EP1120549B1 - Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einem mit Gasfedern ausgerüsteten elektro-magnetischen Aktor - Google Patents

Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einem mit Gasfedern ausgerüsteten elektro-magnetischen Aktor Download PDF

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EP1120549B1
EP1120549B1 EP00126374A EP00126374A EP1120549B1 EP 1120549 B1 EP1120549 B1 EP 1120549B1 EP 00126374 A EP00126374 A EP 00126374A EP 00126374 A EP00126374 A EP 00126374A EP 1120549 B1 EP1120549 B1 EP 1120549B1
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EP
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armature
piston
gas
pneumatic springs
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Hans-Jörg Steffens
Frank Meissner
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Bayerische Motoren Werke AG
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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
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates according to the preamble of claim 1 to a Valve control for internal combustion engines equipped with a gas spring Electromagnetic actuator, in which one with a gas exchange valve in drive connection standing armature between a closing magnet and an opening magnet is arranged to oscillate against restoring forces of the gas springs, wherein the separated by means of the armature gas springs from a rechargeable Memory a gas metered via controllable valves and from the gas springs via controllable drain valves gas is drained.
  • Such a valve control is known for example from US 5,611,303, the interaction of the metering valves and the discharge valves of the gas springs designed with regard to a stroke-adjustable actuator.
  • the Gas spring formed essentially by a piston-like tube, the on Half length is divided over an anchor section.
  • the invention is based on the object, the generic valve control simple structure so that variable spring characteristics in conjunction achieved with a controlled stop damping, wherein the stop damping additionally or independently of the drain valves can be influenced.
  • each chamber a pressure-controlled against a return spring slidable piston comprises, over its degree of displacement a corresponding compression pressure between Separating piston or armature and the respective end face of the closing magnet and the Opening magnet is effected.
  • both the spring stiffness and advantageously also the impact damping are influenced, for example, at relatively soft spring characteristic and fast acting piston achieves a high damping is.
  • a gas displacement is effected for Separating one in the closed position of the gas exchange valve by means of a permanent magnet on the front side of the closing magnet held separating piston or Ankers, the pressure-controlled in the closed position when stopping the engine is arranged.
  • volume-variable chamber according to the invention can thus with appropriate control of the piston as a breakaway device held on the closing magnet Serve anchor.
  • the invention is based on an embodiment schematically illustrated in the drawing described.
  • a valve control 1 for unillustrated internal combustion engines comprises a electro-magnetic actuator 2 with gas springs 3 and 4, one with a gas exchange valve 5 in drive connection armature 6 between a closing magnet 7 and an opening magnet 8 against restoring forces of the gas springs. 3 and 4 is arranged oscillating.
  • the gas springs 3 and 4 is made of a rechargeable Memory 9 by means of lines 9 ', 9 "a gas metered via controllable valves 10, wherein from the gas springs 3 and 4 via controllable discharge valves 11 gas is drained.
  • the invention proposes that the armature 6 as a slidably disposed in a cylinder 12 of the actuator 2 tightly Separating piston 13 is formed between two gas springs 3 and 4, and that the metering valves 10 and the drain valves 11 as a function of Load ranges of the internal combustion engine controlled the setting of adapted spring characteristics serve, wherein the respective gas spring 3, 4 beyond the limiting End face 7 'and 8' of the closing magnet 7 and the opening magnet 8 with a controlled / regulated volume variable chamber 14 in each magnet 7, 8 in Connection stands.
  • each chamber 14 includes a pressure controlled against a return spring 15 displaceable piston 16, via whose Dimension of the displacement a corresponding compression end pressure between separating piston 13 and armature 12 and the respective end face 7 'and 8' of the closing magnet 7 and the opening magnet 8 is effected.
  • the chambers 14 can each be controlled separately or jointly be, which, for example, with separate control of the chambers 14 in the Gas springs 3 and 4 different spring characteristics are to be realized.

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Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einem mit Gasfedem ausgerüsteten elektro-magnetischen Aktor, bei dem ein mit einem Gaswechselventil in Antriebsverbindung stehender Anker zwischen einem Schließmagneten und einem Öffnungsmagneten gegen Rückstellkräfte der Gasfedern oszillierend angeordnet ist, wobei den mittels des Ankers voneinander getrennten Gasfedern aus einem aufladbaren Speicher ein Gas über ansteuerbare Ventile zugemessen und aus den Gasfedern über ansteuerbare Ablass-Ventile Gas abgelassen ist.
Eine derartige Ventilsteuerung ist beispielsweise aus der US 5,611,303 bekannt, wobei das Zusammenspiel der Zumess-Ventile und der Ablass-Ventile der Gasfedern im Hinblick auf einen hubverstellbaren Aktor gestaltet ist. Weiter sind die Gasfedem im wesentlichen durch ein kolbenartig geführtes Rohr gebildet, das auf halber Länge über einen Ankerabschnitt unterteilt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Ventilsteuerung bei einfachem Aufbau so weiterzubilden, dass variable Federkennlinien in Verbindung mit einer gesteuerten Anschlagdämpfung erzielt sind, wobei die Anschlagdämpfung zusätzlich bzw. unabhängig von den Ablass-Ventilen beeinflussbar ist.
Diese Aufgabe ist mit dem Patenanspruch 1 dadurch gelöst, dass der Anker als ein in einem Zylinder des Aktors gleitbeweglich dicht angeordneter Trennkolben zwischen beiden Gasfedern ausgebildet ist, und dass die Zumess-Ventile und die Ablass-Ventile in Abhängigkeit von Lastbereichen der Brennkraftmaschine gesteuert der Einstellung angepasster Federkennlinien dienen, wobei die jeweilige Gasfeder jenseits der begrenzenden Stirnseite des Schließmagneten bzw. des Öffnungsmagneten mit einer gesteuert/geregelt volumenvariablen Kammer im jeweiligen Magneten in Verbindung steht.
Mit der erfindungsgemäßen Kombination ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass mit den volumenvariablen Kammern sowohl die Federkennlinie als auch die Anschlag-Dämpfung sowohl jeweils für sich als auch in gegenseitiger Abhängigkeit beeinflussbar sind, wobei mit den volumenvariablen Kammern gegenüber den gesteuerten Ablass-Ventilen gesonderte bzw. unabhängig ansteuerbare Dämpfungsmittel aufgezeigt sind.
In Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass jede Kammer einen druckgesteuert gegen eine Rückstellfeder verschiebbaren Kolben umfasst, über dessen Maß der Verschiebung ein entsprechender Verdichtungsdruck zwischen Trennkolben bzw. Anker und der jeweiligen Stirnseite des Schließmagneten und des Öffnungsmagneten bewirkt ist.
Mit dieser Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise sowohl die Federsteifigkeit als auch die Anschlagdämpfung beeinflusst werden, wobei beispielsweise bei relativ weicher Federkennlinie und schnell wirksamen Kolben eine hohe Dämpfung erzielbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, dass über die Kammer im Schließmagneten mittels eines druckgesteuert beschleunigten Kolbens beim Start der Brennkraftmaschine eine Gasverdrängung bewirkt ist zum Trennen eines in Schließstellung des Gaswechselventils mittels eines Dauermagneten an der Stirnseite des Schließmagneten gehaltenen Trennkolbens bzw. Ankers, der beim Abstellen der Brennkraftmaschine druckgesteuert in der Schließstellung angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße volumenvariable Kammer kann also bei entsprechender Ansteuerung des Kolbens als Losbrech-Einrichtung für den am Schließmagneten gehaltenen Anker dienen.
Schließlich bezieht sich ein weiterer Vorschlag darauf, dass die Kammern jeweils gesondert oder gemeinsam angesteuert sind, wobei beispielsweise mit der gesonderten Ansteuerung der Kammern für jede der Gasfedem eine andere Federkennlinie zu verwirklichen ist.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Eine Ventilsteuerung 1 für nicht dargestellte Brennkraftmaschinen umfasst einen elektro-magnetischen Aktor 2 mit Gasfedern 3 und 4, wobei ein mit einem Gaswechselventil 5 in Antriebsverbindung stehender Anker 6 zwischen einem Schließmagneten 7 und einem Öffnungsmagneten 8 gegen Rückstellkräfte der Gasfedem 3 und 4 oszillierend angeordnet ist. Den Gasfedern 3 und 4 ist aus einem aufladbaren Speicher 9 mittels Leitungen 9', 9" ein Gas über ansteuerbare Ventile 10 zugemessen, wobei aus den Gasfedem 3 und 4 über ansteuerbare Ablass-Ventile 11 Gas abgelassen ist.
Zur Erzielung variabler Federkennlinien bei einfachem Aufbau des Aktors 2 in Verbindung mit einer gesteuerten Anschlagdämpfung, die zusätzlich bzw. unabhängig von den Ablass-Ventilen 11 beeinflussbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Anker 6 als ein in einem Zylinder 12 des Aktors 2 gleitbeweglich dicht angeordneter Trennkolben 13 zwischen beiden Gasfedern 3 und 4 ausgebildet ist, und dass die Zumess-Ventile 10 und die Ablass-Ventile 11 in Abhängigkeit von Lastbereichen der Brennkraftmaschine gesteuert der Einstellung angepasster Federkennlinien dienen, wobei die jeweilige Gasfeder 3, 4 jenseits der begrenzenden Stirnseite 7' bzw. 8' des Schließmagneten 7 bzw. des Öffnungsmagneten 8 mit einer gesteuert/geregelt volumenvariablen Kammer 14 im jeweiligen Magneten 7, 8 in Verbindung steht.
Zur Erzielung einer vorbestimmten Federsteifigkeit einerseits und einer vorbestimmten Anschlag-Dämpfung andererseits umfasst jede Kammer 14 einen druckgesteuert gegen eine Rückstellfeder 15 verschiebbaren Kolben 16, über dessen Maß der Verschiebung ein entsprechender Verdichtungsenddruck zwischen Trennkolben 13 bzw. Anker 12 und der jeweiligen Stirnseite 7' bzw. 8' des Schließmagneten 7 bzw. des Öffnungsmagneten 8 bewirkt ist.
Weiter ist über die Kammer 14 im Schließmagneten 7 mittels eines druckgesteuert beschleunigten Kolbens 16 beim Start der Brennkraftmaschine eine Gasverdrängung bewirkt zum Trennen eines in Schließstellung des Gaswechselventils 5 mittels eines Dauermagneten 17 an der Stirnseite 7' des Schließmagneten 7 gehaltenen Trennkolbens 13 bzw. Ankers 12, der beim Abstellen der Brennkraftmaschine druckgesteuert in dieser Schließstellung angeordnet ist.
Mit dieser Anordnung können sämtliche beim Stillstand der Brennkraftmaschine geschlossen gehaltenen Gaswechselventile beim Start der Brennkraftmaschine zunächst ohne Bestromung der jeweiligen Magnete rasch von der Halteposition gelöst werden und bei eingeschalteten Schließ- und Öffnungsmagneten rasch angeschwungen werden.
Schließlich können die Kammern 14 jeweils gesondert oder gemeinsam angesteuert sein, womit beispielsweise bei gesonderter Ansteuerung der Kammern 14 in den Gasfedem 3 und 4 unterschiedliche Federkennlinien zu verwirklichen sind.

Claims (4)

  1. Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einem mit Gasfedern ausgerüsteten elektro-magnetischen Aktor,
    bei dem ein mit einem Gaswechselventil (5) in Antriebsverbindung stehender Anker (6) zwischen einem Schließmagneten (7) und einem Öffnungsmagneten (8) gegen Rückstellkräfte der Gasfedern (3, 4) oszillierend angeordnet ist, wobei
    den mittels des Ankers (6) voneinander getrennten Gasfedern (3, 4) aus einem aufladbaren Speicher (9) ein Gas über ansteuerbare Ventile (10) zugemessen und
    aus den Gasfedem (3, 4) über ansteuerbare Ablass-Ventile (11) Gas abgelassen ist,
       dadurch gekennzeichnet,
    dass der Anker (6) als ein in einem Zylinder (12) des Aktors (2) gleitbeweglich dicht angeordneter Trennkolben (13) zwischen beiden Gasfedem (3, 4) ausgebildet ist, und
    dass die Zumess-Ventile (10) und die Ablass-Ventile (11) in Abhängigkeit von Lastbereichen der Brennkraftmaschine gesteuert der Einstellung angepasster Federkennlinien dienen, wobei
    die jeweilige Gasfeder (3, 4) jenseits der begrenzenden Stirnseite (7', 8') des Schließmagneten (7) bzw. des Öffnungsmagneten (8) mit einer gesteuert/geregelt volumenvariablen Kammer (14) im jeweiligen Magneten (7, 8) in Verbindung steht.
  2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass jede Kammer (14) einen druckgesteuert gegen eine Rückstellfeder (15) verschiebbaren Kolben (16) umfasst, über
    dessen Maß der Verschiebung ein entsprechender Verdichtungsenddruck zwischen Trennkolben (13) bzw. Anker (6) und der jeweiligen Stirnseite (7', 8') des Schließmagneten (7) und des Öffnungsmagneten (8) bewirkt ist.
  3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass über die Kammer (14) im Schließmagneten (7) mittels eines druckgesteuert beschleunigten Kolbens (16) beim Start der Brennkraftmaschine eine Gasverdrängung bewirkt ist zum Trennen eines in Schließstellung des Gaswechselventils (5) mittels eines Dauermagneten (17) an der Stirnseite (7') des Schließmagneten (7) gehaltenen Trennkolbens (13) bzw. Ankers (6), der
    beim Abstellen der Brennkraftmaschine druckgesteuert in dieser Schließstellung angeordnet ist.
  4. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (14) jeweils gesondert und/oder gemeinsam angesteuert sind.
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