FR2829178A1 - Valve control for motor vehicle internal combustion engine, has liquid filled variable volume cylinder between drive rod and valve stem - Google Patents
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Abstract
Description
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DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE SOUPAPE DE MOTEUR
A COMBUSTION INTERNE
La présente invention est relative à un dispositif de commande, notamment à l'aide de signaux électriques, d'une soupape de moteur à combustion interne. DEVICE FOR CONTROLLING AN ENGINE VALVE
INTERNAL COMBUSTION
The present invention relates to a control device, in particular by means of electrical signals, of an internal combustion engine valve.
On sait qu'un moteur à combustion interne comporte une chambre de combustion où est admis un mélange combustible à des moments choisis du cycle de fonctionnement. Ce cycle comporte, notamment, une période d'admission au cours de laquelle une (des) soupape (s) est (sont) ouverte (s) et une période de compression au cours de laquelle la (ou les) soupape (s) est (sont) fermée (s). Il comporte aussi une période d'échappement au cours de laquelle la (les) soupape (s) est (sont) ouverte (s). It is known that an internal combustion engine comprises a combustion chamber into which a combustible mixture is admitted at selected times of the operating cycle. This cycle includes, in particular, an intake period during which one (s) valve (s) is (are) open and a compression period during which the (or) valve (s) is (are) closed. It also includes an exhaust period during which the valve (s) is (are) open.
La commande d'ouverture et de fermeture d'une telle soupape peut être effectuée de façon électrique, par exemple à l'aide d'un (ou deux) électroaimant (s) agissant sur une pièce mobile entraînant le mouvement d'ouverture et de fermeture de la soupape en combinaison avec un ou deux ressorts. La figure 1 représente un tel dispositif de commande lorsque la soupape 10 est en position fermée, c'est-à-dire appliquée contre son siège 12. Dans cette position, l'intérieur 14 de la chambre de combustion est isolé par rapport à la partie extérieure 16. The opening and closing control of such a valve can be carried out electrically, for example using one (or two) electromagnet (s) acting on a moving part causing the opening movement and valve closing in combination with one or two springs. FIG. 1 shows such a control device when the valve 10 is in the closed position, that is to say applied against its seat 12. In this position, the interior 14 of the combustion chamber is isolated from the external part 16.
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De la tête de soupape 10 est solidaire une queue 18 formant une tige sortant de la chambre de combustion. La soupape 10 est maintenue à l'état fermé, c'est-à-dire appliquée contre son siège 12, grâce à un ressort 20 dont une extrémité est solidaire d'une paroi externe de la chambre de combustion et dont l'autre extrémité 22 est en appui contre une coupelle d'appui 24 solidaire de la tige 18 au voisinage de son extrémité libre 26. The valve head 10 is integral with a stem 18 forming a rod emerging from the combustion chamber. The valve 10 is kept in the closed state, that is to say applied against its seat 12, by means of a spring 20, one end of which is secured to an external wall of the combustion chamber and the other end of which 22 is in abutment against a support cup 24 secured to the rod 18 in the vicinity of its free end 26.
Pour la commande de l'ouverture et de la fermeture de la soupape 10 on prévoit, en outre, deux électroaimants 28 et 30 qui commandent le déplacement d'un plateau magnétique mobile 32. In addition, two electromagnets 28 and 30 are provided for controlling the opening and closing of the valve 10, which control the movement of a movable magnetic plate 32.
Ce dernier est solidaire d'une tige 34 de commande de même axe que la tige 18, et cette tige 34 traverse les circuits magnétiques des deux électroaimants 28 et 30. The latter is integral with a control rod 34 of the same axis as the rod 18, and this rod 34 passes through the magnetic circuits of the two electromagnets 28 and 30.
L'électroaimant 28, le plus éloigné de la chambre de combustion, est destiné à attirer le plateau 32 de façon que, comme représenté, celui-ci soit appliqué contre une face 36 du circuit magnétique de cet électroaimant 28. Dans cette position, l'extrémité 38 de la tige 34 qui est tournée vers la chambre est légèrement éloignée de l'extrémité 26 de la tige 18 ; ainsi la soupape 10 est maintenue en position fermée grâce à l'action du ressort 20. La séparation entre les tiges 34 et 18 par un jeu 40, appelé jeu de distribution, permet d'assurer la fermeture complète de la soupape, et cela malgré une dilatation thermique qui peut être plus importante pour la tige 18, proche de la chambre de combustion, que pour le reste du dispositif de commande. Ce jeu 40 permet aussi de s'affranchir, dans une certaine mesure, de tolérances de fabrication sur les longueurs des tiges 18 et 34. Enfin ce jeu permet de compenser l'usure de la tête de soupape et de son siège 12. The electromagnet 28, the furthest from the combustion chamber, is intended to attract the plate 32 so that, as shown, it is applied against a face 36 of the magnetic circuit of this electromagnet 28. In this position, the end 38 of rod 34 which faces the chamber is slightly distant from end 26 of rod 18; thus the valve 10 is kept in the closed position by the action of the spring 20. The separation between the rods 34 and 18 by a set 40, called a distribution set, makes it possible to ensure the complete closing of the valve, and this despite thermal expansion which may be greater for the rod 18, close to the combustion chamber, than for the rest of the control device. This clearance 40 also makes it possible to overcome, to a certain extent, manufacturing tolerances on the lengths of the rods 18 and 34. Finally, this clearance makes it possible to compensate for the wear of the valve head and of its seat 12.
La seconde extrémité de la tige 34 de commande est solidaire d'une coupelle d'appui 42 contre laquelle appuie un ressort 44 dont l'autre extrémité 46 présente une position fixe. The second end of the control rod 34 is integral with a support cup 42 against which a spring 44 bears, the other end 46 of which has a fixed position.
Le second électroaimant 30 permet de commander la soupape 10 en position d'ouverture. A cet effet, la bobine de The second electromagnet 30 controls the valve 10 in the open position. For this purpose, the coil of
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cet électroaimant 30 est activée après désactivation de la bobine de l'électroaimant 28. this electromagnet 30 is activated after deactivation of the coil of the electromagnet 28.
Ainsi, pour l'ouverture de la soupape 10, l'électroaimant 28 est désactivé, ce qui permet de séparer le plateau 32 de la face 36 du circuit magnétique de l'électroaimant 28. Cette séparation est facilitée par l'action du ressort 44. Dans ces conditions, l'extrémité 38 de la tige 34 vient en contact avec l'extrémité 26 de la tige 18, ou queue, de soupape. Ensuite, l'électroaimant 30 est activé pour attirer le plateau mobile 32 vers une face de son circuit magnétique, cette attraction permettant de vaincre l'action du ressort 20. Thus, for the opening of the valve 10, the electromagnet 28 is deactivated, which makes it possible to separate the plate 32 from the face 36 of the magnetic circuit of the electromagnet 28. This separation is facilitated by the action of the spring 44 Under these conditions, the end 38 of the rod 34 comes into contact with the end 26 of the valve rod 18, or stem. Then, the electromagnet 30 is activated to attract the movable plate 32 to one face of its magnetic circuit, this attraction making it possible to overcome the action of the spring 20.
Lors de la phase d'ouverture de la soupape 10, l'extrémité 38 de la tige 34 entre en contact avec l'extrémité 26 de la tige 18, ce qui provoque un bruit d'impact. Ce bruit d'impact, qui apparaît de façon régulière, est désagréable pour l'utilisateur. During the opening phase of the valve 10, the end 38 of the rod 34 comes into contact with the end 26 of the rod 18, which causes impact noise. This impact noise, which appears regularly, is unpleasant for the user.
Par ailleurs, les impacts provoquent l'usure des extrémités respectives 38 et 26 des tiges 34 et 18. Le jeu 40 augmente avec cette usure de telle sorte que le déplacement du plateau 32 entraîne une course de la soupape 10 d'autant plus réduite que les extrémités des tiges sont usées. La soupape 10 ne s'ouvre alors que partiellement ce qui perturbe l'admission des gaz et, en conséquence, le fonctionnement du moteur. Furthermore, the impacts cause the wear of the respective ends 38 and 26 of the rods 34 and 18. The clearance 40 increases with this wear so that the movement of the plate 32 causes a stroke of the valve 10 all the more reduced as the ends of the rods are worn. The valve 10 then only partially opens, which disrupts the admission of gases and, consequently, the operation of the engine.
Cependant le jeu 40 diminue du fait de l'usure de la tête de soupape et de son siège. Or si ce jeu disparaît, la tige 34 de commande rentre en contact avec la soupape 10 avant que cette dernière vienne contre son siège 12, l'étanchéité de la chambre de combustion n'étant plus assurée. However, the clearance 40 decreases due to the wear of the valve head and of its seat. However, if this clearance disappears, the control rod 34 comes into contact with the valve 10 before the latter comes against its seat 12, the sealing of the combustion chamber no longer being ensured.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif de commande par signaux électriques de la course d'une soupape d'un moteur à combustion interne, cette course étant contrôlée par une tige de commande sensiblement colinéaire à la tige de la soupape, caractérisé en ce que ces tiges sont séparées par un réservoir, de volume variable, constamment rempli de fluide. The present invention aims to remedy these drawbacks. It relates to a device for controlling by electrical signals the stroke of a valve of an internal combustion engine, this stroke being controlled by a control rod substantially collinear with the valve rod, characterized in that these rods are separated by a reservoir, of variable volume, constantly filled with fluid.
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De préférence, le fluide est un liquide et l'ensemble du réservoir et du liquide constitue un vérin. Preferably, the fluid is a liquid and the assembly of the reservoir and the liquid constitutes a jack.
Dans un tel dispositif, le jeu de distribution entre les tiges de commande et de soupape est maintenu de façon permanente par le réservoir, éliminant ainsi les impacts entre ces tiges. In such a device, the distribution clearance between the control and valve rods is permanently maintained by the reservoir, thus eliminating the impacts between these rods.
De plus, la nature variable du réservoir lui permet de s'adapter au jeu de distribution présent entre les tiges de commande et de soupape. Il compense ainsi les tolérances de fabrication ou d'assemblage, les problèmes d'alignement et les dilatations différentielles entre ces tiges et entre les tiges et les parties fixes de la culasse et de l'actionneur. In addition, the variable nature of the tank allows it to adapt to the distribution clearance present between the control and valve stems. It thus compensates for manufacturing or assembly tolerances, alignment problems and differential expansions between these rods and between the rods and the fixed parts of the cylinder head and of the actuator.
Dans une réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens de remplissage et d'évacuation de liquide du réservoir. In one embodiment of the invention, the device comprises means for filling and evacuating liquid from the reservoir.
On envisage aussi une réalisation telle que les moyens de remplissage comprennent un conduit du liquide dans la tige de commande. An embodiment is also envisaged such that the filling means comprise a conduit for the liquid in the control rod.
Selon un mode de réalisation, les moyens de remplissage comprennent un moyen à clapet pour introduire du liquide dans le réservoir quand la pression dans ce dernier descend au-dessous d'un seuil. According to one embodiment, the filling means comprise a valve means for introducing liquid into the reservoir when the pressure in the latter drops below a threshold.
Dans ce cas, le moyen à clapet comporte, dans une réalisation, une bille associée à un moyen à ressort. In this case, the valve means comprises, in one embodiment, a ball associated with a spring means.
Selon un mode de réalisation, le réservoir comprend un bol en contact avec la tige de soupape et un embout solidaire de l'extrémité de la tige de commande coulissant dans ce bol. According to one embodiment, the reservoir comprises a bowl in contact with the valve stem and an end piece integral with the end of the control rod sliding in this bowl.
Dans une réalisation, les moyens d'évacuation de liquide comprennent une fuite contrôlée prévue dans un intervalle entre la surface externe de l'embout et la surface interne du bol. In one embodiment, the liquid discharge means comprise a controlled leak provided in an interval between the external surface of the nozzle and the internal surface of the bowl.
Dans ce cas, on envisage que, dans une réalisation, un joint non hermétique soit prévu dans l'intervalle. In this case, it is envisaged that, in one embodiment, a non-hermetic seal is provided in the meantime.
Selon un mode de réalisation, le liquide est de l'huile. According to one embodiment, the liquid is oil.
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Dans un mode de réalisation, l'huile est de l'huile de lubrification du circuit sous pression du moteur. In one embodiment, the oil is lubricating oil from the pressurized circuit of the engine.
Dans une réalisation de l'invention, la tige de commande est solidaire d'un plateau magnétique sur lequel agit au moins un électroaimant. In one embodiment of the invention, the control rod is secured to a magnetic plate on which at least one electromagnet acts.
Dans ce cas, il est prévu un mode de réalisation tel que le dispositif comporte un ressort pour commander la fermeture de la soupape quand la tige de commande n'exerce pas de contrainte sur la tige de soupape. In this case, an embodiment is provided such that the device comprises a spring for controlling the closing of the valve when the control rod does not exert any stress on the valve rod.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un ressort pour commander l'ouverture de la soupape. According to one embodiment, the device comprises a spring for controlling the opening of the valve.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description faite ci-dessous, cette dernière étant effectuée à titre descriptif et non limitatif en faisant référence aux dessins ci-après : la figure 1, déjà décrite, représente un dispositif connu de commande de soupape électromagnétique, et les figures 2 et 3 représentent une réalisation de dispositif de commande de la course d'une soupape conforme à l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent with the description given below, the latter being carried out by way of description and without limitation, with reference to the drawings below: FIG. 1, already described, represents a device known from electromagnetic valve control, and Figures 2 and 3 show an embodiment of the valve stroke control device according to the invention.
Dans le dispositif de commande de soupape représenté sur la figure 2 on prévoit des moyens 60 qui, disposés entre une tige 62 d'une soupape 64 et une tige 66 de commande de cette soupape 64, maintiennent constamment un réservoir 68 rempli d'huile entre ces tiges. In the valve control device shown in FIG. 2, means 60 are provided which, disposed between a rod 62 of a valve 64 and a rod 66 of control of this valve 64, constantly maintain a reservoir 68 filled with oil between these rods.
Les longueurs des tiges 62 et 66 sont telles que, quelles que soient leurs positions et malgré leurs dilatations différentielles, la longueur (et donc le volume) du réservoir 68 n'est pas nulle. Dans ces conditions, les tiges sont toujours séparées par l'huile du réservoir 68 qui transmet l'effort exercé par une tige sur l'autre. The lengths of the rods 62 and 66 are such that, whatever their positions and despite their differential expansions, the length (and therefore the volume) of the reservoir 68 is not zero. Under these conditions, the rods are always separated by the oil from the reservoir 68 which transmits the force exerted by one rod on the other.
Les moyens 60 comprennent des moyens d'alimentation et d'évacuation en huile pour assurer le remplissage du réservoir 68 quel que soit son volume. Plus précisément, l'alimentation en huile du réservoir 68 est effectuée à partir du circuit d'huile The means 60 comprise means for supplying and discharging oil to ensure the filling of the reservoir 68 whatever its volume. More specifically, the oil supply to the reservoir 68 is carried out from the oil circuit
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sous pression du moteur ; l'huile sous pression (par exemple 1 à 6 bars) est guidée par un circuit 72 traversant le corps d'un électroaimant 74 vers un conduit 76 logé dans la tige 66 d'actionneur. under engine pressure; the oil under pressure (for example 1 to 6 bars) is guided by a circuit 72 passing through the body of an electromagnet 74 towards a conduit 76 housed in the actuator rod 66.
Le conduit 76 est relié à une ouverture 78 du réservoir 68 où une bille 82 est maintenue par un ressort 84 pour éviter des retours d'huile du réservoir 68 vers le conduit 76. Cette bille 82 forme un clapet qui, d'une part, permet l'admission d'huile dans le réservoir 68 quand la pression dans ce réservoir 68 est inférieure à la pression dans le conduit 76 et, d'autre part, confine l'huile dans le réservoir 68 quand la pression dans ce dernier est supérieure à la pression dans le conduit 76. The conduit 76 is connected to an opening 78 of the reservoir 68 where a ball 82 is held by a spring 84 to prevent oil returns from the reservoir 68 towards the conduit 76. This ball 82 forms a valve which, on the one hand, allows the admission of oil into the tank 68 when the pressure in this tank 68 is lower than the pressure in the conduit 76 and, on the other hand, confines the oil in the tank 68 when the pressure in the latter is higher at the pressure in the conduit 76.
Le réservoir 68 comporte un bol cylindrique 80 dont la base 69 vient au contact de l'extrémité de la tige 62 et dans lequel s'emboîte un embout 86 fixé à l'extrémité de la tige 66 comme décrit ultérieurement. Cet embout 86 permet le coulissement du bol 80-et donc de la tige 62-par rapport à la tige 66 selon l'axe 70. Le diamètre extérieur de l'embout 86 et le diamètre intérieur du bol 80 sont tels que des sorties d'huile contrôlées s'effectuent du réservoir 68 par un faible intervalle existant entre la surface extérieure de l'embout 86 et la surface intérieure du bol 80. Ces fuites sont d'autant plus importantes que la pression de l'huile dans le réservoir 68 est élevée. The reservoir 68 comprises a cylindrical bowl 80, the base 69 of which comes into contact with the end of the rod 62 and into which fits a nozzle 86 fixed to the end of the rod 66 as described later. This endpiece 86 allows the bowl 80-and therefore the rod 62-to slide with respect to the rod 66 along the axis 70. The outside diameter of the endpiece 86 and the inside diameter of the bowl 80 are such that outlets d oil checks are made from the reservoir 68 by a small gap existing between the outer surface of the nozzle 86 and the inner surface of the bowl 80. These leaks are all the more important as the pressure of the oil in the reservoir 68 is high.
La pression d'huile dans le réservoir 68 est fonction, en premier lieu, de la contrainte que la tige 66 exerce sur cette huile par l'intermédiaire de l'embout 86. Cette contrainte est notamment exercée par l'action d'un ressort 65 (analogue au ressort 44 de la figure 1) dont les extrémités s'appuient, d'une part, sur une paroi fixe 63 et, d'autre part, sur une coupelle 67 solidaire de la tige 66. The oil pressure in the reservoir 68 is a function, first of all, of the constraint that the rod 66 exerts on this oil via the end piece 86. This constraint is notably exerted by the action of a spring 65 (analogous to the spring 44 in FIG. 1), the ends of which bear, on the one hand, on a fixed wall 63 and, on the other hand, on a cup 67 secured to the rod 66.
En second lieu, la pression d'huile dans le réservoir 68 dépend de la contrainte exercée par la tige 62 sur le bol 80, Secondly, the oil pressure in the reservoir 68 depends on the stress exerted by the rod 62 on the bowl 80,
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le contact entre la tige 62 et le bol 80 étant maintenu par un ressort 88 lorsque la soupape 64 est ouverte. the contact between the rod 62 and the bowl 80 being maintained by a spring 88 when the valve 64 is open.
Lorsque la soupape 64 est fermée, sa position est déterminée par l'application de sa tête 89 contre son siège 90, grâce au ressort 88. La position de la tige 66 de commande est alors déterminée par le contact d'un plateau magnétique 94 (analogue au plateau 32 de la figure 1) contre un électroaimant 96 du dispositif de commande de la soupape. Dans ce cas, le contact entre la base 69 du réservoir 68 et la tige 62 est obtenu par un allongement du réservoir 68, grâce à la pression de l'huile dans le réservoir. When the valve 64 is closed, its position is determined by the application of its head 89 against its seat 90, thanks to the spring 88. The position of the control rod 66 is then determined by the contact of a magnetic plate 94 ( similar to the plate 32 of Figure 1) against an electromagnet 96 of the valve control device. In this case, the contact between the base 69 of the reservoir 68 and the rod 62 is obtained by an elongation of the reservoir 68, thanks to the pressure of the oil in the reservoir.
En effet, quand la tige 66 s'éloigne de la tige 62, la pression d'huile dans le réservoir 68 diminue. L'huile comprimée dans le conduit 76 est alors admise dans le réservoir 68 et provoque l'allongement de ce dernier suivant l'axe 70. When the rod 66 moves away from the rod 62, the oil pressure in the reservoir 68 decreases. The oil compressed in the conduit 76 is then admitted into the reservoir 68 and causes the latter to lengthen along the axis 70.
Pour commander l'ouverture de la soupape, on interrompt l'alimentation de, 1'électro-aimant 96 puis le plateau 94 est attiré par l'électroaimant 74. Dans ce cas, la pression dans le réservoir 68 augmente une fuite d'huile par l'intervalle entre l'embout 86 et la surface intérieure du bol. To control the opening of the valve, the supply of power is interrupted, the electromagnet 96 then the plate 94 is attracted by the electromagnet 74. In this case, the pressure in the reservoir 68 increases an oil leak by the interval between the nozzle 86 and the interior surface of the bowl.
Les fuites d'huile du réservoir 68 sont contrôlées par les moyens représentés sur la figure 3 montrant l'ajustement entre le bol 80 et l'embout 86. Ces fuites sont également contrôlées par l'étanchéité du clapet 82. The oil leaks from the reservoir 68 are checked by the means shown in FIG. 3 showing the fit between the bowl 80 and the nozzle 86. These leaks are also checked by the tightness of the valve 82.
La surface interne de l'embout 86 est appliquée contre la surface externe de la tige 66. Un joint torique 90 est interposé entre ces surfaces pour empêcher les fuites d'huile. The internal surface of the nozzle 86 is applied against the external surface of the rod 66. An O-ring 90 is interposed between these surfaces to prevent oil leaks.
Ces fuites sont maîtrisées par l'ajustement entre le bol et l'embout et éventuellement un joint 95. Ainsi l'embout 86 est emboîté dans le bol 80 de façon à permettre des fuites d'huile par un espacement 92 compris entre le bol 80 et l'embout 86, cet espacement 92 étant maintenu par le joint 95 non hermétique. These leaks are controlled by the adjustment between the bowl and the end piece and possibly a seal 95. Thus the end piece 86 is fitted into the bowl 80 so as to allow oil leaks through a space 92 between the bowl 80 and the end piece 86, this spacing 92 being maintained by the non-hermetic seal 95.
L'huile de lubrification présente dans l'espace 92 facilite ce coulissement. The lubricating oil present in the space 92 facilitates this sliding.
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Une butée 941, solidaire du bol 80, évite le désemboitement de l'embout 86 vis-à-vis du bol 80. A stop 941, integral with the bowl 80, avoids the disengagement of the endpiece 86 vis-à-vis the bowl 80.
Dans une variante (non montrée) l'arrivée d'huile s'effectue par un conduit de la tige 62. Dans ce cas la position du bol 69 est telle que son fond s'appuie contre l'extrémité de la tige 66. In a variant (not shown), the oil arrives via a pipe of the rod 62. In this case the position of the bowl 69 is such that its bottom bears against the end of the rod 66.
Par ailleurs, il convient de souligner qu'un dispositif de commande conforme à la présente invention peut être utilisé pour commander une soupape d'admission ou d'échappement. Furthermore, it should be emphasized that a control device according to the present invention can be used to control an intake or exhaust valve.
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| FR (1) | FR2829178B1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2924747A1 (en) * | 2007-11-22 | 2009-06-12 | Valeo Sys Controle Moteur Sas | Electromagnetic actuator for valve of heat engine, has maintaining unit with permanent magnets to maintain movable unit in closing position when actuator is inactivated, where stop is integrated to movable unit |
| WO2014007727A1 (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-09 | Cargine Engineering Ab | Actuator for axial displacement of a gas exchange valve in a combustion engine |
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| DE19826832A1 (en) * | 1998-06-16 | 1999-12-23 | Fev Motorentech Gmbh | Electromagnetic actuator for operating gas exchange valve on IC piston engine |
| FR2804717A1 (en) * | 2000-02-05 | 2001-08-10 | Daimler Chrysler Ag | DEVICE FOR ACTUATING A GAS CHANGE VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
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2001
- 2001-09-06 FR FR0111557A patent/FR2829178B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US9228459B2 (en) | 2012-07-06 | 2016-01-05 | Freevalve Ab | Actuator for axial displacement of a gas exchange valve in a combustion engine |
| SE543886C2 (en) * | 2012-07-06 | 2021-09-14 | Freevalve Ab | Actuator for axial displacement of a gas exchange valve at an internal combustion engine |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2829178B1 (en) | 2006-03-03 |
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