PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004007420T2 31.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001450013
Titel Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einem solchen Aktuator
Anmelder Peugeot Citroën Automobiles S.A., Velizy-Villacoublay, FR
Erfinder Sedda, Emmanuel, 78700 Conflans Sainte Honorine, FR;
Fageon, Christophe, 92120 Montrouge, FR;
Guerin, Stephane, 92250 La Garenne Colombes, FR;
Yonnet, Jean-Paul, 38240 Meylan, FR
Vertreter Konle, T., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 81247 München
DE-Aktenzeichen 602004007420
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 17.02.2004
EP-Aktenzeichen 043000868
EP-Offenlegungsdatum 25.08.2004
EP date of grant 11.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse F01L 9/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromechanisches Ventilbetätigungsglied für einen Verbrennungsmotor sowie einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Ventilbetätigungsglied.

Ein elektromechanisches Betätigungsglied 100 (1) für das Ventil 110 umfasst mechanische Mittel, wie die Federn 102 und 104, sowie elektromechanische Mittel, wie die Elektromagnete 106 und 108, um die Position des Ventils 110 über elektrische Signale zu steuern.

Zu diesem Zweck wird der Ventilteller des Ventils 110 gegen den Schaft 112 einer Magnetplatte 114 angelegt, die sich zwischen beiden Elektromagneten 106 und 108 befindet.

Fließt ein Strom durch die Spule 109 des Elektromagneten 108, wird dieser aktiviert und dadurch die Magnetplatte 114 angezogen, die mit dem Elektromagneten in sog. "oberer" Position in Berührung kommt.

Die gleichzeitige Bewegung des Schafts 112 bewirkt, dass die Feder 102 das Ventil 110 in geschlossener Stellung halten kann, wobei der Ventilteller des Ventils 110 den Ventilsitz 111 erreicht und den Austausch von Gas zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Zylinders 117 verhindert.

Fließt in analoger Weise (nicht abgebildet) ein Strom in der Spule 107 des Elektromagneten 106 – wobei der Elektromagnet 108 deaktiviert ist –, wird der Elektromagnet 106 aktiviert und dadurch die Magnetplatte 114 angezogen, die mit dem Elektromagneten in Berührung kommt und den Schaft 112 durch Zusammendrücken der Feder 102 – mit Hilfe der Feder 104 – bewegt, so dass der Schaft 112 auf das Ventil 110 wirkt und es öffnet, wobei der Ventilteller von seinem Ventilsitz 111 entfernt wird, um z.B. einen Einlass oder eine Einspritzung von Gas in den Zylinder 117 zu ermöglichen. Dann befindet sich das Ventil in sog. "unterer" Position.

Auf diese Weise wechseln Ventil 110 und Magnetplatte 114 zwischen festen Stellungen, die als Schaltwechselstellungen bezeichnet werden, und vorübergehenden Bewegungen zwischen diesen beiden Stellungen.

Anderseits kann das Betätigungsglied 100 mit den Magneten 118 (Elektromagnet 108) und 116 (Elektromagnet 106) versehen werden, die zur Reduzierung der Energie bestimmt sind, die zum Halten der Magnetplatte 114 in einer Schaltwechselstellung, d.h. in Berührung mit einem Elektromagneten, erforderlich ist. Solche Elektromagnete werden nachfolgend als magnetisierte bzw. gepolte Elektromagnete bezeichnet.

Die bekannten Betätigungsglieder haben den Nachteil, dass sie eine beträchtliche Energie zum Halten des Ventils in einer Schaltwechselstellung benötigen, wobei dieses Halten keine Antriebsleistung an das Fahrzeug liefert.

Außerdem erzeugen sie ein beträchtliches Betriebsgeräusch wegen der Berührung der Magnetplatte mit dem Elektromagneten.

Das Dokument US-6198370 beschreibt ein elektromechanisches Ventilbetätigungsglied für einen Verbrennungsmotor. Dieses Ventilbetätigungsglied umfasst eine Magnetplatte, die sich zwischen einem oberen und einem unteren Elektromagneten bewegt.

Das Ventilbetätigungsglied nach der US-6198370 umfasst Mittel, um die Bewegungen der Magnetplatte in herkömmlicher Weise durch beide Elektromagneten und durch die mechanischen Rückstellwirkungen der Feder auf die Magnetplatte (vgl. Spalte 3, Zeile 66 sowie Spalte 4, Zeile 9) zu steuern. Die Bewegungen der Magnetplatte werden also nicht „ausschließlich durch den ersten Elektromagneten und die mechanische Rückstellwirkung derart gesteuert, dass die Magnetplatte Hin- und Rückbewegungen ausgehend von der entfernten Stellung ausführt."

Außerdem wird bei der US-6198370 die Geschwindigkeit der Magnetplatte zu Null, wenn die Magnetplatte eine Schaltwechselstellung erreicht hat. Gleichwohl kehrt sich die Bewegungsrichtung der Magnetplatte nicht um, sobald diese Schaltwechselstellung erreicht ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird mindestens einer dieser Nachteile behoben. Die Erfindung basiert auf der Feststellung, dass die durch einen Elektromagneten auf eine Magnetplatte ausgeübte Wirkung sich mit einer höheren Genauigkeit und in einem größeren Bereich steuern lässt, wenn der Elektromagnet gepolt ist, wie nachfolgend an Hand von 2 erläutert wird.

2 zeigt die Kräfte F (auf der y-Achse, in N), die auf eine Magnetplatte durch einen gepolten Elektromagneten (Kurve 2021) und durch einen nicht gepolten Elektromagneten (Kurve 206) – durch den gleichen Strom versorgt – ausgeübt werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Abstand e (x-Achse 208 in mm) zwischen dem Elektromagneten und der Magnetplatte.

Man sieht, dass die durch den nicht gepolten Elektromagneten ausgeübte Kraft (Kurve 206) – durch einen Strom i versorgt – stark in Abhängigkeit von dem Abstand sinkt.

In der Tat ist die durch den nicht gepolten Elektromagneten ausgeübte Kraft nicht linear; sie ist nämlich umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Abstandes und proportional zu dem Quadrat der Stromstärke des Versorgungsstroms für den Elektromagneten.

Im Falle eines gepolten Elektromagneten, der durch einen dem obigen Strom identischen Strom i (Kurve 2021) versorgt ist, sinkt dagegen die durch das Betätigungsglied ausgeübte Kraft weniger schnell in Abhängigkeit von dem Abstand e.

So weist die Variation der durch den gepolten Elektromagneten ausgeübten Kraft eine höhere Linearität auf als die Variation der durch den nicht gepolten Elektromagneten ausgeübten Kraft. Dies ermöglicht eine bessere Steuerung dieser Kraft bei der Bewegung der Magnetplatte.

Es muss betont werden, dass bei Sättigung der Magnetplatte durch das Magnetfeld des Elektromagneten die durch diesen ausgeübte Kraft weniger stark ansteigt, wenn der Abstand kleiner wird. Dies ist anhand der Kurve 2021' der Kurve 2021 ersichtlich.

Die vorliegende Erfindung basiert auch auf der Feststellung, dass die durch den gepolten Elektromagneten auf eine Magnetplatte ausgeübte Kraft in der Lage ist, die mechanische Rückstellkraft auf die Magnetplatte zu kompensieren, selbst wenn die Magnetplatte von dem Elektromagneten entfernt ist.

Zu diesem Zweck wird ermittelt man die durch den Elektromagneten ausgeübte Kraft bei unterschiedlichen, abnehmenden Versorgungsstromwerten (Kurven 2022, 2023, 2024) sowie die durch die Feder auf die Magnetplatte ausgeübte mechanische Kraft (Kurve 210), und zwar in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Magnetplatte und dem Elektromagneten.

Wenn der Abstand einen derartigen Wert hat, dass der Ventilteller vom Ende des Schafts der Magnetplatte entfernt ist, so muss die durch den gepolten Elektromagneten ausgeübte Kraft nur die mechanische Kraftwirkung der zu der Magnetplatte gehörigen Feder ausgleichen, da die zu dem Ventilteller gehörige Feder durch die Schaltwechselstellung des Ventils festgehalten wird.

Wird z.B. der Elektromagnet mit einem Strom gemäß Kurve 2023 versorgt, so ist bei einem Abstand, der unter dem Wert des Ventilspiels liegt, die durch den Elektromagneten ausgeübte Kraft gleich der mechanischen Kraft.

Letztlich resultiert die Erfindung aus der Erkenntnis, dass ein beträchtlicher Versorgungsstrom zum Halten eines Ventils in einer Schaltwechselstellung erforderlich ist, auch wenn diese Haltekraft nicht benötigt wird, um die Schritte für den Gaseinlass und -auslass in den bzw. aus dem Zylinder durchzuführen.

Aus diesem Grund betrifft die vorliegende Erfindung ein elektromechanisches Ventilbetätigungsglied für einen Verbrennungsmotor, mit einem gepolten Elektromagneten, der eine magnetische Wirkung auf eine Magnetplatte ausübt, die einer mechanischen Rückstellkraft ausgesetzt ist, wobei die magnetische Wirkung die mechanische Kraft ausgleichen und die Magnetplatte in einer Distanzstellung von dem Elektromagneten halten kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsglied Mittel umfasst, um die Bewegungen der Magnetplatte ausschließlich durch den Elektromagneten und durch die mechanischen Rückstellwirkungen derart zu steuern, dass die Magnetplatte Hin- und Rückbewegungen ausgehend von der Distanzstellung ausführt.

Dank der Erfindung werden Berührungen zwischen Magnetplatte und Elektromagnet vermieden und der Betrieb des Betätigungsglieds verursacht ein stark verringertes Geräusch.

Außerdem sinkt der Stromverbrauch des Betätigungsglieds, da die Bewegung der Magnetplatte durch einen einzigen Elektromagneten gesteuert wird.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Ventilbetätigungsglied Mittel, welche bewirken, dass die Distanzstellung der Magnetplatte einer offenen Stellung des Ventils entspricht.

Nach einer Ausführungsform umfasst das Ventilbetätigungsglied Mittel zum Entfernen der Magnetplatte von dem Elektromagneten, indem dessen Versorgungsstrom auf Null gebracht oder in seiner Richtung umgekehrt wird.

Nach einer Ausführungsform wird die Magnetplatte in einem derartigen Abstand gehalten, dass der Schaft des Ventils von einem Schaft der Magnetplatte, die dieses Ventil steuert, entfernt ist.

Nach einer Ausführungsform weist der Elektromagnet eine E-Form mit einem Mittelschenkel und zwei Seitenschenkeln auf, wobei der Querschnitt der Magnetplatte kleiner als der Querschnitt der Seitenschenkel und/oder kleiner als die Hälfte des Querschnitts des Mittelschenkels ist.

Nach einer Ausführungsform weist der Elektromagnet eine E-Form auf, wobei ein Magnet am Ende eines der Schenkel gegenüber der Magnetplatte befestigt ist.

Nach einer Ausführungsform wird die mechanische Rückstellwirkung durch mindestens eine Feder erzeugt.

Die Erfindung betrifft auch einen Verbrennungsmotor mit einem elektromechanischen Ventilbetätigungsglied für den Verbrennungsmotor, das einen gepolten Elektromagneten und eine bewegliche Magnetplatte umfasst, die einer mechanischen Rückstellwirkung ausgesetzt ist. Erfindungsgemäß entspricht das Ventilbetätigungsglied einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

1 (schon beschrieben) zeigt ein bekanntes Ventilbetätigungsglied,

2 ist ein Diagramm der auf eine Magnetplatte durch verschiedene Betätigungsglieder ausgeübten Kräfte,

3 zeigt ein Ventilbetätigungsglied, das sich gemäß der Erfindung steuern lässt,

4a bis 4d sind Diagramme für verschiedene Funktionsweisen des in 3 dargestellten Ventilbetätigungsgliedes,

5a und 5b zeigen zwei Stellungen eines erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsgliedes.

Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst ein Ventilbetätigungsglied 301 einen Elektromagneten 300 in E-Form und eine bewegliche Magnetplatte 302 in der Nähe des Elektromagneten 300.

Es entsteht ein Magnetkreis, der einerseits gebildet wird durch den Mittelschenkel 304 mit dem Querschnitt Sc und die Seitenschenkel 306 mit dem Querschnitt Sc/2 des Elektromagneten 300, und anderseits durch die Magnetplatte 302 mit dem Querschnitt Sp.

Um dennoch die auf die Magnetplatte durch den gepolten Elektromagneten ausgeübte Kraft zu erhöhen, lässt sich der erzeugte Magnetfluss durch Reduzierung des Querschnitts der Seitenschenkel 306 derart konzentrieren, dass der Querschnitt Sc des mittleren Schenkels des Elektromagneten größer als der zweifache Querschnitt Sc der Seitenschenkel ist.

Eine solche Konzentration des Magnetflusses ermöglicht die Erzeugung von beträchtlichen Induktionen in dem Luftspalt durch Einsatz von Magneten mit schwachem Remanenzmagnetfeld, wie beispielsweise Magneten aus Ferrit oder Verbundmaterialien.

Anderseits ist der Querschnitt Sp der Magnetplatte gleich dem Querschnitt Sc/2 des Magnetkreises, so dass sich die Masse der Magnetplatte verringern lässt.

Ferner können (nicht gezeigte) Federn mit geringer Federhärte zur Steuerung einer Magnetplatte mit begrenzter Masse eingesetzt werden. Dadurch verringert sich der zur Verschiebung der Magnetplatte erforderliche Stromverbrauch.

Auf diese Weise wird die auf die Magnetplatte durch den Elektromagneten mittels des erzeugten Magnetfeldes ausgeübte Steuerung verbessert, da die Stärke der mechanischen Wirkung, die der magnetischen Wirkung entgegensteht, abnimmt.

Eine solche Verbesserung der Steuerung der Magnetplatte ermöglicht es z.B., die Geschwindigkeit zu steuern, mit der sich die Magnetplatte dem Elektromagneten nähert, oder die Dauer der Schaltwechsel der Magnetplatte zu verändern.

Letztlich hängt die Größe des Raumbedarfs des Elektromagneten nicht mehr von dem Querschnitt des Magneten ab.

In den 4a, 4b, 4c und 4d sind verschiedene Messwerte für die Funktionsweise eines Ventilbetätigungsglieds dargestellt, das zwei Elektromagneten entsprechend dem Elektromagneten 300 und eine Magnetplatte entsprechend der Magnetplatte 302 aufweist, und zwar für ein erfindungsgemäßes Ventilbetätigungsglied (4b und 4d) und ein nicht erfindungsgemäßes Ventilbetätigungsglied (4a und 4c).

Eine erste Betriebsart, als Schaltwechsel mit Anschlag bezeichnet, wird anhand von 4a beschrieben. Nach dieser Betriebsart befindet sich die Magnetplatte zwischen zwei Elektromagneten, die nacheinander aktiviert werden, um die Magnetplatte in Berührung mit den Elektromagneten zu halten.

Die Stellung x (Achse 406, in mm) der Magnetplatte ist in 4a in Abhängigkeit von dem Zeitverlauf (x-Achse 404, in ms) der Bewegung der Magnetplatte dargestellt, die in Bezug auf die Stellung (x = 0) der Magnetplatte bei gleichem Abstand zu den beiden Elektromagneten (mittlere Position) gemessen wird.

Man erkennt, dass die Magnetplatte zwischen einer ersten minimalen Position xb und einer zweiten maximalen Position xh umschaltet, die jeweils der Berührungsstellung der Magnetplatte an dem unteren Elektromagneten und der Berührungsstellung der Magnetplatte an dem oberen Elektromagneten entsprechen.

Die Geschwindigkeit v der Magnetplatte (Achse 408) verändert sich gemäß dieser Verschiebung derart, dass bei der Berührung mit dem unteren oder oberen Elektromagneten die Geschwindigkeit Null ist, während sie den maximalen Wert erreicht, wenn sich die Magnetplatte ungefähr in gleichem Abstand zu den beiden Elektromagneten befindet.

Letztlich sind auf der Achse 410 der Wert des Stroms ib, der in der Spule des unteren Elektromagneten fließt, und der Wert des Stroms ih, der in der Spule des oberen Elektromagneten fließt, dargestellt. Man sieht, dass jeder Elektromagnet durch einen Haltestrom im versorgt wird, um die Magnetplatte in Berührung zu halten.

Eine zweite Betriebsart des Betätigungsglieds wird anhand von 4b beschrieben. Nach dieser Betriebsart erfolgt die oben beschriebene Steuerung der Magnetplatte mit Hilfe von aufeinander folgenden Aktivierungen der Elektromagneten – wie anhand von 4a erläutert –. Jedoch wird hier die Magnetplatte in einer Distanzstellung – d.h., in einem so genannten Magnetschwebezustand – zu den Elektromagneten gehalten.

In der Tat weist die minimale Position x'b der Magnetplatte einen höheren Wert als der Wert xb auf, den die Magnetplatte bei der Berührung mit dem unteren Elektromagneten aufgewiesen hatte. Anders ausgedrückt hält der untere Elektromagnet die geschaltete Magnetplatte in einem Abstand im Magnetschwebezustand.

In analoger Weise hält der obere Elektromagnet die Magnetplatte derart in seiner Nähe, dass die maximale Position x'h einen niedrigeren Wert hat als der Wert xh, den die Magnetplatte bei der Berührung mit dem oberen Elektromagneten aufgewiesen hatte (4a).

In dieser zweiten Betriebsart erreicht die Geschwindigkeit v der Magnetplatte (Achse 408' ) ebenfalls einen Maximalwert, wenn sich die Magnetplatte ungefähr in gleichem Abstand (x = 0) zwischen beiden Schaltwechselstellungen befindet, wohingegen die Stärke (Achse 410') des Stroms i'b oder i'h zur Versorgung des unteren bzw. des oberen Elektromagneten des Betätigungsglieds sprunghaft ansteigt, sobald sich die Magnetplatte auf den Elektromagneten zu bewegt, der sie anzieht und stabilisiert.

Dieser Strom nimmt dann in dem Maße wieder ab, je weiter sich die Magnetplatte dem Elektromagneten nähert, da das durch den Magneten erzeugte Magnetfeld die Magnetplatte teilweise oder gänzlich im Magnetschwebezustand hält.

Eine dritte Betriebsart, die als Ballistik mit Anschlag bezeichnet wird, wird anhand von 4c beschrieben. Nach dieser dritten Betriebsart werden die Verschiebungen der Magnetplatte zwischen beiden Elektromagneten nur durch Aktivierung eines der beiden Elektromagneten gesteuert, wie nachfolgend beschrieben.

Die Position x (Achse 420, in mm) der Magnetplatte verändert sich in Abhängigkeit von der Dauer (x-Achse 422, in ms), welche die Magnetplatte benötigt, um von seiner ersten maximalen Position xh zu einer zweiten minimalen Position xb zu gelangen, wobei diese maximalen und minimalen Positionen der Berührungsposition der Magnetplatte mit dem oberen Elektromagneten beziehungsweise der möglichst nahen Position der Magnetplatte an dem unteren Elektromagneten entsprechen.

In der Tat führt die Magnetplatte eine Hin- und Rückbewegung ausgehend von dem oberen Elektromagneten aus, so dass ihre Geschwindigkeit v (Achse 424) bei Annäherung an den unteren Elektromagneten ansteigt, um dann umzukehren, wenn sich die Magnetplatte von dem unteren Elektromagneten entfernt und zum oberen Elektromagneten hin bewegt.

Durch eine solche ballistische Steuerung ist für die Steuerung der Magnetplatte nur die Versorgung des oberen Elektromagneten mit einem Strom ih erforderlich, der auf der Achse 426 aufgetragen ist.

Eine vierte Betriebsart gemäß der Erfindung kombiniert die ballistische Steuerung der Magnetplatte mit dem Halten der Magnetplatte im Magnetschwebezustand durch den oberen Elektromagneten.

In der Tat weist die maximale Position x'h der Magnetplatte (4d) einen niedrigeren Wert als der Wert xh auf, den die Magnetplatte bei Berührung mit dem oberen Elektromagneten aufgewiesen hätte (4c).

Nach dieser vierten Betriebsart erreicht die Geschwindigkeit v der Magnetplatte (Achse 408') ebenfalls einen Maximalwert, wenn sich die Magnetplatte in gleichem Abstand (x = 0) zwischen beiden Schaltwechselstellungen befindet, während die Stärke (Achse 410') des Stroms i'b oder i'h zur Versorgung des unteren bzw. des oberen Elektromagneten des Betätigungsgliedes sprunghaft ansteigt, sobald sich die Magnetplatte auf den Elektromagneten zu bewegt, der sie anzieht und stabilisiert.

Dieser Strom nimmt dann in dem Maße wieder ab, je weiter sich die Magnetplatte dem Elektromagneten nähert, da erfindungsgemäß das durch den Magneten erzeugte Magnetfeld die Magnetplatte mindestens teilweise im Magnetschwebezustand hält.

Die in den 4a, 4b, 4c, 4d gezeigten Messwerte sind eine repräsentative Auswahl einer Vielzahl von Messwerten, die bei jeder Betriebsart ermittelt wurden. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die Position der Magnetplatte bei den verschiedenen Tests leicht verändert. Anders ausgedrückt ist die Genauigkeit der Steuerung der Magnetplatte und damit des Ventils besonders präzise bei einem erfindungsgemäßen Motor.

Eine solche Genauigkeit der Steuerung kann zur Reduzierung der Stösse zwischen dem Schaft der Magnetplatte und dem Ventilschaft verwendet werden, wie anhand von 5a und 5b veranschaulicht ist, die die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Ventilbetätigungsglieds 500 darstellen, wobei die Magnetplatte 502 in ihrer oberen (5a) oder unteren (5b) Schaltwechselstellung in einem Abstand von den Elektromagneten 504 und 506 gehalten wird.

Nach diesen Ausführungsformen wird das Spiel 509 zwischen dem Schaft 508 der Magnetplatte und dem Ventilschaft 510 durch den Elektromagneten 504, der die Magnetplatte in Magnetschwebezustand hält, kleiner gehalten. Schaltet demzufolge die Magnetplatte zu dem unteren Elektromagneten, erfolgt die Berührung zwischen dem Ventilschaft und dem Schaft der Magnetplatte bei einer niedrigeren Geschwindigkeit als bei einer Berührung der Magnetplatte mit dem Elektromagneten. Dadurch entsteht ein niedrigeres Berührungs-Geräusch.

Die vorliegende Erfindung lässt zahlreiche Varianten zu. Es ist z.B. möglich, einen Magneten auf der Magnetplatte so anzuordnen, dass diese ein Magnetfeld erzeugt, das die Magnetplatte in einem Abstand von dem Elektromagneten hält.

Anderseits ermöglicht die Erfindung den Einsatz eines – von dem Betätigungsglied für ein Auslassventil – separaten Betätigungsgliedes für ein Einlassventil.

Es ist nämlich bekannt, dass ein Einlassventil ein Betätigungsglied mit niedrigerer Leistung als ein Auslassventil erfordert.

Im kalten Zustand – d.h. bei den ersten Schaltwechseln – benötigt dennoch ein Betätigungsglied für ein Einlassventil eine Leistung, die mit der Leistung eines Betätigungsglieds für ein Auslassventil vergleichbar ist. Das Halten des Ventils in den Schaltwechselstellungen ist in der Tat schwieriger für die ersten Schaltwechsel im kalten Zustand, und zwar wegen des dort auftretenden Problems des Anhaftens der Magnetplatte an dem Elektromagneten.

Nun aber, dank der Erfindung, kann ein Betätigungsglied für ein Einlassventil so bemessen werden, dass eine vorgegebene Haltekraft zur Verfügung gestellt wird, derart, dass das Halten des Ventils im kalten Zustand durch den Wegfall dieser Haltekraft bewirkt wird.

Mit anderen Worten können die Abmessungen des Betätigungsglieds für das Einlassventil verringert werden, wodurch sich gleichzeitig die Masse und Abmessungen des Motors verringern.


Anspruch[de]
Elektromechanisches Ventilbetätigungsglied (301; 500) für einen Verbrennungsmotor, mit einer Magnetplatte (302; 502), die sich zwischen einem ersten gepolten Elektromagneten (300; 504) und einem zweiten gepolten Elektromagneten (506) bewegen lässt, wobei

– das Ventil geschlossen ist, wenn sich die Magnetplatte (302; 502) in der Nähe des ersten Elektromagneten (504) befindet, und geöffnet ist, wenn sich die Magnetplatte (302; 502) in der Nähe des zweiten Elektromagneten (506) befindet,

– der erste Elektromagnet (504; 506) eine magnetische Wirkung auf die Magnetplatte (302; 502) ausübt, die einer mechanischen Rückstellwirkung durch eine Feder ausgesetzt ist,

– diese magnetische Wirkung die mechanische Wirkung ausgleichen und die Magnetplatte (302; 502) in einer Position halten kann, in der sich die Magnetplatte in einem Magnetschwebezustand zu dem ersten Elektromagneten befindet, in welchem sich die Magnetplatte (302; 502) sehr nah an dem ersten Elektromagneten befindet, ohne jedoch mit diesem in Berührung zu kommen, da sie sich im Magnetschwebezustand zu diesem Elektromagneten befindet,

dadurch gekennzeichnet, dass

– das Ventilbetätigungsglied Mittel umfasst, um die Bewegungen der Magnetplatte (302; 502) ausschließlich durch den ersten Elektromagneten (504) und durch die mechanische Rückstellwirkung derart zu steuern, dass die Magnetplatte (302; 502) Hin- und Rückbewegungen ausgehend von der Position ausführt, in der sich die Magnetplatte (302; 502) im Magnetschwebezustand zu dem ersten Elektromagneten befindet,

– der Strom, der durch den ersten Elektromagneten fließt, und die Federkonstante der Feder derart bemessen sind, dass die Geschwindigkeit (v) der Magnetplatte (302; 502) ansteigt, wenn sich die Magnetplatte zu dem zweiten Elektromagneten (506) hin bewegt, und dass, sobald die Magnetplatte (302; 502) ausreichend nahe dem zweiten Elektromagneten (506) ist, um das Ventil zu öffnen, die Bewegungsrichtung der Magnetplatte (302; 502) umgekehrt wird und sich damit die Magnetplatte (302; 502) von dem zweiten Elektromagneten (506) entfernt, um zum ersten Elektromagneten (504) zurückzukehren.
Ventilbetätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Entfernen der im Magnetschwebezustand zu dem ersten Elektromagneten (300; 504; 506) befindlichen Magnetplatte (302; 502), indem dessen Versorgungsstrom auf Null gebracht oder in seiner Richtung umgekehrt wird. Ventilbetätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetplatte (302; 502) in einem derartigen Abstand gehalten wird, dass der Schaft (510) des Ventils von einem Schaft (508) der das Ventil steuernden Magnetplatte entfernt ist. Ventilbetätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (300; 504; 506) eine E-Form mit einem Mittelschenkel (304) und zwei Seitenschenkeln aufweist, wobei der Querschnitt (Sp) der Magnetplatte kleiner als der Querschnitt (Sc/2) der Seitenschenkel und/oder kleiner als die Hälfte des Querschnitts (Sc) des Mittelschenkels ist. Ventilbetätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet eine E-Form aufweist, wobei ein Magnet am Ende eines der Schenkel gegenüber der Magnetplatte befestigt ist. Ventilbetätigungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Rückstellwirkung durch mindestens eine Feder erzeugt wird. Verbrennungsmotor mit einem elektromechanischen Ventilbetätigungsglied, das einen gepolten Elektromagneten (300; 504; 506) und eine bewegliche Magnetplatte (302; 502) umfasst, die einer mechanischen Rückstellwirkung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilbetätigungsglied einem der vorhergehenden Ansprüche entspricht. umfasst.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com