DE60100081T2

DE60100081T2 - Solenoid valve with pneumatic spring and toggle mechanism

Info

Publication number: DE60100081T2
Application number: DE60100081T
Authority: DE
Inventors: Jean Doreau
Original assignee: JOHNSON CONTR AUTOMOTIVE ELECT; Johnson Controls Automotive Electronics SAS
Current assignee: JOHNSON CONTR AUTOMOTIVE ELECT; Johnson Controls Automotive Electronics SAS
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: EP1132581B1; ES2189779T3; EP1132581A1; FR2806146A1; DE60100081D1; FR2806146B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen für die Steuerung von Ventilen mit linearer Bewegungsrichtung entlang einer Achse, die für jedes Ventil ein Stellglied mit einem Plättchen aus ferromagnetischem Material beinhalten, das an einer Schubstange des Ventils befestigt ist und sich anhand von elektromagnetischen Mitteln in einem Gehäuse verschieben lässt, mit mindestens einer Spule, die an einem ferromagnetischen Schaltkreis montiert ist, wobei sich der Stab zwischen zwei stabilen Positionen verschieben lässt, die durch das Anliegen des Plättchens an einem ferromagnetischen Schaltkreis der genannten Mittel definiert werden, und mit Mitteln für den elastischen Rückruf des Ventils in eine mittlere Position.The present invention relates to devices for controlling valves with a linear movement along an axis, comprising for each valve an actuator comprising a plate made of ferromagnetic material fixed to a rod of the valve and displaceable in a housing by means of electromagnetic means, at least one coil mounted on a ferromagnetic circuit, the rod displaceable between two stable positions defined by the abutment of the plate on a ferromagnetic circuit of the said means, and means for elastically returning the valve to an intermediate position.

Das Erregen der Spule oder der Spulen erzeugt eine Kraft, die das Plättchen in Richtung auf eine seiner Anschlagpositionen bewegt, wobei die Richtung der Kraft entweder durch die Anfangsposition des Plättchens bestimmt wird, wenn nur eine einzige Spule vorhanden ist (Patentantrag FR 98 12489), oder durch diejenige der Spulen mit entgegengesetzter Wirkung, die mit Strom versorgt wird (z. B. Patentantrag FR 98 11670).Excitation of the coil or coils generates a force that moves the plate towards one of its stop positions, the direction of the force being determined either by the initial position of the plate when there is only one coil (patent application FR 98 12489) or by that of the coils with opposite action which are supplied with current (e.g. patent application FR 98 11670).

Klassischerweise bestehen die elastischen Rückrufmittel aus einer Feder oder häufiger aus zwei mechanischen Spiralfedern, die einen Stab umgeben (Patentanträge FR 98 11670 und FR 98 12489).Traditionally, the elastic recall means consist of a spring or, more frequently, of two mechanical spiral springs surrounding a rod (patent applications FR 98 11670 and FR 98 12489).

Die Baugruppe aus Ventil-Plättchen-Feder bildet ein oszillierendes System, das eine Eigenfrequenz besitzt. Diese Eigenfrequenz begrenzt die erreichbare Taktgeschwindigkeit der Oszillationen und somit die Drehzahl des Motors. Diese Taktgeschwindigkeit ist in der Tat umso höher, je schneller sich der mit den Ventilen ausgerüstete Motor bei höchster Drehzahl dreht. Um die Eigenfrequenz zu steigern und somit auch die erreichbare Drehzahl, hat man vorgeschlagen die Masse der beweglichen Teile zu verringern, wobei man jedoch schnell an Grenzen stößt. Außerdem hat man vorgeschlagen, die Steifigkeit der Federn zu erhöhen. Aber jede Anhebung der Steifigkeit steigert die Reibungsbeanspruchungen. Eine erhöhte Steifigkeit verringert die Lebensdauer und steigert die Gefahr eines Festfressens oder Bruches.The valve-plate-spring assembly forms an oscillating system that has a natural frequency. This natural frequency limits the achievable cycle speed of the oscillations and thus the speed of the engine. This cycle speed is in fact higher the faster the engine equipped with the valves rotates at maximum speed. In order to increase the natural frequency and thus the achievable speed, it has been proposed to reduce the mass of the moving parts, but this quickly reaches its limits. It has also been proposed to increase the stiffness of the springs. But any increase in stiffness increases the frictional stresses. Increased rigidity reduces the service life and increases the risk of seizure or breakage.

Man hat im Übrigen - z. B. in EP 0722039 - vorgeschlagen, pneumatische Rückholfedern für die Ventile bei Motoren mit Nockenwelle und insbesondere bei Rennmotoren vorgeschlagen.It has also been proposed - for example in EP 0722039 - to use pneumatic return springs for the valves in engines with camshafts and in particular in racing engines.

Die vorliegende Erfindung geht insbesondere von der Feststellung aus, dass eine hohe Eigenfrequenz, die durch eine hohe Steifigkeit der Federn erreicht wird, nur bei den hohen Drehzahlen von Motoren unerlässlich ist. Sie zielt infolgedessen darauf ab, eine Vorrichtung zu liefern, die eine bedarfsgerechte Justierung der Steifigkeit der Feder oder der Federn - und somit der Eigenfrequenz des oszillierenden Systems - ermöglicht, und zu diesem Zweck nutzt sie die Möglichkeiten, die eine pneumatische Feder im Gegensatz zu einer mechanischen Feder für die Einstellung der Steifigkeit bietet.The present invention is based in particular on the observation that a high natural frequency, achieved by a high stiffness of the springs, is only essential at high engine speeds. It therefore aims to provide a device that allows adjustment of the stiffness of the spring or springs - and thus the natural frequency of the oscillating system - and for this purpose it uses the possibilities that a pneumatic spring offers in contrast to a mechanical spring for adjusting the stiffness.

Die Erfindung schlägt infolgedessen ein Ventil mit einem elektromagnetischen Stellglied vom oben definierten Typ vor, das mindestens eine pneumatische Feder laut Patentanspruch 1 beinhaltet und namentlich eine Reduzierung des Platzbedarfs in axialer Bewegungsrichtung der Ventile ermöglicht.The invention therefore proposes a valve with an electromagnetic actuator of the type defined above, which includes at least one pneumatic spring according to claim 1 and in particular enables a reduction in the space required in the axial direction of movement of the valves.

Bei einer besonderen Art der Ausführung bestehen zwei pneumatische Federn aus zwei Kammern ein und desselben Druckluftzylinders. Bei einer anderen Art der Ausführung ist nur eine einzige pneumatische Feder vorgesehen, wobei die Gegenkraft von einer mechanischen Feder geliefert wird, was den Luftverbrauch verringert. Die Steifigkeit des auf diese Weise zusammengesetzten Oszillators verhält sich direkt proportional zu der Gasmasse in den Kammern des Druckluftzylinders, und die Echtzeitsteuerung des Gasdrucks ermöglicht eine Justierung der Übergangsgeschwindigkeit. Darüber hinaus kann der Gleichgewichtspunkt kontinuierlich durch Regelung der Durchschnitts- oder Maximaldrucke in der oder den Kammern eingestellt werden.In a particular type of design, two pneumatic springs are made up of two chambers of the same pneumatic cylinder. In another type of design, only a single pneumatic spring is provided, with the counterforce provided by a mechanical spring, which reduces air consumption. The stiffness of the oscillator assembled in this way is directly proportional to the mass of gas in the chambers of the pneumatic cylinder, and real-time control of the gas pressure allows the transition speed to be adjusted. In addition, the equilibrium point can be adjusted continuously by controlling the average or maximum pressures in the chamber(s).

Die notwendige Druckluft für das "Aufpumpen" jeder der pneumatischen Federn kann unterschiedlicher Herkunft sein, wie dies in den abhängigen Patentansprüchen definiert wird. Wenn das Aufpumpen der Kammern durch Transfer eines Teils der Kompressionsenergie von einem oder mehreren Stellgliedern zu den Kammern mit relativem Unterdruck im Verhältnis zum Stellglied für die Zufuhr erfolgt, kompensiert man den Effekt des Gasverlustes, ohne auf eine Reserve oder auf ein externes Druckluftaggregat zurückgreifen zu müssen, indem ein Teil der Energie elektromagnetischer Herkunft transferiert wird, die von der oder den Spulen für die Entropie der komprimierten Gase erzeugt wird. Alle oder ein Teil der Stellglieder eines Motors werden auf diese Weise als Luftpumpen verwendet.The compressed air required to "inflate" each of the pneumatic springs can be of different origin, as defined in the dependent claims. If the inflation of the chambers is carried out by transferring part of the compression energy from one or more actuators to the chambers at a relative negative pressure with respect to the supply actuator, the effect of the loss of gas is compensated without having to resort to a reserve or to an external compressed air unit, by transferring part of the energy of electromagnetic origin generated by the coil or coils for the entropy of the compressed gases. All or part of the actuators of an engine are thus used as air pumps.

Die Erfindung schlägt außerdem ein Verfahren für das Anwerfen einer oben beschriebenen Vorrichtung vor, namentlich im Hinblick auf das Anlassen eines Motors, das die Vorgänge erleichtert, die Überstromstärken reduziert, die im Laufe der Anfangsphase für die schrittweise Steigerung der Oszillationen bis zum "Festkleben" des Plättchens am ferromagnetischen Schaltkreis notwendig sind, und die Gefahr für ein Verklemmen reduziert, wobei man dafür sorgt, dass sich die Ventile vor dem Anwerfen ohne Gegendruck in der oder den Kammern bewegen können; danach steuert man das Stellglied elektromagnetisch oder pneumatisch bis zum anfänglichen "Festkleben" und steigert den Druck oder die Drucke schrittweise, um die gewünschte Nullposition und Eigenpulsierung zu definieren. Im Falle eines Stellgliedes mit zwei Spulen kann die anfängliche Hin- und Herbewegung über den gesamten Arbeitsweg ohne Gegendruck erreicht werden.The invention also proposes a method for starting a device described above, particularly for starting an engine, which facilitates the operations, reduces the excess currents required during the initial phase to gradually increase the oscillations until the plate "sticks" to the ferromagnetic circuit, and reduces the risk of jamming, by allowing the valves to move without counterpressure in the chamber(s) before starting; then the actuator is controlled electromagnetically or pneumatically until the initial "sticking" and the pressure(s) are gradually increased to define the desired zero position and self-pulsation. In the case of By using an actuator with two coils, the initial reciprocating movement can be achieved over the entire travel without counterpressure.

Die obigen Charakteristiken sowie weitere ergeben sich besser aus der nachfolgenden Lektüre einer besonderen Art der Ausführung, die als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel angeführt wird. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die folgendes zeigen:The above characteristics and others will be better understood from the following reading of a particular embodiment given as a non-limiting example. The description refers to the attached drawings, which show:

- Abb. 1 zeigt einen schematischen und erläuternden Längsschnitt eines Stellgliedes mit seinen Verbindungen zu einem Druckregelsystem mit externer Luftpumpe und/oder Druckregler;- Fig. 1 shows a schematic and explanatory longitudinal section of an actuator with its connections to a pressure control system with external air pump and/or pressure regulator;

- Abb. 2 ähnelt einem Ausschnitt aus Abb. 1 und zeigt schematisch eine Ausführungsvariante mit einer einzigen pneumatischen Feder;- Fig. 2 is similar to a detail of Fig. 1 and shows schematically a version with a single pneumatic spring;

- Abb. 3 zeigt eine Variante mit Verwendung eines Reglers mit Impulsbreitenmodulator;- Fig. 3 shows a variant using a controller with pulse width modulator;

- Abb. 4 zeigt eine Art der Ausführung eines Ventils mit Stellglied, das eine Kniegelenkverbindung beinhaltet.- Fig. 4 shows one type of actuator valve design that includes a knee joint connection.

Das Stellglied 10, das auf Abb. 1 dargestellt wird, besteht aus einer Baugruppe, die für eine Montage auf dem Zylinderkopf 12 eines Motors vorgesehen ist. Es beinhaltet im Allgemeinen ein Gehäuse aus einem ferromagnetischen Material.The actuator 10 shown in Figure 1 consists of an assembly designed to be mounted on the cylinder head 12 of an engine. It generally comprises a housing made of a ferromagnetic material.

Das Stellglied beinhaltet ein Plättchen 22 aus einem ferromagnetischen Material mit einer rechteckigen Form, das vorteilhafterweise lamelliert ist, um Verluste zu verringern. Dieses Plättchen ist auf einem Stab 24 für den Antrieb des Ventils 25 befestigt. Mehrere Ventile sind nebeneinander angeordnet.The actuator comprises a plate 22 made of a ferromagnetic material with a rectangular shape, which is advantageously laminated to reduce losses. This plate is fixed to a rod 24 for driving the valve 25. Several valves are arranged next to each other.

Bei der dargestellten Art der Ausführung ist der Ventilschaft 25 vom Stab 24 getrennt. Er wird anhand eines Rings geführt, der am Ventilkopf befestigt ist und kann sich in diesem drehen.In the embodiment shown, the valve stem 25 is separated from the rod 24. It is guided by a ring which is attached to the valve head and can rotate in it.

Zwei pneumatische Rückholfedern sind vorgesehen, um das Ventil in einer annähernd mittleren Position zwischen der geschlossenen und vollständig geöffneten Position in Ruhestellung zu halten. Eine der Federn wird zwischen einer Platte 30, die an dem Stab 24 befestigt ist, und der Verlängerung von Bauteil 16 komprimiert. Die andere Feder wird zwischen einer Platte 31, die am Ventilschaft befestigt ist, und dem Boden des Ventilschachts im Zylinderkopf komprimiert. Das Spiel zwischen dem angehobenen Stab und dem verschlossenen Ventil garantiert die Dichtigkeit des Ventils.Two pneumatic return springs are provided to keep the valve at rest in an approximately intermediate position between the closed and fully open positions. One of the springs is compressed between a plate 30 fixed to the rod 24 and the extension of component 16. The other spring is compressed between a plate 31 fixed to the valve stem and the bottom of the valve shaft in the cylinder head. The clearance between the raised rod and the closed valve guarantees the tightness of the valve.

Das Gehäuse enthält einen Kern 36 aus einem ferromagnetischen Material, das vorteilhafterweise lamelliert ist, und begrenzt einen ferromagnetischen Schaltkreis mit dem Plättchen und einer Spule 38, die im Kern untergebracht ist.The housing contains a core 36 made of a ferromagnetic material, which is advantageously laminated, and defines a ferromagnetic circuit comprising the plate and a coil 38 housed in the core.

Das Plättchen 22 weist schräge Ränder auf, die parallel zu den Polen des Kerns 36 angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist die Armierung in ihrem Funktionsbereich nicht magnetisch gesättigt, und der Kraftlinienfluss schließt sich, indem er dank der Form der polaren Teile des Kerns in der Hauptsache die Armierung durchfließt. Um die anfängliche Bewegungsrichtung des Plättchens 22 von ihrer Ruheposition aus vorzugeben, wird die Asymmetrie des oberen Kraftlinienflusses im Verhältnis zum unteren Kraftlinienfluss durch eine zentrale Ausbuchtung in Form eines Riegels verstärkt. Wenn sich das Plättchen in einer Ruheposition befindet und anhand der Spule 38 ein Kraftlinienfluss erzeugt wird, schließt sich dieser, indem er die Ausbuchtung 84 durchströmt, wodurch sich die Länge der Luftspalten verringert. Wenn das Plättchen in oberer Position am Kern klebt, wird diese Ausbuchtung kurzgeschlossen und schwächt die Haltekräfte nicht. Diese Vorrichtung reduziert den magnetischen Widerstand in Ruheposition erheblich und steigert die Zuverlässigkeit der Vorrichtung.The plate 22 has slanted edges arranged parallel to the poles of the core 36. In this arrangement, the reinforcement is not magnetically saturated in its functional area and the flux of lines of force closes by passing mainly through the reinforcement thanks to the shape of the polar parts of the core. In order to determine the initial direction of movement of the plate 22 from its rest position, the asymmetry of the upper flux of lines of force with respect to the lower flux of lines of force is reinforced by a central bulge in the form of a bar. When the plate is in a rest position and a flux of lines of force is generated by means of the coil 38, it closes by passing through the bulge 84, thus reducing the length of the air gaps. When the plate is stuck to the core in the upper position, this bulge is short-circuited and does not weaken the holding forces. This device significantly reduces the magnetic resistance in the rest position and increases the reliability of the device.

Im Laufe einer anfänglichen Betriebsphase wird die bewegliche Baugruppe, bestehend aus dem Ventil und dem Plättchen, abwechselnd nach oben und nach unten gezogen, indem an die Spule elektrische Impulse mit einer Frequenz angelegt werden, die der Eigenfrequenz des Systems nahe kommt. Die Spule 38 wird anfänglich für einen Zeitraum mit Strom versorgt, der einem Bruchteil der Eigenperiode entspricht, was zu einer Bewegung des Plättchens mit geringer Amplitude führt; sodann wird der Strom unterbrochen und wieder eingeschaltet, sobald die mittlere Position überschritten wurde.During an initial phase of operation, the movable assembly consisting of the valve and the plate is pulled up and down alternately by applying to the coil electrical pulses at a frequency close to the natural frequency of the system. The coil 38 is initially supplied with current for a period corresponding to a fraction of the natural period, causing a low amplitude movement of the plate; the current is then interrupted and then switched on again once the mean position has been exceeded.

Der Strom, der die Spule 38 durchfließt, kann unter Beobachtung des Plättchens 22 mithilfe eines Positionssensors gesteuert werden, der in die Vorrichtung integriert ist. Die Stromimpulse für die Spule werden in solchen Momenten abgegeben, dass die Geschwindigkeit des Plättchens zum Zeitpunkt der Ausübung der Kraft die gleiche Richtung wie die ausgeübte Kraft hat. Da die Anfangskraft ein bestimmtes Vorzeichen hat, genügt es infolge der Asymmetrie einen einzigen Impuls je Periode anzulegen.The current flowing through the coil 38 can be controlled by observing the plate 22 using a position sensor integrated into the device. The current pulses for the coil are delivered at such times that the speed of the plate at the time the force is applied is in the same direction as the force applied. Since the initial force has a certain sign, it is sufficient to apply a single pulse per period due to the asymmetry.

Bei der Art der Ausführung, die in Abb. 1 dargestellt wird, besteht eine erste pneumatische Feder aus einem Kolben 30, der an dem Stab 24 befestigt ist und sich in einem Zylinder 40 bewegt, der am Kern 36 angebracht ist. Die zweite Rückholfeder beinhaltet einen Kolben 34, der am Ventilschaft befestigt ist und sich ebenfalls in dem Zylinder 40 bewegt. Auf Abb. 1 wurde dieser Zylinder vollständig über dem Zylinderkopf 12 hervorstehend dargestellt. In der Praxis kann er zum Teil in einem Schacht untergebracht sein, der im Zylinderkopf eingerichtet ist. Jeder der Kolben 30 und 34 trägt eine gleitende Dichtung. Der Stab 24 und der Ventilschaft werden anhand von Verlängerungen der Zylinderböden geführt, die ebenfalls Dichtungen tragen. Die Steifigkeit der pneumatischen Federn hängt vom maximalen Druck in den Kammern ab, die anhand der Kolben 30 und 34 begrenzt werden. Abb. 1 zeigt Mittel für die Einstellung des maximalen Drucks, mit einem Elektroventil 42, das anhand eines Rechenorgans 44 gesteuert wird, bei dem es sich um den Motorkontrollrechner handeln kann. Dieses Elektroventil kann mehrere Positionen einnehmen. In einer dieser Positionen verbindet es die Kammern beider pneumatischen Federn mit einer Sammelleitung 44, die über Rückschlagventile 48 an einen Speicherbehälter 46 angeschlossen ist. In dieser Position sind die Drucke in den beiden Kammern gleich und entsprechen den Drucken, die im Speicherbehälter herrschen, der anhand einer externen Pumpe 50 gespeist wird. Eine andere Position des Elektroventils ermöglicht die Verbindung der beiden Kammern mit einem Auslass 50. Weitere Positionen können schließlich ebenfalls vorgesehen werden, um nur eine der Kammern mit dem Auslass zu verbinden.In the type of embodiment shown in Fig. 1, a first pneumatic spring consists of a piston 30 fixed to the rod 24 and moving in a cylinder 40 attached to the core 36. The second return spring comprises a piston 34 fixed to the valve stem and also moving in the cylinder 40. In Fig. 1, this cylinder has been shown protruding completely above the cylinder head 12. . In practice, it can be partially housed in a chamber made in the cylinder head. Each of the pistons 30 and 34 carries a sliding seal. The rod 24 and the valve stem are guided by extensions of the cylinder heads, which also carry seals. The stiffness of the pneumatic springs depends on the maximum pressure in the chambers delimited by the pistons 30 and 34. Fig. 1 shows means for adjusting the maximum pressure, with an electrovalve 42 controlled by a computing device 44, which can be the engine control computer. This electrovalve can assume several positions. In one of these positions, it connects the chambers of the two pneumatic springs to a manifold 44 which is connected via check valves 48 to an accumulator tank 46. In this position, the pressures in the two chambers are equal and correspond to the pressures prevailing in the accumulator tank, which is fed by an external pump 50. Another position of the solenoid valve allows the two chambers to be connected to an outlet 50. Finally, other positions can also be provided to connect only one of the chambers to the outlet.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht eine beliebige Regelung des Drucks, der in der Kammer herrscht. Durch Justierung der Maximaldrucke (und somit auch der Minimaldrucke), die in den beiden Kammern herrschen, auf unterschiedliche Werte, ist es möglich, die Ruhestellung des Stabs 24 und somit des Ventils 25 zu justieren.Such a device allows the pressure prevailing in the chamber to be regulated as desired. By adjusting the maximum pressures (and thus also the minimum pressures) prevailing in the two chambers to different values, it is possible to adjust the rest position of the rod 24 and thus of the valve 25.

Die gleiche Sammelleitung 44 kann mehrere Elektroventile 42 speisen, die verschiedenen Stellgliedern entsprechen.The same manifold 44 can supply several solenoid valves 42 corresponding to different actuators.

Bei einer Ausführungsvariante sind die Elektroventile vorgesehen, um mindestens einem der Stellglieder die Möglichkeit zu geben, als Pumpe zu funktionieren, wodurch eine externe Pumpe 51 eingespart wird. Dazu verbinden die Leitungen 52, die auf Abb. 1 gestrichelt dargestellt sind, die Sammelleitung 44 anhand von Rückschlagventilen 56 mit den Elektroventilen, wobei diese Rückschlagventile einen Abfluss der Luft nur vom Elektroventil zur Sammelleitung zulassen. Der Rechner 44 kann sodann vorgesehen sein, um das Elektroventil zu positionieren, das einer Kammer eines Stellglieds entspricht, deren Volumen sich infolge der elektromagnetischen Steuerung mit dem Ausgang, der mit dem Rückschlagventil ausgerüstet ist, reduziert.In a variant embodiment, the solenoid valves are provided to enable at least one of the actuators to function as a pump, thus eliminating the need for an external pump 51. To this end, the pipes 52, shown in dashed lines in Figure 1, connect the manifold 44 to the solenoid valves by means of check valves 56, which allow air to flow only from the solenoid valve to the manifold. The computer 44 can then be provided to position the solenoid valve corresponding to a chamber of an actuator, the volume of which is reduced as a result of the electromagnetic control with the outlet equipped with the check valve.

Anhand einer geeigneten Betätigung des Rechners 51 ist es möglich, den maximalen Druck, der in den Kammern im Laufe des Normalbetriebs herrscht, so zu regeln, dass die Steifigkeit und die Ruheposition geregelt werden, aber auch die Kammern vor dem Anwerfen der Steuerungsvorrichtung zu entleeren. In diesem Fall bewirkt die erste Stromversorgung der Spule 38 eines Stellglieds die Heranführung des Plättchens 22 an den Anschlag, da keinerlei Gegenkraft vorhanden ist. Der Druck kann sodann schrittweise gesteigert werden, und die notwendige Dauer, damit das oszillierende System abwechselnd in den beiden Extrempositionen zum Anschlag geführt wird, wird verkürzt. Im Normalbetrieb wird die Steifigkeit so festgelegt, dass nur dann eine Eigenfrequenz mit hoher Resonanz angestrebt wird, wenn sie auf Grund einer hohen Motordrehzahl notwendig ist.By means of a suitable operation of the computer 51, it is possible to regulate the maximum pressure in the chambers during normal operation, so as to regulate the stiffness and the rest position, but also to empty the chambers before starting the control device. In this case, the first power supply to the Coil 38 of an actuator causes the plate 22 to be brought to the stop, since there is no counterforce. The pressure can then be increased step by step and the time required for the oscillating system to be brought to the stop alternately in the two extreme positions is shortened. In normal operation, the stiffness is set in such a way that a natural frequency with high resonance is only sought if it is necessary due to a high engine speed.

Das Stellglied, von dem auf Abb. 2 ein Ausschnitt dargestellt wird und bei dem die Elemente, die denen aus Abb. 1 entsprechen, die gleiche Nummer tragen, beinhaltet eine einzige pneumatische Feder, bestehend aus dem Kolben 34, der am Ventilschaft 25 befestigt ist. Die Gegenfeder ist eine mechanische Feder 54, die in Richtung der Schließung des Ventils wirkt. Verglichen mit Abb. 1 hat diese Art der Ausführung den Vorteil einer größeren Einfachheit und eines geringeren Reibungsverlustes infolge der Verringerung der Anzahl der Dichtungen. Im Gegenzug ermöglicht sie nicht die Festlegung der Ruheposition, unabhängig von der Steifigkeit.The actuator, a detail of which is shown in Fig. 2 and in which the elements corresponding to those in Fig. 1 have the same number, includes a single pneumatic spring consisting of the piston 34 fixed to the valve stem 25. The counterspring is a mechanical spring 54 acting in the direction of closing the valve. Compared with Fig. 1, this type of construction has the advantage of greater simplicity and lower friction losses due to the reduction in the number of seals. On the other hand, it does not allow the rest position to be fixed, regardless of the rigidity.

Abb. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Druck im Speicherbehälter 46 anhand eines Elektroventils 56 reguliert wird, das anhand von Impulsbreitenmodulationen gesteuert wird.Fig. 3 shows a variant in which the pressure in the storage tank 46 is regulated by means of an electrovalve 56 which is controlled by means of pulse width modulations.

Ungeachtet der verwendeten Art der Ausführung ist es möglich, die Geschwindigkeit zu reduzieren, wenn sich das Ventil seiner vollständig geöffneten (oder geschlossenen) Position nähert. Dazu dient eine Vorrichtung vom Typ "Dashpot", die zum Beispiel ein kalibriertes Röhrchen 58 beinhaltet, das auf dem Zylinder befestigt ist, und einen Plunger 60, der am Kolben 34 sitzt.Whatever the type of design used, it is possible to reduce the speed as the valve approaches its fully open (or closed) position. This is done by means of a "dashpot" type device comprising, for example, a calibrated tube 58 fixed to the cylinder and a plunger 60 mounted on the piston 34.

Bei der Art der Ausführung der Erfindung, die in Abb. 4 gezeigt wird und bei der die Organe, die denen aus Abb. 1 entsprechen, die gleiche Nummer tragen, ist der Zylinder nicht mit dem Ventil 25 in einer Fluchtlinie. Dieses Ventil ist mit einer Rückholfeder 54 vom klassischen Typ ausgerüstet, die zwischen dem Zylinderkopf und einer Platte 60 komprimiert wird, die am Ende des Ventilschafts befestigt ist. Der Stab 24 ist an einem Drehzapfen befestigt, der ein Gestänge 64, das sich um einen Fixpunkt 66 herum dreht, und ein Gestänge 68, dessen Ende sich um eine Achse 70 herum dreht, die zu einem Kippglied 72 gehört, der sich auf die Platte 60 aufstützt, miteinander verbindet. Die pneumatische Feder, die vom Kolben 34 begrenzt wird, und der Zylinder geben die Möglichkeit, auf den Drehzapfen 62 eine Kraft in Richtung des Pfeils f auszuüben, die eine Bewegung des Kippglieds 72 und das Öffnen des Ventils herbeiführt. Diese Montage mit Kniegelenk ist auch mit einem Stellglied vom obigen Typ mit zwei pneumatischen Federn verwendbar.In the embodiment of the invention shown in Fig. 4, in which the elements corresponding to those in Fig. 1 have the same number, the cylinder is not aligned with the valve 25. This valve is equipped with a return spring 54 of the classic type compressed between the cylinder head and a plate 60 fixed to the end of the valve stem. The rod 24 is fixed to a pivot connecting a rod 64 rotating about a fixed point 66 and a rod 68, the end of which rotates about an axis 70 belonging to a rocker 72 resting on the plate 60. The pneumatic spring, limited by the piston 34, and the cylinder make it possible to exert a force on the pivot pin 62 in the direction of the arrow f, which causes a movement of the tilting member 72 and the opening of the valve. This assembly with knee joint can also be used with an actuator of the above type with two pneumatic springs.

Bei einer Ausführungsvariante entfällt die Feder 54, und das Kippglied 72 besteht in diesem Fall aus einer elastischen Lamelle, die mit dem Ventilschaft 25 verbunden ist, um eine Kraft in Richtung Ventilverschluss auszuüben.In one embodiment, the spring 54 is omitted and the tilting member 72 consists in this case of an elastic lamella which is connected to the valve stem 25 in order to exert a force in the direction of the valve closure.

Bei einer anderen Variante wird die Feder 54 weggelassen, und das Stellglied beinhaltet zwei pneumatische Federn, die mit denen aus Abb. 1 vergleichbar sind. Die Vorrichtung mit Kniegelenk aus Abb. 4 ist auch mit einem Stellglied mit zwei mechanischen Federn und allgemein für alle Stellglieder aus den Abb. 1 bis 3 verwendbar.In another variant, the spring 54 is omitted and the actuator includes two pneumatic springs comparable to those in Fig. 1. The device with knee joint in Fig. 4 can also be used with an actuator with two mechanical springs and in general for all the actuators in Figs. 1 to 3.

Die vollständige Vorrichtung beinhaltet im Allgemeinen ebenso viele Stellglieder, wie Motorventile vorhanden sind. Es ist möglich, einen gemeinsamen Kreislauf für die Versorgung der pneumatischen Federn aller Stellglieder zu verwenden. Es ist jedoch häufig vorzuziehen, einen Kreislauf einzuplanen, der Mittel für die getrennte Regelung des Drucks in den einzelnen Federn beinhaltet. Eine solche Vorrichtung gibt zum Beispiel die Möglichkeit bei zwei Einlassventilen pro Zylinder nur ein einziges Ventil zu verwenden und dass andere ständig geschlossen zu lassen, wenn die Betriebsart des Motors keine erhebliche Befüllung der Verbrennungskammern erfordert. In diesem Falle gibt das Halten eines hohen Drucks in der pneumatischen Feder, die in Verschlussrichtung wirkt, mit Druckentlastung der anderen Feder die Möglichkeit, die Stromversorgung der Spule oder einer der Spulen des Stellgliedes zu vermeiden. Im Falle einer pneumatischen Feder in Öffnungsrichtung und einer mechanischen Feder in Verschlussrichtung genügt es, die Kammer der pneumatischen Feder zu entleeren, um das Ventil geschlossen zu halten.The complete device generally includes as many actuators as there are engine valves. It is possible to use a common circuit to supply the pneumatic springs of all the actuators. However, it is often preferable to provide a circuit that includes means for separately regulating the pressure in each spring. Such a device makes it possible, for example, to use only one valve when there are two intake valves per cylinder and to leave the other permanently closed when the engine operating mode does not require significant filling of the combustion chambers. In this case, maintaining a high pressure in the pneumatic spring acting in the closing direction, with the other spring depressurized, makes it possible to avoid supplying power to the coil or to one of the coils of the actuator. In the case of a pneumatic spring in the opening direction and a mechanical spring in the closing direction, it is sufficient to empty the chamber of the pneumatic spring to keep the valve closed.

Die Vorrichtung gemäß Erfindung ist ungeachtet des Typs des magnetischen Schaltkreises anwendbar, auch wenn sich die Stellglieder von zwei benachbarten Ventilendes gleichen Typs ein und denselben magnetischen Schaltkreis teilen (Patentantrag FR 99 04472). Die Vorrichtung ist sowohl im Falle einer Betätigung der Spulen unter Verwendung eines Signals, das von, einem Positionssensor stammt, als auch im Falle des Nichtvorhandenseins eines solchen Positionssensors verwendbar.The device according to the invention is applicable regardless of the type of magnetic circuit, even if the actuators of two adjacent valves of the same type share one and the same magnetic circuit (patent application FR 99 04472). The device can be used both in the case of actuation of the coils using a signal coming from a position sensor and in the case of the absence of such a position sensor.

Die Kammer oder die Kammern können durch Balgen aus Metall begrenzt werden, deren eventuelle Elastizität zur Federfunktion beiträgt.The chamber or chambers may be delimited by metal bellows, the elasticity of which may contribute to the spring function.

Claims

1. Valve with linear movement along an axis, with linear actuator, wherein said actuator comprises:

- a plate (22) made of a ferromagnetic material, fixed to a push rod (24) of the valve (25) and movable in a housing (30) of the actuator by means of electromagnetic means, with at least one coil (38) mounted on a ferromagnetic circuit, the rod (24) movable between two stable positions defined by the abutment of the plate (22) on a ferromagnetic circuit of the said means, and

- at least one pneumatic spring for the return of the rod (24) equipped with means for adjusting the average pressure or the maximum pressure,

characterized in that said actuator is arranged obliquely with respect to the axis of the valve and is connected to the rod (24) by means of a knee joint (62, 64, 68, 70).

2. Valve according to claim 1, characterized in that the actuator contains two pneumatic springs which act in opposite directions.

3. Valve according to claim 1, characterized in that the actuator includes a pneumatic spring and a mechanical spring which are connected to the mass of the valve-actuator assembly and act in opposite directions.

4. Valve according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that adjustment means are provided to reduce or eliminate the pressure on starting.

5. Valve according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said means comprise an air pump and a buffer tank and a regulator for the pressure supplied by the tank.

6. Valve according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said means enabling the adjustment of the average or maximum pressure include the actuator.