DE10119291A1 - Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung aus zwei Elektromagneten, zwischen denen eine Ankerplatte oszilliert, wobei in die Ankerplatte und/oder in die Magnetjoche der Elektromagneten eine das Auftreten von Adhäsion vermeidende Oberflächenstruktur eingearbeitet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung aus zwei Elektromagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus zwei Elektromagneten, dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, die durch mindestens ein Bauteil aus einem nicht ferromagnetischen Material voneinander ge­ trennt sind. Dieses Bauteil kann beispielsweise durch ein Gehäuseteil gebildet wer­ den. Zwischen den Elektromagneten, dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, befindet sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erregerspule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt wird. Das Magnetjoch des Öff­ nermagneten weist eine Durchführung für einen Ventilstößel auf, der die auf die An­ kerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens ein Gaswechselventil überträgt.

Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außenseite des Schließermagneten angeordnet ist. Dazu ist in Verlängerung des Ventilstößels ein einen Aktorfederteller aufweisender Federstößel angeordnet, der in einer Durchfüh­ rung im Magnetjoch des Schließermagneten gelagert ist. Die Aktorfeder ist dabei beispielsweise von einer Ausformung des Magnetjochs des Schließermagneten um­ geben. Alternativ kann auf das Magnetjoch des Schließermagneten ein die Aktorfe­ der abdeckendes weiteres Aktorbauteil aufgesetzt werden. Das weitere Aktorbauteil bildet dabei das Gegenlager für die auf dem Aktorfederteller des Aktorstößels auflie­ gende Aktorfeder.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nocken­ wellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zy­ linderkopfes gezogen wird.

Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechselventils, der Ventilstößel und der Federstößel des Aktors gegeneinander gepreßt.

In der Ruhelage der funktionellen Einheit muß sich die Ankerplatte in einer durch die Konstruktion bestimmte Position zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließer­ magnet befinden, beispielsweise in der Mittellage, wobei die Ventilfeder und die Ak­ torfeder vorgespannt sind. Der Ventilteller des Gaswechselventils befindet sich in diesem Beispiel in der Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes, bei der das Gaswechselventil geschlossen ist, und der Position, in der das Gaswechsel­ ventil maximal geöffnet ist.

Für den Betrieb der funktionellen Einheit ist der Aktor so konstruiert, das in den bei­ den Positionen, in der das Gaswechselventil maximal geöffnet ist, und in der das Gaswechselventil in den Ventilsitz geschlossen wird, zwischen der Ankerplatte und den Magnetjochen der Elektromagnete ein Luftspalt verbleibt, der eine Breite von typisch 0.06 bis 0.1 Millimeter aufweist. Dieser Luftspalt umfaßt zumindest eine Teil der möglichen Kontaktfläche der Ankerplatte und den Magnetjochen, beispielsweise den Bereich vom Spulenfenster bis zum Rand. Der Luftspalt vermeidet ein vollstän­ diges Aufprallen der Ankerplatte auf die Magnetjoche sowie hohe Adhäsionskräfte. Der Nachteil bei der Konstruktion eines Aktors mit einem Luftspalt zwischen der Ankerplatte und den Magnetjochen in dieser Breite besteht darin, daß zum Halten der Ankerplatte an den Elektromagneten gegen die Rückstellkraft der Ventilfeder oder der Aktorfeder die Elektromagnete mit einem höheren Strom beaufschlagt werden müssen, wozu die Aktoren konstruktiv ausgelegt werden müssen, und wo­ durch die Leistungsaufnahme der Aktoren insgesamt zunimmt. Zudem wird durch die variierenden Klebekräfte die Regelung des Flugverhaltens der Ankerplatte nach­ teilig beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ven­ tilsteuerung dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 anzugeben, bei dem die Adhäsi­ on der Ankerplatte mit den Magnetjochen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst, wonach in mindestens eine Seite der Ankerplatte und/oder in mindestens einem der Magnetjoche eine Oberflächenstruktur ausgearbeitet ist, welche das Auftreten von Adhäsion zwischen der Ankerplatte und den Magnetjo­ chen vermeidet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Oberflächenstruktur in der Ankerplatte v-förmige parallele Riefen eingearbeitet sind.

Durch den erfindungsgemäßen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer eine Oberflächenstruktur aufweisenden Ankerplatte wird das Auftreten von Adhäsion zwischen der Ankerplatte und den Magnetjochen wirksam vermieden.

Im folgenden ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von ei­ nem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläu­ tert.

Es zeigten:

Fig. 1 ein Schnittbild eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteue­ rung,

Fig. 2 eine Darstellung der eine Oberflächenstruktur aufweisenden Anker­ platte des Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung.

In der Fig. 1 ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung dargestellt, der im wesentlichen aus zwei Elektromagneten, dem Öffnermagnet 3 und dem Schlie­ ßermagnet 2 besteht. Die Elektromagneten bestehen jeweils aus einem Magnetjoch 2.1, 3.1, in welchem ein Spulenfenster 2.2, 3.2 ausgearbeitet ist, und der in dem Spulenfenster 2.2, 3.2 eingesetzten Erregerspule 2.3, 3.3. Die Elektromagneten werden durch zwei aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigte Distanz­ stücke 4 voneinander getrennt. Zwischen den Distanzstücken 4 oszilliert die Anker­ platte 5.1, an der der Ventilstößel 5.2 befestigt ist, der die auf die Ankerplatte 5.1 einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Magnetjoch 3.1 des Öffnermagne­ ten 3 auf ein Gaswechselventil überträgt. Der Aktor ist dabei so aufgebaut, daß beim Betrieb des Aktors zwischen der Ankerplatte 5.1 und den Magnetjochen 2.1, 3.1 ein Luftspalt von 0,06 Millimetern verbleibt.

In der Verlängerung des Ventilstößels 5.2 liegt auf der Ankerplatte 5.1 ein Federstö­ ßel 7.1 auf, der in einer Durchführung im Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten 2 gelagert ist, und der die auf die Ankerplatte 5.1 einwirkenden Kräfte auf die Aktorfe­ der 7.2 überträgt. Dazu ist an dem der Ankerplatte 5.1 entgegengesetzten Ende des Federstößels 7.1 ein Aktorfederteller 7.3 ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder 7.2 aufliegt, und über den die Aktorfeder 7.2 den Federstößel 7.1 gegen die Ankerplatte 5.1 preßt.

In die Durchführungen im Magnetjoch 2.1 des Schließermagneten 2 und dem Ma­ gnetjoch 3.1 des Öffnermagneten 3 sind Führungshülsen 2.4, 3.4 eingearbeitet, durch die der Ventilstößel 5.2 und der Federstößel 7.1 geführt werden.

Zur Schmierung des Ventilstößels 5.2 und des Federstößels 7.1 sind die Führungs­ hülsen 2.4, 3.4 über nicht dargestellte Bohrungen mit den Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden.

Die Aktorfeder 7.2 befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durchführung des Federstößels 7.1 ausgebildeten, eine Wandung bildende Ausformung des Ma­ gnetjochs 2.1 des Schließermagneten 2. Die Wandung weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein Schraubdeckel 8 eingeschraubt ist. Mittels des Schraub­ deckels 8 kann die Vorspannung der Aktorfeder 7.2 verändert werden.

Durch die Versorgung des Ventilstößels 5.2 und des Federstößels 7.1 mit Schmier­ stoff kommt es innerhalb des Aktors unweigerlich zur Bildung eines Schmierstof­ films. Dieser Schmierstoffilm bewirkt beim Betrieb des Aktors trotz des Luftspaltes von 0.06 Millimetern das Auftreten von Adhäsion, wenn die Ankerplatte 5.1 von dem Schließermagnet 2 oder dem Öffnermagneten 3 angezogen und gegebenenfalls ge­ halten wird. Als Adhäsion wird dabei das aneinander Haften zweier Festkörper be­ zeichnet, das auf eine lockere Verbindung von Molekülketten auf Grund von Kräften zwischen den Molekülen beruht, und das durch die Anwesenheit von Flüssigkeiten hoher Viskosität verstärkt wird.

In der Fig. 2 ist die Ankerplatte 5.1 des Aktors separat dargestellt, wobei als Ober­ flächenstruktur v-förmige parallele Riefen in die Oberfläche eingearbeitet sind. Durch diese auf beiden Seiten der Ankerplatte 5.1 ausgearbeiteten Riefen wird eine die gesamte Fläche der Ankerplatte übergreifende und dementsprechend starke Adhäsion vermieden, wobei die Riefen als Ausgangspunkt zum Ablösen einer ent­ standenen Adhäsion fungieren.

Grundsätzlich kann die Oberflächenstruktur 9 zur Vermeidung von Adhäsion auch in den Magnetjochen 2.1, 3.1 ausgearbeitet werden. Durch die bereits aufwendige Verbindung der Magnetjoche 2.1, 3.1 mit den Erregerspulen 2.3, 3.3 würde der Herstellungsaufwand für die Magnetjoche 2.1, 3.1 weiter erhöht. Die zur Vermei­ dung von Adhäsion beste Lösung, die jedoch sehr aufwendig und teuer wäre, ist das einbringen einer Oberflächenstruktur 9 in beide Magnetjoche 2.1, 3.1 und in beide Seiten der Ankerplatte 5.1.

Durch den Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer als Riefen aus­ gebildeten Oberflächenstruktur 9 auf beiden Seiten der Ankerplatte 5.1 wird das Auftreten von Adhäsion zwischen der Ankerplatte 5.1 und den Magnetjochen 2.1, 3.1 wirksam unterdrückt, wodurch eine Beeinträchtigung der Leitungsaufnahme und der Steuerzeiten des Aktors vermieden wird.

Claims (2)

1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung aus zwei Elektromagneten, zwi­ schen denen eine Ankerplatte (5.1) oszilliert, und die jeweils aus einem Magnet­ joch (2.1, 3.1) und einer in einem Spulenfenster (2.2, 3.2) angeordneten Erreger­ spule (2.3, 3.3) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine Seite der Ankerplatte (5.1) und/oder in mindestens einem der Magnetjoche (2.1, 3.1) eine Oberflächenstruktur (9) ausgearbeitet ist, die das Auftreten von Adhäsion zwischen der Ankerplatte (5.1) und den Magnetjochen (2.1, 3.1) vermeidet.

2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oberflächenstruktur (9) in der Ankerplatte (5.1) v-förmige parallele Riefen eingearbeitet sind.