Magnetkraft im wesentlichen im Nahbereich des Magnetkerns entfalten.
  • Aus der DE 38 26 975 A1 ist weiterhin eine gattungsgemäße Vorrichtung mit einer Hülse zur Führung der Ankerplatte bekannt, wobei sich die Hülse über den Bereich zwischen den Polflächen der beiden Schaltmagnete erstreckt. Die ferromagnetischen Eigenschaften dieser Hülse sind über ihre Länge gesehen unterschiedlich, wobei sie im Mittelbereich nur geringe, in den beiden Randbereichen jedoch stärkere ferromagnetische Eigenschaften besitzt. Durch diese Hülse wird die Fernwirkung beider Schaltmagnete gleichermaßen beeinflußt.
  • Während der Betätigung der Gaswechselventile treten Energieverluste durch mechanische Reibung und insbesonderem bei Öffnen von Auslaßventilen in Form von Arbeit gegen den Brennraumgasdruck auf. Bei hohen Brennraumdrücken, also bei Vollastbetrieb, ist die vom Gaswechselventil beim Öffnen zu leistende Gasarbeit erheblich. Ohne Energiezufuhr würde das von der Feder angetriebene Gaswechselventil in einer Zwischenposition die Bewegung umkehren. Um eine exakte Ventilfunktion zu bewirken, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Zum einen muß im Umkehrpunkt der Ventilbewegung die Kraft des Öffnetmagneten größer als die auf das Gaswechselventil wirkenden Kräfte sein. Zum anderen müssen die Energieverluste möglichst exakt ausgeglichen werden, um die Aufschlaggeschwindigkeit des Gaswechselventils gering zu halten und um die Öffnetposition sicher zu erreichen. Bei einem üblichen Flachankermagnet ist die erste Bedingung nur schwer zu erfüllen. Um eine ausreichende Kraft zu bewirken muß ein Flachankermagnet stark bestromt werden. Dann ist aber die dem Gaswechselventil zugeführte Energie zu hoch, was mit einer hohen Aufschlaggeschwindigkeit und damit großer Verschleiß- und Geräuschwirkung verbunden ist. Auch ist es wegen der Trägheit von Elektromagneten nicht möglich, während der Ventilbewegung den Strom im ausreichenden Maße abzusteuern, um dadurch die Energiezufuhr zu verringern.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen derart zu verbessern, daß trotz wechselndem Gegendruck ein Betrieb mit verringertem Energiebedarf, geringem Verschleiß und niederer Geräuschentwicklung möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Schaltmagneten in einer elektromagnetischen Ventilsteuerung, wobei der der Offenstellung zugeordnete Schaltmagnet als sogenannter Kennlinienmagnet mit gegenüber dem zweiten Schaltmagnet erhöhter Fernwirkung ausgebildet ist, kann die Fangenergie, die von den Schaltmagneten insbesondere bei wechselnden Brennraumgegendrücken aufgewendet wird, reduziert werden. Außerdem wird die notwendige Energiemenge in einer Frühphase der Öffnetbewegung zugeführt, was zu einer guten Dynamik, also einem schnellen Schaltvorgang, führt.
  • Die in den Unteransprüchen 5 bis 7 beschriebene Ausgestaltung der Flußleitstücke weist den Vorteil auf, daß kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen in Schließstellung im Schnitt,
    Fig. 2
    ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen in Offenstellung, ebenfalls im Schnitt,
    Fig. 3
    ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen ebenfalls im Schnitt und
    Fig. 4
    ein Beispieldiagramm für eine Kraft-Weg-Kennlinie einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventilsteuerung zeigt.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils 2 - im folgenden elektromagnetische Ventilsteuerung genannt - einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschinen insgesamt mit 1 bezeichnet. Das Gaswechselventil 2, bestehend aus einem Ventilschaft 4, einer Ventilführung 5 und einem Ventilteller 6, ist in einem Gasführungskanal 3 angeordnet. Der Ventilteller 6 wirkt mit einem im Gasführungskanal 3 vorgesehenen Ventilsitz 7 zusammen und dient zum Verschließen beziehungsweise Freigeben des Gasführungskanals 3.
  • Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 dient zur Betätigung des Gaswechselventils 2, wobei das Gaswechselventil 2 zwischen einer Schließstellung, wie in Fig. 1 dargestellt, und einer Offenstellung, wie in Fig. 2 dargestellt, hin- und herbewegbar ist. Eine elektromagnetische Ventilsteuerung 1 weist den Vorteil auf, daß die Steuerzeiten in einem weiten Bereich frei gewählt werden können. Die elektromagnetische Ventilsteuerung 1 besteht aus zwei zylinderförmigen Schaltmagneten 8, 9, die koaxial zum Ventilschaft 4 und ortsfest gegenüber der Ventilführung 5 beziehungsweise gegenüber dem Gasführungskanal 3 angeordnet sind. Der erste Schaltmagnet 9 ist für die Offenstellung und der zweite Schaltmagnet 8 für die Schließstellung des Gaswechselventils 2 vorgesehen. In bekannter Weise besteht jeder Schaltmagnet 8, 9 aus einem äußeren topfförmigen Magnetkern 10, 10' und einer inneren Spule 11, 11'.
  • Am Ventilschaft 4 ist im Bereich zwischen den beiden Schaltmagneten 8, 9 eine senkrecht zur Längsachse des Gaswechselventils 2 angeordnete Ankerplatte 12 vorgesehen. Zwischen den Schaltmagneten 8, 9 und der Ankerplatte 12 ist jeweils eine Ventilfeder 13, 14 vorgesehen. Die obere Ventilfeder 13 stützt sich am Topfboden 15 des zweiten Schaltmagneten 8 und an der Oberseite 17 der Ankerplatte 12 ab, während die untere Ventilfeder 14 sich an der Unterseite 18 der Ankerplatte 12 und des unteren Topfbodens 16 abstützt. Hierbei bewirkt die obere Ventilfeder 13 eine Kraft in Öffnungsrichtung und die untere Ventilfeder 14 in Schließrichtung des Gaswechselventils 2.
  • Im Betrieb bewegt sich die Ankerplatte 12 und das damit verbundene Gaswechselventil 2 zwischen den Polflächen der Schaltmagnete 8, 9 hin und her. Um das Gaswechselventil 2 gegen die Kraft der Ventilfeder 13 in der Schließstellung zu halten (siehe Fig. 1) wird die innere Spule 11 des zweiten Schaltmagnets 8 durch Anlegen einer Spannung erregt. An der inneren Spule 11' des ersten Schaltmagneten 9 liegt in diesem Zustand keine Spannung an. Zum Öffnen des Gaswechselventils 2 wird nun die Spannung an der oberen Spule 11 gelöst. Dadurch wird die Ankerplatte 12 durch die Kraft der vorgespannten Feder 13 in Offenstellung bewegt. Kurz vor Erreichen der Offenstellung kann nun die Spule 11' des ersten Schaltmagnetes 9 durch Anlegen einer Spannung erregt werden, so daß die Ankerplatte 12 durch die resultierende Magnetkraft des Schaltmagnetes 9 eingefangen und in dieser Offenstellung festgehalten wird (siehe. Fig. 2).
  • Das Federsystem 13, 14 ist nun so ausgelegt, daß die Ankerplatte 12 eine oszillierende Bewegung zwischen den Polflächen der beiden Schaltmagneten 8, 9 ausführt. Im oberen und unteren Umkehrpunkt wird dann die Ankerplatte 12 durch Erregung des entsprechenden Schaltmagneten 8, 9 eingefangen und festgehalten. Bei Gaswechselventilen 2, die bei variierenden Gegendrücken arbeiten, insbesondere bei Auslaßventilen von Brennkraftmaschinen, stellt sich das Problem, daß die Ankerplatte 12 bei höheren Gegendrücken durch die Kraft des Federsystems 13, 14 gar nicht mehr in den Nahbereich des ersten Schaltmagneten 9 gelangt. Um die Ankerplatte 12 in dieser Situation dennoch einfangen und festhalten zu können, müssen sehr hohe Fangenergien aufgewendet werden. Um dieses Problem zu umgehen wird deshalb vorgeschlagen, den ersten Schaltmagneten 9 als sogenannten Kennlinienmagneten auszubilden. Bei Kennlinienmagneten wird der Magnetkern 10' so ausgebildet, daß sich die Magnetkraft bei gleichem Stromfluß weiter in Richtung Fernfeld erstreckt. Hierzu können beispielsweise Flußleitstücke 19 aus einem magnetisch leitenden Material am Magnetkern 10' oder an der Unterseite 18 Ankerplatte 12 angeordnet werden.
  • Gemäß Fig. 1 ist ein hohlzylinderförmiges Flußleitstück 19 koaxial zum Ventilschaft 4 an der der Ankerplatte 12 zugeordneten Polfläche 20 des ersten Schaltmagneten 9 angeordnet. Der Innenumfang des Flußleitstückes 19 wird hierbei kleiner als der Außenumfang der Ankerplatte 12 gewählt. Dadurch kann die Ankerplatte 12 ihre oszillierende Bewegung bis in den Innenbereich des hohlzylindrischen Flußleitstückes 19 ausführen. Bei Erregung des ersten Schaltmagneten 9 kann die Ankerplatte 12 weiterhin an der der Ankerplatte 12 zugewandten Polfläche 20 des ersten Schaltmagneten 9 zur Anlage kommen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hier ist das hohlzylindrische Flußleitstück 19 ebenfalls koaxial zum Ventilschaft 4 an der dem ersten Schaltmagneten 9 zugewandten Unterseite 18 der Ankerplatte 12 angeordnet. Hierbei sind die Abmessungen des Flußleitstückes 19, des topfförmigen Magnetkerns 10' des ersten Schaltmagneten 9 und der Ventilfeder 14 so gewählt, daß das Flußleitstück 19 in der Schließstellung in einen Zwischenraum zwischen dem topfförmigen Magnetkern 10' und der Ventilfeder 14 hineinragt.
  • Durch beide Anordnungen oder deren Kombination wird gewährleistet, daß die kreisförmige Ankerplatte 12 auch bei größeren Gegendrücken durch den ersten Schaltmagneten 9 ohne eine übermäßige Erhöhung der notwendigen Fangenergie in die Offenstellung überführt und dort gehalten werden kann. Neben den gezeigten Ausführungsbeispielen sind selbstverständlich auch andere Ausführungsformen für die Flußleitstücke denkbar. Entscheidend ist lediglich, daß die Fernwirkung des betroffenen Schaltmagnetes erhöht wird.
  • So zeigt Fig. 3 ausschnittsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventilsteuerung, wobei gleiche Teile gegenüber den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Abweichend vom oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Ventilfedern 13, 14 außerhalb der Schaltmagnete 8, 9 angeordnet und in ihrer Funktion vertauscht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Fernwirkung des unteren Schaltmagneten 9 dadurch erhöht, daß die Polfläche 20 des unteren Schaltmagneten 9 und die Unterseite 18 der Ankerplatte 12 korrespondierende Stufungen 21, 22 aufweisen. Auf der Polfläche 20 des unteren Schaltmagneten ist hierfür eine kreisringförmige Erhebung 21 vorgesehen. Entsprechend weist die Unterseite 18 der Ankerplatte 12 eine korrespondierende Vertiefung 22 derart auf, daß die Erhebung 21 in Offenstellung des Gaswechselventils in die Vertiefung 22 ragt. Vorzugsweise entspricht die Stufentiefe dem halben Arbeitsweg des Gaswechselventils. Der Schaltmagnet 8 ist weiterhin als Flachankermagnet mit ausgeprägter Haltefunktion ausgeführt. Entsprechend ist die Oberseite 17 der Ankerplatte 12 eben ausgeführt.
  • Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtungen soll im folgenden anhand einer in Fig. 4 gezeigten schematischen Darstellung der Kraft-Weg-Kennlinie näher erläutert werden. Aufgetragen sind die magnetischen Kräfte FEM8, FEM9 der beiden Schaltmagnete 8, 9, sowie die resultierende mechanische Kraft Fmech des Federsystems 13, 14 als Funktion des Luftspaltes zwischen den Polflächen und der Ankerplatte 12. Gemäß Ausführungsbeispiel beträgt die Entfernung zwischen den Polflächen und der mittleren Ruhelage des mechanischen Federsystems 4 mm. Demnach wirkt in dieser mittleren Ruhelage keine mechanische Kraft Fmech auf die Ankerplatte 12. Dagegen nimmt die resultierende mechanische Kraft Fmech bei der Auslenkung aus dieser Ruhelage linear bis zu einer Maximalkraft Fmax1 bei Erreichen einer der beiden Schaltstellungen zu.
  • Die Kraft-Weg-Kennlinie FEM8 des Schaltmagneten 8 zeigt einen typischen Verlauf eines Flachankermagneten mit ausgeprägter Haltefunktion. Die Kraft FEM8 nimmt von einem Maximalwert Fmax3 bei Luftspalt Null - das heißt in Schließstellung - quadratisch ab und strebt in der mittleren Ruhelage bereits gegen Null. Abweichend hiervon zeigt die Kraft-Weg-Kennlinie FEM9 des Schaltmagneten 9 durch die Maßnahmen zur Kennlinienbeeinflussung einen veränderten Verlauf auf. Bei kleinem Luftspalt liegt die magnetische Kraft FEM8 des Schaltmagneten 8 unter dem Verlauf FEM9 für den Schaltmagneten 9. Die Maximalkraft Fmax2 liegt knapp über der resultierenden mechanischen Kraft Fmech, aber deutlich unter der Maximalkraft Fmax3 des Schaltmagneten 8. Bei größerem Luftspalt weist die Kraft FEM9 jedoch ein lokales Maximum auf, wobei hier die magnetische Kraft FEM9 über der magnetischen Kraft FEM8, aber auch über der resultierenden mechanischen Kraft Fmech liegt.
  • Mit dieser Anordnung ergibt sich bei einem Schaltvorgang folgende Situation. Die Ankerplatte 12 schwingt aus der einen Endstellung (bei ca. 8 mm Luftspalt) kommend über die mittlere Ruhelage bei 4 mm Luftspalt hinaus in den Bereich eines kleinen Luftspaltes. Bei Vernachlässigung der Reibungsverluste würde die Ankerplatte 12 aufgrund der mechanischen Schwingung die andere Endstellung bei Luftspalt 0 mm erreichen. Unter Berücksichtigung von Reibungsverlusten erreicht die Ankerplatte 12 diese Endstellung jedoch nicht, sondern sie muß durch den entsprechenden Schaltmagneten 8,9 eingefangen werden. Damit dies bei einem Schaltmagneten gemäß Kraft-Weg-Kennlinie FEM8 möglich ist, muß die Ankerplatte 12 zumindest eine solche Endposition erreichen, in der die magnetische Kraft FEM8 die mechanische Rückstellkraft Fmech übersteigt. Im Ausführungsbeispiel entspricht dies einem Luftspalt kleiner 0.7 mm. Kommt nun die Ankerplatte 12 bei einem Öffnenvorgang aufgrund eines erhöhten Gasgegendruckes nicht in diese Endposition, so müßte bei einem Schaltmagneten mit einem Kraftverlauf gemäß Kraftkennlinie FEM8 die gesamte Kennlinie durch eine erhöhte Energiezufuhr soweit gestreckt werden, daß die magnetische Kraft FEM8 die Rückstellkraft Fmech in der Endposition übersteigt.
  • Eine bessere Lösung zeigt ein Schaltmagnet mit einem Kraftverlauf gemäß der Kraftkennlinie FEM9. Bereits vor Erreichen der mittleren Ruhelage übersteigt die magnetische Kraft FEM9 die mechanische Kraft, so daß die Ankerplatte 12 bereits in dieser Position eine beschleunigende Kraft in Richtung Öffnetstellung erfährt. Die Öffnungsdauer wird dadurch positiv beeinflußt. Im weiteren Bewegungsvorgang zur Offenstellung (0 mm Luftspalt) hin, fällt die Kraftkennlinie FEM9 des Schaltmagneten 9 wieder ab und unterschreitet die mechanische Federkennlinie Fmech. Dadurch wird das Gaswechselventil durch die Nettowirkung von mechanischer Federkraft und magnetischer Kraft abgebremst und somit kinetische Energie entzogen. Dies führt zu einem weicheren Aufschlag und damit zu einer Reduzierung der Geräuschentwicklung. Kurz vor der Offenstellung steigt die Magnetkraft FEM9 wieder steil an und übersteigt dann wiederum die mechanische Rückstellkraft Fmech. Die Ankerplatte 12 kann dadurch vom Schaltmagneten 9 eingefangen und aufgrund der hohen magnetischen Kraft Fmax2 sicher gehalten werden.
  • Durch unterschiedliche Bestromung kann die Nettoenergie, die der Ankerplatte 12 vom Schaltmagneten 9 zugeführt wird, auf den jeweiligen Betriebsfall hin eingestellt werden. Der Vergleich der beiden Kraftkennlinien FEM8, FEM9 zeigt jedoch, daß bei ungefähr gleichem Energiezufuhr die Funktionalität des Schaltmagneten 9 hinsichtlich wechselnder Gegendrücke verbessert wird.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils für Brennkraftmaschinen mit einem an dem Gaswechselventil befestigten Anker, mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers angeordneten Federelementen, durch deren Federkraft der Anker zwischen einer Offen- und einer Schließstellung bewegt werden kann, und mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers angeordneten Schaltmagneten, die das Gaswechselventil in der Offen- beziehungsweise Schließstellung halten,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der der Offenstellung zugeordnete erste Schaltmagnet (9) als Kennlinienmagnet mit gegenüber dem zweiten, der Schließstellung zugeordneten Schaltmagnet (8) erhöhter Fernwirkung ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) und/oder auf der dem ersten Schaltmagnet (9) zugewandten Seite (18) des Ankers (12) ein Flußleitstück (19) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Magnetkern (10') des ersten Schaltmagneten (9) hohlzylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, daß das Flußleitstück (19) hohlzylinderförmig ausgebildet und am dem Anker (12) zugewandten Ende des Magnetkerns (10') koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser des Flußleitstückes (19) größer ist als der Innendurchmesser des Magnetkerns (10'), und daß der Anker (12) als kreisförmige Ankerplatte ausgeführt ist, wobei die Ankerplatte (12) in Offenstellung innerhalb der Zylinderöffnung des Flußleitstückes (19) am Magnetkern (10') anliegt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) hohlzylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, daß der Anker als kreisförmige Ankerplatte (12) ausgeführt ist, daß das Flußleitstück hohlzylinderförmig ausgebildet und an der dem ersten Schaltmagnet (9) zugewandten Seite (18) der Ankerplatte (12) koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser des Flußleitstückes (19) kleiner ist als der Innendurchmesser des Magnetkerns (10'), und wobei das Flußleitstück (19) in Offenstellung in die Zylinderöffnung des Magnetkerns (10') ragt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Polfläche (20) des ersten Schaltmagneten (9) gestuft ausgeführt ist und daß die dem ersten Schaltmagneten (9) zugewandte Seite (18) der Ankerplatte (12) eine korrespondierende Stufung (22) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Magnetkern (10') des ersten Schaltmagnets (9) hohlzylinderförmig ausgeformt und koaxial zum Ventilschaft (4) angeordnet ist, daß der Anker als kreisförmige Ankerplatte (12) ausgeführt ist und daß die Polfläche (20) des ersten Schaltmagneten (9) eine kreisringförmige Erhebung (21) und die dem ersten Schaltmagneten (9) zugewandte Seite (18) der Ankerplatte (12) eine korrespondierende Vertiefung (22) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Tiefe der Stufung (21, 22) im wesentlichen gleich dem halbem Arbeitsweg des Gaswechselventils (2) ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kennlinienmagnet (9) eine derartige Kraft-Weg-Kennlinie aufweist, daß die magnetische Kraft (FEM9) im Nahbereich und im Fernbereich die mechanische Federkraft (Fmech) übersteigt und in einem mittleren Abstand von den Polflächen (20) die mechanische Federkraft (Fmech) unterschreitet.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0903472A3 (de) * 1997-09-22 1999-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elektromagnetische Ventilsteuerung für einer Brennkraftmaschine
EP0977213A1 (de) * 1998-07-29 2000-02-02 DaimlerChrysler AG Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
WO2007135528A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve
WO2008090452A2 (en) * 2007-01-24 2008-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve
WO2009056223A1 (de) * 2007-11-02 2009-05-07 Daimler Ag Betätigungsvorrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19958175C1 (de) * 1999-12-02 2001-02-08 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
JP4475198B2 (ja) 2005-07-27 2010-06-09 トヨタ自動車株式会社 電磁駆動弁

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826975A1 (de) * 1988-08-09 1990-02-15 Meyer Hans Wilhelm Stelleinrichtung fuer ein gaswechselventil
EP0405189A1 (de) * 1989-06-27 1991-01-02 FEV Motorentechnik GmbH &amp; Co. KG Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung
DE19515028A1 (de) * 1994-04-25 1995-10-26 Toyota Motor Co Ltd Ventilantriebsvorrichtung zum Antrieb einer Ventileinrichtung mit einer hohen Spannung durch Reihenschaltung zweier Spannungsquellen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336287C1 (de) * 1993-10-25 1995-03-02 Daimler Benz Ag Vorrichtung zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826975A1 (de) * 1988-08-09 1990-02-15 Meyer Hans Wilhelm Stelleinrichtung fuer ein gaswechselventil
EP0405189A1 (de) * 1989-06-27 1991-01-02 FEV Motorentechnik GmbH &amp; Co. KG Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung
DE19515028A1 (de) * 1994-04-25 1995-10-26 Toyota Motor Co Ltd Ventilantriebsvorrichtung zum Antrieb einer Ventileinrichtung mit einer hohen Spannung durch Reihenschaltung zweier Spannungsquellen

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0903472A3 (de) * 1997-09-22 1999-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Elektromagnetische Ventilsteuerung für einer Brennkraftmaschine
US6125803A (en) * 1997-09-22 2000-10-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve for an internal combustion engine
US6230674B1 (en) 1997-09-22 2001-05-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve for an internal combustion engine
EP0977213A1 (de) * 1998-07-29 2000-02-02 DaimlerChrysler AG Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung
WO2007135528A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve
WO2008090452A2 (en) * 2007-01-24 2008-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electromagnetically driven valve
WO2008090452A3 (en) * 2007-01-24 2008-09-18 Toyota Motor Co Ltd Electromagnetically driven valve
WO2009056223A1 (de) * 2007-11-02 2009-05-07 Daimler Ag Betätigungsvorrichtung

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