DE2301753A1

DE2301753A1 - ELECTROMAGNETIC ACTUATOR AND FUEL SYSTEM FOR A COMBUSTION ENGINE WITH AN ACTUATOR OF THIS TYPE

Info

Publication number: DE2301753A1
Application number: DE19732301753
Authority: DE
Inventors: Anthony John Adey; Ronald Phillips; Peter Timothy Wooding
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1973-01-15
Publication date: 1973-07-19
Also published as: GB1422121A; FR2168350B1; FR2168350A1

Description

PATENTANWÄLTE Dipl-Ing.WERNER COHAUSZ · Dip!.-Ing. WILHELM FLORACK. DipWng. RUDOLF KNAUFPATENT LAWYERS Dipl-Ing.WERNER COHAUSZ · Dip! .- Ing. WILHELM FLORACK. DipWng. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumaniutraße 97 λλλπγ-ι4 Düsseldorf, Schumaniutraße 97 λλλπγ-ι

23Ul /bo23Ul / bo

C.A.V. LimitedC.A.V. Limited

Well StreetWell Street

GB-Birmingham I3. Januar 1973GB-Birmingham I3. January 1973

Elektromagnetisches Stellglied sowie Kraftstoffsystem für einen Brennkraftmotor mit einem Stellglied dieserElectromagnetic actuator and fuel system for an internal combustion engine with an actuator of this

ArtArt

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Stellglied in einer Ausführung mit einem Ständer und einem Läufer, die zusammen einen magnetischen Kreis bilden, dessen Hewluktanz sich entsprechend der relativen Lage der Teile ändert, und mit einer Spule, durch die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem genannten Kreis elektrischer Strom fließt, wobei sich die Teile des Stellglieds gegeneinander so bewegen, daß die Reluktanz des Kreises verringert wird. Ferner betrifft die Erfindung eih Kraftstoffsystem für einen Brennkraftmotor mit einem Stellglied dieser Art.The invention relates to an electromagnetic actuator in one Version with a stand and a runner that together form a Form a magnetic circuit, the hewluctance of which changes according to the relative position of the parts changes, and with a coil through which to generate a magnetic flux in said circuit electric current flows, the parts of the actuator move against each other so that the reluctance of the circuit decreases will. The invention also relates to a fuel system for one Internal combustion engine with an actuator of this type.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied der genannten Art in einer Form zu schaffen, die sich besonders für einen Betrieb mit schwankendem elektrischen Strom eignet.The invention is based on the object of an actuator of the aforementioned To create kind in a form that is particularly suitable for operation with fluctuating electrical current.

Erfindungsgemäß ist ein Stellglied der genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß vom Läufer und Ständer ein Teil aus einem lamellierten C-Kern besteht, der zwei Polstücke bildet, während der andere Teil einen lamellierten Aufbau aufweist, der Polelemente bildet, die an den Polstücken sitzen.According to the invention, an actuator of the type mentioned is characterized in that that one part of the rotor and stator consists of a laminated C-core, which forms two pole pieces, while the other part has a laminated structure that forms pole elements that seat on the pole pieces.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind»The invention is described below on the basis of exemplary embodiments Referring to the drawings explained in more detail. In the drawings are »

Fig. 1 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einen Stellglieds an der Linie A-A der Fig. 2,Fig. 1 is a section through an embodiment of an actuator on line A-A of Figure 2,

27 01?27 01?

309829/0 517 -2-309829/0 517 -2-

Fig. 2 eine Endansicht des in Pig» 1 gezeigten Stellglieds,Fig. 2 is an end view of the actuator shown in Pig »1;

Ii¹Ig. 3 ein Schnitt an der Linie B-B der Pig. 4» der ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stellglieds zeigt,Ii ¹ Ig. 3 a section on the line BB of the Pig. 4 »which shows a further embodiment of an actuator,

Fig. 4 ^eiⁿ Schnitt an der Linie C-G der Pig·. 3» wobei zur Vereinfachung der Darstellung der Läufer weggelassen ist,Fig. 4 ^e i ⁿ section on the line CG the Pig x. 3 »where the runner is omitted to simplify the illustration,

Fig. 5 ^eiⁿ Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispei eines Stellglieds,Fig. 5 ^e i ⁿ section through a further Ausführungsbeispei an actuator,

Fig. 6 ein Schnitt durch daß in Fig, 5 gezeigtest Stellglied,Fig. 6 is a section through that shown in Fig. 5 actuator,

Fig. 7 und 8 Ansichten ähnlich den Barstellungen in Fig, 1 und 2, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, 7 and 8 are views similar to the positions in FIGS. 1 and 2, which represent a further embodiment of the invention,

Fig. 9 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, in der eine andere Ständerausführung gezeigt ist, undFIG. 9 shows a representation similar to FIG. 2, in which another Stand design is shown, and

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems für einen Brennkraftmotor.Fig. 10 is a schematic representation of a fuel system for an internal combustion engine.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 besteht das Stellglied aus einem Ständer, bestehend aus vier 0-förmigen Kernen 10, um die jeweils stromführende Spulen 11 gewickelt sind. Die Enden der Kerne 10 bilden Polstücke, deren Flächen Bogenform haben. Die Kerne sind in Ia-Bellierter Stahlkonstruktion vorgesehen, und die Hauptpartien der Kerne erstrecken sich parallel zur Mittelachse des Stellglieds, jedoch im Abstand dazu. Die Polstücke sind im gleichen Winkel um die Achse herum angeordnet. Der Ständer sitzt in eines» Gehäuse 9.Referring to Figs. 1 and 2, the actuator consists of one Stand consisting of four 0-shaped cores 10, around each live coils 11 are wound. The ends of the cores 10 form pole pieces, the surfaces of which are arcuate. The kernels are in Ia-Bellier Steel structure is provided, and the major portions of the cores extend parallel to the central axis of the actuator, however at a distance from it. The pole pieces are at the same angle around the Axis arranged around. The stand sits in a »housing 9.

Ferner ist ein Läufer vorgesehen, der aus einer Welle 12, welche im Gehäuse gelagert ist,, und zwei Scheiben 13 besteht, die im axialen Abstand auf der Welle sitzen. Die Achse der Welle fällt irnit der genannten Achse des Stellglieds zusammen. Die Scheiben 13 bestehen jeweils aus einer Anzahl von Stahlblechen, und die Peripherie jeder Scheibe ist mit vier im gleichen Winkelabstand angeordneten bogenförmigen weggeschnittenen Partien versehen, so daß vier Polelemente I4 um die Peripherie der Scheibe herum gebildet sind. Die Scheiben I5 sind so auf der Welle angeordnet, daß die Polelemente I4 der Scheiben ausgerichtet sind. Die Welle ist durch zwei nichtmagnetische End-Furthermore, a rotor is provided which consists of a shaft 12, which is mounted in the housing, and two disks 13, which sit on the shaft at an axial distance. The axis of the shaft coincides with said axis of the actuator. The disks 13 each consist of a number of steel sheets and the periphery of each disk is provided with four equally angularly spaced arcuate cut-away portions so that four pole elements 14 are formed around the periphery of the disk. The disks I5 are arranged on the shaft so that the pole elements I4 of the disks are aligned. The shaft is separated by two non-magnetic end

309829/0517309829/0517

— ρ —- ρ -

platten des Gehäuses gelagert.plates of the housing stored.

Jedes Paar nebeneinandersitzender Kerne 10 ist entgegengesetzt polarisiert, so daß die nebeneinandersitzenden Pole des Paars nebeneinanderBitzender Kerne eine entgegengesetzte magnetische Polarität haben. Zwei nebeneinandersitzende Kerne 10 zusammen mit den Partien der Scheiben bilden deshalb einen magnetischen Kreis, dessen Reluktanz von der Ausrichtung der Polstücke der Kerne gegenüber den Polelementen 14 der Scheiben abhängt. Wenn elektrischer Strom durch die Cpulen fließt, sind die Polelemente und die Polstücke bestrebt, in eine Flucht miteinander zu wandern, um die Reluktanz des Kreises zu verringern, und damit entsteht ein Drehmoment, wobei es siehvfcersteht, daß einige der Spulen weggelassen werden können und daß auch im betreffenden Ausführungsbeispiel zwei nebeneinandersitzende Polstücke die gleiche Polarität haben können, während die anderen Polstücke die entgegengesetzte Polarität haben. Es versteht sich ferner, daß der Ständer aus irgendeiner beliebigen Anzahl von Paaren an Kernen oder selbst aus einem einzigen Kern bestehen könnte, und der Läufer v.nirde dann die entsprechende Zahl von Polelementen und Spulen oder eine Spule haben, um den gewünschten magnetischen Fluß entstehen zu lassen.Each pair of adjacent cores 10 is polarized in opposite directions, so that the poles of the pair sitting next to each other Cores have opposite magnetic polarity. Two cores 10 sitting next to each other together with the lots of the disks therefore form a magnetic circuit, its reluctance depends on the alignment of the pole pieces of the cores with respect to the pole elements 14 of the disks. When electric current through the Cpulen flows, the pole elements and the pole pieces are eager to move in an escape with each other to wander around the reluctance of the circle too decrease, and thus a torque is created, whereby it is evident that that some of the coils can be omitted and that also in the embodiment in question two pole pieces sitting next to each other can have the same polarity while the other pole pieces have the opposite polarity. It is also understood that the stator could consist of any number of pairs of cores, or even a single core, and the rotor v. then the corresponding number of pole elements and coils or have a coil to create the desired magnetic flux permit.

Unter Bezugnahme auf Pig. J und 4besteht der Ständer aus zwei CSförmigen Kernen, deren Ebadpartien eine bogenförmige Innenfläche bilden. Die Fläche ist ausgespart, so daß jede Endpartie zwei Polstücke 16 bildet. Der Läufer besteht aus einer Welle 17» die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mittelpartie quadratischen Querschnitts hat. Auf der Welle sitzen vier weitere C-Kerne 18, deren Endpartien eich radial nach außen erstrecken, um Polelemente 19 zu bilden, deren Außenflächen Bogenform haben. Die Kerne 15 und 18 zusammen mit den zugehörigen Polstücken 16 und den Polelementen 19 sind aus Stahlblechen gebildet, und in diesem Ausführungsbeispiel wird eine einzige Spule, die getrichelt in Fig. 5 gezeigt ist, zur Bildung des magnetischen Flusses vervendet. In diesem Ausführungsbeispiel entstehen unter Außerachtlassen des Leckens vier magnetische Stromkreise, und jederReferring to Pig. J and 4, the stand consists of two CS-shaped ones Cores, the Ebad parts of which form an arched inner surface. the The surface is recessed so that each end portion forms two pole pieces 16. The rotor consists of a shaft 17 »which in the present exemplary embodiment has a central part of square cross-section. Four more C-cores 18 sit on the shaft, the end parts of which are radially calibrated extend outward to form pole elements 19, the outer surfaces thereof Have arch shape. The cores 15 and 18 together with the associated Pole pieces 16 and the pole elements 19 are formed from steel sheets, and in this embodiment a single coil, which is shown dashed in Fig. 5 to form the magnetic Used river. In this embodiment, ignoring the leakage, four magnetic circuits are created, and each

- 4 309829/0517 - 4 309829/0517

Stromkreis besteht aus einem der Kerne zusammen mit den zugehörigen Polelementen 19 und einer Partie des Kerns 15 zusammen mit zwei PoI-stücken 16. Wenn elektrischer Strom durch die Spule fließt, bewegen sich die Polelemente 19» um die Reluktanz des magnetischen Kreises zu verringern, und damit entsteht ein Drehmoment. Es versteht sich in diesem Ausführungsbeispiel, daß alle Polstücke 16 an einem Ende des Stellglieds die gleiche magnetische Polarität haben. ¥ie in Fig. 3 und 4 gezeigt.ist, sitzen die Kerne 15 in einem Trägerkörper mit Sndplatten für die Lager der Welle, wobei der Trägerkörper aus nichtmagiietischem Material gebildet ist.Circuit consists of one of the cores along with the associated Pole elements 19 and a part of the core 15 together with two PoI-pieces 16. When electric current flows through the coil, the pole elements 19 »move by the reluctance of the magnetic circuit to decrease, and thus a torque is created. It goes without saying in this embodiment that all pole pieces 16 at one end of the actuator have the same magnetic polarity. ¥ ie in Fig. 3 and 4 shown, the cores 15 sit in a carrier body with End plates for the bearings of the shaft, with the support body made of non-magical Material is formed.

Eine andere Ausführung im Vergleich zu der in Pig. 3 und 4 gezeigten ist in Pig. 5 und- 6 gezeigt. In dieser Ausführung bleibt der Läufer der gleiche, der Ständer ist jedoch in der Porm vierer getrennter C-Kerne 17 vorgesehen, die nach innen zeigen und Polstücke 18 bilden. Es versteht sich, daß zwar vier Kerne sowohl am Ständer als auch am •Läufer vorgesehen sind, aber jede beliebige Anzahl von Kernen vorgesehen sein kann.Different execution compared to the one in Pig. 3 and 4 shown is in Pig. 5 and 6 shown. In this version, the runner remains the same, but the stator is provided in the form of four separate C-cores 17 facing inward and forming pole pieces 18. It goes without saying that although four cores are provided on both the stator and the rotor, any number of cores are provided can be.

In Pig. 7 und· 8 ist ein Stellglied gezeigt, bei dem der Läufer wie in dem in Pig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, während der Ständer im wesentlichen die in Pig. 3 τιηά 4 gezeigte Porm hat. In diesem Pail ist jeder Kern des Ständers mit einer Spule versehe».. In der in Pig. 9 gezeigten Anordnung wird der Läufer in Pig. 1 und 2 verwendet, während ader Ständer aus vier C-Kernen besteht, deren sich nach ©innen erstreckende Endpartien 19 εο ausgebildet sind, daß bogenförmige Polstücke gebildet werden.In Pig. 7 and 8, an actuator is shown in which the rotor as in the one in Pig. 1 and 2 is shown, while the stand is essentially the same as in Pig. 3 τιηά 4 shown Porm Has. In this pail each core of the stator is provided with a coil ».. In the in Pig. The arrangement shown in Fig. 9 is the runner in Pig. 1 and 2 used, while the stand consists of four C-cores, whose inwardly extending end portions 19 are formed are that arcuate pole pieces are formed.

Eine Alternativausführung (nicht dargestellt) arbeitet mit einem Läufer, wie er in Pig. 3 gezeigt ist, während der Ständer aus zwei im axialen Abstand angeordneten ringförmigen Teilen besteht, die aus lamelliertem Material gefertigt sind und den Läufer umgeben. JederAn alternative version (not shown) works with a rotor, like him in Pig. 3 is shown, while the stator consists of two axially spaced annular parts, which from Laminated material are made and surround the runner. Everyone

Teil ist mit sich nach innen erstreckenden Polstücken versehen, die in ihrer Lage und Zahl den Poleleiaenten entsprechen, die an einem Ende des Läufers gebildet sind.Part is provided with inwardly extending pole pieces that correspond in their position and number to the pole elements that belong to one End of the runner are formed.

- 5 309829/0517 - 5 309829/0517

In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist eine Spule auf jedes Polstück zweier diametral gegenüberliegender Polstücke eines der ringförmigen Teile aufgewickelt»In a particular embodiment, a coil on each pole piece of two diametrically opposed pole pieces is one of the coiled ring-shaped parts »

Es versteht sich, daß Ständer, wie sie in !"ig» J5, 4 und 5 sowie 6 dargestellt sind, aus jeder beliebigen Zahl von Kernpaaren oder selbst aus einem einzigen Kern bestehen können.It goes without saying that stands such as those in! "Ig» J5, 4 and 5 and 6 can consist of any number of core pairs or even a single core.

Die vorstellend besdriebenen Ausführungen haben einen besonderen Vorteil, wenn die Spule oder Spulen mit einer fluktuierenden elektrischen Netzspannung verbunden sind, beeispielsweise einem in Impulsen ankommenden Gleichstrom. Der lameliierte Aufbau, mit dem gearbeitet wird, verringert die Hysterese und den Wirbelstromverlust, so daß das Ansprechen auf das Indern des mittleren elektrischen Stroms seitens des Stellglieds verbessert wird.The explanations described in the introduction have a special one Advantage if the coil or coils with a fluctuating electrical Mains voltage are connected, for example one in pulses incoming direct current. The laminated structure that is used reduces hysteresis and eddy current loss, so that the response to the inducing of the average electric current from the actuator side is improved.

Jedes der beschriebenen Stellglieder kann direkt oder indirekt verwendet werden, um die Einstellung einer Kraftstoffregelstange einer Kraftstoffpumpe zu bestimmen, die für die Zuleitung <von Kraftstoff zu einem Brennkraftmotor vorgesehen ist. Vie in Pig 10 dargestellt, isb der Brennkraftmotor bei 20 gezeigt, die Kraftstoffpumpe bei 21. Die Pumpe wird über eine geeignete Antriebsverbindung durch den Brennkraftmotor angetrieben, so daß dem Motor Kraftstoff synchron dazu zugelietet wird. Die«Pumpe weist eine Regelstange 27 auf, die mit dem Stellglied 22 verbunden ist.Any of the actuators described can be used directly or indirectly to determine the setting of a fuel control rod of a fuel pump, which is used for the supply of fuel is provided to an internal combustion engine. Vie depicted in Pig 10, The internal combustion engine is shown at 20, the fuel pump at 21. The pump is driven by the internal combustion engine via a suitable drive connection, so that fuel is synchronized with the engine is rented for this. The "pump has a control rod 27 which is connected to the actuator 22.

Der mittlere Strom, der in den Wicklungen des Stellglieds fließt, wird durch einen Verstärker 2j5 bestimmt, zu dem ein Ausgangstransistor gehört, der in der Schaltfunktion arbeitet. Der Vert des mittleren Stroms bestimmt die Einstellung der Regelstange, und diese ist durch Federkraft in Richtung auf eine Position gespannt, in der die I-iindestmenge an Kraftstoff dem Motor zugeleitet wird. Der Eingang des Verstärkers 25 ist mit dem Ausgang einer Regelschaltung 24 verbunden, der Bingangssignale von Wandlern 25, 26 zugeleitet werden. Der Wand-The mean current flowing in the windings of the actuator is determined by an amplifier 2j5 to which an output transistor who works in the switching function. The vert of the middle Current determines the setting of the control rod, and this is tensioned by spring force in the direction of a position in which the minimum amount of fuel is supplied to the engine. The input of the amplifier 25 is connected to the output of a control circuit 24, the input signals from converters 25, 26 are fed. The wall-

309829/0517309829/0517

ler liefert ein Signal, das einen Bedarf am Motor anzeigt, beispielsweise die Drehzahl, und der Wandler 26 liefert ein Signal» das die Istdrehzahl des Motors anzeigt. Die Hegelschaltung· verarbeitet die von den Wandlern empfangenen Signale und liefert ein Eegelsignal an den Verstärker, um die Kraftstoffmenge einzustellen, die dem Motor zugeleitet wird, und zwar entsprechend dem Bedarf_rund darüber hinaus wird dadurch sichergestellt, daß die maxianiel Drehzahl des Hotors einen sicheren V/ert nicht überschreitet. Die Segelschaltung kann außerdem ein Signal von einem Wandler empfangen, der eine Anzeige für die Position der Regelstange liefert, wobei dieses Signal verwendet wird, um eine Formgebung der Kraftstoff/Drehzahlkurven des ,Kraftstoffsystems zu ergeben.It supplies a signal which indicates a demand on the engine, for example the speed, and the converter 26 supplies a signal which indicates the actual speed of the engine. The Hegel circuit processes the signals received from the transducers and supplies a level signal to the amplifier in order to adjust the amount of fuel that is fed to the engine according to the demand _r and, in addition, it ensures that the maximum speed of the hotor is safe V / ert does not exceed. The coasting circuit may also receive a signal from a transducer providing an indication of the position of the control rod, which signal is used to shape the fuel / speed curves of the fuel system.

Pat exempt

309829/OS 1 7309829 / OS 1 7

Claims

1.Jlülektromagnetisehes actuator in a version with a
TTtänder and a runner, which together form a magnetic circuit
form, the reluctance of which changes according to the relative position of the parts, and with a coil through which to generate a
magnetic flux in said circuit electric current
flows, the parts of the actuator move against each other so that the reluctance of the circuit is reduced, characterized in that one part of the rotor and stator consists of a laminated C-core forming two pole pieces, while the other part is a laminated structure which forms pole elements that sit on the pole pieces.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the
Stator consists of several C-cores, the end parts of which are directed inwards, in such a way that the pole pieces are created, the main body parts of the cores extending axially opposite the axis of rotation of the rotor.

J. Actuator according to Claim 2, characterized in that the rotor consists of two axially spaced discs, which are laminated and have such a shape that the pole elements * duck educated cind.

4. Actuator according to claim 5, characterized in that the
Disks sit on a rotating Uelle, which is mounted in bearings, which are carried by a housing that encloses the stand.

5. Ctellglied according to claim 2, characterized in that the runner consists of several other C-I nuclei, with the body parts of the further cores are parallel to the axis of rotation of a shaft which forms part of the dc-ε rotor, with 6-ie end portions of the cores for ■ Cildtiii £ eggs Poleleuente are directed outwards.

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β. Actuator according to Claim 1, characterized in that "- the cores sit on a Uelle which forms part of the rotor, the cores having outwardly directed openings which form the pole pieces, and the stator consists of two axially spaced elements having inwardly extending pole elements.

7. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that that a single excitation coil is provided which is concentric to the axis of the rotor or rotor.

8. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that that one or more excitation coils are provided, the main body part or parts of one or more of the above Enclose C cores.

9. Fuel system for an internal combustion engine with a Puupe for supplying fuel to the engine, which has a control rod, the position of which determines the fuel bend that is supplied to the engine by the pump, and with an actuator according to one of claims 1 to 8, characterized by determining the position of the control rod by the actuator, an amplifier aum electrical drive of the actuator, a control circuit for determining the output of the amplifier, means for supplying a requirement signal to the control circuit and further means for supplying a; Motordrehsahl the reproducing signal to the control circuit ·, wherein the control circuit, the signals thus processed άε £ a control signal vrir.d passed to the amplifier, such that the eng Hotor zugleitcte Kraftstffmenge is set.

10. Fuel system after. Claim 9 »characterized in that the amplifier has an output trmnsi st or in the switching function is working.

11. Fuel system according to claim 5, characterized by further

309 8 29/051-7309 8 29 / 051-7

sur Lieforuiig ^{1 of} a further signal as a reproduction of the Itegelstange to the control circuit, with the further

for the shaping of the fuel / Drehaahl curves of the fuel j'stetis "

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