DE4225329A1 - Ventilansteuerungseinrichtung fuer den einsatz in verbrennungsmotoren - Google Patents
Ventilansteuerungseinrichtung fuer den einsatz in verbrennungsmotorenInfo
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- 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
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/08—Valves guides; Sealing of valve stem, e.g. sealing by lubricant
-
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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Description
Die Erfindung ist im gesamten Bereich der Ver
brennungsmotoren anzuwenden.
Ventilsteuerungen werden seit dem Beginn der
Motorenentwicklung zum Ein- und Auslaß der Ver
brennungsgase bei Otto- und Dieselmotoren einge
setzt. Hierbei erfolgt die Betätigung dieser Ven
tile über eine mechanische Verbindung mit der
Kurbelwelle.
Zur Zeit sind verschiedene Arten der rein mecha
nischen Ventilansteuerung bekannt. Grundlegend
wurde seither eine Nockenwelle verwendet, die
entweder direkt oder über Stangen und Kipphebe l
die Ventile betätigt. Der Nachteil dieser Anord
nung ist, daß sehr viel Energie durch den An
trieb der Ventilbetätigung verloren geht. Dies
erhöht zum einen den Benzinverbrauch zum anderen
das Gewicht und die Größe des Motors. Außerdem
ist es bedingt durch die starre Anordnung des
Ventiltriebs nicht möglich, variable Ventilsteuer
zeiten zu erzeugen. Das Bestreben ist einerseits
die Füllung und damit die Literleistung ohne allzu
großen maschinenbautechnischen Aufwand zu erhöhen
und andererseits den Kraftstoffverbrauch und die
Größe des Motors möglichst zu verringern. Diese
gestellten Anforderungen sind nur durch konstruk
tive Veränderungen möglich. Nach dem heutigen
Stand der Technik sind mehrere Möglichkeiten be
kannt, die Gaswechselströmung an die jeweiligen
Lastzustände anzupassen. Dies erfolgt zum einen
durch eine mechanische Veränderung der Nockenwellen
steuerzeiten. Hierbei ist es möglich die Steuer
zeiten so anzupassen, daß im oberen Drehzahlbereich
die Öffnungszeiten der Ein- und Auslaßventile
eine stärkere Überschneidung erhalten und somit
eine bessere Füllung der Zylinder gewährleistet
ist. Um bei den unteren Drehzahlbereichen zu
verhindern, daß Frischgas in den Abgaskanal ge
saugt und somit der Verbrauch erhöht und die
Abgasreinigung in Form eines Katalysator zerstört
würde, wird die Überschneidung in diesem Bereich
zurückgenommen.
Bei einer rein mechanischen Verstellung ist dies
nur in bestimmten Grenzen möglich, hervorgerufen
durch den großen Aufwand bei einer durch die
Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle.
Zum Anderen ist es machbar, die Füllung eines
Kraftfahrzeugmotors zu erhöhen in dem die Einlaß
kanäle erweitert und gleichzeitig die Anzahl der
Ventile vergrößert werden.
Außerdem kann man, um die Drehzahl bei Hochleist
ungsmotoren weiter zu steigern, diese mit einer
pneumatisch unterstützten Ventilbetätigung ausstatten.
Allerdings ist dieser Aufwand nur bei den o.g.
Motoren begründet. Ein weiterer Nachteil ist,
daß die Motordrehzahl lediglich bis zu einer
gewissen Grenze erhöht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
vorstehend genannten Nachteile und Probleme zu
beseitigen. Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß
die Betätigung der Ein- und Auslaßventile des
Verbrennungsmotors über Magnetspulen (11) erfolgt.
Ihre Ansteuerung erfolgt jeweils durch die digi
tale Motorelektronik (1).
Die sonst üblichen mechanischen Betätigungsein
richtungen wie zum Beispiel Nockenwelle, Zahn
riemen, Steuerkette, Kipphebel, Stößelstangen,
Königswelle können entfallen.
Da die bewegten Massen des Ventiltriebs auf
die Ventile selbst und ihre Ventilfedern (10), die
lediglich die Aufgabe haben die Ventile in der
Ruhestellung zu halten, reduziert werden, läßt
sich die Grenzdrehzahl derart ausgerüsteter Motoren
weiter erhöhen. Der mechanische Aufbau der
Motoren kann aufgrund der oben genannten Vorteile
kompakter gestaltet werden. Somit kann der Motor
raum und hierdurch auch das ganze Fahrzeug selbst
kleiner gehalten werden. Die Ventilsteuerzeiten
können ohne zusätzliche Einrichtungen in großen
Bereichen verändert werden. Sie lassen sich an
den gesamten Lastbereich der Motoren anpassen.
In Fig. 6 ist hierzu die Leistungskurve (19)
für einen Magnetventilzylinderkopf im Vergleich zu
einer Leistungskurve (20) für einen herkömmlichen
Zylinderkopf dargestellt. Zusätzlich ist diese Art
des Motors mit einer vollelektronischen Zündung
(5), zum Beispiel in der Form einer statischen
Hochspannungskondensatorzündanlage, ausgestattet, da
der konventionelle Zündverteiler entfällt. Das
Schließen der Ventile (9, 12) selbst wird durch
eine Gegenstrombremsung unterstützt um die negative
Beschleunigung in Bezug auf die Ventilruhelage
zu verringern.
Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die
Ventile (9, 12) (in diesem Fall 4 je Zylinder)
hängend im Zylinderkopf angeordnet. Um genügend
Platz für die Magnetspulen zu erhalten, wurde
eine V-förmige Anordnung der Ventile gewählt. Die
Ventilschäfte sind mit einer Dauerschmierung
(Graphit) versehen. Es entfällt also auch die
aufwendige Schmierung der Ventilbetätigung durch
das Lageröl. Die Ölpumpe kann dadurch kleiner
gewählt werden. Nur die Kühlung der Magnetspulen
muß durch zusätzliche Kühlwasserkanäle sicherge
stellt sein. Die Kühlwirkung kann durch zusätz
lich angebrachte Kühlrippen (17) auf dem Zylinder
kopfdeckel verstärkt werden.
Die notwendige Kraft, die über die Magnetspulen
zur Ansteuerung der einzelnen Ventile notwendig
ist, errechnet sich aus
Wobei µ0 und µr die magnetische Feldkonstante bzw.
die Permeabilitätszahl, I die Stromstärke, N die
Windungszahl, rw den Windungsradius, 1 die Spulen
länge und A die Querschnittsfläche des Spulen
ankers darstellen.
Die erforderliche Kraft selbst ist abhängig von
der Ventilbeschleunigung aV und errechnet sich
aus
F = (mV + mF + mA) aV
Die Größen mV, mF und mA stehen für die Gesamt
beschleunigungsmasse aus Ventilmasse, Federmasse
sowie Ankermasse.
Nach dem heutigen Stand der Technik bereitet es
keinerlei Schwierigkeiten, Verbrennungsmotoren mit
dieser Art der Ventilsteuerung auszurüsten. Bei
Motoren mit Zahnriemenantrieb wird hierbei lediglich
der Zylinderkopf entfernt und durch einen Magnet
ventilzylinderkopf (18) ersetzt.
Die digitale Motorelektronik ist durch ein Modul
für die Steuerzeiten (3) und durch Leistungs
ausgänge (4) zur Ansteuerung der Magnetspulen
(11) zu erweitern.
In Fig. 3 ist eine Gesamtansicht eines Sechs
zylinder-Ottomotors mit Magnetventilzylinderkopf
gezeigt.
Claims (9)
1. Ventilansteuereinrichtung für den Einsatz in
Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betätigung der Verbrennungsgasventile mit
Hilfe von Magnetspulen (11) erfolgt.
2. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (11)
über eine elektrische Hilfseinrichtung in Form
einer digitalen Motorelektronik angeregt werden.
3. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß keine mechanische Ver
bindung zur Kurbelwelle (15) notwendig ist.
4. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Graphit-Schmierung
der Ventilschäfte (16) erfolgt.
5. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustleistung der
Magnetspulen (11) durch Kühlung abgeführt wird.
6. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsteuerzeiten
in weiten Grenzen verändert werden können.
7. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse kom
pakt ausgeführt werden kann.
8. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfedern ledig
lich eine definierte Ruhelage beim Stillstand des
Motors sicherstellen.
9. Ventilansteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbeschleunigung
über den Ventilhub während des Betriebes durch
eine Gegenstrombremsung in den maximalen Grenzen
gehalten wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4225329A DE4225329A1 (de) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Ventilansteuerungseinrichtung fuer den einsatz in verbrennungsmotoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4225329A DE4225329A1 (de) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Ventilansteuerungseinrichtung fuer den einsatz in verbrennungsmotoren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4225329A1 true DE4225329A1 (de) | 1993-02-18 |
Family
ID=6464553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4225329A Ceased DE4225329A1 (de) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Ventilansteuerungseinrichtung fuer den einsatz in verbrennungsmotoren |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4225329A1 (de) |
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