[0001] Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen,
d. h. für Viertakt-Otto- bzw. Dieselmotoren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.
Derartige Maschinen weisen je Zylinder mindestens 2 Ventile auf, die nach der derzeitig
bevorzugten Technik durch Federkraft in ihre Schließstellung gedrückt und dadurch
in ihre Offenstellung gebracht werden, daß auf den Ventilschaft eine der Federkraft
entgegenwirkende und diese übersteigende Kraft aufgebracht wird; dies in der Art,
daß auf einer von der Kurbelwelle mit der halben Drehzahl angetriebenen Hilfswelle
Nocken angebracht sind, die über Kipphebel die erforderliche Kraft auf die Ventilstößel
aufbringen. Nocken und Kipphebel sind durch das Aneinanderabgleiten einem erheblichen
Verschleiß ausgesetzt und der erreichbare Ventilhub ist dadurch begrenzt, daß die
Flankensteigung der Nocken nicht beliebig groß gewählt werden kann, wenn die bei Zusammenwirken
derselben mit den Kipphebeln aufzubringenden Kräfte nicht das zulässige Maß überschreiten
sollen. Neuere Untersuchungen lassen vermuten, daß eine vollständigere Verbrennung
im Zylinder und damit eine günstigere Treibstoffausnutzung und Herabsetzung der im
Abgas abgegebenen Schadstoffe durch die Vergrößerung des Ventilhubs, durch ein schnelleres
Öffnen und Schließen der Ventile und/oder dadurch erreichbar sein können, daß die
starre Kupplung der Stellung der Ventile an diejenige des Kolbens bei allen Betriebszuständen
gelockert wird. Eine solche nach Betriebszustand variable Ankoppelung erfolgt bereits
bei der Betätigung der Zündung bei Otto-Motoren.
[0002] Elektromagnetische Ventiltriebe sind bereits bekannt, und zwar aus den DE-A-33 11
250 und 30 24 109. Hier wird versucht, das als Anker eines Elektromagneten ausgebildete
Schließorgan des Ventils über den gewählten Verschiebeweg (der z. B. bei einem Kraftfahrzeugmotor
von 100 KW einige mm betragen kann) durch das Erregen des ersteren zu bewegen. Dies
erfordert verhältnismäßig große Elektromagneten, die nicht nur aufwendig, sondern
auch oft in unmittelbarer Nähe des Motorblocks nur schwer unterzubringen sind.
[0003] Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, bei grundsätzlichem Festhalten an der
hergebrachten Bauweise der genannten Motoren einen größeren Ventilhub zu ermöglichen
und gleichzeitig verschleißanfällige Teile zu eliminieren. Hierdurch soll ein günstigeres
Steuerverhalten der Ventile erreicht werden.
[0004] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs
angegebenen Mittel. Dabei kann die hydraulische Kraftübertragung 1, die Bewegung des
ersten Kolbens übersetzen, indem der zweite Kolben einen merklich geringeren Querschnitt
aufweist als der erste Kolben. Ersterer folgt der durch letzteren aufgezwungenen Bewegung
dann mit einem im Verhältnis der Querschnittsflächen vergrößerten Hub, wenn das Gesamtsystem
geschlossen ist. Die Bewegung der Kolben in ihren Zylindern erfolgt wegen des Fehlens
von die Gleitflächen beanspruchenden Querkräften weitgehend verschleißfrei.
[0005] Dem Anker des vorgeschlagenen ersten Elektromagneten braucht nur ein sehr geringer
Verschiebeweg in der Größenordnung von 1 bis 1,5 mm mitgeteilt werden, wozu verhältnismäßig
geringe elektromagnetische Kräfte ausreichen. Diese geringe Bewegung wird dann durch
die hydraulische Übersetzung auf den gewünschten Ventilhub vergrößert. Die Rückkehr
des Ankers in seine Ausgangsstellung bei entregtem Elektromagneten kann dabei in herkömmlicher
Weise durch die Kraft einer Rückstellfeder bewirkt werden.
[0006] Jedoch kann auf diese Rückstellfeder bei einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß
dem 2. Anspruch verzichtet werden, bzw. kann ihre Stärke auf das Maß herabgesetzt
werden, das ausreicht, um ein mechanisches Spiel auszugleichen, wenn für jede Bewegungseinrichtung
des Primärkolbens ein besonderer Elektromagnet vorhanden ist, der wechselseitig mit
dem anderen erregt wird. Die Differentialkolben-Anordnung bewirkt, daß eine Verschiebung
des einen Kolbens, egal in welche Richtung, stets eine entsprechende Verschiebung
des anderen Kolbens zur Folge hat.
[0007] Als besonders geeignet für den Einsatz in der beschriebenen Konstruktion erscheint,
wie im 3. Anspruch vorgeschlagen, ein Topfmagnet. Gemäß der im 4. Anspruch vorgeschlagenen
Ausgestaltung der Erfindung können der zweite Kolben und der Ventilschaft mit dem
angeformten Ventilteller aus einem Stück hergestellt sein, wodurch auch die Möglichkeit
des Spiels in der Übertragung weiter vermindert wird.
[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar
im Längsaxialschnitt. Die Figur zeigt teilweise den Brennraum 1 eines Zylinders einer
Verbrennungskraftmaschine, dem über einen Ansaugkanal 2 ein Brennstoffluftgemisch
zugeführt wird; ein Auslaßventil kann in prinzipiell gleicher Weise ausgeführt sein.
Der Ansaugkanal 2 wird gegenüber dem Brennraum 1 abgeschlossen durch einen Ventilteller
4, der mit einem Stößel 5 eine Einheit bildet. Durch eine Schraubenfeder 6, die sich
an einem Widerlager 7 abstützt, ist das Ventil 4 in Richtung seiner Schließstellung
belastet.
[0009] Ein erster Hydraulikzylinder 13, in dem ein erster Kolben 12 gleitet, ist über zwei
in Länge und Formgebung fast beliebig auszuführende Leitungen 15, 18 mit einem zweiten
Hydraulikzylinder 16 verbunden, in dem ein zweiter Kolben 17 gleitet, der seinerseits
auf den Ventilschaft 5 derart wirkt, daß jede Leitung jeweils auf einer Seite eines
ersten bzw. zweiten Kolbens 12 bzw. 17 mündet. Ohne Rückholfeder folgt dann letzterer
jeder Bewegung des ersteren. Da der von beiden Kolben 12, 17 bestrichene Hubraum gleich
sein muß und der Durchmesser D des ersten Zylinders 13 größer bemessen ist als derjenige
d des zweiten Zylinders 16, setzt sich die verhältnismäßig kleine hin- und hergehende
Bewegung h des ersten Kolbens 12 in eine entsprechend größere Bewegung H des zweiten
Kolbens 17 um. Die Größe des entsprechenden Hubs des Ventils 4 kann so über das mit
Hilfe herkömmlicher Nockenwellen erzielbare Maß hinaus gesteigert werden.
[0010] Der erste Kolben 12 ist einstückig mit einem Anker 19 ausgeführt. Der Anker 19 liegt
je nach deren wechselweise vorzunehmender Erregung an einem ersten Elektromagneten
20 oder an einem zweiten Elektromagneten 21 an. Dabei ist der Luftspalt s zum jeweils
entfernten Elektromagneten nur etwa 1 bis 1,5 mm groß, so daß verhältnismäßig schwache
und damit kleine Elektromagneten Verwendung finden können. Dies insbesondere dann,
wenn wie hier dargestellt nicht gegen eine kräftige Rückholfeder gearbeitet werden
muß, sondern eine den Ventilteller 4 in seine Schließstellung drückende Feder 6 lediglich
zum Spielausgleich dient und entsprechend schwach dimensioniert werden kann. Die Erregung
der Elektromagneten 20, 21 erfolgt abwechselnd durch eine Steuereinheit 26, in die
nicht nur die jeweilige, z. B. an einer Kurbelwelle 27 abgenommene Drehzahl der Maschine,
sondern auch andere Betriebswerte eingehen, die durch hier nicht näher beschriebene
Sensoren 28 erfaßt werden. Hierdurch lassen sich die dem jeweiligen Betriebszustand
am genauesten entsprechenden Ventilschließzeiten steuern.
1. Elektromagnetischer Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen,
gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale je Ventil:
a) einen in Abhängigkeit von den Betriebsparametern, insbesondere synchron zur Motordrehzahl
erregbaren ersten Elektromagneten (20),
b) einen durch den ersten Elektromagneten (20) anziehbaren Anker (19), der mit einem
ersten Kolben (12) verbunden ist, der in einem ersten Hydraulikzylinder (13) gleitet,
c) einen auf den Ventilschaft (5) wirkenden zweiten Kolben (17) mit gegenüber dem
ersten Kolben verringertem Durchmesser (d/D), der in einem zweiten Hydraulikzylinder
(16) gleitet, sowie eine den ersten und den zweiten Hydraulikzylinder miteinander
verbindende Leitung (15).
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
a) einen zweiten Elektromagneten (21), der zeitlich versetzt und räumlich entgegengesetzt
zum ersten Elektromagneten (20) erregbar ist,
b) eine zweite den ersten (13) mit dem zweiten Hydraulikzylinder (16) verbindende
Leitung (18), die in bezug auf die erste Leitung (15) jeweils auf der entgegengesetzten
Seite des Kolbens (12, 17) in den Zylinder mündet.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste oder zweite Elektromagnet (20, 21) ein Topfmagnet ist.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft (5) in den zweiten Kolben (17) integriert ist.