DE10056572A1 - Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen, auf einem Zylinderkopf angeordneten Aktor - Google Patents
Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen, auf einem Zylinderkopf angeordneten AktorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen, auf einem Zylinderkopf angeordneten Aktor zum Betrieb eines Gaswechselventils, wobei der Aktor einen schaltbaren Elektromagneten umfasst, der zwischen zwei axial beabstandeten, an einem gemeinsamen Ankerschaft angeordneten Ankern angeordnet ist. DOLLAR A Zur Ausbildung einer kompakten Brennkraftmaschine wird vorgeschlagen, dass im Zylinderkopf ein Hohlraum ausgebildet ist, in dem der zylinderkopfseitige Anker des Aktors zumindest teilweise aufgenommen ist und dass der Elektromagnet den Hohlraum aktorseitig zumindest zum Teil begrenzt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem
elektromagnetischen, auf einem Zylinderkopf angeordneten Aktor gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher Aktor ist aus der DE 197 12 669 A1 bekannt. Dabei ist ein
Elektromagnet zwischen zwei axial beabstandeten, am Ventilstößel
ausgebildeten Ankern angeordnet. Ein Spulenkern des Elektromagneten
weist an den jeweiligen, den Ankern zugewandten Seiten eine oder mehrere
Polflächen auf. Bei einer Bestromung des Elektromagneten überwiegt eine
auf den jeweiligen, nächstliegenden Anker einwirkende Kraft. Insbesondere
im Zusammenspiel mit der Dynamik des Aktors lässt sich durch eine
abwechselnde Unterbrechung und Bestromung des Erregerstromkreises ein
Hin- und Herbewegen des Aktors und somit ein Öffnen und Schließen des
damit gekoppelten Gaswechselventils erreichen.
Problematisch bei der Anordnung solcher Aktoren auf den Zylinderköpfen ist
jeweils die Gesamtbauhöhe. Bei zu hoch bauenden Aktoren können
Platzprobleme im Motorraum entstehen. Insbesondere kann es zu
Problemen bei der Montage des Fahrzeugs und dem Einfahren des Motors
in den Motorraum kommen.
Aus diesem Grunde ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
Brennkraftmaschine anzugeben, die in besonderem Maße kompakt
aufgebaut ist.
Dieses Ziel wird durch die im Anspruch 1 angegeben Maßnahmen erreicht.
Erfindungswesentlich ist dabei im Zylinderkopf ein Hohlraum ausgebildet, in
dem ein Teil des Aktors aufgenommen ist. Bei diesem Teil handelt es sich
vorliegend zumindest teilweise um den zylinderkopfseitigen Anker des
Aktors, wobei der zwischen den Ankern liegende Elektromagnet den
genannten Hohlraum aktorseitig zumindest zum Teil begrenzt. Durch die
Ausbildung des genannten Hohlraums und einer damit möglich werdenden
Verlagerung von Aktorteilen in den Hohlraum und damit in Richtung der
Zylinder kann die Bauhöhe in signifikantem Masse verringert werden, was
insgesamt - insbesondere unter Berücksichtigung einer Vielzahl von zu
montierenden Aktoren - zu einer kompakteren Brennkraftmaschine führt.
Überdies kann durch ein direktes Aufsetzen des Elektromagneten auf den
Zylinderkopf eine günstige Wärmeabführung erreicht werden, so dass der
Aktor einfach zu kühlen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Ankerschaft im
Elektromagneten selbst gelagert. Damit ist es lediglich wichtig, den
Elektromagneten gegenüber dem Zylinderkopf zu fixieren.
Der Ankerschaft des Aktors kann mit dem Ventilschaft des Ventils mittelbar
oder unmittelbar, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Ventilspiel
ausgleichselementes gekoppelt sein.
Um den Hohlraum noch besser zu nutzen, ist es gemäß einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, wenigstens eine
erste Feder (Ventilfeder) in dem Hohlraum anzuordnen. Diese Ventilfeder
kann das Ventil in eine Endstellung, beispielsweise die Geschlossen-
Stellung vorspannen. Vorzugsweise stützt sich die Ventilfeder dabei
einerseits am Ventilschaft und andererseits am Zylinderkopf ab. Dies
ermöglicht eine einfache Einbauweise des Ventils.
Eine zweite Feder (Aktorfeder) kann im Aktor integriert und bezüglich des
Elektromagneten zylinderkopffern angeordnet sein. Der einfache Aufbau
dieser Ausführungsform wird dadurch gefördert, wenn sich diese Aktorfeder
unmittelbar gegen den zylinderkopffernen Anker abstützt. Durch eine
Schraubvorrichtung, mittels der die Aktorfeder über einen Federsitz gehalten
wird, kann zudem eine Justierung des Aktors, insbesondere der beiden
Ankerplatten, in Bezug auf seine Lage zum Elektromagneten durchgeführt
werden. Der Elektromagnet kann aus einem Spulenkern mit einem oder
mehreren Polflächen bestehen, wie dies beispielsweise aus der DE 197 12 669 A1
bekannt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Einheit, bestehend aus zwei
elektromagnetischen Ventilen, die auf einem Zylinderkopf
angeordnet sind, und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Aktors.
In Fig. 1 ist eine zusammengebaute Einheit, bestehend im wesentlichen
aus zwei elektromagnetisch betätigten Gaswechselventilen, die auf einem
Zylinderkopf angeordnet sind, im Schnitt dargestellt.
Der Aufbau eines elektromagnetischen Aktors für ein solches
Gaswechselventil wird zunächst anhand von Fig. 2 beschrieben.
Der Aktor 10 umfasst einen Elektromagneten 12, der vorliegend lediglich als
Einheit dargestellt ist. Der Elektromagnet 12 kann eine oder mehrere
Polflächen an den den jeweiligen Ankern zugewandten Seiten sowie eine
oder mehrere Spulen umfassen. Im Elektromagneten 12 sind koaxial mit
einer zentralen Bohrung an beiden Endbereichen zwei Lager 15 ausgebildet,
die einen Ankerschaft 14 in axialer Richtung beweglich geführt halten. Am
Ankerschaft 14 sind zwei Ankerplatten 16 und 18 axial voneinander
beabstandet, und zwar auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des
Elektromagneten 12. Vorliegend ist die Ankerplatte 16 kleiner ausgebildet als
die Ankerplatte 18. Bei einer Nullpunktlage der Anker mit jeweils gleichem
Abstand vom Elektromagneten 12 ist diese Asymmetrie für ein Anschwingen
des Aktors im Startfall der Brennkraftmaschine wichtig, da die Kraft auf die
obere Ankerplatte 18 dann größer ist als diejenige auf die untere Ankerplatte
16. Der Abstand zwischen den beiden Ankerplatten 16 und 18 ist größer als
die Dicke des Elektromagneten 12, so dass eine Hin- und Herbewegung in
einem bestimmten Bereich gewährleistet ist.
Der Elektromagnet 12 ist derart in einem Gehäuse 20 aufgenommen, dass
er zusammen mit dem Gehäuse 20 den Aktor auf der Seite der kleinen
Ankerplatte 16 im wesentlichen begrenzt. Damit steht die Ankerplatte 16
zusammen mit dem auf dieser Seite vorspringenden Ankerschaft 14 über
das vom Elektromagneten 12 und dem Gehäuse 20 begrenzte Volumen
über.
Im in Fig. 2 oben dargestellten oberen Bereich des Gehäuses 20 ist eine
koaxial zur Bohrung im Elektromagneten 12 ausgerichtete Bohrung mit
einem Innengewinde ausgebildet, in die eine Schraubvorrichtung 26
eindrehbar ist. Die Schraubvorrichtung 26 bildet zugleich einen Federsitz für
eine Aktorfeder 22, die sich zum einen gegen diesen Federsitz und zum
anderen gegen einen direkt auf der Ankerplatte 18 angeordneten Ventilsitz
abstützt. Die Aktorfeder 22 dient zur Vorspannung des Gaswechselventils in
Offenstellung und ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel
zusammengedrückt. Die Einschraubvorrichtung 26 umfasst überdies eine
zentrale, gestufte Bohrung, in die ein Wegsensor 28 (vorliegend nicht näher
dargestellt) eingesetzt ist. Der Wegsensor 28 umfasst wiederum eine
zentrale, koaxial zu der Zylinderbohrung angeordnete Bohrung, durch die
sich ein Fortsatz des Ankerschaftes 14 hindurcherstreckt.
Eine Bestromung des Elektromagneten 12 erfolgt über Zufuhrleitungen, von
denen vorliegend nur eine mit Bezugsziffer 30 dargestellt ist.
Mit der Bezugsziffer 23 ist eine sogenannte Ölgalerie bezeichnet. Dies ist
eine Versorgungsleitung für Schmieröl, welche im Bereich der oberen
Ankerplatte 18 endet und durch tröpfchenweise Zugabe von Schmieröl eine
Minimalschmierung sicherstellt.
Gemäß Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 50 der Brennkraftmaschine im Bereich
eines jeden Ventils mit einer Ausnehmung (Hohlraum) 58 ausgebildet, in
welcher der über Gehäuse 20 und Elektromagnet 12 vorstehende Aktorteil
(Ankerplatte 16 und Ankerschaft 14) aufgenommen ist. Überdies ist das
Ventil 52 im Zylinderkopf gelagert und steht gegenüberliegend dem Aktor 12
in den Hohlraum 58 hinein.
Am oberen Ende des Ventils 52 ist ein Federsitz 56 angeordnet, gegen den
sich eine weitere Federn, nämlich die Ventilfeder 54, abstützt. Die
Ventilfeder 54 ist andererseits gegen einen Federsitz direkt am Zylinderkopf
abgestützt und spannt das Ventil in seiner Geschlossen-Richtung vor. Am
oberen Ende des Ventils ist ein nicht näher dargestelltes Ventilspielaus
gleichselement vorgesehen.
Beim Zusammenbau wird nun die Ankerplatte 16 zusammen mit dem
Ankerschaft 14 in den Hohlraum 58 derart eingeführt, dass das vordere
Ende des Ankerschaftes auf dem Ventilschaft des darin bereits
angeordneten Gaswechselventils unter Zwischenschaltung des
Ventilspielausgleichselements zu liegen kommt. Damit besteht eine
Kopplung zwischen dem Aktor 10 und dem Ventil 52. Durch eine geeignete
Dimensionierung und Anordnung der Federn 22 und 54 beziehungsweise
der entsprechende Federsitze wird eine Ankerstellung erreicht, in der der
Elektromagnet in etwa zwischen den beiden Ankerplatten 16 und 18 zu
liegen kommt (vorliegend nicht dargestellt). Dies stellt die Ruhelage dar.
Durch die vorliegende, asymmetrische Wahl der beiden Ankerplatten 16 und
18 kann durch eine Bestromung des Elektromagneten beim Anschwingen
eine anfängliche Auslenkung erreicht werden, so dass es schließlich bei
nachfolgender, geeigneter, abwechselnder Bestromung und Stromlos
stellung des Elektromagneten zu einem Hin- und Herschwingen des aus
Anker, Ventil und Ventilfeder bestehenden Federmassesystems kommt.
Dabei bewegt sich die untere Ankerplatte 16 im Hohlraum hin und her. Beide
Anker 16, 18 können in ihren jeweiligen, elektromagnetnahen Endstellungen
durch fortdauernde Bestromung gehalten werden.
Der Hohlraum wird vorwiegend durch den Elektromagneten aktorseitig
begrenzt. Durch die Aufnahme von Ventil- bzw. Aktorelementen im Hohlraum
58 kann eine besonders kleinbauenden Einheit aus Zylinderkopf und Aktoren
erreicht werden, was Ziel der vorliegenden Erfindung ist.
Überdies liegt der Elektromagnet 12 zumindest an seinen Randbereichen
direkt am Zylinderkopf an, der immer gut gekühlt ist. Durch diese optimale
thermische Kopplung kann eine gute Wärmeabführung der im Aktor,
insbesondere im Elektromagneten 12 selbst, erzeugten Wärme erreicht
werden, ohne dass besondere Kühlungsmassnahmen für den Aktor ergriffen
werden müssen.
Claims (16)
1. Brennkraftmaschine mit einem elektromagnetischen, auf einem Zylinderkopf
angeordneten Aktor (10) zum Betrieb eines Gaswechselventils (52), wobei
der Aktor (10) einen schaltbaren Elektromagneten (12) umfasst, der zwi
schen zwei axial beabstandeten, an einem gemeinsamen Ankerschaft (14)
angeordneten, in Axialrichtung beweglichen Ankern (16, 18) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Zylinderkopf ein Hohlraum (58) ausgebildet ist, in dem der zylinder
kopfseitige Anker (16) des Aktors (10) zumindest teilweise aufgenommen ist
und dass der Elektromagnet (12) den Hohlraum (58) aktorseitig zumindest
zum Teil begrenzt.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromagnet (12) zumindest zum Teil direkt am Zylinderkopf an
liegt und mit diesem thermisch gekoppelt ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ankerschaft (14) im Elektromagneten (12) gelagert ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein durchgehendes oder zumindest zwei Lager (15) vorgesehen sind.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ankerschaft (14) mit einem im Zylinderkopf gelagerten Ventilschaft
des Ventils (52) mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Ankerschaft (14) und dem Ventilschaft ein Ventil
spielausgleichselement vorgesehen ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Hohlraum (58) eine das Ventil in eine Endstellung vorspannen
de erste Feder (Ventilfeder) (54) vorgesehen ist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Feder (54) das Ventil (52) in seine Geschlossenstellung vor
spannt.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die erste Feder (54) einerseits am Ventilschaft und andererseits
am Zylinderkopf abstützt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine zweite Feder (Aktorfeder) (22) bezüglich des Elektromagneten zy
linderkopffern angeordnet ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die zweite Feder (22) zum einen gegen den zylinderkopffernen
Anker (18) abstützt.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die zweite Feder (22) gegen einen Federsitz (26) abstützt, der von
einer Schraubvorrichtung gehalten ist, mittels welcher eine Aktorjustierung
durchführbar ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an einem Ende des Aktors (10) ein Sensor zur Detektion der Ankerpo
sitionen vorgesehen ist.
14. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromagnet zumindest eine Spulenkern mit einer oder mehreren
Polflächen umfasst.
15. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Ankerplatten unterschiedlich dimensioniert sind.
16. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im oberen Teil des Aktors eine Ölzuführleitung endet, über die mittels
tropfenweiser Ölzuführung eine Schmierung erreichbar ist.
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