DE19741569A1

DE19741569A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19741569A1
Application number: DE19741569A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date: 1997-09-20
Filing date: 1997-09-20
Publication date: 1999-03-25

Description

Stand der Technik

Es ist z. B. aus der EP 03557938 B1 bekannt, einen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildeten Antrieb für die Betätigung eines Ventils eines Verbrennungsmotors zu nutzen. Es wird als bekannt unterstellt, daß man bei einem Motor mit derartiger Ventilbetätigung eine ruhende Hochspannungsverteilung mit Einzelfunken-Mehrfachfunkenzündspule oder Einzelfunkenspulen z. B. mit der Zündkerze kombiniert einsetzt, wie sie z. B. aus dem Bosch Taschenbuch Seite 439 ff bekannt ist.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 verringert gegenüber dem Stand der Technik Kosten und Gewicht. Das Gewicht pro Zündspule beträgt ca. 250 g, d. h. bei 4 Zylindern können 1000 g Gewicht eingespart werden. Die Tatsache, daß bei der Erfindung mindestens zwei Magnetsysteme pro Zylinder verwendet werden, kann mit geringem Aufwand eine Doppelzündung realisiert werden mit Vorteilen für die Verbrennung. Diese ist aus Gewichts- und Kostengründen wenig verbreitet. Es ist keine getrennte Befestigung der Zündspule notwendig. Es wird nur eine kurze Zündleitung benötigt. Ein Teil der elektrischen Anschlüsse kann mitbenutzt werden.

Figurenbeschreibung

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit getrennten Erregerspulen

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Doppelnutzung der Erregerspule

Fig. 3 und 5 je ein Blick auf die Ventil- und Zündkerzenanordnung eines Zylinders

Fig. 6 und 7 Diagramme zur Erläuterung der Ansteuerung der Ventile und der Zündung.

In Fig. 1 ist ein elektromagnetischer Antrieb für ein Ventil 1 eines Verbrennungsmotors gezeigt, der zwei zweipolige Elektromagnete 2 und 3 mit lamellierten Eisenkernen 4 und 5 und Erregerspulen 6 und 7 aufweist. Zwischen den Polen der Elektromagnete ist ein Anker 8 angeordnet, der mittels eines um die Achse 9 drehbaren Stabs 10 federgelagert ist. An den Anker 8 ist eine Betätigungsstange 11 angelenkt, die bei Erregung des Elektromagneten 2 das Ventil 1 gegen die Kraft einer Feder 12 öffnet. Die Federkraft der Feder 12 und die Voreinstellung der Federkraft des Drehstabs 10 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Anker 8 bei nicht erregten Elektromagneten in die ausgezogen gezeichnete Stellung gestellt wird. Es ist ein mechanisches Rastsystem mit einer Rastrolle 13 vorgesehen, die in den Endstellungen des Ankers 8 unter- bzw. oberhalb eines Teils 14 des Ankers 8 einrastet, und dann den Anker in der Endstellung ohne Erregung eines Elektromagneten festhält.

In Fig. 1 ist strichpunktiert die Stellung (8') des Ankers 8 nach Erregung des Elektromagneten 3 und Einrasten der Rastrolle 13' unter das Teil 14' des Ankers gezeigt.

Die Rastung wird durch einen gesonderten nicht gezeigten Rastelektromagneten bei Umsteuerung des Ventils rechtzeitig entrastet.

Auf den lamellierten Kern 4 des Elektromagneten 3 sind auch die Primär- 15 und Sekundärwicklungen 16 einer Einzelfunkenzündspule aufgebracht; der Eisenkern 5 wird also doppelt genutzt. Die Sekundärwicklung 16 ist mit einer Zündkerze 17 verbunden. Der Niederspannungsanschluß für die Zündspule ist mit 18 bezeichnet.

Die Fig. 2 der Zeichnung unterscheidet sich von Fig. 1 nur dadurch, daß die Erregerspule 7 für den Elektromagneten 3 weggelassen wurde und nunmehr die Primärwicklung 15 der Zündspule auch als Erregerspule für den Elektromagneten 3 genutzt wird. Die Ansteuerung für die beiden Anwendungen erfolgt mit unterschiedlichen Stromstärken, und zwar ist die Stromstärke für die Zündspule niedriger. Eine gegenseitige Störung der Aggregate ist nicht zu befürchten, weil in der Raststellung ohne Betätigung des Rastmagneten keine Ventilbetätigung erfolgt. Für die beschriebene Kombination wird vorzugsweise das Magnetsystem des Auslaßventiles vorgeschlagen.

Als Aussteuerverfahren können bewährte Verfahren eingesetzt werden, z. B. eine Zeitsteuerung oder auch eine Stromregelung, um die Kriterien Zündspannung, Zündzeitpunkt und Zündenergie zu erhalten.

Die im Anspruch 1 erwähnte einsetzbare Mehrfachfunkenzündspule kann für zwei oder mehrere Zylinder zum Einsatz kommen.

Wird entsprechend Fig. 2 nur eine Wicklung für beide Anwendungen benutzt, wobei für die Ventilbetätigung ein Impuls größerer Amplitude als für die Zündung verwendet wird, so kann man eine Zündung durch diesen Impuls dadurch vermeiden, daß man den Impuls in Stufen abbaut, also die Rückflanke des Impulses langsamer im Mittel abfallen läßt. Dies hat keinerlei negative Auswirkung auf die Ventilbetätigung. Jedoch wird die die Größe der Sekundärspannung der Zündspule bestimmende Feldänderung (dΦ/dt) der Rückflanke verkleinert, so daß die Sekundärspannung nicht zur Zündung ausreicht.

Alternativ zu den Fig. 1 und 2 könnte die beschriebene Rasteinrichtung auch wegfallen und das Festhalten in den Endstellungen durch Halteströme bewirkt werden. Vorzugsweise wird dabei für wenigstens eine Endstellung eine gesonderte Haltewicklung vorgesehen, die für diesen Zweck spezieller Weise dimensioniert werden kann.

In Fig. 3 ist schematisch ein Zylinder 20 vom Kolben her gesehen gezeigt. Er weist zwei Einlaßventile 21 und 22 und ein Auslaßventil 23 auf. Außerdem sind zwei Zündkerzen 24 und 25 vorgesehen. Die Verwendung von zwei Zündkerzen hat den Vorteil einer besseren Abgasqualität. Die beiden Zündkerzen werden über eine Primärwicklung entsprechend Fig. 1 oder 2 angesteuert, wobei zwei Hoch spannungs-Sekundärwicklungen vorgesehen werden.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung wieder mit drei Ventilen 31,32 und 33 jetzt aber mit drei Zündkerzen 34, 35 und 36, was eine weitere Steigerung der Abgasqualität mit sich bringt.

Auch vier Zündkerzen können eingesetzt werden. Auch ist die Verwendung von zwei oder vier Ventilen möglich.

In Fig. 5 ist eine 4-Ventilversion mit drei Zündkerzen gezeigt. Dabei ist ein Auslaßventil (A-Ventil) beträchtlich kleiner. Dies ist notwendig zur Reduzierung der Magnet und Ventilkräfte, da das A-Ventil gegen den Restdruck (ca. 8 bar) im Zylinder öffnen muß. Diese Auslegung ist notwendig, wenn eine Konstruktion mit kleinen beschleunigenden Massen vorliegt und dementsprechend die Rückstellfedern schwächer sind, was auch kleinere Magnete zur Folge hat.

Vorzugsweise wird als Erregerwicklung (Primärwicklung) der Zündspule die Ansteuerwicklung des Magneten verwendet, der das Ventil in die Schließstellung bringt. In der Schließstellung eines Einlaßventils und während der Verdichtung im Zylinder lastet ein großer Druck auf dem Ventil. Deshalb ist es möglich während der Einkopplung des Zündimpulses über die Primärwicklung den Haltestrom abzuschalten. Dies wird man vorzugsweise ca. 90° Kurbelwellenwinkel vor dem Zündimpuls tun. Es genügt beim Einlaßventil und Auslaßventil die Halteerregung erst wieder kurz vor dem unteren Totpunkt einzuschalten. Bei dieser 4-Ventilversion mit einem relativ kleinen Auslaßventil können anstelle von drei Zündkerzen auch eine oder zwei Zündkerzen verwendet werden.

Das kleine Auslaßventil wird zuerst erregt, so daß der große Druck bei der etwas späteren Ansteuerung des großen Auslaßventils abgebaut ist.

In Fig. 6a ist der Hubverlauf eines Zylinders mit den Extrempunkten UT und OT gezeigt. Bei t₁ erfolgt die Zündung. Die Fig. 6b und 6c zeigen den Zustand des Einlaßventils E und des Auslaßventils A, wobei diese Ventile in den gestrichelten Bereichen geöffnet sind. In der Fig. 6d ist der Druckverlauf im Zylinder aufgetragen. In den Fig. 6e und 6f sind die Ansteuerströme für den Schließmagneten (6e) und den Öffnungsmagneten (6f) des Einlaßventils aufgetragen, wobei unterstellt ist, daß beide Magnete eine zusätzliche Haltewicklung aufweisen.

Bei t₁ wird durch einen Öffnungsimpuls I_t das Einlaßventil geöffnet. Durch einen Haltestrom H₁ wird es danach in dieser Haltestellung gehalten. Bei t₂ wird ein Schließimpuls I_s auf den Schließmagneten gegeben und gleichzeitig der Haltestrom H₁ abgeschaltet. Mittels des Haltestroms H₂ wird das Ventil in der Schließstellung gehalten. Bei t₃ erfolgt die Zündung durch einen Zündimpuls I_z auf die Spule des Schließmagneten. Da in dieser Periode ein großer Druck auf dem Ventil lastet und dieses in der Geschlossenstellung hält, kann der Haltestrom H₂ für eine Periode T unterbrochen werden.

Fig. 7 zeigt die möglichen unterschiedlichen Verläufe der Impulse für die Ventilbetätigung (ausgezogener Verlauf) und für das Zünden (gestrichelter Rückflankenverlauf).

Claims

1. Verbrennungsmotor mit einem elektromagnetischem Antrieb für die Ventilbetätigung, bei dem pro Ventil zwei Elektromagnete vorgesehen sind, deren Polflächen zumindest teilweise einander zugewandt sind und mit einem zwischen diesen Polflächen hin- und herbewegbarem Anker, der bei abgeschalteten Magneten durch Federkräfte in eine Zwischenstellung gebracht und dort gehalten und bei Einschaltung eines der Elektromagneten in die Nähe der Polflächen des entsprechenden Elektromagneten gebracht wird, wobei der Anker mit dem anzutreibendem Ventil in Wirkverbindung steht, wobei weiterhin die Kerne der Elektromagneten lamelliert sind und wobei der Verbrennungsmotor eine ruhende Hochspannungsverteilung mit Einzelfunkenzündspulen oder Mehrfachfunkenzündspulen aufweist, deren Primär- und Sekundärwicklung auf einem lamellierten Kern aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der lamellierte Eisenkern (5) eines Elektromagnets (3) des Antriebs auch als Kern der Zündspule (18) verwendet wird.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Elektromagneten als Erregerwicklung (Primärwicklung) der Zündspule dient (Fig. 2).

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Elektromagneten für die beiden Einsatzarten mit unterschiedlichen Stromstärken angesteuert wird.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanke des für den Ventilantrieb eingekoppelten Impulses verlangsamt abgebaut wird.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanke in Stufen abgebaut wird.

6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder zwei Zündkerzen vorgesehen sind.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder drei Ventile vorgesehen sind.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder drei Zündkerzen vorgesehen sind.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder drei Ventile vorgesehen sind.

10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder vier Zündkerzen vorgesehen sind.

11. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder vier Ventile vorgesehen sind.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zylinder wenigstens eine und maximal vier Zündkerzen vorgesehen sind.

13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei Auslaßventilen eines gegenüber dem anderen klein dimensioniert ist.

14. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerspule des Elektromagneten für das Schließen des Ventils als Erregerwicklung (Primärwicklung) der Zündspule dient.

15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, wobei zum Halten der Schließstellung des Ventils ein Haltestrom dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom bei Erzeugung der Zündimpulse abgeschaltet wird.

16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte Haltewicklung für das Halten der Schließstellung vorgesehen ist.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom während eines Zeitraums vor und nach Erzeugung der Zündimpulse abgeschaltet ist.