SE542805C2 - Elektriskt aktiverad ventilaktuator för en internförbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och en anordning för elektrisk styrning av ventilaktuator vid en 2-takts eller 4-takts förbränningsmotor där aktuatorn innefattar en solenoid (A), en plunger (5) och en fjäder (6), varvid motorn har åtminstone en cylinder (1) med minst en fritt styrbar motorventil med en ventiltallrik (10) med tillhörande ventilskaft (11) och en ventilfjäder (4) där ett avstånd (7) finns anordnat mellan plungerns nedre ände och ventilskaftets övre ände samt där luft tillförs, eller avgaser evakueras från, ett förbränningsrum (3) förbi en undre del av ventilskaftet med ventiltallriken via åtminstone en kanal (2) i cylindern, varvid ventilaktuatorn är aktiverbar för att öppna motorventilen. Uppfinningen kännetecknas av att motorventilens öppnande inleds efter aktivering av solenoiden där den påföljande accelerationen av plungern bringar dess nedre ände till anslag mot ventilskaftets övre ände för inledande öppning av ventilen.

Description

Elektriskt aktiverad ventilaktuator för en internförbränningsmotor Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och arrangemang vid en fritt styrbar elektriskt aktiverad ventilaktuator för styrning och reglering av gasflödet vid 2- eller 4-taktsmotorer.

Fritt styrbara ventiler möjliggör förbättrad verkningsgrad samt påtagligt lägre emissioner, dvs renare avgaser. Ventilaktuatorer kan även vara pneumatiskt eller hydrauliskt aktiverade.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en ny aktuatorteknik. En elektriskt styrd elektromekanisk ventilaktuator som är enkel i sin uppbyggnad, energieffektiv och som förmår att snabbt öppna och stänga en motorventil i en motors cylinderhuvud. Detta syfte uppnås genom att uppfinningen erhållit de i patentkraven angivna kännetecknen.

Tekniken innebär användning av en solenoid och en motorventilfjäder som på sedvanligt sätt håller ventilen stängd och att nyttja en här kallad "hammareffekt" då motorventilen skall öppnas.

Ett känt problem vid användning av solenoider för att öppna motorventiler är att de måste vara starka för att övervinna kraften i den mekaniska fjäder, motorventilfjädern, som håller ventilen stängd. En nackdel är att med styrka följer storlek och tyngd i den rörliga järnkärnan, plungern, vars kraft skall övervinna motorventilfjäderns stängande kraft. Järnkärnans och ventilfjäderns massa tillsammans med ventilfjäderns kraft motverkar möjligheten till en kort duration, dvs. en kort tid från att ventilen är stängd till att den är fullt öppen och åter stängd. Föreliggande uppfinning kännetecknas av att under durationen är i huvudsak inte järnkärnans massa involverad. Genom att järnkärnan väsentligen inte ingår i motorventilens rörelse ges möjlighet till en påtagligt kort duration. Tekniken drar nytta av järnkärnans tyngd och omvandlar nämnda nackdel till en fördel, "hammareffekten".

Uppfinningen skall nu beskrivas i samband med visade utföringsexempel, där figurerna 1-14 schematiskt visar utföringsexempel där ett datorbaserat motorstyrsystem med erforderliga givare för vevvinkelgrad och elektronik för att läsa av vevvinkelgrad och styra erforderliga solenoider m.m. förutsätts befintligt och därför inte behöver åskådliggöras. Ev. tändstift eller bränsleinsprutare är inte heller behövligt att visas och detsamma gäller även förbränningskammaren omgiven av cylinderväggar och kolv.

Fig. 1 visar ett utgångsläge vid avstängd motor med en delvis skuren vy från sidan av ett cylinderhuvud 1 med en kanal 2 för tillförsel av luft med eller utan bränsle till, eller evakuering av avgaser från, en förbränningskammare 3 förbi en vanlig ventiltallrik 10. En motorventil består av ventiltallriken med ventilskaft 11.

Motorventilen hålls på sedvanligt vis stängd via en fjäder 4 och en sedvanlig fjäderbricka 8 håller fjädern med viss inspänning på plats. Vidare visas en solenoid A med en järnkärna, plunger 5. En fjäder 6 håller plungern 5 i ett hemmaläge då solenoiden A inte är aktiverad. Det råder ett avstånd 7, en accelerationssträcka, mellan ventilskaftets 11 övre del och plungerns 5 undre del. Att plungern har stor massa framgår inte av figuren, det får förstås. När plungern är helt eller delvis befintlig i solenoiden omgärdas den i solenoiden befintliga delen av plungern av en lindning bestående av koppartråd. När elektricitet leds till lindningen skapas ett magnetfält som attraherar eller repellerar plungern. I detta fall attraheras plungern av omgivande magnetfält men det rakt motsatta förhållandet skulle med bibehållen uppfinningsenliga princip kunna råda. En plunger har ett befintligt stopp i solenoiden där dess kraft är maximal, ett naturligt stopp. Detta stopp är inte visat men ska förstås.

Fig. 2 visar motorventilen i fortsatt stängt läge inför exv. motorstart. Solenoiden A har aktiverats och plungern 5 har accelererats under sträckan 7 till den punkt där den träffar ventilskaftets 11 övre ände varvid plungerns rörelseenergi närmast momentant överförs till ventilskaftet, "hammareffekten".

Fig. 3 visar motorventilen i en begynnande öppningsrörelse. Plungern har i huvudsak överlåtit all sin rörelseenergi till motorventilen vars rörelse mot öppet läge är i häftig acceleration. Plungerns rörelse fortsätter ytterligare en liten bit tills plungern når sitt naturliga stopp i solenoiden.

Fig. 4 visar motorventilen i fullt öppet läge där den vänder. Det framgår att den enda rörliga massan i detta skede är den minsta möjliga massan bestående av motorventilen med sitt skaft, fjäderbricka samt fjäder. Kortast möjliga duration erhålls. Vanligt är att fjäderns rörliga massa anses utgöra cirka en tredjedel av fjäderns vikt.

Fig. 5 visar att motorventilens skaft når plungern inför eller i en begynnande rörelse mot sitt hemmaläge när motorventilen ska stänga för kanalen 2. En kort anpassad tillförsel av energi till solenoiden bringar motorventilens rörelse att bromsa in varvid en mjuk tillbakagång i motorventilens säte möjliggörs.

Fig. 6 visar motorventilen återförd till sitt utgångsläge enligt fig. 1. Men plungern är ännu i kontakt med ventilskaftet.

Fig. 7 visar även plungern återförd till sitt utgångsläge med assistans av fjädern 6.

Fig. 8 t.o.m. fig. 14 visar i princip samma förfarande som fig. 1 t.o.m. fig. 7. Men en kort mekanisk fjäder 4 är anordnad i ett, i en yttre mekanisk fjäder 9, befintligt centralt utrymme. Fjädern 4 visas väsentligt styvare (starkare), har påtagligt större fjäderkonstant, än fjädern 9 som åskådliggörs väsentligt mindre styv (svagare). Syftet med detta arrangemang är att åstadkomma en synnerligen kort duration. När enligt fig. 9 plungern träffar ventilskaftet, avståndet 7 är eliminerat, får motorventilen en väsentligt högre hastighet än när motsvarande sker enligt fig. 2. När fjäderbrickan 8 slår an mot fjädern 4 överförs en påtagligt stor andel av motorventilens rörelseenergi, fig. 11, till fjädern 4 som bringar den öppnande rörelsen att snabbt upphöra och vända rörelsen till en stängande rörelse, fig. 12. Motorventilen kan sägas studsa mot fjädern 4 som inte måste som här visat utgöras av en mekanisk fjäder utan kan utgöras av någon annan typ av fjäder.

Uppfinningen är inte begränsad till beskrivna utföringsexempel utan modifikationer kan göras inom ramen förde följande angivna patentkraven.

Claims (7)

PATENTKRAV

1. Förfarande för elektrisk styrning av ventilaktuator vid en 2-takts eller 4-takts förbränningsmotor där aktuatorn innefattar en solenoid (A), en plunger (5) och en fjäder (6), varvid aktuatorns fjäder (6) håller plungern i ett hemmaläge då solenoiden inte är aktiverad, varvid motorn har åtminstone en cylinder (1) med minst en fritt styrbar motorventil med en ventiltallrik (10) med tillhörande ventilskaft (11) och en ventilfjäder (4) där ett avstånd (7) finns anordnat mellan plungerns nedre ände och ventilskaftets övre ände, samt där luft tillförs, eller avgaser evakueras från, ett förbränningsrum (3) förbi en undre del av ventilskaftet med ventiltallriken via åtminstone en kanal (2) i cylindern, varvid ventilaktuatorn är aktiverbar för att öppna motorventilen, kännetecknat av att motorventilens öppnande inleds efter aktivering av solenoiden där den påföljande accelerationen av plungern bringar dess nedre ände till anslag mot ventilskaftets övre ände för inledande öppning av ventilen, och av att plungerns rörelse fortsätter tills att rörelsen avbryts då plungern når sitt stopp i solenoiden och att motorventilens öppnande rörelse fortsätter tills att ventilfjäderkraft bringar rörelsen att upphöra varvid motorventilen inleder sin återgång mot ventilsätet.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att ventilskaftets övre ände når plungerns nedre ände innan motorventilen når fram till ventilsätet varvid en inbromsning av motorventilens stängande rörelse uppstår.

3. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att precis innan motorventilen når ventilsätet aktiveras anpassat kortvarigt solenoiden för att bromsa motorventilens rörelse, så att en mjuk tillbakagång i ventilsätet möjliggörs.

4. Anordning för elektrisk styrning av ventilaktuator vid en 2-takts eller 4-takts förbränningsmotor och för utförande av förfarandet enligt krav 1, varvid ventilaktuatorn innefattar en solenoid (A), en plunger (5) och en fjäder (6), varvid ventilaktuatorns fjäder (6) är anordnad att hålla plungern i ett hemmaläge då solenoiden inte är aktiverad, varvid motorn har åtminstone en cylinder (1) med minst en fritt styrbar motorventil med en ventiltallrik (10) med tillhörande ventilskaft (11) och en ventilfjäder (4) där ett avstånd (7) finns anordnat mellan plungerns nedre ände och ventilskaftets övre ände, samt där luft tillförs, eller avgaser evakueras från, ett förbränningsrum (3) förbi en undre del av ventilskaftet med ventiltallriken via åtminstone en kanal (2) i cylindern, varvid ventilaktuatorn är aktiverbar för att öppna motorventilen, kännetecknad av att plungern (5) är anordnad med dess nedre ände positionerad för anslag mot ventilskaftets övre ände för inledande öppning av ventilen efter aktivering av solenoiden, varvid plungern är försedd med ett stopp i solenoiden så att plungern kan fortsätta sin öppnande rörelse tills plungern når nämnda stopp, och varvid motorventilen är anordnad för fortsätt öppnande rörelse efter att plungern nått sitt stopp tills att ventilfjäderns (4) kraft bringar rörelsen att upphöra.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att motorventilens ventilfjäder innefattar en kort mekanisk fjäder (4) anordnad i ett centralt utrymme i en yttre mekanisk fjäder (9), varvid den korta mekaniska fjädern (4) uppvisar väsentligt högre fjäderkonstant jämfört med den yttre mekaniska fjädern (9).

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknat av att den korta mekaniska fjädern (4) är väsentligt styvare och har påtagligt större fjäderkonstant jämfört med den yttre mekaniska fjädern (9).

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att en fjäderbricka (8) är anordnad att slå an mot den korta mekaniska fjädern (4) för upptagning av motorventilens rörelseenergi till den korta mekaniska fjädern (4) för bromsning och vändning av rörelsen till en stängande rörelse.