DE102011115462A1

DE102011115462A1 - Elektromagnetischer Ventiltrieb mit mechanischer Hubaktorabbremsung

Info

Publication number: DE102011115462A1
Application number: DE102011115462A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-11

Abstract

Es wird ein Elektromagnetischer Ventiltrieb (EMVT), insbesondere für Brennkraftmaschinen nach dem Feder-Masse-Schwinger Prinzip (Schwingankerprinzip) vorgestellt, bei dem die oberen und unteren Ankerumkehrpunkte über ein Luft Dämpfungssystem passiv oder aktiv gedämpft werden. Dies ist für Hubankeraktuatoren von besonderer Bedeutung, da sie steuerungsmäßig bisher nur schwer zu beherrschen sind. Die Entwicklung bezieht sich daher insbesondere auf die mechanische Abbremsung von Hubankern, die ansonsten mit großer Geschwindigkeit in Richtung Ventilsitz fahren, was ein entsprechend unkomfortables und materialbelastendes hartes und lautes Aufsitzen des Ventiltellers auf den Ventilsitz nach sich zieht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromagnetischen Ventiltrieb (EMVT) nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Ventilsteuerungen der zuvor genannten Art sind in unterschiedlichen Technologien wie z. B. Hubaktuatorausführungen und Drehaktuatorausführungen bekannt und in der Entwicklung, wobei Hubaktuatoren bisher noch keine Serienanwendung erfahren haben.
Der im Stand der Technik beschriebene Feder-Masse-Schwinger (Schwingankerprinzip) ist hinsichtlich der Öffnungs- und Schließzeiten eines Ventils vollvariabel und daher zur Steuerung von Gaswechselventilen gut geeignet. Hubaktuatoren sind bisher steuerungsmäßig noch schwer zu beherrschen, da deren Anker mit großer Geschwindigkeit in Richtung Hubmagnet, bzw. die damit mechanisch verbundenen Ventilteller, in Richtung Ventilsitz fahren, was wegen des harten und lauten Aufsitzens der Ventilteller auf den Ventilsitz entsprechend unkomfortabel und materialbelastend ist. Daher wird mit großer Intensität geforscht ein sogenanntes „Softlanding” des Ventiltellers auf den Ventilsitz mit geeigneten Regler Parametrierungen zu erreichen.
In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit vier Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1 einen vereinfachten Längsschnitt des elektromagnetischen Aktuators (1), wobei die Ankerplatte (12) durch die Schwingerdruckfedern (8, 16) bei nicht erregten Elektromagnetspulen (11, 13) nach dem Schwingankerprinzip in der Mittellage bei halbem Hub gehalten wird.
2 eine Situation bei der die nach Erregung der Elektromagnetspule (11) die Ankerplatte (12) in der Aktion „Ventil schließen” in Richtung der Polfläche (10) gezogen worden ist und der Druckteller (4) damit den oberen Wendepunkt erreicht hat. Weiter wurden die Belüftungsöffnung (5n) durch die Belüftungsöffnungen (27n, 27'n) ersetzt.
3 die umgekehrte Situation wie unter 2 beschrieben bei der Aktion „Ventil öffnen”, wobei die Belüftungsöffnungen (27n, 27'n) ersatzlos entfallen und das Bremszylindergehäuse (2) das Luftdruck Ein-Auslass Ventil (28) und den Drucksensor (29), der mit dem Zentralen Motor Management korrespondiert, aufweist.
4 der elektromagnetische Aktuator (30) eine Modifikation, bei der der Druckteller (33) eine Doppelfunktion aufweist, in dem er zum einen als Stützteller für die Schwingdruckfeder (35) fungiert und zum anderen den positiven Druck im Druckraum (32) erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Ventilsteuerung vorzuschlagen, die insbesondere das harte Aufsitzen des Ventiltellers auf den Ventilsitz vermindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einer ersten Ausführungsform der als Schwingsystem ausgebildete elektromagnetische Aktuator (1) in dem Aktuatorgehäuse (9, 15) mit den einzeln ansteuerbaren Elektromagnetspulen (11, 13) und der Ankerplatte (12), die kraft- oder formschlüssig mit dem Ventilschaft (18) verbunden ist, wobei sich die entgegen gerichteten Schwingerdruckfedern (8, 16) gegen die Abstützteller (22, 17) abstützen, wobei im nicht erregten Zustand der Elektromagnetspulen (11, 13) der Druckteller (4), der die Innenwandung des Bremszylindergehäuses (2) nicht berührt, sondern damit einen luftgefüllten Ringspalt bildet der zwischen dem Druckraum (3) und dem Druckraum (6) eine Strömungsverbindung ermöglicht. Wird nun die Elektromagnetspule (11) in Richtung „Ventil schließen” erregt, so fährt der Druckteller (4) mit hoher Geschwindigkeit in den Druckraum (3) und wird nach Passage der Belüftungsöffnungen (5n) die Luft darin komprimieren und somit den Ventilteller (19) schonend auf dem Ventilsitzring (26) aufsitzen lassen. Die Ringfläche zwischen dem Bremszylindergehäuse (2) und die Höhe und der Durchmesser des Drucktellers (4) sind so ausgelegt, dass keine Zeitverschiebungen im Taktablauf entstehen. Der entstehende positive Druck im Druckraum (3) kann dazu beitragen, die Richtungsumkehr des Drucktellers (4) und damit auch die des Ventiltellers (19) energiesparend zu unterstützen. Wird die Elektromagnetspule (13) in Richtung „Ventil öffnen” erregt, so fährt der Druckteller (4) in den Druckraum (6) und bildet auch hier einen positiven Druck der einen weichen Umkehrpunkt ermöglicht. Der elektromagnetische Aktuator (1) hat durch die Gleitlager (20, 22) eine reibungsarme Zweipunktaufhängung.
Bezugszeichenliste

1: elektromagnetischer Aktuator
2: Bremszylindergehäuse
3: Druckraum
4: Druckteller
5: Belüftungsöffnung
6: Druckraum
7: Belüftungsöffnung
8: Schwingerdruckfeder
9: Aktuatorgehäuse
10: Polfläche
11: Elektromagnetspule
12: Ankerplatte
13: Elektromagnetspule
14: Polfläche
15: Aktuatorgehäuse
16: Schwingerdruckfeder
17: Druckteller
18: Ventilschaft
19: Ventilteller
20: Gleitlager
21: Belüftungsöffnung
22: Druckteller
23: Gleitlager
24: Zwischenboden
25: Bremszylinderinnenwandung
26: Ringspalt
27: Belüftungsöffnung
27': Belüftungsöffnung
28: Luftdruck Ein-Auslass Ventil
29: Drucksensor
30: Luftdrucksensor
31: Bremszylindergehäuse
32: Druckraum
33: Druckteller
34: Belüftungsöffnung
35: Schwingdruckfeder
36: Gleitlager
37: Druckraum
38: Bremszylinderinnenwandung
39: Ringspalt
40: elektromagnetischer Aktuator
41: Druckraum

Claims

Elektromagnetische Ventilsteuerung zur Steuerung eines Stellgliedes, insbesondere eines Gaswechselventils von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktuator (1, 40) am Aktuatorgehäuse (9) das kraft- oder formschlüssig damit verbundene Bremszylindergehäuse (2, 31) mit den Belüftungsöffnungen (5n, 27n, 27'n, 34n), den Belüftungsöffnung (7n, 34n), den Zwischenboden (24) mit dem hermetisch dichten Gleitlager (23), den Druckteller (4, 33), wobei sich die Bremszylinderinnenwandung (25, 38) des Bremszylindergehäuses (2, 31) durch den Ringspalt (26, 39) nicht physikalisch mit dem Druckteller (4, 33) berührt, aufweist und so zueinander beabstandet sind, dass in den Druckräumen (3, 6, 32, 37, 39, 37) beim Durchfahren des Drucktellers (4, 33) ein positiver Druck gebildet wird, dessen Größe durch die Dimension des Ringspaltes (26, 39) in Bezug zur Höhe und Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Drucktellers (4, 33) gesetzt werden kann, wobei nach 3 das Bremszylindergehäuse (2) das Luftdruck Ein-Auslass Ventil (28), über das in den Druckraum (41) unterschiedliche Drücke einbringen kann und den Drucksensor (29) aufweist.
Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Druckteller (4, 33) und/oder die Bremszylinderinnenwandung (25) von ihren zylinderförmigen Geometrien abweichen können.
Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerplatte (12, 33) die Funktion des Drucktellers (4, 33) übernimmt und dazu von einem Bremszylindergehäuse mit Belüftungsöffnungen nach 1 bzw. 2 umgeben wird.