VORRICHTUNG ZUR BETÄTIGUNG EINES GASWECHSELVENTILS MIT EINEM ELEKTROMAGNETISCHEN AKTUATOR

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gaswechseleinrichtung mit einem Gaswechselventil und einem dem Gaswechselventil zugeordneten Ventilschaft, mit einem elektromagnetischen Aktuator, der in einem Bauteil gelagert ist und einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, zwischen denen ein Anker axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Anker über einen Ankerstößel gemeinsam mit einem eine Öffnungsfeder und eine Schließfeder umfassenden vorgespannten Federsystem auf einen Ventilschaft wirkt und mit einem hydraulischen Spielausgleichselement, das zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft angeordnety ist.

[0002] Elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen besitzen in der Regel zwei Schaltmagnete, einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial zu einer Gaswechselventilachse des Gaswechselventils verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerbolzen auf einen Ventilschaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorgespannter Federmechanismus, meist zwei vorgespannte Druckfedern, auf den Anker, und zwar eine obere und eine untere Ventilfeder. Die obere Ventilfeder wirkt in Öffnungsrichtung und die untere Ventilfeder in Schließrichtung des Gaswechselventils. Bei nicht bestromten Schaltmagneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichgewichtslage gehalten, die vorzugsweise mit der geometrischen Mitte zwischen den Schaltmagneten übereinstimmt.

[0003] Wird der Aktuator gestartet, wird der Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker durch eine Anschwingungsroutine in Schwingung versetzt, um diesen aus der Gleichgewichtslage anzuziehen. In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker an der Polfläche des bestromten Schließmagneten an und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen, wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus, so daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird. Der Anker schlägt an die Polfläche des Öffnungsmagneten an und wird von dieser festgehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der Schließmagnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus zum Schließmagneten. Der Anker wird vom Schließmagneten angezogen, trifft auf die Polfläche des Schließmagneten auf und wird von diesem festgehalten.

[0004] Von Beginn an nicht berücksichtigte oder sich über der Zeit verändernde Größen, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen einzelner Bauteile, Wärmedehnung unterschiedlicher Materialien usw., können dazu führen, daß der Anker nicht mehr vollständig an den Polflächen der Magnete zum Anliegen kommt, daß Spiel zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft entsteht und/oder das Gaswechselventil nicht mehr vollständig schließt.

[0005] Aus einer älteren Anmeldung, DE 19 647 305.5, ist ein Spielausgleichselement bekannt, bei der ein Aktuator schwimmend in einem Zylinderkopf gelagert ist. Der Aktuator öffnet und schließt über einen Anker und zwei beidseitig in Bewegungsrichtung des Ankers angeordnete Elektromagnete ein Gaswechselventil. Auf der dem Gaswechselventil abgewandten Seite befindet sich zwischen einer Deckplatte und dem Aktuator ein Spielausgleichselement, das sowohl positives als auch negatives Ventilspiel ausgleicht.

[0006] Das Spielausgleichselement weist ein erstes hydraulisches Element mit einem Spielausgleichskolben in einem Zylinder auf. Der Spielausgleichskolben liegt zwischen einem ersten, dem Gaswechselventil abgewandten, brennkraftmaschinenabhängig gesteuerten und einem zweiten, dem Gaswechselventil zugewandten Druckraum. Im Kolben befindet sich ein Rückschlagventil, das durch eine Rückhaltefeder in Schließstellung gehalten wird. Das Rückschlagventil öffnet bei Überdruck im ersten Druckraum in Richtung zum zweiten Druckraum. Die Rückhaltefeder ist so ausgelegt, daß das Rückschlagventil nicht öffnen kann, wenn kein Spiel vorhanden ist und schließt damit die Verbindung zwischen den beiden Druckräumen.

[0007] Zwischen dem Spielausgleichskolben und dem Zylinder liegt ein definiertes Spiel als Drosselverbindung, durch die Druckmittel aus dem zweiten Druckraum nach außen entweichen kann. Das Spielausgleichselement stützt sich an der oberen Deckplatte ab, die mit dem Zylinderkopf fest verbunden ist. Das Spielausgleichselement kann nur Druckkräfte übertragen.

[0008] Wenn das Gaswechselventil nicht richtig schließt, weil der Aktuator zu weit in Richtung des Gaswechselventil verschoben ist, d.h. ein negatives Spiel vorliegt, stellt sich eine Druckerhöhung in dem zweiten Druckraum durch eine Ventilfeder des Gaswechselventils ein, die in Richtung Schließstellung wirkt. Diese Druckerhöhung bewirkt, daß das Druckmittel aus dem zweiten Druckraum über die Drosselverbindung entweichen kann, und zwar solange bis das Gaswechselventil wieder vollständig schließt.

[0009] Schließt das Gaswechselventil korrekt, liegt jedoch Spiel zwischen dem Ankerstößel und dem Gaswechselventil vor, wirkt die Ventilfeder des Gaswechselventils nicht mehr auf den zweiten Druckraum. Der Druck im zweiten Druckraum sinkt dadurch unter den des ersten Druckraums, so daß das Rückschlagventil gegen die Rückhaltefeder öffnet. Druckmedium strömt solange vom ersten in den zweiten Druckraum, bis das Spiel ausgeglichen ist. Dieser Ausgleich vollzieht sich über mehrere Arbeitsspiele des Ventils.

[0010] Das Spielausgleichselement ist nur in eine Bohrung des Aktuators eingeschoben, so daß sich beide Teile gegeneinander verschieben lassen und damit leicht zu montieren sind. Während der gesamten Zeit, in der der Schließmagnet betätigt wird, um das Gaswechselventil zu schließen, wird der Aktuator durch eine Reaktionskraft in Richtung Gaswechselventil entlastet. Ferner wird das Spielausgleichselement entlastet, sobald der Anker auf der Polfläche des Öffnungsmagneten auftrifft. Wird das Spielausgleichselement entlastet, dehnt sich dieses aus. Öffnet der Aktuator das Gaswechselventil, entsteht eine entgegengesetzte Reaktionskraft, gegen die das Spielausgleichselement entsprechend seiner Funktion sperrt und nur langsam nachgeben kann. Es kann dazu kommen, daß sich das Spielausgleichselement immer mehr ausdehnt und das Gaswechselventil nicht mehr vollständig schließt. Es entsteht eine Art Aufpumpeffekt. Beispielsweise kann dies zur Folge haben, daß das Gaswechselventil nicht richtig schließt und dabei verbrennt. Weiterhin kann der Schaltmagnet einen erhöhten Energiebedarf erfordern, um den Anker aus einer außermittigen Lage anzuziehen. Ferner entsteht ein sogenannter Hubverlust, indem sich der Aktuator während des Schließvorgangs entgegen der Gaswechselventilbewegung verschiebt.

[0011] Gemäß einer weiteren Variante aus dem Stand der Technik ist das Spielausgleichselement fest mit dem Aktuator verbunden und kann damit Zug- und Druckkräfte aufnehmen. Das Spielausgleichselement dieser zweiten Variante besitzt zusätzlich zu dem ersten ein zweites hydraulisches Element mit einem Zylinder, in dem der erste Zylinder mit einer ringartigen Erweiterung geführt ist. Die ringartige Erweiterung dient gleichzeitig als Trennkolben zwischen einer oberen und einer unteren Druckkammer, die über einen ringförmigen Drosselspalt verbunden sind. Im übrigen ist das Spielausgleichselement aufgebaut wie die zuvor beschriebene Variante.

[0012] Wird über den Aktuator das Gaswechselventil geschlossen, wird die Reaktionskraft über den ersten Zylinder auf die untere Druckkammer übertragen. Da die Reaktionskraft nur eine kurze Zeit andauert, findet kein wesentlicher Druckmittelausgleich zwischen der oberen und der unteren Druckkammer statt. Der Aktuator bewegt sich nicht. Positives und negatives Spiel können jedoch über mehrere Ventilzyklen ausgeglichen werden.

[0013] Die Gaswechselventile sind aus Platzgründen windschief, in Richtung des Aktuators divergierend zueinander eingebaut. Es muß pro Gaswechselventil- und Aktuator eine Deckplatte mit Dichtungen und Schraubensatz vorgesehen werden.

[0014] Die Ventilfedern verschieben den Aktuator bei nicht bestromten Schaltmagneten langsam nach oben, wodurch der Anker aus seiner geometrischen Mittellage zwischen den Polflächen der Schaltmagnete verschoben wird. Bei dem auf Zug und Druck beanspruchbaren Spielausgleichselement sperrt das zweite hydraulische Element entsprechend seiner Funktion gegen einen schnellen Ausgleich zurück in die Mittellage. Die Mittellage wird unter Umständen erst nach mehreren Zyklen erreicht. Folge hiervon ist beispielsweise wiederum ein erhöhter Energiebedarf und die Gefahr, daß das Gaswechselventil nicht gehalten werden kann, weil dieses mit zu hoher Geschwindigkeit auf die Polfläche des Schließmagneten auftrifft und von diesem wieder abprallt oder nicht ausreichend nahe zum Öffnungsmagneten durch die obere Ventilfeder beschleunigt wird.

[0015] Aus der DE 33 11 250 A1 ist eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator bekannt, bei dem ein Spielausgleichselement zwischen einem Anker und einem Ventilschaft angeordnet ist, das nur Druckkräfte übertragen kann. Das Spielausgleichselement ist hermetisch abgeschlossen und besitzt keinen Druckanschluß, über den es mit Druckmedium versorgt wird.

[0016] Aus einer älteren Patentanmeldung DE 196 24 296 A1 ist eine Vorrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator bekannt, bei dem zwischen einem Ankerstößel und einem Ventilschaft ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Das Spielausgleichselement ist in einen zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft angeordneten Tassenstößel eingesetzt, der seinerseits in Ventilachsrichtung verschiebbar in einer Bodenplatte des Aktuatorgehäuses geführt ist. In der Bodenplatte verläuft ein Ölversorgungskanal, der über eine Umfangsnut am Tassenstößel und eine Querbohrung mit dem hydraulischen Spielausgleichselement verbunden ist.

[0017] Problematisch ist bei den bekannten Spielausgleichselementen die Zufuhr der Druckmedien. Gemäß der DE 196 24 296 A1 erfolgt die Zufuhr seitlich durch den Tassenstößel, der in der Bodenplatte unter Abdichtung geführt sein muss. Die konstruktiven Möglichkeiten einer derartigen Zufuhr der Druckmedien sind begrenzt. Ferner bedingt die abdichtende Führung des Tassenstößels eine zusätzliche oder erhöhte Reibung in den Führungsflächen.

[0018] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gaswechseleinrichtung mit einem Spielausgleichselement in der Art auszuführen, daß eine hinsichtlich der Reibverhältnisse oder der konstruktiven Möglichkeiten verbesserte Zufuhr der Druckmedien erfolgen kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

[0019] Nach der Erfindung wird ein hydraulisches Spielausgleichselement vorgeschlagen, das über einen Kanal in Längsrichtung im Ankerstößel mit einem Druckanschluß verbunden ist. Eine Zufuhr des Druckmediums erfolgt über eine geeignete Übergabestelle an den Ankerstößel und von dieser über den Kanal zum Spielausgleichselement. Durch diese Maßnahme kann der Zuführort des Druckmediums zwischen einem unbewegten Gehäuseteil und einem mit dem Gaswechselventil bewegten Teil vom Spielausgleichselement weg verlagert werden, beispielsweise an beliebige Orte des Ankerstößels.

[0020] Vorzugsweise ist das Spielausgleichselement ohne eine eigene gehäusefeste Führung eingesetzt. Hierdurch entfallen die Reibungseinflüsse der Führung des Spielausgleichselementes, beispielsweise die durch die Reibung dissipierte Energie und/oder Haft-Gleiteffekte zwischen Führung und Spielausgleichselement, die Abweichungen von der Sollbewegung des Ventils bewirken können.

[0021] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Spielausgleichselement nur im Bereich kurz vor und in der Schließstellung mit dem Druckanschluß verbunden ist. Nur wenn das Gaswechselventil geschlossen ist, d.h. mit seinem Ventilteller an einem Ventilsitzring anliegt, ergibt sich das Längenmaß, wie weit sich das Spielausgleichselement ausdehnen muß, damit auf der einen Seite das Gaswechselventil mit seinem Ventilteller sauber an dem Ventilsitzring abdichtet und an der anderen Seite der Anker exakt an der Polfläche des Schließmagneten zum Anliegen kommt.

[0022] Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.

[0023] Es zeigen:

Fig. 1 einen elektromagnetischen Aktuator und ein Gaswechselventil mit einem Spielausgleichselement, das mit einem Druckanschluß verbunden ist,

Fig. 2 einen Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, bei dem das Spielausgleichselement über einen Kanal im Ankerstößel mit dem Druckanschluß verbunden ist und

Fig. 3 einen Aktuator nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2, bei dem der Ankerstößel einen Teil des Spielausgleichselements bildet.

[0024] Fig. 1, die keine Ausgestaltung der Erfindung darstellt, sondern einen im Wesentlichen in der älteren Patentanmeldung DE 196 24 296 A1 beschriebenen Stand der Technik, zeigt einen Aktuator 2 zur Betätigung eines Gaswechselventils 1, der in einer Ausnehmung 35 in einem Bauteil 3 fest gelagert ist, beispielsweise in einem Aktuatorenträger oder in einem Zylinderkopf. Der Aktuator 2 besitzt einen Öffnungsmagneten 4 und einen Schließmagneten 5, zwischen denen ein Anker 6 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 6 ist auf einem Ankerstößel 7 befestigt oder mit diesem einstückig ausgeführt, mit dem er auf einen Ventilschaft 9 des Gaswechselventils 1 wirkt. Ferner besitzt der Aktuator 2 ein Federsystem 8 unterhalb des Öffnungsmagneten 4 mit einer unteren, in Schließrichtung wirkenden Ventilfeder 30 und mit einer oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder 31. Die untere Ventilfeder 30 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an dem Bauteil 3 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung an einem auf dem Ventilschaft 9 befestigten Federteller 32 ab. Die obere Ventilfeder 31 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an einem auf dem Ankerstößel 7 befestigten Federteller 33 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung an dem Öffnungsmagneten 4 ab. Die Ventilfedern 30, 31 sind soweit vorgespannt, daß sich bei unbestromten Schaltmagneten 4, 5 der Anker 6 in eine annähernd mittlere Position zwischen den Schaltmagneten 4, 5 einstellt und unmittelbar vor der Schließstellung des Gaswechselventils 1 eine Restschließkraft der unteren Ventilfeder 30 und unmittelbar vor der Öffnungsstellung eine Restöffnungskraft der oberen Ventilfeder 31 vorhanden ist.

[0025] Zwischen dem Ankerstößel 7 und dem Ventilschaft 9 ist ein hydraulisches Spielausgleichselement 10 durch die Vorspannung der Ventilfedern 30, 31 eingespannt. Das Spielausgleichselement 10 wird über eine Tasse 15 mit Drucköl versorgt, die zwischen dem Spielausgleichselement 10 und dem Ankerstößel 7 angeordnet ist, mit seinen Seitenwangen 34 das Spielausgleichselement 10 teilweise umgibt und nach außen in einer öldruckgespeisten zylinderkopffesten Führung 14 über Gleitreibung geführt ist.

[0026] Die Führung 14 ist von einem separaten Bauteil 52 gebildet, das in die Ausnehmung 35 des Bauteils 3 eingesetzt ist. Das Bauteil 52 liegt mit seinem äußeren Umfang an der Innenkontur der Ausnehmung 35 an und stützt sich über einen Bund 37 in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung am Öffnungsmagneten 4 und in die Richtung des Gaswechselventils 1 an einer Stufe 29 im Bauteil 3 bzw. im Zylinderkopf ab. Das Bauteil 52 besitzt an seinem äußeren Umfang einen Druckraum 36, über den es über einen Kanal 38 mit einem Druckanschluß 13 verbunden ist. Vom Druckraum 36 führt ein Kanal 39 zur Führung 14 und mündet in einer Ringnut 40. Kurz vor und in der Schließstellung des Gaswechselventils 1 ist ein sich bildender Innenraum 41 zwischen der Tasse 15 und dem Spielausgleichselement 10 über einen Kanal 42 in der Tasse 15 mit der Ringnut 40 verbunden. Das Spielausgleichselement 10 ist über eine Führung 44 radial geführt. Der Anker 6 mit seinem Ankerstößel 7, das Spielausgleichselement 10 und das Gaswechselventil 1 können rotationssymmetrisch eingebaut werden. Durch die Ringnut 40 ist sicher gestellt, daß die Tasse 15 unabhängig von der Ausrichtung bei der Montage mit Öl versorgt wird. Das Drucköl wird dann, wenn erforderlich, über eine Ausnehmung 56 an einer inneren Deckseite 43 der Tasse 15 dem Spielausgleichselement 10 von oben zugeführt. Die Zuführung von Drucköl über Tassen 15 ist eine ausgereifte und damit mit wenigen Problemen behaftete Technik. Möglich ist jedoch auch, das Drucköl mit oder ohne Tasse 15 direkt seitlich einem entsprechend ausgeführten Spielausgleichselement zuzuführen. Das Spielausgleichselement kann auch direkt in dem Bauteil 3 geführt sein.

[0027] In Fig. 2 ist eine Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der ein Spielausgleichselement 11 über einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 18 in einem Ankerstößel 16 mit Drucköl versorgt wird bzw. mit dem Druckanschluß 13 verbunden ist. Eine Führung 14 für das Spielausgleichselement 11 und insbesondere eine Tasse 15 ist nicht erforderlich. Die Reibung am Spielausgleichselement 11 entfällt und die bewegte Masse wird geringer.

[0028] Das Drucköl wird von dem Druckanschluß 13 über einen Kanal 46 einem Ring 47 unterhalb des Öffnungsmagneten 4 über eine Ringnut 49 an der zur Gaswechselventil 1 weisenden Stirnseite zugeführt. Innerhalb des Ringes 47 wird es zu einer zweiten, am inneren Umfang des Ringes 47 angeordneten Ringnut 48 geführt.

[0029] Der Ring 47 stützt sich in Richtung Gaswechselventil 1 an einer Stufe 51 in dem Bauteil 3 und in die vom Gaswechselventil 1 abgewandte Richtung am Öffnungsmagneten 4 ab, bzw. stützt sich der Öffnungsmagnet 4 auf dem Ring 47 ab, wodurch der Ring 47 in Längsrichtung exakt positioniert ist. Unterhalb des Öffnungsmagneten 4 ist der Weg zum Spielausgleichselement 11 relativ kurz und das Drucköl kann günstig zugeführt werden, ohne daß die Bewegung des Ankers 6 behindert wird. Die Ringnut 48 schließt nach innen an einer Führung 21 des Ankerstößels 16 an, die in den Öffnungsmagneten 4 eingesetzt ist. Im Bereich der Ringnut 48 besitzt die Führung 21 einen Querkanal 45, der nach innen zum Ankerstößel 16 in einer Ringnut 20 mündet. Kurz vor und in der Schließstellung kommt ein mit dem Kanal 18 verbundener Querkanal 19 im Ankerstößel 16 über der Ringnut 20 in der Führung 21 zum Liegen. Das Spielausgleichselement 11 wird damit kurz vor und in der Schließstellung mit dem Druckanschluß 13 verbunden und wird mit Drucköl versorgt, um sich, falls erforderlich, auf eine entsprechende Länge auszudehnen.

[0030] Durch die Ringnuten 49, 48 und 20 können der Ring 47, die Führung 21 und der Ankerstößel 16 rotationssymmetrisch, unabhängig von der Ausrichtung eingebaut werden, wodurch die Montage vereinfacht wird. Ferner trägt zu einer einfachen Montage bei, daß die Führung 21 in Längsrichtung durch eine Stufe 50 am Öffnungsmagneten 4 fixiert ist, wodurch der Querkanal 45 in der Führung 21 in Längsrichtung bei der Montage leicht und exakt positioniert werden kann. Der Ring 47 kann als Einzelteil ausgeführt sein; er kann aber auch einstückig am Öffnungsmagneten 4 angeformt sein und somit einen integralen Bestandteil bilden.

[0031] Der Kanal 18 kann auch in anderen Bereichen wie in der Führung 21 des Ankerstößels 16 mit dem Druckanschluß 13 verbunden werden, beispielsweise bei einem durchgehenden Kanal 18 aus der Richtung des Schließmagneten 5 usw.. Die Führung 21 eignet sich hierfür jedoch besonders gut, da eine vorhandene Reibfläche genutzt wird, d.h. keine neue hinzukommt und diese zusätzlich mit Drucköl geschmiert und dadurch die Reibung reduziert wird.

[0032] Das Spielausgleichselement 11 besitzt einen Zylinder 22 und einen Kolben 24, zwischen den ein Druckraum 26 eingeschlossen ist. Der Druckraum 26 ist über eine nicht dargestellte Drossel mit einem angrenzenden Raum 28, einem Federraum, und über ein Rückschlagventil 27 mit dem Kanal 18 verbunden.

[0033] Das Spielausgleichselement 11 ist als eigenständige, funktionsfähige Einheit ausgeführt, die auf den Ankerstößel 16 aufgesteckt ist und damit vormontierbar und vorab überprüfbar ist. Vorzugsweise ist das Spielausgleichselement 11 leicht aufsteckbar und trotzdem verliersicher ausgeführt, beispielsweise durch einen nicht dargestellten O-Ring, der in eine Ringnut greift usw..

[0034] In Fig. 3 ist ein Spielausgleichselement 12 dargestellt, bei dem ein Kolben 25 durch einen Teil des Ankerstößels 17 gebildet wird. Es wird nur eine Art Zylinder 23 über den Ankerstößel 17 geschoben, zwischen dem und dem Ankerstößel 17 der Druckraum 26 gebildet wird. Das Rückschlagventil 27 ist in eine Ausnehmung 55 in den Ankerstößel 17 eingesetzt. Das Spielausgleichselement 12 kann kostengünstiger und leichter ausgeführt werden. Die bewegte Masse wird reduziert. Möglich ist auch, daß der Ventilschaft 9 Teile des Spielausgleichselements 12 bildet, beispielsweise indem der Zylinder 23 einstückig mit dem Ventilschaft 9 ausgeführt ist, d.h. das Spielausgleichselement 12 könnte bis auf das Rückschlagventil 27 vollständig von dem Ankerstößel 17 und dem Ventilschaft 9 gebildet werden.

[0035] Ist der Aktuator 2 gestartet, stellt sich das Spielausgleichselement 10, 11, 12 bei der ersten Schließstellung des Gaswechselventils 1 auf seine exakte Länge ein, d.h. daß der Anker 6 exakt an der Polfläche des Schließmagneten 5 zum Anliegen kommt und ein Ventilteller 53 des Gaswechselventils 1 vollständig an einem Ventilsitzring 54 abdichtet. Während des gesamten Betriebs steht das Spielausgleichselement 10, 11, 12 unter Druckspannung und hat die Tendenz sich zu verkürzen, um stets sicher zu schließen, indem ständig über eine Drossel Öl in den Federraum abfließt. Wenn- das Spielausgleichselement 10, 11, 12 durch die Leckage zu kurz geworden ist, stellt sich dieses wieder in der Schließstellung des Gaswechselventils 1 auf die exakte Länge ein, indem das Rückschlagventil 27 öffnet, und der Druckraum 26 mit dem Druckanschluß 13 verbunden wird. Durch diesen iterativen Prozeß bewegt sich das Gaswechselventil 1 ständig in einem Bereich eines optimalen Spiels, ohne daß sich das Spielausgleichselement 10, 11, 12 aufpumpt.

[0036] Die Gaswechselventile müssen stets sicher schließen. Um dies zu erreichen, besitzen die Spielausgleichselemente, an denen sich die Gaswechselventile direkt oder indirekt abstützen, die Tendenz sich stets langsam zu verkürzen. Dies wird bei hydraulischen Spielausgleichselementen mit einer entsprechenden Drosselstelle erreicht. Kommt der Anker nicht mehr ausreichend nahe an den Schließmagneten, weil sich die Spielausgleichseinrichtung zu weit verkürzt hat, muß ein schneller Ausgleich in die entgegengesetzte Richtung stattfinden, welches mit einem sich öffnenden Rückschlagventil erreicht wird. Ein derartiger iterativer Prozeß mit einem schnellen und mit einem langsamen Ausgleich, bewirkt, daß sich das Gaswechselventil ständig in einem Bereich einer optimalen Spieleinstellung bewegt.

[0037] Bei einem Spielausgleichselement mit einem Druckanschluß, wird ein schnelles Nachfüllen über das Rückschlagventil sichergestellt. Ferner wird das Spielausgleichselement mit Motorenöl durchspült, welches nach bestimmten Intervallen ausgetauscht wird. Luft und Kondensblasen werden durch den Spülvorgang beseitigt und im Spielausgleichselement befindet sich stets funktionsfähiges Öl.

[0038] Das Spielausgleichselement ist zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft zwischen einer oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder und einer unteren in Schließrichtung wirkenden Druckfeder eingespannt. Beide Ventilfedern sind soweit vorgespannt, daß bei unbestromten Schaltmagneten sich der Anker in eine annähernd mittlere Lage zwischen Polflächen der Schaltmagnete einstellt und gleichzeitig in bzw. kurz vor der Schließstellung des Gaswechselventils eine Restschließkraft von der unteren Ventilfeder auf das Spielausgleichselement, den Ankerstößel und auf den Anker wirkt. Wird der Anker von dem Schließmagneten kurz vor dessen Polfläche angezogen und wird die kinetische Energie des Ankers vernachlässigt, so muß der Schließmagnet die Federkraft der oberen, in Öffnungsrichtung wirkenden Ventilfeder abzüglich der Restschließkraft der unteren, in Schlußrichtung wirkenden Ventilfeder aufbringen. Die gleiche Kraft, die der Schließmagnet aufzubringen hat, wirkt als Reaktionskraft entgegengesetzt am Aktuator. Diese Kraft entlastet das Spielausgleichselement aus dem Stand der Technik und führt u.a. zu dem Aufpumpeffekt. Bei dem Spielausgleichselement zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft besteht dagegen ständig eine Druckspannung mindestens in Höhe der Restschließkraft, wodurch ein Aufpumpen weitgehend vermieden wird.

[0039] Der Aktuator besitzt eine vielfach größere Masse als das Gaswechselventil mit seinem Ventilschaft oder der Anker mit seinem Ankerstößel. Das Spielausgleichselement muß bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zwischen dem Ankerstößel und dem Aktuator nur die kleine Masse des Ankers bzw. des Gaswechselventils verstellen, so daß ein gering auftretender Aufpumpeffekt durch kontrollierte Leckage kompensiert werden kann, ohne daß das Spielausgleichselement durch eine zu große Leckölmenge zu weich wird.

[0040] Um den schweren Aktuator zu bewegen ist ein hoher Energiebedarf erforderlich. Bei der Erfindung ist der Aktuator fest gelagert und es werden durch das Spielausgleichselement nur die kleinen Massen des Ankers mit seinem Ankerstößel bzw. des Gaswechselventils mit seinem Ventilschaft verstellt, wodurch Energie eingespart wird.

[0041] Durch die feste Lagerung des Aktuators, beispielsweise in einem Zylinderkopf oder in einem Aktuatorenträger, wird eine relativ aufwendige, schwimmende Lagerung vermieden. Ferner kann das Spielausgleichselement einfach nach der Montage des Gaswechselventils auf den Ventilschaft aufgesetzt oder mit dem Aktuator vormontiert werden.

[0042] Es können bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Spielausgleichselements zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft Spielausgleichselemente mit nur einem hydraulischen Element verwendet werden, d.h. die nur Druckkräfte und keine Zugkräfte aufnehmen. Damit wird sicher gestellt, daß sich nach einem erneuten Start die durch das Federsystem bestimmte Gleichgewichtslage des Ankers exakt und schnell wieder auf die geometrische Mittellage zwischen den Polflächen des Öffnungsmagneten und des Schließmagneten einstellt. Bei der ersten Entlastung des Spielausgleichselements, d.h. bei der ersten Schließstellung des Gaswechselventils stellt sich das Spielausgleichselement auf die exakte Länge ein, ohne daß ein zweites hydraulisches Element den Vorgang sperrt.

[0043] Es werden reproduzierbare Ventilhubkurven erzielt. Die Gaswechselventile schließen sicher exakt und geräuschoptimiert und die Aktuatoren können mit den Spielausgleichselementen einfach und schnell, mit geringem konstruktivem Aufwand montiert werden.

Ansprüche

1. Gaswechseleinrichtung

a) mit einem Gaswechselventil (1) und einem dem Gaswechselventil (1) zugeordneten Ventilschaft (9),

b) mit einem elektromagnetischen Aktuator (2), der in einem Bauteil (3) gelagert ist und einen Öffnungsmagneten (4) und einen Schließmagneten (5) aufweist, zwischen denen ein Anker (6) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Anker über einen Ankerstößel (7, 16, 17) gemeinsam mit einem eine Öffnungsfeder (31) und eine Schließfeder (30) umfassenden vorgespannten Federsystem auf einen Ventilschaft (9) wirkt und

c) mit einem hydraulischen Spielausgleichselement (10, 11, 12), das zwischen dem Ankerstößel (7, 16, 17) und dem Ventilschaft (9) angeordnet und über einen Druckanschluß (13) mit einem Druckmedium versorgt ist,

d) wobei der Ankerstößel (16, 17) in Längsrichtung einen Kanal (18) hat, über den das Spielausgleichselement (11, 12) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.

2. Gaswechsel einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Spielausgleichselement'(11, 12) ohne eine eigene gehäusefeste Führung (14) eingesetzt ist.

3. Gaswechsel einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Spielausgleichselement (10, 11, 12) im Bereich kurz vor und in Schließstellung des Gaswechselventils (1) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.

4. Gaswechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kanal (18) in Richtung Anker (6) verschlossen und unterhalb des Öffnungsmagneten (4) über einen Querkanal (19) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.

5. Gaswechseleinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Querkanal (19) über eine Ringnut (20) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.

6. Gaswechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kanal (18) über eine Führung (21) des Ankerstößels (16, 17) mit dem Druckanschluß (13) verbunden ist.

7. Gaswechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Spielausgleichselement (10, 11, 12) einen zwischen einem Zylinder (22, 23) und einem Kolben (24, 25) eingeschlossenen Druckraum (26) besitzt, der über ein Rückschlagventil (27) mit dem Druckanschluß (13) und über eine Drossel mit einem angrenzenden Raum (28) verbunden ist.

8. Gaswechseleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ankerstößel (17) und/oder der Ventilschaft (9) zumindest einen Teil (25) des Spielausgleichselements (12) bildet.

9. Gaswechseleinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Ankerstößel (17) den Kolben (25) des Spielausgleichselements (12) bildet.

Claims

1. A charge changing device

a) with a charge changing valve (1) and a valve shaft (9) assigned to the charge changing valve (1),

b) with an electromagnetic actuator (2) which is mounted in a component (3) and has an opening magnet (4) and a closing magnet (5) between which an armature (6) is positioned such that it can be moved axially, the armature acting on a valve shaft (9) via an armature tappet (7, 16, 17) together with a pre-tensioned spring system comprising an opening spring (31) and a closing spring (30) and

c) with a hydraulic play equalisation element (10, 11, 12) which is positioned between the armature tappet (7, 16, 17) and the valve shaft (9) and is supplied with a hydraulic fluid via a connection to a pressure supply (13),

d) the armature tappet (16, 17) having a longitudinal channel (18) via which the play equalisation element (11, 12) is connected to the pressure supply (13).

2. A charge changing device in accordance with claim 1,
characterised in that
the play equalisation element (11, 12) is used without its own guide (14) fixed to the housing.

3. A charge changing device in accordance with claim 1 or 2,
characterised in that
the play equalisation element (10, 11, 12) is connected to the pressure supply (13) in the area just before and in the closed position of the charge changing valve (1).

4. A charge changing device in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
the channel (18) is sealed in the direction of the armature (6) and connected to the pressure supply (13) by a transverse channel (19) beneath the opening magnet (4).

5. A charge changing device in accordance with claim 4,
characterised in that
the transverse channel (19) is connected to the pressure supply (13) by a ring groove (20).

6. A charge changing device in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
the channel (18) is connected to the pressure supply (13) by a guide (21) in the armature tappet (16, 17).

7. A charge changing device in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
the play equalisation element (10, 11, 12) has a pressure chamber (26) between a cylinder (22, 23) and a piston (24, 25) which is connected to the pressure supply (13) by a check valve and to an adjoining chamber (28) by a choke.

8. A charge changing device in accordance with one of the preceding claims,
characterised in that
the armature tappet (17) and/or the valve shaft (9) forms at least part (25) of the play equalisation element (12).

9. A charge changing device in accordance with claim 8,
characterised in that
the armature tappet (17) forms the piston (25) in the play equalisation element (12).

Revendications

1. Dispositif d'échange de gaz, comportant :

a) une soupape d'échange de gaz (1) et une tige de soupape (9) associée à la soupape d'échange de gaz (1),

b) un actionneur électromagnétique (2) qui est monté dans un composant (3) et qui comprend un aimant d'ouverture (4) et un aimant de fermeture (5), entre lesquels une armature (6) est agencée mobile en translation axiale, l'armature agissant sur une tige de soupape (9) via un poussoir d'armature (7, 16, 17) conjointement avec un système élastique précontraint comprenant un ressort d'ouverture (31) et un ressort de fermeture (30), et

c) un élément hydraulique de compensation de jeu (10, 11, 12) qui est agencé entre le poussoir d'armature (7, 16, 17) et la tige de soupape (9) et qui est alimenté en un fluide sous pression via un raccord de pression (13),

d) dans lequel le poussoir d'armature (16, 17) possède en direction longitudinale un canal (18) via lequel l'élément de compensation de jeu (11, 12) est relié au raccord de pression (13).

2. Dispositif d'échange de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de compensation de jeu (11, 12) est mis en place sans propre guidage (14) solidaire du boîtier.

3. Dispositif d'échange de gaz selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de compensation de jeu (10, 11, 12) est relié au raccord de pression (13) dans la zone peu avant et dans la position de fermeture de la soupape d'échange de gaz (1).

4. Dispositif d'échange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal (18) est refermé en direction de l'armature (6) et est relié au raccord de pression (13) au-dessous de l'aimant d'ouverture (4) via un canal transversal (19).

5. Dispositif d'échange de gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que le canal transversal (19) est relié au raccord de pression (13) via une gorge annulaire (20).

6. Dispositif d'échange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal (18) est relié au raccord de pression (13) via un guidage (21) du poussoir d'armature (16, 17).

7. Dispositif d'échange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de compensation de jeu (10, 11, 12) possède une chambre de pression (26) enfermée entre un cylindre (22, 23) et un piston (24, 25), chambre qui est reliée au raccord de pression (13) via un clapet anti-retour (27) et à une chambre adjacente (28) via un étranglement.

8. Dispositif d'échange de gaz selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poussoir d'armature (17) et/ou la tige de soupape (9) forme(nt) au moins une partie (25) de l'élément de compensation de jeu (12).

9. Dispositif d'échange de gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que le poussoir d'armature (17) forme le piston (25) de l'élément de compensation de jeu (12).

Zeichnung