DE102012213180B4 - Linear actuator and valve actuator - Google Patents

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Abstract

Elektromagnetischer, linearer Aktuator zur Aktivierung eines Gaswechselventils, wobei der Aktuator aus einem fest stehenden Teil (5, 1) und einem linear beweglichen Teil (2, 3) gebildet ist und der fest stehende Teil (5, 1) zumindest ein Gehäuse (5, 25) und eine in dem Gehäuse (5, 25) befestigte, erste Spule (1) aufweist und der bewegliche Teil (2, 3) zumindest einen Stößel (3) und eine auf dem Stößel (3) befestigte zweite Spule (2) aufweist, wobei beide Spulen (1, 2) konzentrisch um den Stößel (3) angeordnet sind und sich bei Bestromung die zweite Spule (2) axial an die erste Spule (1) annähert und/oder sich zumindest teilweise in diese hineinbewegt und wobei am Stößel (3) ein Bewegungsdämpfer (6) angebracht ist, der zur Interaktion mit einem bewegungsbegrenzenden Element (23) vorgesehen ist.Electromagnetic, linear actuator for activating a gas exchange valve, the actuator being formed from a fixed part (5, 1) and a linearly movable part (2, 3) and the fixed part (5, 1) at least one housing (5, 25) and a first coil (1) fastened in the housing (5, 25) and the movable part (2, 3) has at least one plunger (3) and a second coil (2) fastened on the plunger (3) , whereby both coils (1, 2) are arranged concentrically around the plunger (3) and, when energized, the second coil (2) axially approaches the first coil (1) and / or moves at least partially into it and on the plunger (3) a movement damper (6) is attached, which is provided for interaction with a movement-limiting element (23).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen, linearen Aktuator zur Aktivierung eines Gasventils, wobei der Aktuator aus einem fest stehenden Teil und einem linear beweglichen Teil gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem derartigen elektromagnetischen, linearen Aktuator.The invention relates to an electromagnetic, linear actuator for activating a gas valve, wherein the actuator is formed of a fixed part and a linearly movable part. Furthermore, the invention relates to a valve actuating device with such an electromagnetic, linear actuator.

Ein derartiger Aktuator kommt in Brennkraftmaschinen zum Einsatz, die keine Nockenwelle erfordern und deren Gasventile über die elektromagnetischen Aktuatoren und eine Ansteuerelektronik im Sinne des bekannten Motorbetriebes gesteuert werden. Somit werden sich drehende, gewichtige Mechanikteile durch den Aktuator mit Steuerelektronik ersetzt, womit neben einem Gewichtsvorteil auch ein Bauraumvorteil im Motorraum eines Fahrzeuges entstehen.Such an actuator is used in internal combustion engines that do not require a camshaft and whose gas valves are controlled by the electromagnetic actuators and a control electronics in the sense of the known engine operation. Thus, rotating, weighty mechanical parts are replaced by the actuator with control electronics, which in addition to a weight advantage and a space advantage in the engine compartment of a vehicle arise.

Die Ventile, wie sie in der Patentschrift EP 1 170 489 B1 offenbart sind, werden mittels Stellgliedern, die am Zylinderkopf angeordnet sind, betätigt und somit die Brennkraftmaschine optimal betrieben.The valves, as described in the patent EP 1 170 489 B1 are disclosed are actuated by means of actuators which are arranged on the cylinder head, and thus the internal combustion engine operated optimally.

Magnetventile für diese Anwendung sind auch aus der DE 197 35 375 C1 oder der US 6 810 841 A1 bekannt. Darin wird die magnetische Funktion von bestromten Spulen derart verwendet, dass eine magnetisierbare Metallplatte, die mit dem Gaswechselventil verbunden ist, zwischen zwei Stellungen innerhalb des Magnetschalters hin- und hergeschaltet werden kann. Die beiden Stellungen entsprechen somit einer Ventilöffnung bzw. einer Ventilschließung.Solenoid valves for this application are also from the DE 197 35 375 C1 or the US Pat. No. 6,810,841 A1 known. Therein, the magnetic function of energized coils is used such that a magnetizable metal plate, which is connected to the gas exchange valve, between two positions within the magnetic switch can be switched back and forth. The two positions thus correspond to a valve opening or a valve closure.

Problematisch an den bereits bekannten Lösungen ist, dass bei der erforderlichen Betätigungskraft die betätigenden Einheiten eine nicht unerhebliche Größe annehmen, die den Raum um den Zylinderkopf nachteilig befüllt. Jedoch erlaubt eine minimal erforderliche Betätigungskraft eine weitere Verkleinerung dieser Einheit nicht.The problem with the already known solutions is that, given the required actuating force, the actuating units assume a considerable size, which unfavorably fills the space around the cylinder head. However, a minimum required operating force does not allow further reduction of this unit.

Ein elektromagnetischer Linearaktuator der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2011 080 065 A1 bekannt.An electromagnetic linear actuator of the type mentioned is from the DE 10 2011 080 065 A1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator bzw. eine Ventilbetätigungsvorrichtung anzugeben, die eine hohe Betätigungskraft aufbringt und dennoch nur geringen Bauraum benötigt.The invention has for its object to provide an actuator or a valve actuating device which applies a high actuation force and yet requires only little space.

Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Ventilbetätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by an actuator having the features specified in claim 1 or by a valve actuating device according to claim 8.

Erfindungsgemäß ist der elektromagnetische, lineare Aktuator zur Aktuierung eines Gasventils aus einem fest stehenden Teil und einem linear beweglichen Teil gebildet. Dabei weist der fest stehende Teil zumindest ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse befestigte, erste Spule auf. Ferner weist der bewegliche Teil zumindest einen Stößel und eine auf dem Stößel befestigte, zweite Spule auf. Durch eine entsprechende Bestromung interagieren erste und zweite Spule elektromagnetisch, sodass eine Betätigung bzw. eine lineare Bewegung verursacht wird. Die erste Spule ist im Gehäuse befestigt, welches wiederum im Motorraum, insbesondere in der Nähe des Zylinderkopfes, befestigt wird. Bei Bestromung wird folglich die zweite Spule und alles was daran befestigt ist, zur linearen Bewegung gezwungen. Somit treibt die zweite Spule insbesondere den Stößel an, mit dem sie verbunden ist, um eine Aktuierung des mit dem Stößel verbundenen Gaswechselventils zu erzielen.According to the electromagnetic linear actuator for actuating a gas valve from a fixed part and a linearly movable part is formed. In this case, the fixed part has at least one housing and a first coil mounted in the housing. Furthermore, the movable part has at least one plunger and a second coil mounted on the plunger. By a corresponding energization, the first and second coils interact electromagnetically, so that an actuation or a linear movement is caused. The first coil is mounted in the housing, which in turn is mounted in the engine compartment, in particular in the vicinity of the cylinder head. When energized, therefore, the second coil and everything attached to it is forced to move linearly. Thus, the second spool in particular drives the plunger with which it is connected in order to achieve an actuation of the gas exchange valve connected to the plunger.

Die beiden Spulen sind konzentrisch um den Stößel angeordnet. Bei Bestromung nähert sich die zweite Spule axial an die erste Spule an oder wird sogar teilweise in diese hineingezogen. Bei entgegengesetzter Bestromung kann ggf. auch eine Rückbewegung stattfinden.The two coils are arranged concentrically around the plunger. When energized, the second coil approaches axially to the first coil or is even partially drawn into this. In the case of opposite energization, a return movement may possibly also take place.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform baut ein Rückstellelement, insbesondere eine Feder, eine Rückstellkraft bei Bestromung auf, um das bewegliche Teil in Bezug zu dem fest stehenden Teil in eine Ausgangsstellung zu bewegen. Mit anderen Worten, bei Bestromung bewegt sich das bewegliche Teil mit dem Stößel in die Betätigtenstellung, um bei nachlassender oder wegfallender Bestromung wieder in die Ausgangsstellung zu gelangen. Damit wäre eine entgegengerichtete Bestromung zur Rückbewegung des beweglichen Teils nicht erforderlich.In an advantageous embodiment, a restoring element, in particular a spring, builds up a restoring force when energized, in order to move the movable part relative to the fixed part into an initial position. In other words, when energized, the movable part moves with the plunger in the actuated position to get back to the starting position with decreasing or dropping current. This would not require a counter current to the return movement of the movable part.

Vorteilhafterweise ist das Gehäuse zumindest teilweise oder auch ganz aus tiefgezogenem Metall gefertigt. Tiefgezogenes Metall kann kalt umgeformt werden und ist sehr viel einfacher zur Herstellung des Gehäuses einzusetzen, d. h. auszustanzen oder anderweitig umzubilden. Darüber hinaus lassen sich die Leistungseigenschaften des Aktuators verbessern, weil das verwendete Material sehr dünnwandig ist und somit mehr Platz für die Spulen und den Stößel verbleiben. Dies gilt insbesondere für die Radialrichtung, in der beide Spulen im jeweiligen Gehäuseteil radial nach außen mehr Bauraum einnehmen können und somit erheblich zu einer Betätigungskraftsteigerung beitragen. Wie bereits vorher angedeutet ist es vorteilhaft, bei der Bestromung nur eine Bewegungsrichtung zuzulassen. Für derartige Ausführungsformen ist es wiederum weiter bevorzugt, wenn der bewegliche Teil einen Bewegungsdämpfer aufweist, in dem beispielsweise der Bewegungsdämpfer am Stößel angebracht ist, wobei der Bewegungsdampfer zur Interaktion mit einem bewegungsbegrenzenden Element vorgesehen ist. Das bewegungsbegrenzende Element ist mittelbar oder unmittelbar am Gehäuse des Aktuators befestigt, und nimmt die Bewegungsenergie des Stößels auf, sofern dieser nicht durch das zu betätigende Gasventil bereits derart heruntergebremst wird, sodass eine weitere Entschleunigung nicht mehr erforderlich wäre. Somit begrenzt das bewegungsbegrenzende Element auch die Betätigungsstrecke des Aktuators. Daran ist vorteilhaft, dass sowohl der Bewegungsdämpfer als auch das bewegungsbegrenzende Element im Wesentlichen im Spuleninnenraum der ersten Spule angeordnet werden können und damit weiter Bauraum einsparen.Advantageously, the housing is at least partially or entirely made of deep-drawn metal. Deep-drawn metal can be cold formed and is much easier to use for the manufacture of the housing, ie auszustanzen or otherwise transform. In addition, the performance characteristics of the actuator can be improved because the material used is very thin-walled and thus more space for the coils and the plunger remain. This applies in particular to the radial direction, in which both coils can occupy more space in the respective housing part radially outwards and thus contribute significantly to an increase in operating force. As already indicated above, it is advantageous to allow only one direction of movement during energization. For such embodiments, it is again preferred if the movable part has a motion damper, in which, for example, the motion damper is mounted on the plunger, wherein the Movement steamer is provided for interaction with a movement-limiting element. The movement-limiting element is attached directly or indirectly to the housing of the actuator, and absorbs the kinetic energy of the plunger, unless it is already braked down by the gas valve to be actuated, so that a further deceleration would no longer be required. Thus, the movement-limiting element also limits the actuation path of the actuator. It is advantageous that both the motion damper and the motion-limiting element can be arranged substantially in the coil interior of the first coil and thus further save installation space.

Das bewegungsbegrenzende Element kann eine Lagerung des Stößels zumindest teilweise umfassen. Der Stößel könnte gegenüber dem Gehäuse wälzgelagert sein, sodass dieser bei einer möglichst geringen magnetischen Kraft bereits aus seiner Ausgangsstellung in die Betätigungsstellung bewegbar ist. Auf diese Weise kann die Haftreibung weitgehend reduziert werden.The movement-limiting element may at least partially comprise a bearing of the plunger. The plunger could be roller-mounted with respect to the housing, so that it is already movable from its initial position into the actuated position with the lowest possible magnetic force. In this way, the static friction can be largely reduced.

Es ist definitiv vorteilhaft, wenn die erste Spule das bewegungsbegrenzende Element und/oder den Bewegungsdämpfer zumindest teilweise umfasst, damit der Innenraum der ersten Spule möglichst optimal ausgenutzt werden kann.It is definitely advantageous if the first coil at least partially encloses the movement-limiting element and / or the motion damper so that the interior of the first coil can be utilized optimally.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Bewegungsdämpfer bei der Interaktion mit dem bewegungsbegrenzenden Element senkrecht zur Betätigungsrichtung des Stößels aufgeweitet. Dies führt zu einer elastischen Beanspruchung des Bewegungsdämpfers, womit die Bewegungsenergie in Verformungsenergie umwandelbar ist und somit den beweglichen Teil, insbesondere den Stößel, bis zum Stillstand hin abbremst.In a preferred embodiment, the motion damper is widened in the interaction with the movement-limiting element perpendicular to the actuation direction of the plunger. This leads to an elastic stress of the motion damper, whereby the kinetic energy is convertible into deformation energy and thus slows down the moving part, in particular the plunger, to a standstill.

Bei einer konischen Ausbildung des bewegungsbegrenzenden Elementes entsteht ein weiterer Vorteil, weil die Elastizitätskonstante aufgrund der konischen Struktur dahingehend änderbar ist, dass mit zunehmender elastischer Beanspruchung die Umwandlung der Bewegungsenergie immer schneller, d. h. bei kürzerem Bremsweg, in elastische Verformungsenergie bewerkstelligt wird. Alternativ könnte dies nur durch eine größere Anhäufung von elastischem Material am Bewegungsdämpfers bewerkstelligt werden, wobei dieses Material jedoch sehr viel Platz wegnehmen würde. Der Konus ersetzt somit eine größere Materialaufwendung am beweglichen Teil.In a conical design of the movement-limiting element, a further advantage arises because the elastic constant due to the conical structure is changeable to the effect that with increasing elastic stress, the transformation of the kinetic energy faster, d. H. with shorter braking distance, in elastic deformation energy is accomplished. Alternatively, this could only be accomplished by a greater accumulation of elastic material on the muffler, but this material would take up a great deal of space. The cone thus replaces a larger amount of material on the moving part.

Somit kann die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvorrichtung ohne Nockenwelle nunmehr mit einem um eine Achse drehbaren Hebel und einem erfindungsgemäßen Aktuator umgesetzt werden. Dabei ist ein erstes, langes Hebelstück in Bezug zur Achse vom Stößel betätigbar und ein zweites, kurzes Hebelstück in Bezug zur Achse zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen. Langes bzw. kurzes Hebelstück bedeutet in diesem Fall, dass das erste Hebelstück das längere Hebelstück im Vergleich zum zweiten Hebelstück darstellt. Beide Hebelstücke bzw. deren Längenverhältnis definieren auch das Verhältnis der hebelverstärkten Betätigungskraft des Gasventils zur Betätigungskraft des Aktuators.Thus, the valve operating device according to the invention without camshaft can now be implemented with a lever rotatable about an axis and an actuator according to the invention. In this case, a first, long lever piece with respect to the axis of the plunger operable and a second, short lever piece with respect to the axis for actuating the gas exchange valve is provided. Long or short lever piece in this case means that the first lever piece represents the longer lever piece compared to the second lever piece. Both lever pieces or their length ratio also define the ratio of the lever-reinforced actuating force of the gas valve to the actuating force of the actuator.

Vorteilhafterweise ist der genannte Hebel aus zwei Metallstreifen gefertigt, die aufeinander befestigt sind. Die Drehachse kann an einer Stelle des Hebels befestigt sein, an der sie beide Metallstreifen voneinander separiert. An dieser Stelle können Achse und Metallstreifen miteinander befestigt sein, wie z. B. über eine Schweißung oder eine gemeinsame Verformung. Die beiden Endstücke des Hebels definieren jeweils den Beginn des ersten und zweiten Hebelstücks, die beide an der Achse enden.Advantageously, said lever is made of two metal strips which are fastened to each other. The axis of rotation may be attached to a location of the lever where it separates both metal strips from each other. At this point axle and metal strips can be fastened together, such. B. via a weld or a common deformation. The two end pieces of the lever each define the beginning of the first and second lever piece, both of which end at the axis.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments and preferred developments of the invention can be taken from the description of the figures and / or the dependent claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.The invention will be described and explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the figures.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Es zeigen:Show it:

1 einen elektromagnetischen Aktuator im Längsschnitt entlang des betätigenden Stößels, 1 an electromagnetic actuator in longitudinal section along the actuating plunger,

2 eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Hebel, linearem Aktuator und elektronischer Ansteuerung, und 2 a valve operating device with a lever, linear actuator and electronic control, and

3 den Hebel aus 2. 3 the lever off 2 ,

Detaillierte Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

1 zeigt den linearen, elektromagnetischen Aktuator in Schnittdarstellung. Das Gehäuse 5, 25 des Aktuators besteht aus zwei Gehäuseteilen 5, 25, wobei das erste Gehäuseteil 5 die erste Spule 1 aufnimmt und das zweite Gehäuseteil 25 die zweite Spule 2 aufnimmt, wobei die Spule 2 in ihrer Ausgangsstellung gezeigt ist. Beide Gehäuseteile 5, 25 sind mittels Nieten 11 aneinander befestigt. Hier können auch alternative Befestigungsmethoden, wie z. B. Schrauben oder Bolzen verwendet werden. 1 shows the linear electromagnetic actuator in a sectional view. The housing 5 . 25 The actuator consists of two housing parts 5 . 25 , wherein the first housing part 5 the first coil 1 receives and the second housing part 25 the second coil 2 takes up, the coil 2 is shown in its initial position. Both housing parts 5 . 25 are by riveting 11 attached to each other. Here also alternative attachment methods, such. As screws or bolts can be used.

Die Rückstellfeder 10 ist mittels der Befestigung 8 an der zweiten Spule 2 derart befestigt, dass bei nachlassender Bestromung die Spule 2 zusammen mit dem Stößel 3 und dem Bewegungsdämpfer wieder in die abgebildete Ausgangsstellung gebracht werden kann. In dieser (abgebildeten) Ausgangsstellung ist die Rückstellfeder 10 nicht vorgespannt.The return spring 10 is by means of fastening 8th on the second coil 2 fixed so that when decreasing energization of the coil 2 along with the pestle 3 and the motion damper can be brought back into the illustrated starting position. In this (pictured) starting position is the return spring 10 not biased.

Bei jeder Translation des beweglichen Teils, der aus dem Stößel 3, dem Bewegungsdämpfer 6 und der Spule 2 besteht, wird der bewegliche Teil mittels eines Wälzlagers 9 gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 25 gelagert, bzw. reibungsarm verschoben. Bei der Translation wird der Zwischenraum 7 ggf. für die Lagerung 9 eingesetzt.At each translation of the moving part coming out of the ram 3 , the motion damper 6 and the coil 2 is the moving part by means of a rolling bearing 9 opposite the second housing part 25 stored, or shifted friction. During translation, the gap becomes 7 if necessary for storage 9 used.

Aufgrund der dünnen Wandung des zweiten Gehäuseteils 5, insbesondere im zylindrischen Bereich, kann die radiale Ausdehnung der zweiten Spule 2 deutlich erhöht werden, wodurch eine höhere Magnetflussdichte eine höhere Betätigungskraft des Aktuators erzielt wird.Due to the thin wall of the second housing part 5 , in particular in the cylindrical region, the radial extent of the second coil 2 be significantly increased, whereby a higher magnetic flux density, a higher actuation force of the actuator is achieved.

Die zweite Spule 2 kann, dank der Lagerung 9, nahezu vollständig in den Spuleninnenraum der ersten Spule 1 bewegt werden.The second coil 2 can, thanks to the storage 9 , almost completely into the coil interior of the first coil 1 to be moved.

Sollte bei einer derartigen Betätigung die für das Gasventil aufzubringende Betätigungskraft nicht genug sein, den beweglichen Teil zu stoppen, so wird durch die Interaktion des bewegungsbegrenzenden Elementes 23 mit dem Bewegungsdämpfer 6 die Bewegung des beweglichen Teils beendet.If, in such an operation, the actuating force to be applied to the gas valve is not enough to stop the moving part, the interaction of the movement limiting element will be insufficient 23 with the motion damper 6 the movement of the moving part is finished.

Das bewegungsbegrenzende Teil 23 weist eine konische Außenform auf, die im Wesentlichen in Hohlkonussegment des Bewegungsdämpfers 6 passt. Jedoch wirkt der Außenkonus des bewegungsbegrenzenden Elementes 23 dennoch auf den Bewegungsdämpfer 6 strukturell in radialer Richtung aufweitend. Aus dieser Aufweitung wird elastische Gegenkraft aufgebracht, die es erlaubt, besonders viel elastische Energie zu speichern und somit Bewegungsenergie zu vernichten.The movement-limiting part 23 has a conical outer shape, which is substantially in hollow cone segment of the motion damper 6 fits. However, the outer cone of the movement-limiting element acts 23 nevertheless on the movement damper 6 structurally expanding in the radial direction. From this expansion elastic counterforce is applied, which allows to store a lot of elastic energy and thus destroy kinetic energy.

Der Bewegungsdämpfer 6 weist ferner einen zylindrischen Befestigungsteil auf, der im Presssitz auf dem Stößel 3 angeordnet ist und gleichzeitig noch einen Teil der zweiten Spule 2 einfasst, die teilweise auch radial endseitig umfasst wird.The motion damper 6 further includes a cylindrical mounting member which is press fit on the plunger 3 is arranged while still a part of the second coil 2 bordered, which is partially also included radially end.

Vorteilhafterweise ist eine weitere Lagerung 4 des Stößels 3 im bewegungsbegrenzenden Element 23 angeordnet, wo sie im Gegensatz zur Lagerung 9 der zweiten Spule 2 gegenüber dem Gehäuse 5, 25 festsitzt.Advantageously, a further storage 4 of the plunger 3 in the movement-limiting element 23 arranged where they are unlike storage 9 the second coil 2 opposite the housing 5 . 25 tight.

2 zeigt eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit dem Hebel 12 und dem Aktuator aus 1. Das Gasventil 14 ist am kürzeren Hebelstück 31 bzw. an dessen Ende befestigt. Der Hebel 12 führt eine winkelbegrenzte Drehung um die Drehachse 23 aus, indem die Verlängerung 13 des Stößels 3 auf das Ende des längeren Hebelstücks 30 wirkt, mit dem es am Ende verbunden ist. 2 shows a valve actuator with the lever 12 and the actuator off 1 , The gas valve 14 is at the shorter lever piece 31 or attached to the end. The lever 12 performs an angle-limited rotation about the axis of rotation 23 out by the extension 13 of the plunger 3 on the end of the longer lever piece 30 acts, with which it is connected at the end.

Das zweite Gehäuseteil 25 kann, wenn das erste Gehäuseteil 5 in den Zylinderkopf einsteckbar ist, als Deckel ausgeführt werden. Wichtig ist, dass die Betätigungskraft, die durch den ohnehin bereits betätigungskraftoptimierten linearen elektromagnetischen Aktuator optimiert ist, nochmals durch den Hebel verstärkt werden kann.The second housing part 25 can if the first housing part 5 in the cylinder head can be inserted, are designed as a lid. It is important that the actuation force, which is optimized by the already already actuation force optimized linear electromagnetic actuator, can be reinforced by the lever again.

Im Ausführungsbeispiel der 2 liegt ein Übersetzungsverhältnis 1:2 vom kürzeren Hebelstück 31 zum längeren Hebelstück 30 vor. Folglich kann auf das Gasventil 14 eine Kraft aufgebracht werden, die im Wesentlichen doppelt so stark ist wie die Betatigungskraft des Stößels 3 des Aktuators aus 1.In the embodiment of 2 is a ratio of 1: 2 from the shorter lever piece 31 to the longer lever piece 30 in front. Consequently, on the gas valve 14 a force is applied which is substantially twice as strong as the actuating force of the plunger 3 of the actuator 1 ,

Vorteilhaft ist ferner, dass der Hebel 12 als Leichtbauhebel ausgeführt ist und aus zwei Metallstreifen besteht, die die Drehachse 23 zwischen sich aufnehmen können, womit allein aufgrund der Metallstreifenverformung keine weiteren Befestigungselemente, die weiteres Gewicht beitragen würden, erforderlich sind. Außerdem führt die Zweiteiligkeit des Hebels 12 zu einer Längensteifigkeit, die für die Kraftübertragung von Vorteil ist.It is also advantageous that the lever 12 is designed as a lightweight lever and consists of two metal strips, which is the axis of rotation 23 between them, which alone due to the metal strip deformation no further fasteners that would contribute further weight, are required. In addition, the bipartite nature of the lever 12 to a length stiffness, which is advantageous for power transmission.

Aufgrund des Einsatzes des Leichtbauhebels 12 ist es nicht mehr erforderlich, den Aktuator unmittelbar am Zylinderkopf anzusiedeln, womit eine weitere Bauraumoption gegeben ist.Due to the use of the lightweight lever 12 it is no longer necessary to settle the actuator directly on the cylinder head, which is a further space option is given.

Damit eine Nockenwelle komplett ersetzt werden kann, müssen nun die linearen Aktuatoren mittels einer Steuerelektronik derart angesteuert werden, dass der Motor optimal läuft. Das Weglassen der Nockenwellen führt zu einer erheblichen Gewichtsersparnis und somit auch zu einer erheblichen Kraftstoffersparnis, zumal die Nockenwelle zu den bewegten Teilen des Motors gehört. Außerdem sind elektrische Kontrollsysteme in den letzten Jahren sehr preisgünstig geworden, sodass hydraulische Systeme möglicherweise bald durch elektromagnetisch linear aktuierte Systeme ersetzt werden können.So that a camshaft can be completely replaced, now the linear actuators must be controlled by means of control electronics such that the engine runs optimally. The omission of the camshaft leads to a significant weight savings and thus also to a significant fuel economy, especially since the camshaft belongs to the moving parts of the engine. In addition, electrical control systems have become very inexpensive in recent years, so that hydraulic systems may soon be replaced by electromagnetically linear actuated systems.

Die Versorgungsleitungen 22 beinhalten zwei Leitungen zur Spannungsversorgungseinheit 15, die von der Batterie 17 gespeist wird und zwei weitere Versorgungsleitungen, die den linearen Aktuator mit Steuerinformationen versorgen. Die Steuereinheit ist über einen Sensorbus 21 mit Sensoren 19, 20 an der Kurbelwelle 18 verbunden, die es unter Verwendung des elektrischen Kontrollsystem erlauben, die optimale Bestromungszeit für den Motorbetrieb festzulegen oder zu berechnen. Beispielsweise könnte Sensor 19 ein Geschwindigkeitssensor sein, der die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle misst. Entsprechend könnte es sich bei Sensor 20 um einen Positionssensor handeln, der die Position des Kolbens im Zylinder in Abhängigkeit von der Zeit angeben kann.The supply lines 22 include two wires to the power supply unit 15 coming from the battery 17 and two other supply lines that provide the linear actuator with control information. The control unit is via a sensor bus 21 with sensors 19 . 20 on the crankshaft 18 which, using the electrical control system, allow the optimum current time for motor operation to be set or calculated. For example, sensor could 19 a speed sensor that measures the angular velocity of the crankshaft. Accordingly, it could be at sensor 20 to act a position sensor, which can indicate the position of the piston in the cylinder as a function of time.

3 zeigt den Hebelarm 12 mit dessen eingefasster Drehachse 23, wobei die Enden des Hebels 12 jeweils mit der Stößelverlängerung 13 bzw. mit dem Gasventil gekoppelt ist, wobei die Rückstellfeder 8 für eine Rückbewegung des Gaswechselventils in dessen Ausgangsstellung sorgt. 3 shows the lever arm 12 with its enclosed axis of rotation 23 , with the ends of the lever 12 each with the ram extension 13 or is coupled to the gas valve, wherein the return spring 8th ensures a return movement of the gas exchange valve in its starting position.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen elektromagnetischen, linearen Aktuator und eine Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem Hebel und dem besagten Aktuator, wobei sowohl die Vorrichtung als auch der Aktuator gewichtsreduziert sind und in Verbindung mit einem elektronischen Kontrollsystem dazu in der Lage sind, eine Brennkraftmaschine ohne Nockenwelle zu betreiben. Die erhöhte Betätigungskraft wird zum einen hervorgerufen durch eine Ausbildung des Gehäuses bzw. der Gehäuseteile des Aktuators aus tief gezogenen Blechteilen, womit für die erste und zweite Spule des Aktuators mehr Bauraum bleibt und somit eine stärkere magnetische Interaktion bei der Betätigung stattfinden kann. Ferner wird ein Hebel vorgeschlagen, der zur Kopplung des Stößels mit dem Gaswechselventil vorgesehen sein soll und über eine entsprechende Übersetzung eine Vergrößerung der Betätigungskraft hervorruft. Des Weiteren stellt sich der Vorteil ein, den linearen Aktuator nicht unmittelbar am Zylinderkopf anordnen zu müssen. Neben einer großen Gewichtsersparnis aufgrund der fehlenden Nockenwelle kann ferner von einer Kraftstoffersparnis profitiert werden, da wenige bewegliche Teile vorhanden sind.In summary, the invention relates to an electromagnetic, linear actuator and a valve actuator with a lever and the said actuator, wherein both the device and the actuator are weight-reduced and in conjunction with an electronic control system are able to operate an internal combustion engine without a camshaft. The increased operating force is caused on the one hand by a design of the housing or the housing parts of the actuator from deep drawn sheet metal parts, which remains for the first and second coil of the actuator more space and thus a stronger magnetic interaction can take place during actuation. Further, a lever is proposed, which is to be provided for coupling the plunger with the gas exchange valve and causes an increase in the actuation force via a corresponding translation. Furthermore, there is the advantage that the linear actuator does not have to be arranged directly on the cylinder head. In addition to a large weight savings due to the lack of camshaft can also be benefited by a fuel economy, since there are few moving parts.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
erste Spulefirst coil
22
zweite Spulesecond coil
33
Stößeltappet
44
Lagerungstorage
55
erster Gehäuseteilfirst housing part
66
Bewegungsdämpfermotion damper
77
Zwischenraumgap
88th
Federbefestigungspring mounting
99
Lagerungstorage
1010
RückstellfederReturn spring
1111
Nieterivet
1212
Hebellever
1313
Stößelverlängerungram extension
1414
GaswechselventilGas exchange valve
1515
Spannungsversorgungpower supply
1616
Steuereinheitcontrol unit
2121
SensorbusSensorbus
1717
Batteriebattery
1818
Kurbelwellecrankshaft
1919
Geschwindigkeitssensorspeed sensor
2020
Positionssensorposition sensor
2222
AktuatorbusAktuatorbus
2323
Drehachseaxis of rotation
2525
zweites Gehäuseteilsecond housing part

Claims (9)

Elektromagnetischer, linearer Aktuator zur Aktivierung eines Gaswechselventils, wobei der Aktuator aus einem fest stehenden Teil (5, 1) und einem linear beweglichen Teil (2, 3) gebildet ist und der fest stehende Teil (5, 1) zumindest ein Gehäuse (5, 25) und eine in dem Gehäuse (5, 25) befestigte, erste Spule (1) aufweist und der bewegliche Teil (2, 3) zumindest einen Stößel (3) und eine auf dem Stößel (3) befestigte zweite Spule (2) aufweist, wobei beide Spulen (1, 2) konzentrisch um den Stößel (3) angeordnet sind und sich bei Bestromung die zweite Spule (2) axial an die erste Spule (1) annähert und/oder sich zumindest teilweise in diese hineinbewegt und wobei am Stößel (3) ein Bewegungsdämpfer (6) angebracht ist, der zur Interaktion mit einem bewegungsbegrenzenden Element (23) vorgesehen ist.Electromagnetic, linear actuator for activating a gas exchange valve, wherein the actuator consists of a fixed part ( 5 . 1 ) and a linearly movable part ( 2 . 3 ) and the fixed part ( 5 . 1 ) at least one housing ( 5 . 25 ) and one in the housing ( 5 . 25 ), first coil ( 1 ) and the movable part ( 2 . 3 ) at least one plunger ( 3 ) and one on the pestle ( 3 ) attached second coil ( 2 ), both coils ( 1 . 2 ) concentrically around the plunger ( 3 ) are arranged and when energized, the second coil ( 2 ) axially to the first coil ( 1 ) approaches and / or at least partially moves into it and wherein on the plunger ( 3 ) a motion damper ( 6 ) for interaction with a movement-limiting element ( 23 ) is provided. Aktuator nach Anspruch 1, wobei ein Rückstellelement (10), insbesondere eine Feder (10), eine Rückstellkraft bei Bestromung aufbaut, um das bewegliche Teil (2, 3) in Bezug zu dem fest stehenden Teil (5, 1) in eine Ausgangsstellung zu bewegen.Actuator according to claim 1, wherein a return element ( 10 ), in particular a spring ( 10 ), a restoring force during energization builds up around the moving part ( 2 . 3 ) in relation to the fixed part ( 5 . 1 ) to move to a starting position. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (5, 25) zumindest teilweise oder ganz aus tief gezogenem Metall gefertigt ist.Actuator according to claim 1 or 2, wherein the housing ( 5 . 25 ) is at least partially or entirely made of deep-drawn metal. Aktuator nach Anspruch 1, wobei das bewegungsbegrenzende Element (23) eine Lagerung (4) des Stößels (3) zumindest teilweise umfasst.Actuator according to claim 1, wherein the movement-limiting element ( 23 ) a storage ( 4 ) of the plunger ( 3 ) at least partially. Aktuator nach Anspruch 1, wobei die erste Spule (1) das bewegungsbegrenzende Element (23) und/oder den Bewegungsdämpfer (6) zumindest teilweise umfasst.Actuator according to claim 1, wherein the first coil ( 1 ) the movement-limiting element ( 23 ) and / or the motion damper ( 6 ) at least partially. Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Bewegungsdämpfer (6) bei der Interaktion mit dem bewegungsbegrenzenden Element (23) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Stößels (3) aufgeweitet wird.Actuator according to claim 1, wherein the motion damper ( 6 ) in the interaction with the movement-limiting element ( 23 ) perpendicular to the direction of movement of the plunger ( 3 ) is widened. Aktuator nach Anspruch 6, wobei das bewegungsbegrenzende Element (23) konisch ausgebildet ist.Actuator according to claim 6, wherein the movement-limiting element ( 23 ) is conical. Ventilbetätigungsvorrichtung mit einem um eine Achse (23) drehbaren Hebel (12) und einem Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei ein erstes, langes Hebelstück (30) in Bezug zur Achse (23) vom Stößel (3) betätigbar ist und ein zweites, kurzes Hebelstück (31) in Bezug zur Achse (23) zur Betätigung des Gaswechselventils (14) vorgesehen ist.Valve operating device with one around an axis ( 23 ) rotatable lever ( 12 ) and an actuator according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein a first, long lever piece ( 30 ) in relation to the axis ( 23 ) from the ram ( 3 ) and a second, short lever piece ( 31 ) in relation to the axis ( 23 ) for actuating the gas exchange valve ( 14 ) is provided. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Hebel (12) aus zwei Metallstreifen gefertigt ist, die aufeinander befestigt sind und durch die Achse (23) an einer Stelle voneinander separiert werden. Valve operating device according to claim 8, wherein the lever ( 12 ) is made of two metal strips which are fastened to each other and through the axis ( 23 ) are separated from each other at one point.
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