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Title:
ELECTRICALLY ACTUATED VALVE ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/067921
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an electrically actuated valve arrangement for the controlled opening and closing of a working chamber of a combustion engine. Said valve arrangement comprises an electric linear drive unit which causes a valve shaft of the valve arrangement to perform longitudinal movements between an open position and a closed position of the valve arrangement according to electric triggering signals, at least one actuating element, and an engaging element that cooperates with the actuating element. One of said elements is disposed in a torsion-proof manner on the valve shaft while the other one of said elements is disposed in a stationary manner relative to the movable valve shaft such that the engaging element and the actuating element mesh with each other and induce a rotary movement that is superimposed on the longitudinal movement of the valve shaft before the valve shaft reaches the open or closed position.

Inventors:
GRUENDL ANDREAS (DE)
HOFFMANN BERNHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/000568
Publication Date:
August 12, 2004
Filing Date:
January 23, 2004
Export Citation:
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Assignee:
COMPACT DYNAMICS GMBH (DE)
GRUENDL ANDREAS (DE)
HOFFMANN BERNHARD (DE)
International Classes:
F01L1/32; F01L9/20; (IPC1-7): F01L1/32; F01L9/04
Domestic Patent References:
WO2002008579A12002-01-31
Foreign References:
FR2797297A12001-02-09
FR913280A1946-09-03
JPH09151716A1997-06-10
DE123688C
Attorney, Agent or Firm:
Schmidt, Steffen J. (Schweigerstrasse 2, München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) zum gesteuerten Öffnen und Schließen einer Arbeitskammer (12) eines Verbrennungsmotors, mit einem elektrischen Linearantrieb (18), der einen Ventilschaft (16) der Ventilanord nung (10) in Abhängigkeit von elektrischen Ansteuersignalen zu Längsbewegungen zwischen einer OffenStellung und einer GeschlossenStellung der Ventilanordnung (10) veranlasst, wenigstens einem Betätigungselement (38) und einem mit diesem zusammenwir kenden Eingriffselement (30), wobei eines dieser Elemente an dem Ventilschaft drehfest, und das andere dieser Elemente gegenüber den beweglichen Ventilschaft (16) ortsfest derart angeordnet ist, dass vor dem Erreichen der Offenoder der GeschlossenStellung des Ventilschaftes (16) das Eingriffselement (30) und das Betätigungselement (38) miteinander in Eingriff kommen und eine der Längsbewegung (P) des Ventilschaftes (16) überlagerte Drehbewegung (D) einleiten.
2. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1, bei der das Eingriffs element (30) mit dem Ventilschaft (16) verbunden ist und das Betätigungselement (38) am Gehäuse der Arbeitskammer (12) angeordnet ist.
3. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1, bei der das Eingriffs element (30) an dem Gehäuse der Arbeitskammer (12) angeordnet ist und das Betätigungselement (38) mit dem Ventilschaft (16) verbunden ist.
4. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einen der Ansprüche 13, bei der das Eingriffselement (30) eine mit Unebenheiten versehene Fläche oder Platte ist.
5. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach Anspruch 4, bei der das Eingriffs element (30) eine Scheibe oder ein Oberflächenabschnitt mit, bezogen auf den Ventilschaft (16), im wesentlichen radial orientierten Vertiefungen und/oder Erhe bungen (32,34) ist.
6. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einen der Ansprüche 15, bei der das Betätigungselement (38) eine Federanordnung, vorzugsweise eine Blattfederan ordnung mit einer, bezogen auf den Ventilschaft (16), im wesentlichen tangentialen Richtungskomponente ist.
7. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einen der Ansprüche 16, bei der das Betätigungselement (38) bezogen auf eine WirkOberfläche (36) des Eingriffs elementes (30) in einen spitzen Winkel orientiert ist.
8. Elektrisch betätigte Ventilanordnung (10) nach einen der Ansprüche 17, bei der dem Ventilschaft (16) die Drehbewegung (D) bei der Annäherung an die Offen Stellung erteilt wird.
Description:
Elektrisch betätigte Ventilanordnung Hintergrund der Erfindung Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Ventilanordnung zum gesteuerten Öffnen und Schließen einer Arbeitskammer eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der WO 02/08579 AI ist eine Ventilanordnung beschrieben, an deren Ventilschaft ein Ventilschließglied in Form eines Tellers oder einer Nadel oder dergleichen befes- tigt ist, das mit einem entsprechend geformten Ventilsitz zusammenwirkt, um den Öffnungs-bzw. Schließvorgang der Ventilanordnung zu bewirken. Bei derartigen Sitzventilen in Verbrennungsmotoren besteht das Problem, dass eine ungleichmäßige Abnutzung des Ventilschließgliedes bzw. des Ventilsitzes auftreten kann. Bei her- kömmlichen Ventilanordnungen wird dabei mit Hilfe der Nocken der Nockenwelle des Verbrennungsmotors durch eine geringfügig asymmetrische Krafteinleitung auf den Ventilschaft dafür gesorgt, dass der Ventilschaft und mit ihm das Ventilschließglied bei jedem Hub eine kleine Drehbewegung ausführen. Damit kommen das Ventil- schließglied und der Ventilsitz stets in leicht drehversetzter Position zum Schließkon- takt.

Aus dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß JP 09-151716 A ist eine Ventilanordnung bekannt, bei der Dimensionsänderungen des Ventilschaftes, bei- spielsweise aufgrund thermischer Einflüsse, ausgeglichen werden sollen. Hierzu ist der Ventilschaft mit einer mit Rampenprofilen versehenen Scheibe ausgebildet, die mit Komplementär-Rampenprofilen zusammenwirken, wobei es im Falle thermischer Dimensionsänderungen des Ventilschaftes zu einer Verlagerung der beiden Rampen- profile zueinander kommt, bis das Ventilelement satt an einem Ventilsitz anliegt und darüber hinaus die beiden Rampenprofile satt aneinander anliegen. Diese Ventila- ordnung sorgt allenfalls für eine Drehung des Ventilelements in dem Fall, in dem sich die Dimensionen des Ventilschaftes geändert haben. Unterliegt der Ventilschaft allerdings keiner Dimensionsänderung, so bleibt die Drehposition des Ventilelements bei jedem Hub unverändert.

Aus der DD 123 688 A ist ferner eine Ventildrehvorrichtung mit einer verhältnismäßig aufwendigen und raumfordernden Hebelanordnung bekannt.

Der Erfindung zugrundeliegendes Problem Bei neuartigen Verbrennungsmotoren, deren Ventilschäfte nicht mittels Nocken einer Nockenwelle betätigt werden, sondern die über einen Linearantrieb zum Öffnen bzw.

Schließen der Ventilanordnung veranlasst werden, besteht das Problem, dass derart- ge Linearantriebe üblicherweise den Ventilschaft nicht zu einer Drehbewegung veranlassen können. Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil zu beheben.

Erfindungsgemäße Lösung Die Erfindung löst dieses Problem bei einer Ventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass in analoger Weise wie bei herkömmlichen Ventilen von Verbrennungsmotoren das Ventilschließglied gegenüber dem Ventilsitz eine kleine Drehbewegung bei jedem Hub ausführt, so dass eine ungleichmäßige Abnutzung des Ventilschließgliedes bzw. des Ventilsitzes aber auch der Führung des Ventilschaftes vermieden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung Bei einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Eingriffselement mit dem Ventilschaft verbunden und das Betätigungselement am Gehäuse der Arbeitskammer angeordnet. Alternativ dazu kann das Eingriffselement auch an dem Gehäuse der Arbeitskammer angeordnet sein. In diesem Fall ist das Betätigungselement mit dem Ventilschaft verbunden. Insbesondere, wenn für die Ausgestaltung des Betätigungs- elementes eine Variante mit geringer Masse gewählt wird, werden die übrigen Funktionscharakteristiken des Ventils (zu bewegende Masse, Beeinträchtigung des Fluidstroms, sofern sich das jeweilige Element in den von der Ventilanordnung gesteuerten Fluidstrom befindet, etc. ) nur geringfügig oder gar nicht verändert.

Das Eingriffselement kann eine mit Unebenheiten versehene Fläche oder Platte sein.

Das Eingriffselement kann auch eine Scheibe oder ein Oberflächenabschnitt sein, der bezogen auf die Mittellängsachse des Ventilschaftes im wesentlichen radial orientier- ten Vertiefungen und/oder Erhebungen hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Betätigungselement eine Federanord- nung, insbesondere eine Blattfederanordnung, die mit bezogen auf die Mittellängs- achse des Ventilschaftes eine im wesentlichen tangentiale Richtungskomponente hat.

Das Betätigungselement kann bezogen auf eine Wirk-Oberfläche des Eingriffsele- mentes in einem spitzen Winkel (90°) angeordnet sein.

Anstelle eines nachgiebigen Betätigungselementes, z. B. einer Federanordnung, kann auch das Eingriffselement als in Richtung der Längsbewegung des Ventilschaftes federnd nachgiebige Platte, Scheibe oder Oberflächenabschnitt gestaltet sein. In diesem Fall ist das Betätigungselement im wesentlichen starr und bezogen auf die Mittellängsachse des Ventilschaftes mit einer im wesentlichen tangentialen Rich- tungskomponente in einen spitzen Winkel zu dem Eingriffselement angeordnet.

Vorzugsweise wird dem Ventilschaft die Drehbewegung bei der Annäherung an die Offen-Stellung der Ventilanordnung erteilt. Dies hat den Vorteil, dass keine reibende Drehbewegung zwischen Ventilschließglied und Ventilsitz auftritt, wenn die Ventila- ordnung ihre Geschlossen-Stellung einnimmt.

Weitere Vorteile, Ausgestaltungen oder Variationsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren in denen die Erfindung im Detail beschrie- ben ist.

Kurzbeschreibung der Figuren Figur 1 zeigt eine schematische Nachstellung im Längsschnitt durch eine Ventila- ordnung gemäß der Erfindung ; Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt durch Figur 1, entlang der Linie II-II.

Ausführliche Beschreibung der Figuren In Figur 1 ist eine elektrisch betätigte Ventilanordnung 10 zum gesteuerten Öffnen und Schließen einer Arbeitskammer 12 eines nicht weiter veranschaulichten Verbren- nungsmotors gezeigt. Die Ventilanordnung 10 hat ein bei dieser Ausführungsform tellerförmig ausgestaltetes Ventilschließglied 14, dass mit einem stabförmigen Ventilschaft 16 drehfest verbunden ist. Der Ventilschaft 16 ist mit einem nicht im Detail veranschaulichten elektrischen Linearantrieb 18 starr gekoppelt, der in Abhän- gigkeit von elektrischen Ansteuersignalen aus einer elektronischen Steuereinheit den

Ventilschaft 16 und damit das mit diesem starr verbundene Ventilschließglied 14 in Richtung des Pfeils P in die in Figur 1 gezeigte Offen-Stellung oder in eine Geschlos- sen-Stellung bringt, in der das Ventilschließglied an einem Ventilsitz 20 dicht anliegt.

In der Geschlossen-Stellung der Ventilanordnung 10 kann kein Fluid aus der Arbeits- kammer 12 des Verbrennungsmotors zwischen dem Ventilschließglied 14 und dem Ventilsitz 20 über einen den Ventilschaft 16 umgebenden Ringspalt 22 aus einem Fluidkanal 24 heraus oder in umgekehrter Richtung in die Arbeitskammer 12 hinein- strömen.

An dem Ventilschaft 16 ist eine starre Scheibe 30 drehfest angeordnet. Diese starre Scheibe 30 hat an ihrer dem Ventilschließglied 14 zugewandten Seite Erhebungen 32 und Vertiefungen 34, die bezogen auf den Mittelpunkt der Scheibe 30 radial orientierte Unebenheiten bilden.

Die Scheibe 30 bildet ein Eingriffselement, das zusammen mit nachstehend beschrie- benen Betätigungselementen 38 bewirkt, dass der Ventilschaft 16 neben seiner Bewegung in Längsrichtung des Pfeils P zusätzlich noch eine kontrollierte Drehbewe- gung in Richtung des Pfeils D ausführt.

Die Betätigungselemente 38 sind durch längliche Blattfederanordnungen gebildet, die jeweils mit einem Ende außen am Gehäuse der Arbeitskammer 12 befestigt sind und die mit ihrem jeweiligen freien Ende mit einer Wirk-Oberfläche 36 der Scheibe 30 in Eingriff kommen, wenn sich der Ventilschaft 16 in Richtung des Pfeils P von der Geschlossen-Stellung in die Offen-Stellung der Ventilanordnung 10 bewegt. Dabei sind die Betätigungselemente 38 in einem spitzen Winkel von etwa 45° bezogen auf die Wirk-Oberfläche 36 des Eingriffselements 30 orientiert und haben zu dem kreis- scheibenförmigen Eingriffselementes 30 eine tangentiale Richtungskomponente.

Im Betrieb der Ventilanordnung kommen die freien Enden der als Blattfedern ausge- statteten Betätigungselemente 38 mit den Erhebungen bzw. Vertiefungen 32,34 der Wirk-Oberfläche 36 des Eingriffselementes 30 in Eingriff, wenn sich die Scheibe 30 in Richtung auf die Betätigungselemente 38 längs des Pfeils P bewegt. Dabei werden die schräggestellten Blattfedern 38 nach unten gedrückt und deren freie Enden, die dabei mit den Vertiefungen/Erhebungen 32,34 der Scheibe 30 in Eingriff stehen bewirken eine Drehung in Umfangsrichtung der Scheibe 30. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Ventilschließglied 14 und das Ventilsitz 20 bei jedem Schließ- vorgang der Ventilanordnung eine neue Position zueinander einnehmen.




 
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