WO2000004281A1 - Elektromagnetischer ventiltrieb - Google Patents

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WO2000004281A1
WO2000004281A1 PCT/EP1999/004452 EP9904452W WO0004281A1 WO 2000004281 A1 WO2000004281 A1 WO 2000004281A1 EP 9904452 W EP9904452 W EP 9904452W WO 0004281 A1 WO0004281 A1 WO 0004281A1
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WO
WIPO (PCT)
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valve
closing
opening
armature
magnet
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/004452
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Faria
Original Assignee
INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INA Wälzlager Schaeffler oHG filed Critical INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority to DE19981335T priority Critical patent/DE19981335D2/de
Priority to US09/743,102 priority patent/US6326873B1/en
Publication of WO2000004281A1 publication Critical patent/WO2000004281A1/de

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Classifications

    • 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 an electromagnetic valve train, which is installed in a cylinder head of an internal combustion engine, with the following features:
  • the valve train consists of a gas exchange valve, an actuator rod, an armature, a closing and opening magnet and a closing and opening spring or more of these;
  • the armature is preferably disc-shaped and connected to the actuator rod, which acts on the gas exchange valve at one end;
  • the closing magnet is opposite the gas exchange valve and the opening magnet is opposite the gas exchange valve end face of the armature, the closing and opening magnet being spaced apart such that the gas exchange valve is closed at the end position of the armature on the closing magnet and that at the end position of the armature on the opening magnet Gas exchange valve is open;
  • the closing and opening springs have a support on the cylinder head at one end and act in opposite directions at the other end and at least indirectly act on the gas exchange valve via a system;
  • one of the springs in each end position of the armature, one of the springs is pre-tensioned so that when the closing and opening magnets are energized alternately, the valve train works as an oscillating spring-mass system and f) the height of at least one support or system can be changed.
  • Such a valve train is generic from DE-PS 39 11 496.
  • the height of the closing spring can be varied using eccentric means. By changing the height of the closing spring, the tension force should be changed so that the opening duration of the charge exchange valve can be influenced.
  • the object of the invention is therefore to provide an electromagnetic valve train of the type mentioned above, in which the disadvantages cited are eliminated and in which, in particular, the disturbance variables mentioned are eliminated with simple means.
  • this object is characterized by the features of the Part of the main claim solved.
  • the valve train is provided with means for centering a central position of the closing and opening spring, which central position is determined by symmetrical energies of the closing and opening spring in relation to half a stroke of the armature.
  • These centering means are preferably to be produced from an axially movable support or system; the support of the closing spring is preferably designed to be axially movable.
  • the energies of the springs are in balance. It is to be expected that the armature will hit the same speeds in its end positions (on the magnets). It is a particular advantage of the means according to the invention that, according to the invention, the central position is continuously readjusted during the firing of the internal combustion engine. By raising or lowering the support of the closing spring, all the disturbance variables mentioned at the outset can be eliminated. Only low energies are required to activate and in particular to operate the spring-mass vibration system.
  • the support in an embodiment of the invention, it is proposed to design the support as a hydraulic piston that can be raised hydraulically.
  • a ball ramp system or a wedge ramp adjuster in this area.
  • the lifting can also take place directly via mechanical, magnetic or electromagnetic means.
  • the closing and opening springs enclose the valve stem or the actuator rod.
  • these springs run axially outside the magnets, but, if necessary, can also be integrated in the magnet package.
  • the line for the servo means to the lifting ring piston is provided with locking means according to a further development of the invention. These locking means only allow an increase when the armature abuts the closing magnet.
  • the actuator rod should have an annular groove on its outer jacket, which is only in alignment with a section of the line when the armature abuts the closing magnet. This section of the line is expediently guided by the closing magnet itself.
  • the supply of the servo means in the line is accomplished here via an electromagnetic switching valve such as a 3 / 3- or 3/2-way valve.
  • This switching valve can be energized by a regulator.
  • the controller in turn works together with measuring means familiar to the person skilled in the art for determining an impact velocity of the armature on the closing or opening magnet. Due to the different impingement speeds, there are different currents in the magnets. These are sent to the controller as information. Torque or load is optionally available as a further input variable for the controller. This means that disturbances such as gas forces that negatively influence the vibration system can be taken into account.
  • the systems for the springs are designed as spring plates known per se.
  • the valve train according to the application can be provided with a hydraulic lash adjuster. This compensates for all the games that occur in the valve train in a phase in which the
  • Gas exchange valve is closed. It is supplied with hydraulic fluid in a simple manner axially via the actuator rod.
  • the support of the opening spring is designed as an axial bearing, moments acting in the direction of rotation on the support when the opening spring is deflected are eliminated.
  • the sealing rings are designed so that only a small one Friction between these and the ring recess occurs with a sufficient sealing effect.
  • the invention is advantageously explained in more detail with reference to the drawing.
  • the single figure shows an electromagnetic valve train according to the invention in longitudinal section.
  • FIG. 1 discloses an electromagnetic valve train 1, the basic structure of which is known to experts.
  • the valve train 1 consists of a gas exchange valve 2 which is actuated at one end by an actuator rod 3.
  • An armature 4 is fixedly connected to the actuator rod 3.
  • the armature 4 in turn oscillates between a closing magnet 5 and an opening magnet 6.
  • the gas exchange valve 2 with actuator rod 3 and armature 4 is acted upon in the closing direction by a closing spring 7 and in the opening direction by an opening spring 8.
  • Both springs 7, 8 are positioned axially outside of the magnet package 5, 6 and enclose a shaft 9 of the gas exchange valve 2 or the actuator rod 3 in this area.
  • the opening spring 8 has an indirect support 10 on a cylinder head 11, in which the valve train 1 is installed is (not explained in more detail). In its other direction, the opening spring 8 is supported on a system 12 designed as a spring plate.
  • the closing spring 7 is mounted in the direction away from the magnet package 5, 6 on a hydraulically liftable support 13 to be explained in more detail below. In the direction of the magnet package 5, 6, the closing spring 7 in turn acts on a spring plate designed as a system 14 on the shaft 9 of the gas exchange valve 2.
  • the actuator rod 3 is provided in the region of one end 15 with a hydraulic play compensation element 16. In a phase in which the gas exchange valve 2 is closed, this compensates for all the games occurring in the valve train 1 to zero.
  • the support 13 is designed to be hydraulically liftable. It consists of an annular piston 17, which runs in an annular recess 18 of the cylinder head 11. A pressure chamber 20 for hydraulic medium is formed axially between the annular piston 17 and a base 19 of the annular recess 18. At the same time 17 sealing rings 21, 22 are arranged on the outer and inner surface of the annular piston. These prevent an undesired transfer of the hydraulic medium from the pressure chamber 20 into the open.
  • Hydraulic medium can be applied to the pressure chamber 20 from a line 23.
  • the line 23 is guided diametrically through the closing magnet 5 and is formed in this area as a component of blocking means 24.
  • Another component of the locking means 24 is an annular groove 25, which is designed on the outer jacket 26 of the actuator rod 3.
  • the annular groove 25 is aligned with the diametrically extending part of the line 23 only when the armature 4 bears on the closing magnet 5 and the gas exchange valve 2 is thus closed. Only in this state can a flow and thus control of the hydraulically liftable support 13 be established.
  • An electromagnetic switching valve 27 is arranged upstream of the line 23, here, for example, as a 3/3-way or 3/2-way valve.
  • the switching valve 27 works in proportion to the flow and has a tank connection T, a pump connection P and only one working connection A for establishing a pump or tank connection of the line 23. Furthermore, an inflow or outflow into or out of the line 23 can be complete via the switching valve 27 be blocked.
  • the switching valve 27 can be supplied with current from a controller 28, which is not described in detail.
  • the controller 28 in turn interacts with measuring means for determining an impact speed of the armature 4 on the closing or opening magnet 5, 6.
  • the impact speed can be derived from the current profiles when the armature 4 hits the magnets 5, 6.
  • the torque M D or the load L can be used as a further input variable for the controller 28.
  • a large amount of fuel is burned in the cylinder, as a result of which relatively large gas forces can act on the gas exchange valve 2, which undesirably change the force of the closing spring 7.
  • the valve train 1 is provided with means for centering a central position of the closing and opening springs 7, 8.
  • This central position is determined by symmetrical energies of the closing and opening springs 7, 8, based on half a stroke of the armature 4.
  • the means consist of the already mentioned hydraulically liftable support 13. Due to the symmetrical energies, an optimal vibration behavior of the A spring-mass vibration system and very little energy has to be added to the system in order to keep it vibratable. If, in the middle position of the armature 5, there is no zero crossing of the resulting forces, but for example the energy of the closing spring 7 is greater than that of the opening spring 8, for example due to the gas forces acting on the gas exchange valve 2, the armature can in the worst case occur 4 no longer reaches its end position on the opening magnet 6 after vibration excitation.
  • switching valve 27 for all gas exchange valves of the internal combustion engine.
  • the support 13 can also be raised by purely mechanical measures, such as a ball ramp or wedge mechanism, by a screw system or, for example, magnetically or directly electromagnetically.
  • the height of the system 12 is variable and fixable.
  • a screw connection with the actuator rod 3 is intended, which can be fixed when the height of the system 12 has been reached.
  • the system 12 can be displaced in the direction of the magnet package 5, 6 until a defined spring force of the opening spring 8 is reached. Then the system 12 is firmly connected to the actuator rod 3.
  • the support 10 is designed as an axial bearing, whereby the fixation of the system 12 is protected against the torque of the opening spring 8 when the opening spring 8 is deflected.

Landscapes

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Abstract

Es ist ein elektromagnetischer Ventiltrieb (1) vorgeschlagen, bestehend aus einem Gaswechselventil (2), einer Aktuatorstange (3), einem Anker (4), einem Schließ- und Öffnungsmagneten (5, 6) und je einer Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8). Der Ventiltrieb (1) ist mit Mitteln zur Zentrierung einer Mittenlage der Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8) versehen, welche Mittenlage bestimmt ist durch symmetrische Energien der Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8) bezogen auf einen halben Hub des Ankers (4). Dabei bestehen diese Mittel aus einer axial beweglichen Abstützung (13) für die Schließfeder (7) gegenüber einem Zylinderkopf (11) der Brennkraftmaschine. Diese Abstützung (13) ist beispielsweise als hydraulisch anhebbarer Ringkolben (17) ausgestaltet.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Elektromagnetischer Ventiltrieb
Beschreibung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Ventiltrieb, der in einen Zylinder- köpf einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, mit folgenden Merkmalen:
a) der Ventiltrieb besteht aus einem Gaswechselventil, einer Aktuatorstange, einem Anker, einem Schließ- und Öffnungsmagneten und einer Schließ- und Öffnungsfeder oder mehreren von diesen;
b) der Anker ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und mit der Aktuatorstange verbunden, die an einem Ende auf das Gaswechselventil einwirkt;
c) der Schließmagnet liegt einer dem Gaswechselventil abgewandten und der Öffnungsmagnet einer dem Gaswechselventil zugewandten Stirnseite des Ankers gegenüber, wobei der Schließ- und Öffnungsmagnet derartig voneinander beabstandet sind, daß bei Endlage des Ankers am Schließmagneten das Gaswechselventil geschlossen und bei Endlage des Ankers am Öffnungsmagneten das Gaswechselventil geöffnet ist;
d) die Schließ- und Öffnungsfedern besitzen einenends eine Abstützung am Zylinderkopf und wirken anderenends entgegengesetzt sowie zumindest mittelbar über eine Anlage auf das Gaswechselventil ein;
e) in jeder Endlage des Ankers ist eine der Federn so vorgespannt, daß bei wechselweiser Bestromung des Schließ- und Öffnungsmagneten der Ventiltrieb als schwingungsfähiges Feder-Masse-System arbeitet und f) wenigstens eine AbStützung oder Anlage ist in ihrer Höhe veränderbar.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Ventiltrieb geht gattungsbildend aus der DE-PS 39 11 496 hervor. Bei diesem ist die Schließfeder in ihrer Höhe über Exzentermittel variierbar. Über die Veränderung der Höhe der Schließfeder soll deren Spannkraft so verändert werden, daß damit die Öffnungsdauer des Ladungswechselventils beeinflußt werden kann.
Jedoch kann der Fachmann sich dem obengenannten Dokument keine Anregungen darüber entnehmen, wie er Störgrößen, welche das schwingungsfähige Fe- der-Masse-System negativ beeinflussen, auf einfache Art und Weise ausschalten kann. Derartige Störgrößen sind hauptsächlich die auf das Gaswechselventil einwirkenden Gaskräfte und ein mit zunehmender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine steigender Einschlag am Ventilsitz. Zusätzliche Störgrößen können Einbautoleranzen sein. Diese rühren beispielsweise von unterschiedlichen Längen der verwendeten Federn her. Aber auch unterschiedliche Federkonstanten sind zu beachten. Ungünstigstenfalls können diese Störgrößen dazu führen, daß das schwingungsfähige Feder-Masse-System nicht mehr arbeiten kann, da der Anker aus seiner Ruhestellung heraus nicht mehr zum vollständigen Schwingen zwischen seinen Endlagen angeregt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektromagnetischen Ventiltrieb der obengenannten Art zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind und bei welchem insbesondere die genannten Störgrößen mit einfachen Mitteln eliminiert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.
Demnach ist der Ventiltrieb mit Mitteln zur Zentrierung einer Mittenlage der Schließ- und Öffnungsfeder versehen, welche Mittenlage determiniert ist durch symmetrische Energien der Schließ- und Öffnungsfeder bezogen auf einen halben Hub des Ankers. Vorzugsweise sollen diese Mittel zur Zentrierung aus einer axial beweglichen Abstützung oder Anlage hergestellt sein, bevorzugt ist die Abstützung der Schließfeder axial beweglich gestaltet.
Aufgrund dieser Mittenlagenzentrierung sind die Energien der Federn im Gleichgewicht. Es ist mit gleich großen Auftreffgeschwindigkeiten des Ankers in seinen Endlagen (an den Magneten) zu rechnen. Besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Mittel ist es, daß nach der Erfindung permanent während der Befeuerung der Brennkraftmaschine die Mittenlage nachjustiert wird. Durch die Anhebung oder Absenkung der Abstützung der Schließfeder können die eingangs genannten sämtlichen Störgrößen eliminiert werden. Es sind nur geringe Energien notwendig, um das Feder-Masse-Schwingungssystem zu aktivieren und insbesondere zu betreiben.
Denkbar ist es zwar, auch die Abstützung der Öffnungsfeder oder die anderen Anlagen in ihrer Höhe veränderlich zu gestalten, am zweckmäßigsten ist es jedoch, die Abstützung, also den Fußpunkt der Schließfeder, in der Höhe zu variieren.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Abstützung als hydraulisch anhebbaren Ringkolben zu gestalten. Denkbar ist es jedoch auch, in diesem Bereich ein Kugel-Rampen-System oder einen Keilrampenversteller anzuordnen. Auch kann die Anhebung direkt über mechanische, magnetische, oder elektromagnetische Mittel erfolgen.
Vorgeschlagen ist es, die Schließ- und Öffnungsfeder den Ventilschaft bzw. die Aktuatorstange umschließend auszugestalten. In zweckmäßiger Art und Weise verlaufen diese Federn axial außerhalb der Magneten, können jedoch, sofern notwendig, auch in dem Magnetpaket integriert sein. Die Leitung für das Servomittel zum anhebbaren Ringkolben ist mit Sperrmitteln nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung versehen. Diese Sperrmittel gestatten eine Anhebung lediglich dann, wenn der Anker am Schließmagneten anliegt. Dabei soll nach der Erfindung die Aktuatorstange an ihrem Außenmantel eine Ringnut besitzen, die lediglich dann in Flucht mit einem Abschnitt der Leitung ist, wenn der Anker am genannten Schließmagneten anliegt. Zweckmäßigerweise wird dieser Abschnitt der Leitung durch den Schließmagneten selbst geführt.
Die Zuleitung des Servomittels in die Leitung ist hier über ein elektromagnetisches Schaltventil wie ein 3/3- oder 3/2-Wege- Ventil bewerkstelligt. Dieses Schaltventil ist von einem Regler bestrombar. Der Regler wiederum arbeitet mit dem Fachmann geläufigen Meßmitteln zum Feststellen einer Auftreffgeschwindigkeit des Ankers am Schließ- oder Öffnungsmagneten zusammen. Aufgrund der unterschiedlichen Auftreffgeschwindigkeiten ergeben sich unterschiedliche Stromver- laufe in den Magneten. Diese werden dem Regler als Information zugeleitet. Als weitere Eingangsgröße für den Regler steht optional das Drehmoment oder die Last zur Verfügung. Somit können mittelbar das Schwingungssystem negativ beeinflussende Störgrößen wie Gaskräfte berücksichtigt werden.
In vorteilhafter Art und Weise sind die Anlagen für die Federn als an sich bekannte Federteller ausgestaltet. Gleichzeitig kann der anmeldungsgemäße Ventiltrieb mit einem hydraulischen Spielausgleichselement versehen sein. Dieses gleicht sämtliche im Ventiltrieb auftretenden Spiele in einer Phase auf Null aus, in welcher das
Gaswechselventil geschlossen ist. Es wird auf einfache Art axial über die Aktuatorstange mit Hydraulikmittel versorgt.
Dadurch, daß die Abstützung der Öffnungsfeder als Axiallager ausgebildet ist, sind beim Einfedern der Öffnungsfeder auf die Abstützung wirkende Momente in Drehrichtung eliminiert.
Schließlich ist es vorgeschlagen, den Ringkolben radial innen und außen über wenigstens einen Dichtring dichtend gegenüber der Ringaussparung zu führen.
Hierdurch ist nur mit geringen Verlusten an Hydraulikmittel in diesem Bereich zu rechnen. Vorzugsweise sind die Dichtringe so ausgeführt, daß nur eine geringe Reibung zwischen diesen und der Ringaussparung bei ausreichender Dichtwirkung auftritt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventiltrieb im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 offenbart einen elektromagnetischen Ventiltrieb 1, der von seinem prinzipiellen Aufbau her der Fachwelt bekannt ist. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einem Gaswechselventil 2, das an einem Ende von einer Aktuatorstange 3 beaufschlagt ist. Mit der Aktuatorstange 3 fest verbunden ist ein Anker 4. Der Anker 4 wiederum oszilliert zwischen einem Schließmagneten 5 und einem Öffnungsmagneten 6. Das Gaswechselventil 2 mit Aktuatorstange 3 und Anker 4 ist in Schließrichtung durch eine Schließfeder 7 und in Öffnungsrichtung durch eine Öffnungsfeder 8 beaufschlagt. Beide Federn 7, 8 sind axial außerhalb des Magnetpaketes 5, 6 positioniert und umschließen in diesem Bereich einen Schaft 9 des Gaswechselventils 2 bzw. die Aktuatorstange 3. Die Öffnungsfeder 8 besitzt eine mittelbare Abstützung 10 an einem Zylinderkopf 11 , in welchen der Ventiltrieb 1 eingebaut ist (nicht näher erläutert). In ihre andere Richtung ist die Öffnungsfeder 8 an einer als Federteller ausgebildeten Anlage 12 abgestützt.
Die Schließfeder 7 ist in Richtung vom Magnetpaket 5, 6 weg auf einer nachfolgend näher zu erläuternden, hydraulisch anhebbaren Abstützung 13 gelagert. In Richtung zum Magnetpaket 5, 6 wiederum wirkt die Schließfeder 7 auf einen als Anlage 14 ausgebildeten Federteller am Schaft 9 des Gaswechselventils 2.
Die Aktuatorstange 3 ist im Bereich eines Endes 15 mit einem hydraulischen Spielausgleichselement 16 versehen. Dieses gleicht in einer Phase, in welcher das Gaswechselventil 2 geschlossen ist, alle im Ventiltrieb 1 auftretenden Spiele auf Null aus. Wie genannt, ist die Abstützung 13 hydraulisch anhebbar ausgebildet. Sie besteht aus einem Ringkolben 17, welcher in einer Ringaussparung 18 des Zylinderkopfes 11 verläuft. Axial zwischen dem Ringkolben 17 und einem Grund 19 der Ringaussparung 18 ist ein Druckraum 20 für Hydraulikmittel gebildet. Gleichzeitig sind am Außen- und Innenmantel des Ringkolbens 17 Dichtringe 21 , 22 angeordnet. Diese verhindern einen unerwünschten Übertritt des Hydraulikmittels aus dem Druckraum 20 ins Freie.
Der Druckraum 20 kann aus einer Leitung 23 mit Hydraulikmittel beaufschlagt werden. Die Leitung 23 ist hier diametral durch den Schließmagneten 5 geführt und in diesem Bereich als Bestandteil von Sperrmitteln 24 ausgebildet. Ein weiterer Bestandteil der Sperrmittel 24 ist eine Ringnut 25, die am Außenmantel 26 der Aktuatorstange 3 ausgeführt ist. Dabei fluchtet die Ringnut 25 zu dem diametral verlaufenden Teil der Leitung 23 lediglich dann, wenn der Anker 4 am Schließma- gneten 5 anliegt und das Gaswechselventil 2 somit geschlossen ist. Nur in diesem Zustand ist ein Durchfluß und somit eine Ansteuerung der hydraulisch anhebbaren Abstützung 13 herstellbar.
Der Leitung 23 vorgeordnet ist ein elektromagnetisches Schaltventil 27, hier bei- spielsweise als 3/3- oder 3/2-Wege-Ventil ausgebildet. Das Schaltventil 27 arbeitet stromproportional und besitzt einen Tankanschluß T, einen Pumpenanschluß P und lediglich einen Arbeitsanschluß A zur Herstellung einer Pumpe- oder Tankverbindung der Leitung 23. Des weiteren kann über das Schaltventil 27 ein Zu- oder Abfluß in die oder aus der Leitung 23 komplett gesperrt werden.
Das Schaltventil 27 ist aus einem nicht näher beschriebenen Regler 28 bestrom- bar. Der Regler 28 wiederum wirkt mit Meßmitteln zum Feststellen einer Auftreffgeschwindigkeit des Ankers 4 am Schließ- oder Öffnungsmagneten 5, 6 zusammen. Die Auftreffgeschwindigkeit läßt sich aus den Stromverläufen beim Auf- treffen des Ankers 4 an den Magneten 5, 6 herleiten. Als weitere Eingangsgröße für den Regler 28 kann das Drehmoment MD bzw. die Last L gelten. Beispielsweise bei großer Last wird viel Kraftstoff im Zylinder verbrannt, wodurch relativ große Gaskräfte auf das Gaswechselventil 2 wirken können, welche die Kraft der Schließfeder 7 unerwünscht verändern. Nach der Erfindung ist der Ventiltrieb 1 mit Mitteln zur Zentrierung einer Mittenlage der Schließ- und Öffnungsfeder 7, 8 versehen. Diese Mittenlage ist bestimmt durch symmetrische Energien der Schließ- und Öffnungsfeder 7, 8, bezogen auf einen halben Hub des Ankers 4. Dabei bestehen die Mittel aus der schon ge- nannten hydraulisch anhebbaren Abstützung 13. Aufgrund der symmetrischen Energien stellt sich ein optimales Schwingungsverhalten des Feder-Masse- Schwingungssystems ein und es muß dem System nur sehr wenig Energie nachgeführt werden, um es schwingungsfähig zu erhalten. Sollte in Mittenlage des Ankers 5 kein Nulldurchgang der resultierenden Kräfte vorliegen, sondern bei- spielsweise die Energie der Schließfeder 7 größer als die der Öffnungsfeder 8 sein, beispielsweise aufgrund der auf das Gaswechselventil 2 wirkende Gaskräfte, so kann es ungünstigstenfalls dazu kommen, daß der Anker 4 nicht mehr seine eine Endposition am Öffnungsmagneten 6 nach Schwingungsanregung erreicht. Über eine Veränderung der Länge der Schließfeder 7 werden die eingangs be- schriebenen Nachteile ausgeschlossen und die genannte Mittenlage wird eingestellt. In dem eben genannten Zustand kann beispielsweise bei Anlage des Ankers 4 am Schließmagneten 5 das Schaltventil 27 durch den Regler 28 so bestromt werden, daß der Tankanschluß (T) mit der Leitung 23 in Verbindung ist. Somit erfolgt ein Absenken des Ringkolbens 17 und der Abstützung 13. Hierdurch ist die Länge der Schließfeder 7 vergrößert und deren Kraft verringert.
Wird jedoch von den Meßmitteln detektiert, daß der Anker 4 am Öffnungsmagneten 6 eine größere Auftreffgeschwindigkeit als am Schließmagneten 5 hat, woraus zu schließen ist, daß bei Mittenlage des Ankers 4 die Gesamtenergien der Öffnungsfeder 8 größer als die der Schließfeder 7 sind, so wird die Abstützung 13 über den Ringkolben 17 hydraulisch soweit angehoben, bis das genannte Gleichgewicht wieder eingestellt ist. Dabei bestromt der Regler 28 das Schaltventil 27 so, daß am Schaltventil 27 der Pumpenanschluß P mit dem Arbeitsanschluß A in Fluidverbindung steht.
Vorgesehen ist es, ein Schaltventil 27 für sämtliche Gaswechselventile der Brennkraftmaschine einzusetzen. Es ist jedoch auch denkbar, jedem Gaswechselventil ein separates Schaltventil 27 oder einer Gruppe von Gaswechselventilen 2 je ein Schaltventil 27 zuzuordnen. Wie genannt, kann eine Anhebung der Abstützung 13 jedoch auch über rein mechanische Maßnahmen, wie einen Kugel-Rampen- oder Keil-Mechanismus, über ein Schraubsystem oder beispielsweise magnetisch bzw. direkt elektromagnetisch erfolgen.
Zusätzlich ist es vorgesehen, die Anlage 12 in ihrer Höhe veränderlich und fixierbar auszugestalten. Hier ist beispielsweise an eine Schraubverbindung mit der Aktuatorstange 3 gedacht, die bei erreichter Höhe der Anlage 12 fixierbar sein kann. So kann die Anlage 12 bei eingespannter Öffnungsfeder 8 und vor Erstbefeuerung der Brennkraftmaschine soweit in Richtung des Magnetpaketes 5, 6 verlagert werden, bis eine festgelegte Federkraft der Öffnungsfeder 8 erreicht ist. Dann wird die Anlage 12 fest mit der Aktuatorstange 3 verbunden. Die Abstützung 10 ist als Axialiager ausgebildet, wodurch beim Einfedern der Öffnungsfeder 8 die Fixierung der Anlage 12 gegen das Drehmoment der Öffnungsfeder 8 geschützt ist.
Da im abgestellten Zustand der Brennkraftmaschine das Spielausgleichselement 16 sowie die Abstützung 13 zusammensinken, sind nicht näher beschriebene Mit- tel zur Vorbefüllung des Spielausgleichselements 16 bzw. des Druckraums 20 mit einem Standarddruck an Hydraulikmittel vorgesehen. Hierzu könnte beispielsweise eine Hilfspumpe appiiziert werden.
Liste der Bezugszahlen und -zeichen
Ventiltrieb 21 Dichtring
Gaswechselventil 22 Dichtring
Aktuatorstange 23 Leitung
Anker 24 Sperrmittel
Schließmagnet 25 Ringnut
Öffnungsmagnet 26 Außenmantel
Schließfeder 27 Schaltventil
Öffnungsfeder 28 Regler
Schaft 29 nicht vergeben
Abstützung 30 Stirnseite
Zylinderkopf 31 Stirnseite
Anlage
Abstützung T Tankanschluß
Anlage P Pumpenanschluß
Ende A Arbeitsanschluß
Spielausgleichselement MD Drehmoment
Ringkolben L Last
Ringaussparung
Grund
Druckraum

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetischer Ventiltrieb (1), der in einen Zylinderkopf (11) einer Brennkraftmaschine eingebaut ist, mit folgenden Merkmalen:
a) der Ventiltrieb (1) besteht aus einem Gaswechselventil
(2), einer Aktuator- Stange (3), einem Anker (4), einem Schließ- und Öffnungsmagneten (5, 6) und einer Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8) oder mehreren von diesen;
b) der Anker (4) ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet und mit der Aktuatorstange
(3) verbunden, die an einem Ende (15) auf das Gaswech- selventil (2) einwirkt;
c) der Schließmagnet (5) liegt einer dem Gaswechselventil (2) abgewandten und der Öffnungsmagnet (6) einer dem Gaswechselventil (2) zugewandten Stirnseite (31, 30) des Ankers (4) gegenüber, wobei der Schließ- und Öff- nungsmagnet (5, 6) derartig voneinander beabstandet sind, daß bei Endlage des Ankers (4) am Schließmagneten (5) das Gaswechselventil (2) geschlossen und bei Endlage des Ankers (4) am Öffnungsmagneten (6) das Gaswechselventil (2) geöffnet ist;
d) die Schließ- und Öffnungsfedern (7, 8) besitzen einenends eine Abstützung (13, 10) am Zylinderkopf (11) und wirken anderenends entgegengesetzt sowie zumindest mittelbar über eine Anlage (14, 12) auf das Gaswechselventil (2) ein;
e) in jeder Endlage des Ankers (4) ist eine der Federn (7 oder 8) so vorgespannt, daß bei wechselweiser Bestromung des Schließ- und Öffnungsmagneten (5 oder 6) der Ventiltrieb (1) als schwingungsfähiges Feder- Masse-System arbeitet und
f) wenigstens eine Abstützung (13 bzw. 10) oder Anlage (14, 12) ist in ihrer Höhe veränderbar;
dadurch gekennzeichnet,
a) daß der Ventiltrieb (1) mit Mitteln zur Zentrierung einer Mittenlage der Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8) versehen ist, welche Mittenlage determiniert ist durch symmetrische Energien der Schließ- und Öffnungsfeder (7, 8) bezogen auf einen halben Hub des Ankers (4).
Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zentrierung der Mittenlage aus wenigstens einer axial beweglichen Abstützung (13 bzw. 10) oder Anlage (14 bzw. 12) hergestellt sind, vorzugsweise ist die Abstützung (13) der Schließfeder (7) axial beweglich.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (13) der Schließfeder (7) als Ringkolben (17) gefertigt ist, der bevorzugt über ein Servomittel wie Hydraulikmittel anhebbar ist.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließfeder (7) und der Ringkoiben (17) einen Schaft (9) des Gaswechselventils (2) vorzugsweise umschließen, wobei der Ringkolben (17) in eine Ringaussparung (18) des Zylinderkopfes (11) eingebaut ist und axial zwischen dem Ringkolben (17) sowie einem Grund (19) der Ringaussparung (18) ein Druckraum (20) für das Servomittel verläuft, welcher Druckraum (20) von einer Leitung (23) für das Servomittel geschnitten ist.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventiltrieb (1) Sperrmittel (24) vorgesehen sind, welche lediglich bei am Schließmagneten (5) anliegendem Anker (4) eine Beaufschlagung des Ringkolbens (17) mit dem
Servomittel gestatten.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (23) mit einem Abschnitt vorzugsweise diametral durch ein die Aktuatorstange (3) oder Schaft (9) des Gaswechselventils (2) umschließendes Bauteil geführt ist und die Aktuatorstange (3) schneidet, wobei am Außenmantel (26) der Aktuatorstange (3) oder des Schafts (9) eine Ringnut (25) als Bestandteil der Sperrmittel (24) verläuft, welche lediglich bei am Schließmagneten (5) anliegendem Anker (4) zu dem diametral verlaufenden Abschnitt der Leitung (23) als weiteren Bestandteil der Sperrmittel (24) fluchtet.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (23) den Schließmagneten (5) schneidet.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung des Servomittels in die Leitung (23) über ein elektromagnetisches Schaltventil (27) hergestellt ist, welches von einem Regler (28) bestrombar ist, welcher Regler (28) mit Meßmitteln zum Feststellen einer Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (4) am Öffnungs- und Schließmagneten (6, 5) kommuniziert, wobei bei einer größeren Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (4) am Schließmagneten
(5) der Regler (28) das Schaltventil (27) so bestromt, daß die Leitung (23) mit einem Tankanschluß (T) des Schaltventils (27) verbunden ist, wobei bei einer größeren Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (4) am Öffnungsmagneten (6) der Regler (28) das Schaltventil (27) so bestromt, daß die Leitung (23) mit ei- nem Pumpenanschluß (P) des Schaltventils (27) kommuniziert und wobei bei einer gleichen Auftreffgeschwindigkeit des Ankers (4) am Schließ- und Öffnungsmagneten (5, 6) der Regler (28) das Schaltventil (27) wahlweise so bestromt, daß der Tank- und Pumpenanschluß (T, P) gesperrt sind.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung des Schaltventils (27) durch den Regler (28) last- bzw. drehmomentabhängig hergestellt ist.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt ein Schaltventil (27) für sämtliche Gaswechselventile der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltventil (27) ein stromproportionales 3/3- oder 3/2-Wege-Ventil vorgesehen ist.
12. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatorstange (3) mit ihrem einen Ende (15) axial in Richtung zu dem Gaswechselventil (2) aus dem Schließ- und Öffnungsmagneten (5, 6) geführt und in diesem Bereich von der Öffnungsfeder (8) umschlossen ist.
13. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagen (12, 14) der Öffnungs- und Schließfeder (8, 7) als Federteller gefertigt sind.
14. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die An- läge (12) der Öffnungsfeder (8) gegenüber der Aktuatorstange (3) über mechanische Einstellmittel in deren Höhe einstell- und fixierbar ist.
15. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß am einen Ende (15) der Aktuatorstange (3) ein hydraulisches Spielausgleichselement (16) an- geordnet ist, das unmittelbar auf das Gaswechselventil (2) einwirkt und vorzugsweise axial aus der Aktuatorstange (3) mit Hydraulikmittel versorgbar ist.
16. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (10) der Öffnungsfeder (8) als Axiallager ausgebildet ist.
17. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (17) radial innen und außen über wenigstens einen Dichtring (22, 21) dichtend gegenüber der Ringaussparung (18) geführt ist.
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