DE4300666A1 - Actuator for IC engine valve - has electromagnets with dish shaped ring poles with wedges forming cylindrical chamber for armature - Google Patents

Abstract

The valve actuator has two electromagnets opposite each other in the axial direction. These have ring poles (4,5). An armature (6) is attached to the valve shaft and moves inside the poles (4,5) in the axial direction. The ring poles (4,5) are dish-shaped with concentric wedges (11). These define a cylindrical chamber for the armature (6). ADVANTAGE - Allows quick and accurate valve switching and allows valve to be set to intermediate positions.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Ventil eines Verbrennungsmotors mit zwei einander in axialer Richtung gegenüberstehenden Elektromagneten mit Ringpolen und mit einem inner­ halb der Ringpole in axialer Richtung beweglichen, auf dem Ventil­ schaft befestigten Anker.The invention relates to a valve actuation device for a Valve of an internal combustion engine with two each other in the axial direction opposing electromagnets with ring poles and with an inner half of the ring poles movable in the axial direction, on the valve fixed anchor.

Eine Ventilbetätigungsvorrichtung dieser Art ist in der WO 87/00 239 beschrieben. Da die Kraftwirkung zwischen einer Polfläche und dem Anker sehr stark mit dem Abstand abnimmt, ist eine Beschleunigung des Ventils nur bei abgeschaltetem Elektromagneten und mit Hilfe von Federn möglich. Dieses beeinträchtigt die Ventilsteuerung. Insbeson­ dere ist eine Beeinflussung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils nicht möglich.A valve actuation device of this type is described in WO 87/00 239. Because the force between a pole face and the anchor decreases very much with distance, is an acceleration the valve only when the electromagnet is switched off and with the help of Springs possible. This affects the valve control. In particular This is an influence on the speed of movement of the valve not possible.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Ventilbetäti­ gungsvorrichtung, die eine schnelle und gezielte Ventilumschaltung und auch die Einstellung des Ventils auf Zwischenstellungen erlaubt.The object of the invention is to provide a valve actuator supply device that allows a quick and targeted valve switching and the setting of the valve to intermediate positions is also allowed.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ringpole topfförmig mit stirnseitigen Konzentrierungskeilen ausgebil­ det sind, die eine zylinderförmige Kammer für den Anker begrenzen.This object is achieved according to the invention in that the Ring poles pot-shaped with concentration wedges on the front are det, which define a cylindrical chamber for the armature.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als die Umschaltung allein elektromagnetisch unter Anwendung der Kon­ zentrierungskeile ermöglicht wird. Die Ventilsteuerung läßt sich ganz dem Bedarf des Verbrennungsmotors anpassen. Insbesondere im Teillast­ bereich sind Zwischenstellungen der Ventile möglich. Dadurch kann die Drosselklappe entfallen. Durch Festlegung der Bewegungsphasen lassen sich die Ladung und der Restgasanteil genau steuern. Insgesamt ergeben sich erhebliche Vorteile in Verbrauch, Laufverhalten und Abgasemis­ sion.The invention differs from the prior art in that than switching electromagnetic only using the con centering wedges is made possible. The valve control can be completely adapt to the needs of the internal combustion engine. Especially in partial load intermediate positions of the valves are possible. This allows the Throttle valve is omitted. Leave by specifying the movement phases the charge and the residual gas content are precisely controlled. Total result there are significant advantages in fuel consumption, running behavior and exhaust emissions sion.

Pwm-modulierte Ansteuerimpulse ermöglichen die Ansteuerung von Zwischenstellungen derart, daß die pwm-Modulation in Abhängigkeit von einer Positionsbestimmung des Ventils geregelt wird. PWM-modulated control pulses enable the control of Intermediate positions such that the pwm modulation as a function of a position determination of the valve is regulated.  

Zur besseren Führung des Magnetfeldes ist vorgesehen, daß zwi­ schen den Spulen und den Konzentrierungskeilen ein ferromagnetischer Ring angeordnet ist.For better guidance of the magnetic field it is provided that between between the coils and the concentration wedges a ferromagnetic Ring is arranged.

Eine Stabilisierung der Anordnung wird dadurch erreicht, daß in Anlage an jeden Konzentrierungskeil jeweils ein unmagnetisches Form­ stück vorgesehen ist.A stabilization of the arrangement is achieved in that A non-magnetic form is attached to each concentration wedge piece is provided.

Eine Festlegung des Ventilschaftes und eine Nachgiebigkeit in der Schließstellung erreicht man dadurch, daß der Anker hohl ausgebildet ist und den Ventilschaft unter Vorspannung durch eine Feder in Anlage an eine Abstandhülse aufnimmt.A fixation of the valve stem and a flexibility in the The closed position is achieved by making the armature hollow and the valve stem is pre-stressed by a spring on a spacer sleeve.

Zur Gewährleistung hoher Füllfaktoren sind die Spulen aus Folien ausgebildet. Die Lagebestimmung kann jeweils mit Hilfe der nichtbe­ stromten Spule erfolgen. Man kann auch einen gesonderten Lagesensor vorsehen.To ensure high filling factors, the coils are made of film educated. The location can be determined with the help of the not flowed coil. You can also use a separate position sensor provide.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:An embodiment of the invention is described below Explained with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ventilbetätigungsvorrichtung, Fig. 1 shows a section through a valve operating device,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Verbrennungsmotor, Fig. 2 shows a section through an internal combustion engine,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Ventilbetätigungsvorrichtung und Fig. 3 is a block diagram of the valve actuation device and

Fig. 4 Stromverlaufpläne. Fig. 4 current flow diagrams.

Fig. 1 zeigt eine Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Ventil 12 eines in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Verbrennungsmotors. Der Ven­ tilschaft 3 des Ventils 12 ist in einer Führung 13 geführt. FIG. 1 shows a valve actuation device for a valve 12 of an internal combustion engine shown in section in FIG. 2. The Ven valve stem 3 of the valve 12 is guided in a guide 13 .

Je eine Spule 1 beziehungsweise 2 bildet zusammen mit einem An­ kergegenstück oder Ringpol 5 beziehungsweise 6 einen Elektromagneten. Jeder Ringpol 5 und 6 ist topfförmig ausgebildet und endet stirnseitig in einen ringförmigen Konzentrierungskeil 11, dessen ringförmiger Grat auf der Innenseite des topfförmigen Ringpoles liegt. Ein derartiger Konzentrierungskeil bewirkt eine starke Konzentrierung des magneti­ schen Flusses und damit eine hohe Feldstärke. Zur Rückführung des je­ weiligen Magnetflusses ist ein ferromagnetischer Ring 8 vorgesehen. Unmagnetische Formstücke 9 und 10 dienen zur Versteifung der Struktur.Each coil 1 or 2 forms an electromagnet together with a counterpart or ring pole 5 or 6 . Each ring pole 5 and 6 is cup-shaped and ends at the end in an annular concentration wedge 11 , the annular ridge of which lies on the inside of the cup-shaped ring pole. Such a concentration wedge causes a strong concentration of the magnetic flux and thus a high field strength. A ferromagnetic ring 8 is provided for returning the respective magnetic flux. Non-magnetic fittings 9 and 10 serve to stiffen the structure.

Die Ringpole 4 und 5 umschließen eine zylindrische Kammer, in der ein käfigförmiger Anker 6 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Innerhalb des Ankers befindet sich eine Abstandhülse 14, in der der Ventilschaft 3 geführt ist. Ein Bund 15 des Ventilschaftes 3 stützt sich an der Abstandhülse 14 ab. Eine Feder 7 hält den Ventilschaft 3 in Anlage und legt den Bund an der Abstandhülse 15 fest. In Öffnungsrichtung des Ventils 12 ist somit eine formschlüssige Anlage sicherge­ stellt. In Schließrichtung des Ventils 12 ist eine nachgiebige Anlage vorgesehen. Eine Rückstellfeder 17 stellt eine definierte Ruheposition des Ventils sicher, so daß die Ventile im Falle einer Stromlosigkeit diese Ruheposition einnehmen. Die Ruheposition ist die geschlossene Ventilposition.The ring poles 4 and 5 enclose a cylindrical chamber in which a cage-shaped armature 6 is arranged so as to be displaceable in the axial direction. A spacer sleeve 14 , in which the valve stem 3 is guided, is located within the armature. A collar 15 of the valve stem 3 is supported on the spacer sleeve 14 . A spring 7 holds the valve stem 3 in contact and fixes the collar on the spacer sleeve 15 . In the opening direction of the valve 12 , a form-fitting system is thus Sicherheitge. A flexible system is provided in the closing direction of the valve 12 . A return spring 17 ensures a defined rest position of the valve, so that the valves assume this rest position when there is no current. The rest position is the closed valve position.

Fig. 2 zeigt zwei Ventile 12 und 12 jeweils mit Ventilbetäti­ gungsvorrichtung an einer Zylinderkammer 16 eines Verbrennungsmotors. Es handelt sich um ein Einlaßventil und ein Auslaßventil. Fig. 2 shows two valves 12 and 12, each with Ventilbetäti supply device on a cylinder chamber 16 of an internal combustion engine. It is an inlet valve and an outlet valve.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild für die Spulen 1 und 2. Die An­ steuerung erfolgt von einem Mikrocomputer, der die noch näher zu be­ schreibenden Ansteuerimpulse für den Spulenstrom liefert. Zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit ist eine aktive Unterdrückung der Abschal­ timpulse vorgesehen. Außerdem wird über einen Differentialtransforma­ tor, der mit einer Meßfrequenz beschickt wird, ein Meßsignal zur Posi­ tionsbestimmung des Ankers ausgekoppelt, damit die Position des Ankers geregelt werden kann. Fig. 3 shows the block diagram for the coils 1 and 2. The control is carried out by a microcomputer, which supplies the drive pulses for the coil current, which will be described in more detail below. To increase the switching speed, active suppression of the switch-off timpulse is provided. In addition, a measuring signal for determining the position of the armature is coupled out via a differential transformer, which is charged with a measuring frequency, so that the position of the armature can be regulated.

Die Steuerimpulse sind zweckmäßigerweise pulsweitenmoduliert. Man arbeitet mit einer hohen Schaltspitze, um große Beschleunigungen zu bewirken. Zur genauen Festlegung der Ausgangslage und des Umschaltzeit­ punkts wird die jeweils als Haltespule wirksame Spule bestromt. Der Impuls wird im Umschaltzeitpunkt gleichzeitig mit der Bestromung der jeweiligen Umschaltspule abgeschaltet, wobei die induktiven Abschalt­ ströme aktiv unterdrückt werden.The control pulses are expediently pulse width modulated. Man works with a high switching peak in order to accelerate cause. For precise definition of the starting position and the switchover time the coil acting as a holding coil is energized at all times. The At the time of the switchover, the pulse is generated simultaneously with the energization of the respective switch-over coil switched off, the inductive switch-off currents are actively suppressed.

Fig. 4 zeigt für verschiedene Ventilstellungen die jeweiligen Stromverläufe. In der Schließstellung des Ventils 12 wird die Spule 1 bestromt. Die Spule 1 wird mit pwm-modulierten Impulsen angesteuert. In der Spule 1 fließt ein Haltestrom i, der einen vergleichsweise ge­ ringen Wert haben kann.4 shows the respective current profiles for different valve positions. In the closed position of the valve 12 , the coil 1 is energized. Coil 1 is controlled with pwm-modulated pulses. In the coil 1 flows a holding current i, which can have a comparatively low value.

Zur vollen Öffnung des Ventils 12 wird die Ansteuerung der Spule 1 unterbrochen und die Spule 2 wird angesteuert. Zur ersten Beschleu­ nigung fließt ein großer Ansteuerstrom. Die Ansteuerimpulse werden allmählich auf den Haltewert herabgesetzt.To fully open the valve 12 , the actuation of the coil 1 is interrupted and the coil 2 is actuated. A large drive current flows for the first acceleration. The drive pulses are gradually reduced to the hold value.

Es ist auch eine teilweise Öffnung des Ventils 12 möglich. Für diese Ansteuerung werden sowohl die Spule 1 als auch die Spule 2 mit entsprechend pwm-modulierten Impulsen angesteuert. Es ist eine Rege­ lung durch Lagemessungen und entsprechende Nachführung der Ansteuerim­ pulse möglich.A partial opening of the valve 12 is also possible. For this control, both the coil 1 and the coil 2 are controlled with pwm-modulated pulses. Control is possible through position measurements and corresponding tracking of the control pulses.

Bei Annäherung an die gewünschte Endlage oder Zwischenlage wird der in die jeweils andere Richtung ziehende Elektromagnet zum Bremsen bestromt, um das Ventil prellfrei und schwingungsfrei in die Ziellage zu führen.When approaching the desired end position or intermediate position the electromagnet pulling in the other direction for braking energized to the valve bounce-free and vibration-free in the target position respectively.

Claims (6)

1. Ventilbetätigungsvorrichtung für ein Ventil eines Verbren­ nungsmotors mit zwei einander in axialer Richtung gegenüberstehenden Elektromagneten mit Ringpolen und mit einem innerhalb der Ringpole in axialer Richtung beweglichen, auf dem Ventilschaft befestigten Anker, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringpole (4, 5) topfförmig mit stirn­ seitigen Konzentrierungskeilen (11) ausgebildet sind, die eine zylin­ derförmige Kammer für den Anker (6) begrenzen.1. Valve actuating device for a valve of a combus- tion engine with two electromagnets opposite each other in the axial direction with ring poles and with an inside the ring poles movable in the axial direction, attached to the valve stem anchor, characterized in that the ring poles ( 4 , 5 ) pot-shaped with forehead Side concentration wedges ( 11 ) are formed, which limit a cylindrical chamber for the armature ( 6 ). 2. Ventilbetätigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß pwm- modulierte Ansteuerimpulse in Abhängigkeit von einer Positionsbestim­ mung des Ventils geregelt werden.2. Valve actuating device, characterized in that pwm- modulated control pulses depending on a position determination regulation of the valve. 3. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spulen (1, 2) und den Konzentrie­ rungskeilen (11) ein ferromagnetischer Ring (8) angeordnet ist.3. Valve actuating device according to claim 1 or 2, characterized in that between the coils ( 1 , 2 ) and the concentrating approximately wedges ( 11 ) a ferromagnetic ring ( 8 ) is arranged. 4. Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Anlage an jeden Konzentrierungskeil (11) jeweils ein unmagnetisches Formstück (9, 10) vorgesehen ist.4. Valve actuating device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in each case a non-magnetic shaped piece ( 9 , 10 ) is provided in contact with each concentration wedge ( 11 ). 5. Ventilbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) hohl ausgebildet ist und den Ventilschaft (3) unter Vorspannung durch eine Feder (7) in Anlage an eine Abstandhülse (14) aufnimmt.5. Valve actuating device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the armature ( 6 ) is hollow and the valve stem ( 3 ) under prestress by a spring ( 7 ) in contact with a spacer sleeve ( 14 ). 6. Ventilbetätigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß vor Bewegungsbeginn beide Spulen bestromt werden und daß zur Einleitung der Bewegung die bremsende Spule unter aktiver Unterdrückung der Schaltspitze abgeschaltet wird.6. Valve actuation device, characterized in that before Both coils are energized and that for initiation the movement of the braking coil while actively suppressing the Switching tip is switched off.