Derartige Schalteinheiten sind bekannt und ermöglichen eine sogenannte Impulsauf- ladung sowie auch eine Laststeuerung von Hubkolben-Brennkraftmaschinen. Mittels des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung, welches während des Saughubes den Ein- laßquerschnitt zu bestimmten Zeitpunkten äußerst schnell verschließt bzw. wieder freigibt, können über den gesamten nutzbaren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine-vor allem aber bei geringen Motordrehzahlen-erhebliche Drehmomentsteigerungen erreicht werden.

Bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen wird normalerweise eine möglichst gleichförmi- ge, hohe Drehmomentkennlinie vom Leerlauf bis zu hohen Drehzahlen angestrebt, was aber nur mit hohem Aufwand angenähert werden kann, da aufgrund des Resonanzverhaltens der zuströmenden Ladungsmenge in der Einlaßleitung die meisten Maßnahmen zur Optimierung des Drehmomentes nur in einem sehr begrenzten Drehzahlband Wirkung zeigen. Saugmo- toren werden oft mit variabler Saugrohrlänge bzw. Resonanzklappensystemen im Saugrohr betrieben, um die Drehmomentkennlinie bis in den Teillastbereich möglichst hoch zu halten.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Drehmomentsteigerung stellen variable Ventiltriebe für die Einlaßventile dar, mittels welcher die Ventilsteuerzeiten zur Optimierung des La- dungswechsels verschoben werden können. Ein weiteres, zumeist bei Dieselmotoren ge- nutztes Mittel zur Drehmomenterhöhung sind Abgasturbolader oder mechanische Lader, mit denen zusätzlich Luft bzw. zündfähiges Gemisch in den Brennraum gefördert wird, wobei aber unterhalb gewisser Drehzahlgrenzen weiterhin ausgeprägte Drehmomentschwächen bestehen bleiben.

Das eingangs bereits angesprochene Konzept der Impulsaufladung ermöglicht zu- mindest theoretisch das Nenndrehmoment des Motors bis hinunter zur Leerlaufdrehzahl ohne Längen-oder Resonanzklappenvariation in der Einlaßleitung aufrecht zu halten, wobei insbesonders vorteilhaft ist, daß die bei einer sprunghaften Lasterhöhung erforderliche ver- größerte Luft-bzw. Gemischmasse mit äußerst kurzen Ansprech-bzw. Verzögerungszeiten im Brennraum zur Verfügung steht.

Die grundsätzliche Idee dieser Impulsaufladung liegt in der Beeinflussung der zu- strömenden Ladung durch ein stromauf der brennraumseitigen gesteuerten Einlaßöffnung (also des Einlaßventils bzw. der durch den Kolben oder ähnliches gesteuerten Einlaßöff- nung) angeordnetes unabhängiges Absperrorgan, mittels welchem die Ladung bedarfsge- recht zugemessen bzw. gegenüber der natürlichen Ansaugung erhöht werden kann. Eine sogenannte dynamische Aufladung wird dabei dadurch erreicht, daß die Öffnungs-bzw.

Schließvorgänge dieses zusätzlichen Absperrorgans in Abhängigkeit von den Betriebspara- metern des Motors und relativ zur Bewegung von Einlaßventil und Kolben gesteuert werden können. Durch das zusätzliche Absperrorgan kann der eigentliche Einlaßbeginn in Bezug auf die Öffnung des Einlaßventils verzögert werden, wodurch insbesonders bei niedrigen Motor- drehzahlen eine Ladungserhöhung erzielt werden kann, weil durch die Verzögerung der Öffnung des zusätzlichen Absperrorgans nach dem Öffnen des Einlaßventils zunächst die im Einlaßkanal zwischen zusätzlichem Absperrorgan und Einlaßventil befindliche Ladung mit aus dem vorigen Arbeitstakt erhöhtem Druck in den Verbrennungsraum expandiert, wonach zufolge der durch Kolbenbewegung verursachten Volumenvergrößerung ein Unterdruck ent- steht. Der Druckunterschied vor und hinter dem zusätzlichen Absperrorgan führt nach des- sen Öffnung zu einer entsprechend hohen Fließgeschwindigkeit der dann in den Verbren- nungsraum nachströmenden Ladung. Diese Fließgeschwindigkeit wird gegen Ende des Kol- benhubes abgebremst, wodurch noch vor dem Schließen des Einlaßventils eine dynamische Druckerhöhung im Zylinder stattfindet. Der Rückfluß von Ladung aus dem Verbrennungs- raum wird dann durch rechtzeitiges Schließen des zusätzlichen Absperrorgans verhindert, wodurch wie angesprochen nach dem Schließen des Einlaßventils für den nächsten Arbeits- takt erhöhter Druck zwischen Einlaßventil und zusätzlichem Absperrorgan verbleibt.

Bekannte Anordnungen mit derartigen zusätzlichen Absperrorganen (siehe bei- spielsweise DE 2938118 Al, DE 3737824 C2, DE 19846111 Ai oder auch WO 00/03131) haben den Nachteil, daß die relativ großen zu bewegenden Massen bei den erforderlichen, extrem kurzen Schaltzeiten zwischen völlig offenem und dicht abgesperrtem Zustand (im Bereich von etwa 1 ms) sehr aufwendige und damit störungsanfällige Antriebs-und Steuer- konzepte erfordern, die die erzielbaren Vorteile schnell aufheben. Bekannt ist weiters aus JP 58-214637 A eine Schalteinheit der eingangs Art, bei der ein einfaches solenoid-gesteuertes Sitzventil als zusätzliches Absperrorgan in der Einlaßleitung verwendet wird, was zwar mit einfachen Mitteln prinzipiell eine präzise Steuerung und damit die erforderliche exakte Einflußnahme auf die Schwingungen des Ladungssäule im Einlaßsystem ermöglicht, aber zufolge der systembedingten Nachteile derartiger Sitzventile hinsichtlich des erst bei relativ großem Öffnungshub zur Verfügung stehenden ausreichend großen Durchströmquerschnit- tes bzw. des damit mit großer Geschwindigkeit über einen weiten Hubbereich zu bewegen- den beweglichen Dichtelementes bei den erforderlichen kurzen Schaltzeiten zu in der Praxis kaum beherrschbaren Nachteilen führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalteinheit der eingangs ange- sprochenen Art so zu verbessern, daß die beschriebenen Nachteile vermieden werden und daß insbesonders eine präzise Steuerung des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßlei- tung mit konstruktiv einfachen Mitteln möglich wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Schalteinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das bewegliche Dichtelement des Sitzventils zumindest zwei konzentrisch angeordnete, über Radialstege verbundene Dichtleisten zur Abdeckung von entsprechenden, konzentrisch angeordneten Durchströmöffnungen des Ven- tilsitzes aufweist, und daß der Elektromagnet das Dichtelement im bestromten Zustand ge- schlossen hält. Das bewegliche Dichtelement des Sitzventils ist damit in einer von selbsttäti- gen Kompressorventilen bekannten Art mit Dichtkanten von relativ beliebiger, jedenfalls aber gegenüber einfachen Sitzventilen der beispielsweise aus der angesprochenen JP 58- 214637 A bekannten Art wesentlich größerer, Länge ausgebildet, was unmittelbar den Vor- teil ergibt, daß auch bereits bei sehr kleinen Öffnungshüben ein sehr großer freier Durch- strömquerschnitt bereitgestellt wird. Das bewegliche Dichtelement muß damit zur Umschal- tung nur sehr kleine Hubbewegungen ausführen, was auch bei extrem kurzen Schaltzeiten nur relativ geringe Anforderungen an den Antrieb stellt. Der Elektromagnet wird nur zum Schließen bzw. Geschlossenhalten des Dichtelementes verwendet-die Öffnung bzw. das Offenhalten wird entweder einfach über die am Dichtelement angreifenden Druck-bzw.

Strömungskräfte oder aber gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über zumindest ein am Ventilsitz angreifendes, in Öffnungsrichtung wirkendes elastisches Ele- ment und damit ausgelöst bzw. unterstützt durch Federkraft besorgt. Da während des Durchströmens des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung kein wesentlicher Druckabfall auftreten soll, ist die erforderliche Kraft, um das bewegliche Dichtelement aus der geöffneten in die geschlossene Position zu bewegen, gering. Während der Schließbewe- gung beginnt sich erst langsam eine Druckdifferenz aufzubauen, welche in der geschlosse- nen Stellung maximal werden kann. Durch die beschriebene Anordnung und Ausbildung des erfindungsgemäßen Absperrorgans wird diesem Umstand optimal Rechnung getragen, in- dem der Elektromagnet so angeordnet ist, daß die starke Zunahme der Schließkraft bei Er- reichen der geschlossenen Stellung durch die bei der gleichzeitigen Annäherung des als Anker wirkenden Elementes stark zunehmende Magnetkraft überkompensiert wird. Diese ermöglicht das Schalten auch von relativ großen Hüben mit verhältnismäßig kleinen Magne- ten bei gleichzeitig hohen Schließgeschwindigkeiten. Die Federstärke des das Dichtelement gegebenenfalls zusätzlich wieder vom Ventilsitz wegdrückenden elastischen Elements kann sehr schwach gewählt werden, womit weiters auch die Kraft des Elektromagneten nicht unnötig erhöht zu werden braucht, da das Sitzventil bzw. dessen bewegliches Dichtelement beim Geschlossenhalten mit relativ hohen Differenzdrücken beaufschlagt ist und beim Öff- nen damit zusätzlich beschleunigt wird.

Die erfindungsgemäße Schalteinheit ermöglicht damit bei sehr geringen Druckverlus- ten im geöffneten Zustand des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung ein äußerst schnelles Schalten mit sehr geringem Aufwand, womit derartige Schalteinheiten für ver- schiedenartigste Motorentypen und-größen zur einfachen und wirkungsvollen Drehmo- mentsteuerung bzw. -erhöhung verwendet werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest das bewegli- che Dichtelement aus spezifisch leichtem Werkstoff, insbesonders faserverstärktem Kunst- stoff, wie beispielsweise PPS oder PPA, besteht. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Magnet-und Federkräfte ohne negativen Einfluß auf die möglichen Schaltzeiten des zusätzlichen Absperrorgans in der Einlaßleitung sowie eine allgemeine Gewichtsreduktion und Vereinfachung der Herstellung.

Das gegebenenfalls am Dichtelement in Öffnungsrichtung angreifende elastische Element ist in bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung als Druckfeder ausgebildet und unmittelbar zwischen beweglichem Dichtelement und Ventilsitz angeordnet, was den konstruktiven Aufbau vereinfacht und eine kompakte Anordnung ermöglicht.

Zur Dämpfung des Anschlages des Dichtelementes in zumindest einer von dessen Endlagen ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Dämpfungs- element zwischen Ventilsitz einerseits und Dichtelement und/oder Verbindungselement an- dererseits angeordnet, welches die Schlagbeanspruchung der zusammenwirkenden Bauteile reduziert und damit die Lebensdauer erhöht sowie das Betriebsgeräusch absenkt.

Um auch höhere zu schaltende Differenzdrücke ohne besondere Vergrößerung der bereitzustellenden Kräfte beherrschen zu können, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Verbindungselement einen Ausgleichskol- ben trägt, dessen Querschnittsfläche zumindest angenähert der vom Dichtelement absperr- baren Querschnittsfläche entspricht und der auf seiner in Öffnungsrichtung des Dichtele- mentes wirkenden Seite über eine Verbindungsleitung mit dem auf das Dichtelement in Schließstellung wirkenden Druck beaufschlagt ist. Damit ist auf einfache Weise ein Druck- ausgleich realisierbar, womit die erforderlichen Schaltkräfte auch bei größeren Differenzdru- cken gering gehalten werden können. Davon abgesehen wäre es auch möglich, den Druck- ausgleichskolben bewußt kleiner als für einen vollständigen Ausgleich erforderlich zu wäh- len, wodurch auf eine Öffnungsfeder verzichtet werden kann Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele und Diagramme näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen schematischen Schnitt durch eine mit einer erfindungsgemäßen Schalteinheit ausgerüstete Brennkraftmaschine im Bereich des Einlaßsystems, Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch das zusätzliche Absperrorgan aus Fig. 1, Fig. 3 die Draufsicht auf das bewegliche Dichtelement eines Absperrorgans in und gegen die Richtung von Pfeil III in Fig. 2, Fig. 4 zugehörige Kraft (F)- und Weg (s) -Diagramme zur Erläuterung der Funktion der erfindungs- gemäßen Schalteinheit und Fig. 5 eine druckausgeglichene Bauform des zusätzlichen Ab- sperrorgans in einer im wesentlichen Fig. 2 entsprechenden Darstellung.

Gemäß Fig. 1 ist im Einlaßsystem 1 einer nur symbolisch dargestellten Hubkolben- Brennkraftmaschine 2-in der Einlaßleitung 3 zwischen auf der Seite des Brennraumes 4 mittels eines Tellerventils 5 gesteuerter Einlaßöffnung 6 und Einlaßsammelrohr 7-ein die Einlaßleitung 3 in einem Teilbereich des Arbeitstaktes unabhängig vom Tellerventil 5 steu- erbar abschließendes Absperrorgan 8 angeordnet. Dieses ist gemäß Fig. 2 als mittels eines Elektromagneten 9 betätigbares Sitzventil 10 ausgebildet, dessen bewegliches Dichtelement 11 an der der Einlaßöffnung 6 zugewandten Seite des Sitzventils 10 angeordnet und über ein stangenförmiges Verbindungselement 12 mit dem auf der der Einlaßöffnung 6 abge- wandten Seite des Sitzventils 10 angeordneten Elektromagneten 9 verbunden ist.

Das bewegliche Dichtelement 11 des Sitzventils 10 weist (wie insbesonders aus Fig.

3 zu ersehen ist, welche im oberen Teil eine Ansicht auf ein zumindest ähnlich wie Fig. 2 ausgebildetes Sitzventil 10 entlang des Pfeiles III in Fig. 2 und im unteren Teil eine Ansicht entlang des gleichen Pfeiles III bei abgenommenem Dichtelement 11 auf den Ventilsitz 13 zeigt) eine Anzahl konzentrisch angeordneter, über Radialstege 14 verbundener Dichtleisten 15 zur Abdeckung von entsprechenden, konzentrisch angeordneten Durchströmöffnungen 16 des Ventilsitzes 13 auf. Durch die damit gegebene große Länge der vom Absperrorgan 8 bzw. Sitzventil 10 gesteuerten Dichtkante ergibt sich bereits bei einem sehr kleinen Öff- nungshub h zwischen der als Anker wirkenden Platte 17 am dem Dichtelement 11 abge- wandten Ende des Verbindungselementes 12 eine sehr große effektive freie Durchströmflä- che für die vom Einlaßsammelrohr 7 zur Einlaßöffnung 6 strömende Ladung bei sehr gerin- gem Druckabfall.

Der Elektromagnet 9 hält das Dichtelement 11 im bestromten Zustand gegen eine in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder 18 zwischen beweglichem Dichtelement 11 und Ven- tilsitz 13 geschlossen. Zur Dämpfung des Anschlages des Dichtelementes 11 in zumindest einer von dessen Endlagen ist ein hier als elastische Hülse ausgebildetes Dämpfungsele- ment 19 zwischen Ventilsitz 10 und Verbindungselement 12 bzw. Platte 17 angeordnet, wel- ches die Schlagbeanspruchung der beteiligten Elemente und damit die Geräuschentwicklung reduziert sowie die Lebensdauer erhöht.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist das bewegliche Dichtelement 11 ebenso wie der Ventilsitz 13 samt Hülse 20 für die Aufnahme des Elektromagneten 9 aus faserverstärktem Kunststoff, wie beispielsweise PPS oder PPA, ausgebildet, was das Gesamtgewicht der Schalteinheit reduziert und insbesonders auch die Masse des beweglichen Dichtelementes 11 und damit die zu dessen Betätigung zu überwindenden Massenkräfte. Davon abgesehen könnten sowohl Dichtelement als auch Sitz auch aus Stahl, Stahlguß, Al oder Al-Druckguß gefertigt sein.

Aus den beiden Diagrammen gemäß Fig. 4 ist zu ersehen, daß mit einer Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 effektive Schaltzeiten a des Sitzventils im Bereich von etwa 1 ms zu erreichen sind, womit in den üblichen Drehzahlbereichen von Hubkolben- Brennkraftmaschinen während des Einlaßtaktes problemlos ein bedarfsweise auch mehrma- liges Umschalten des Absperrorgans 8 zur impulsmäßigen Beeinflussung der Ladungsströ- mung im Einlaßsystem 1 vorgenommen werden kann.

Bei der Ausführung des Absperrorgans 8 bzw. Sitzventils 10 gemäß Fig. 5 trägt das Verbindungselement 12 zwischen Dichtelement 11 und als Anker wirkender Platte 17 einen Ausgleichskolben 21, dessen Querschnittfläche zumindest angenähert der vom Dichtelement 11 absperrbaren Querschnittfläche entspricht. Der abgedichtete Druckraum auf der in Öff- nungsrichtung des Dichtelementes 11 wirkenden Seite des Ausgleichskolbens 21 ist über eine Verbindungsleitung 22 im Inneren des Verbindungselementes 12 mit dem in geschlos- sener Stellung (von in der Darstellung links) auf das Dichtelement 11 wirkenden Druck be- aufschlagt, was auf einfache Weise sicherstellt, daß auch bei größeren zu schaltenden Diffe- renzdrücken nur geringe Betätigungskräfte für die Öffnung des Sitzventils 10 erforderlich sind. Die Öffnung selbst erfolgt auch in dieser Variante wiederum unterstützt über eine zen- trale Druckfeder 18-diese könnte gegebenenfalls auch entfallen, da auch der Druck bzw. die Strömungskräfte allein für das Öffnen bzw. das Offenhalten des Sitzventils 10 herange- zogen werden können.

Abgesehen von der konkret dargestellten Ausbildung des Sitzventils 10 gemäß Fig. 2 könnte dieses natürlich auch mit einer kleineren oder größeren Anzahl separater Dichtleis- ten 15 bzw. Durchströmöffnungen 16 ausgebildet werden-anstelle der zentralen Druckfe- der 18 könnten auch über die Dichtfläche verteilt mehrere separate Druckfedern bzw. ande- re geeignete elastische Elemente zwischen Dichtelement 11 und Ventilsitz 13 (bzw. auch zwischen anderen damit verbundenen Komponenten) eingesetzt werden. Auch könnten anstelle des elastischen Elementes 19 für die Dämpfung gängige andere, beispielsweise pneumatische, Dämpfungen eingesetzt werden.