DE102007013447A1 - Valve controller and actuator for controlling actuating element, particularly gas exchange valve of internal combustion engine, has electromagnet, which faces valve head, with its pole surfaces, downward in housing - Google Patents

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Abstract

The valve controller has electromagnet (6,10), which faces the valve head (13), with its pole surfaces, downward in the housing (2). The electromagnet of the sliding anchor (7) slides freely in the partial section of the valve shaft (20) and is limited on upper and lower end side by the sliding anchor seat (17) and a compression spring (18), which is drawn and fixed with a pre-regulated minimum valve stroke (8). The electromagnet moves the anchor (3) till the maximum valve stroke (4), which is connected with the valve shaft in force-fit or form-fit manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetische Ventilsteuerung nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.The The invention relates to an electromagnetic valve control according to specified in the preamble of claim 1 Art.

Ventilsteuerungen der zuvor genannten Art sind in unterschiedlichen Technologien und Ausführungsformen bekannt und vereinzelt mich schon im Einsatz.valve controls of the aforementioned type are in different technologies and embodiments known and isolated me already in use.

Die im Stand der Technik beschriebenen Elektromagnetischen Ventilsteuerungen wie Feder-Masse-Schwinger sind zwar hinsichtlich der Öffnungs- und Schließzeiten eines Ventils vollvariabel, nicht aber hinsichtlich deren Hübe. Eine weitere Möglichkeit ist die Betätigung eines Ventils mittels eines Linearmotors, der eine vollvariable Ventilsteuerung der Öffnungs- und Schließzeiten als auch des Ventilhubs zulässt, wobei z. Zt. zum dessen Verhalten noch statische und dynamische Untersuchungen notwendig sind. Beide Systeme sind steuerungsmäßig noch schwer zu beherrschen.The Electromagnetic valve controls described in the prior art like spring-mass oscillators are indeed in terms of the opening and closing times a valve fully variable, but not in terms of their strokes. A another possibility is the operation a valve by means of a linear motor, a fully variable Valve control of the opening and closing times as well as the valve lift, where z. Zt. To its behavior still static and dynamic Investigations are necessary. Both systems are still in control difficult to control.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Ventilsteuerung vorzuschlagen, die die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist oder zumindest teilweise Verbesserungen beinhaltet.Of the Invention is therefore the object of a valve control to propose that does not have the aforementioned disadvantages or at least partially includes improvements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer ersten Ausführungsform nach 1 zwei Magnetspulen mit ihren nach oben gerichteten Polflächen axial vom Ventilschaft durchdrungen werden, wobei der untere der beiden Elektromagnete unter Bestromung einen teilweise auf dem Ventilschaft verschiebbaren Gleitanker mit einem fest vorgegebenen minimalen Ventilhub anzieht, wobei mit einem zweiten Elektromagneten ein zweiter oberer Anker, der mit dem Ventilschaft fest verbundenen ist, diesen unter Bestromung bis zum maximalem Ventilhub anzieht. Durch diese Anordnung kann insbesondere in der initialen Ventilöffnungsphase, wo auch die größten Ventilöffnungskräfte anfallen, der untere Elektromagnet den Gleitanker wegen des geringen Luftspaltes mit nahezu voller magnetischer Kraft anziehen und sicher fixieren, so dass ein minimaler und maximaler Ventilhub erreicht werden können. In einer weiteren Ausführungsform nach 2 ist eine vollvariable Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten als auch der Ventilhübe möglich.This object is achieved in that in a first embodiment according to 1 two solenoid coils are penetrated axially with their upwardly directed pole faces of the valve stem, wherein the lower of the two electromagnets energizes a partially slidable on the valve stem sliding anchor with a fixed predetermined minimum valve lift, with a second electromagnet, a second upper armature, with the Valve stem is firmly connected, this attracts under energization to the maximum valve lift. By this arrangement, in particular in the initial valve opening phase, where also the largest valve opening forces incurred, the lower electromagnet attract the sliding anchor because of the small air gap with almost full magnetic force and secure, so that a minimum and maximum valve lift can be achieved. In a further embodiment according to 2 is a fully variable control of the opening and closing times and the valve strokes possible.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.advantageous Further developments of the invention are by the in the preamble Of the claim 1 specified type dependent on this claim claims.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit drei Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:In The following is the invention with reference to a preferred embodiment described in conjunction with three drawings. Showing:

1 einen vereinfachten Längsschnitt der Ventilsteuerung (1). 1 a simplified longitudinal section of the valve control ( 1 ).

Im Gehäuse (2) befinden sich die Elektromagneten (5, 10), die mit ihren Polflächen zur vom Ventilteller (13) abgewandten Seite weisen. Um in der initialen Ventilöffnungsphase, die auch die größte magnetische Leistung erfordert, den Abstand vom Anker möglichst klein zu halten, ist der Gleitanker (7) im Ventilschaft (20) beweglich angeordnet und findet im Gleitankersitz (17) und durch die Druckfeder (18) einen unteren und oberen Endanschlag. Mit dem minimalen Ventilhub (8) ist ein unveränderbarer minimaler Ventilhub vorgegeben. In einer ersten Betriebsart kann durch alleiniges Bestromen des Elektromagneten (10) nur der minimale Ventilhub (8) erreicht werden. In einer weiteren Betriebsart kann der Elektromagnet (6) den durch den Elektromagneten (10) beschleunigten Ventilteller (13) unmittelbar bis zum maximalen Ventilhub (4) fahren. Um die auf die Anker einwirkenden Kräfte weiter zu optimieren d. h. möglichst zu reduzieren, können auch mehr als ein Gleitanker und fixe Anker mit entsprechend zugehörigen Elektromagneten nach 3 eingesetzt werden. Um die Ventilgeräusche im oberen und unteren Totpunkt gering zu halten und um den Ventilteller (13) möglichst weich auf den Ventilsitz (14) aufsitzen zu lassen, ist der Anker (3) mit seinem Außendurchmesser in Bezug auf den Innenradius des Dämpfungsraumes (21) so beabstandet, dass im oberen und unteren Totpunkt eine Dämpfungswirkung im jeweiligen Abschnitt des Dämpfungsraumes (21) entsteht, wobei über die im Dämpfungsraum (21) mittig, oder auch davon abweichend platzierten Belüftungsöffnungen (22...n) ein Luftdruckausgleich mit kühlendem Luftaustausch besteht. Die Ventilauftreffgeschwindigkeit kann auch durch Aktivierung der Elektromagnete optimierend beeinflusst werden. Die Ventilfeder (15) ist auch oberhalb des Ankers (3) in bekannter Art und Weise positionierbar. Zur aktuellen Positionsbestimmung des Ventiltellers (13) kann im Gehäuse (2) ein Wegesensor mit dein Ventilschaft (20) bzw. mit dem Anker (3) korrespondieren.In the housing ( 2 ) are the electromagnets ( 5 . 10 ), with their pole faces to the valve plate ( 13 ) facing away. In order to keep the distance from the armature as small as possible in the initial valve opening phase, which also requires the greatest magnetic power, the sliding anchor ( 7 ) in the valve stem ( 20 ) is movably arranged and finds in Gleitankersitz ( 17 ) and by the compression spring ( 18 ) a lower and upper end stop. With the minimum valve lift ( 8th ) is given an unchangeable minimum valve lift. In a first mode of operation, the sole energization of the electromagnet ( 10 ) only the minimum valve lift ( 8th ) can be achieved. In another operating mode, the electromagnet ( 6 ) by the electromagnet ( 10 ) accelerated valve disk ( 13 ) immediately up to the maximum valve lift ( 4 ) drive. In order to further optimize the forces acting on the armature ie to reduce it as much as possible, more than one sliding armature and fixed armature with correspondingly associated electromagnets can also be used 3 be used. To keep the valve noise at the top and bottom dead center low and around the valve plate ( 13 ) as soft as possible on the valve seat ( 14 ) is the anchor ( 3 ) with its outer diameter with respect to the inner radius of the damping chamber ( 21 ) spaced so that in the upper and lower dead center, a damping effect in each section of the damping chamber ( 21 ) is formed, whereby over the in the damping chamber ( 21 ) in the middle, or even differently placed ventilation openings ( 22 ... n) there is an air pressure equalization with cooling air exchange. The valve impact speed can also be optimally influenced by activation of the electromagnets. The valve spring ( 15 ) is also above the anchor ( 3 ) can be positioned in a known manner. For the current position determination of the valve disk ( 13 ) in the housing ( 2 ) a travel sensor with valve stem ( 20 ) or with the anchor ( 3 ) correspond.

2 eine Ausgestaltungsform von 1 bei der der Hub des Verstellankers (36) und damit auch der Hub des Ventiltellers (13) je nach motorischen Gegebenheiten über den Schrittmotor (30) in allen gewünschten Ventilerhebungswerten zwischen einem minimalen und einem maximalen Hub variabel beabstandet werden kann, so dass der Ventilteller (13) durch die bekanntermaßen schwer zu beherrschenden Beschleunigungskräfte definiert und sicher zwischen den Betriebszuständen – Ventil geschlossen und vorgegebenem Hub – fahren kann. Hierzu weist das obere Ende des Ventilschaftes (20) das Schaftgewinde (35) auf, in dem das Verstellankergewinde (37) des Verstellankers (36) dreht. Der Verstellanker (36) weist an seiner Außenseite den Außensechskant (32) auf, der axial im Innensechskant (31) des Verschiebeelementes (33) läuft. Das Verschiebeelement (33) ist hierzu über die Motorachse (38) mit dem Schrittmotor (30) mechanisch gekoppelt. Um ein ungewolltes Verdrehen des Ventilschaftes (20) gegenüber dem Verstellankergewinde (37) zu verhindern kann der Ventilschaft (20) gegenüber dem Gehäuse (2) verdrehsicher laufen. Um die Bauhöhe der Ventilsteuerung (39) zu reduzieren, kann das Verschiebeelement (33) auch gleichzeitig als Motorachse ausgebildet sein. Zur aktuellen Positionsbestimmung des Ventiltellers (13) kann im Gehäuse (2) ein Wegesensor mit dem Ventilschaft (20) korrespondieren. In dieser Ausführungsform können sowohl die Öffnungs- und Schließzeiten als auch die Ventilhübe vollvariabel gefahren werden. 2 an embodiment of 1 in which the stroke of the adjusting anchor ( 36 ) and thus also the stroke of the valve disk ( 13 ) depending on the motor conditions via the stepper motor ( 30 ) can be variably spaced in all desired valve lift values between a minimum and a maximum lift, so that the valve disk ( 13 ) defined by the known hard-to-control acceleration forces and safely between the operating conditions - closed valve and predetermined stroke - can drive. For this purpose, the upper end of the valve stem ( 20 ) the shaft thread ( 35 ), in which the adjusting anchor thread ( 37 ) of the adjustable anchor ( 36 ) turns. The adjustable anchor ( 36 ) has on its outside the external hexagon ( 32 ), which is axially in the hexagon socket ( 31 ) of the displacement element ( 33 ) running. The sliding element ( 33 ) is via the motor axis ( 38 ) with the stepper motor ( 30 ) mechanically coupled. To prevent accidental rotation of the valve stem ( 20 ) with respect to the adjusting anchor thread ( 37 ) can prevent the valve stem ( 20 ) opposite the housing ( 2 ) run against rotation. To the height of the valve control ( 39 ), the sliding element ( 33 ) may also be formed simultaneously as a motor axis. For the current position determination of the valve disk ( 13 ) in the housing ( 2 ) a displacement sensor with the valve stem ( 20 ) correspond. In this embodiment, both the opening and closing times and the valve strokes can be driven fully variable.

3 eine modifizierte Ausführungsform von 1 bei der die Ventilsteuerung (60) einen weiteren Elektromagneten (51) mit Gleitanker (55), zugehöriger Druckfeder (56) und dem Gleitankersitz (54) aufweist. Diese Anordnung lässt mit den Ventilhüben (8, 51, 4) einen fest vorgegebenen minimalen, mittleren und maximalen Ventilhub zu. 3 a modified embodiment of 1 when the valve control ( 60 ) another electromagnet ( 51 ) with slip anchor ( 55 ), associated compression spring ( 56 ) and the sliding anchor seat ( 54 ) having. This arrangement allows with the valve strokes ( 8th . 51 . 4 ) to a fixed predetermined minimum, average and maximum valve lift.

1 1
Ventilsteuerungvalve control
2 2
Gehäusecasing
3 3
Ankeranchor
44
maximaler Ventilhubmaximum valve
5 5
KontaktContact
6 6
Elektromagnetelectromagnet
7 7
Gleitankersliding anchor
88th
minimaler Ventilhubminimal valve
9 9
KontaktContact
10 10
Elektromagnetelectromagnet
11 11
Widerlagerabutment
12 12
Motorgehäusemotor housing
13 13
Ventiltellervalve disc
14 14
Ventilsitzvalve seat
15 15
Ventilfedervalve spring
16 16
KontaktContact
17 17
GleitankersitzSliding anchor seat
52 52
Elektromagnetelectromagnet
54 54
GleitankersitzSliding anchor seat
56 56
Druckfedercompression spring
18 18
Druckfedercompression spring
19 19
KontaktContact
20 20
Ventilschaftvalve stem
21 21
Dämpfungsraumdamping space
22...n22 ... n
Belüftungsöffnungenvents
30 30
Schrittmotorstepper motor
31 31
InnensechskantAllen
32 32
AußensechskantExternal hexagon
3333
Verschiebeelementdisplacement element
3434
variabler Ventilhubvariable valve
35 35
Schaftgewindeshank thread
36 36
VerstellankerVerstellanker
3737
VerstellankergewindeVerstellankergewinde
3838
Motorachsemotor axis
39 39
Ventilsteuerungvalve control
50 50
mittlerer Hubmiddle stroke
51 51
KontaktContact
53 53
KontaktContact
55 55
Gleitankersliding anchor
60 60
Ventilsteuerungvalve control

Claims (7)

Ventilsteuerung bzw. Aktuator zur Steuerung eines Stellgliedes, insbesondere eines Gaswechselventils von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagneten (6, 10) in dem Gehäuse (2) mit ihren Polflächen vom Ventilteller (13) abwärtsgewandt weisen, wobei der Elektromagnet (10) den Gleitanker (7), der im Teilabschnitt des Ventilschaftes (20) frei gleitet und durch den Gleitankersitz (17) und die Druckfeder (18) nach oben und unten endständig begrenzt wird, mit einem voreingestellten minimalen Ventilhub (8) anzieht und fixiert, wobei der Elektromagnet (6) den kraft- oder formschlüssig mit dem Ventilschaft (20) verbundenen Anker (3) bis zum maximalen Ventilhub (4) fahren kann und dass mehr als ein Gleitanker (7...n) und Anker (3...n) mit den jeweils weiteren zugehörigen Elektromagneten in das Gehäuse (2) integriert sein können, wobei die Anker und Gleitanker in Bezug auf die Polflächen der Elektromagneten alle unterschiedliche Abstände und Polrichtungen aufweisen können und dass nach 2 das obere Ende des Ventilschaftes (20) das Schaftgewinde (35) aufweist in das das Verstellankergewinde (37) eingreift, wobei der Verstellanker (36) den Außensechskant (32) aufweist in den der Innensechskant (31) des Verschiebeelementes (33) fahren kann und das Verschiebeelement (33) über die Motorachse (38) mit dem Schrittmotor (30) gekoppelt ist, wobei das Verschiebeelement (33) auch gleichzeitig als Motorachse ausgelegt sein kann.Valve control or actuator for controlling an actuator, in particular a gas exchange valve of internal combustion engines, characterized in that the electromagnets ( 6 . 10 ) in the housing ( 2 ) with its pole faces from the valve plate ( 13 ) facing downwards, the electromagnet ( 10 ) the slip anchor ( 7 ), which in the section of the valve stem ( 20 ) slides freely and through the Gleitankersitz ( 17 ) and the compression spring ( 18 ) is limited terminally upwards and downwards, with a preset minimum valve lift ( 8th ) and fixed, the electromagnet ( 6 ) the positive or positive fit with the valve stem ( 20 ) connected anchors ( 3 ) up to the maximum valve lift ( 4 ) and that more than one sliding anchor ( 7 ... n) and anchors ( 3 ... n) with the respectively further associated electromagnets in the housing ( 2 can be integrated, wherein the armature and sliding anchor with respect to the pole faces of the electromagnets can all have different distances and polar directions and that after 2 the upper end of the valve stem ( 20 ) the shaft thread ( 35 ) in which the adjusting anchor thread ( 37 ), wherein the adjusting anchor ( 36 ) the hexagon socket ( 32 ) in which the hexagon socket ( 31 ) of the displacement element ( 33 ) and the sliding element ( 33 ) over the motor axis ( 38 ) with the stepper motor ( 30 ), wherein the displacement element ( 33 ) can also be designed as a motor shaft at the same time. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (15) mit dem Widerlager (11) oberhalb vom Anker (3) in Verlängerung des Ventilschaftes (20) platziert ist und sich auf dem Gehäuse (2) abstützt.Valve control according to claim 1, characterized in that the valve spring ( 15 ) with the abutment ( 11 ) above the anchor ( 3 ) in extension of the valve stem ( 20 ) is placed on the housing ( 2 ) is supported. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (20) gegenüber dem Gehäuse verdrehsicher geführt wird oder auch nicht.Valve control according to claim 1 and 2, characterized in that the valve stem ( 20 ) against the housing is guided against rotation or not. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (1) einen oder mehrere Abstandssensoren aufweist, die die Position des Verstellankers (36) gegenüber der Polfläche des Elektromagneten (6) und/oder dem Ventilschaft (20) bzw. dem Anker (3) erkennen lassen.Valve control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the valve control ( 1 ) has one or more distance sensors, the position of the adjusting anchor ( 36 ) opposite the pole face of the electromagnet ( 6 ) and / or the valve stem ( 20 ) or the anchor ( 3 ) reveal. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Elektrik der Ventilsteuerungen (1, 39) über die Zentrale-Motor-Steuerung (ZMS) gesteuert wird.Valve control according to one of claims 1 to 4, characterized in that the entire electrical system of the valve controls ( 1 . 39 ) is controlled via the central engine control (ZMS). Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (20) ganz oder teilweise aus Keramik gefertigt ist oder auch nicht.Valve control according to one of claims 1 to 5, characterized in that the valve stem ( 20 ) is wholly or partly made of ceramic or not. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Verstellanker am oberen Ende oder auch im beliebigen Verlauf eines Ventilschaftes motorisch gesteuert wird.Valve control according to one of claims 1 to 6, characterized in that more than one adjusting anchor at the top End or in any course of a valve stem motor is controlled.
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