DE10224866A1

DE10224866A1 - Electromagnetic actuator for gas exchange valve in reciprocating internal combustion engine has torsion bar connected to housing via elastically and/or plastically deformable member whose characteristics are adapted to application

Info

Publication number: DE10224866A1
Application number: DE2002124866
Authority: DE
Inventors: Alexander Von Gaisberg; Steffen Walter
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2003-12-24

Abstract

A pivot armature is fixed to a bearing tube that is pivotably connected at each end to the side walls of a housing (30). A torsion bar (33) is arranged in the bearing tube. The torsion bar is connected to the housing via an elastically and/or plastically deformable member (32) whose elastic and/or plastic characteristic can be adapted to suit the application.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an electromagnetic actuator according to the Preamble of claim 1.

Aus der DE 36 16 540 A1 ist ein elektromagnetischer Aktuator zum Betätigen eines Gaswechselventils einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt. Ein Anker ist zwischen zwei Elektromagneten des Aktuators angeordnet, die wechselweise periodisch erregt werden und dabei den Anker anziehen. Der Anker ist über einen Ankerstößel an einem einarmigen Ventilhebel angelenkt, der entgegen der Federspannung einer Drehstabfeder hin und her geschwenkt wird und dabei das Gaswechselventil öffnet und schließt. From DE 36 16 540 A1 is an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve a Reciprocating internal combustion engine known. An anchor is between two Electromagnets of the actuator arranged alternately be excited periodically and thereby attract the anchor. The anchor is via an anchor tappet on a one-armed valve lever hinged, the opposite to the spring tension of a torsion bar spring is pivoted back and forth while the gas exchange valve opens and closes.

Der Ventilhebel ist an einem Ende als Lagerrohr ausgebildet, das an seinen beiden Seiten in Lagerböcken gelagert ist. Die Drehstabfeder ragt mit ihrem einen Ende in das Lagerrohr und ist im Bereich des einen Lagerbocks mittels einer Kerbverzahnung drehfest mit dem Lagerrohr verbunden. Mit ihrem anderen Ende ist die Drehstabfeder auf die gleiche Art in einer Haltebuchse drehfest eingespannt, die ihrerseits an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeflanscht ist. Die Haltebuchse weist eine definierte Drehlage auf, welche die Vorspannung der Drehstabfeder bestimmt. Durch Verschwenken der Haltebuchse in Langlöchern ist ihre Drehlage und damit die Vorspannung der Drehstabfeder einstellbar. Die Betätigungseinrichtung des Gaswechselventils ist aufwändig und beansprucht einen großen Bauraum. The valve lever is formed at one end as a bearing tube, which is stored on its two sides in bearing blocks. The Torsion bar protrudes with its one end in the bearing tube and is in the range of a bearing block by means of a Serration rotatably connected to the bearing tube. With her other End is the torsion bar in the same way in one Holding bush clamped rotatably, in turn, on a Cylinder head of the internal combustion engine is flanged. The Holding bush has a defined rotational position, which the Preload the torsion bar determined. By pivoting the Holding bush in oblong holes is their rotational position and thus the Preload the torsion bar adjustable. The Actuating the gas exchange valve is expensive and takes up a large amount of space.

In der DE 199 48 209 A1 wird eine elektromagnetische Stelleinrichtung mit zwei Elektromagneten und einem Anker beschrieben, die mit Hilfe eines Trägers auf einem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigt sind. Der Anker ist mit einem Lagerrohr verbunden, das um eine Achse schwenkbar in einem Gehäuse gelagert ist. In dem Lagerrohr ist eine Drehstabfeder angeordnet, die an ihrem einen Ende mit dem Lagerrohr und an ihrem anderen Ende mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist. Die Drehstabfeder und eine Ventilfeder bilden auf den Anker wirkende entgegengesetzt gerichtete Federkräfte, die den Anker im Zusammenwirken mit den Elektromagneten hin und her bewegen. Der Anker wirkt über einen angeformten Finger auf einen Schaft eines Gaswechselventils, das im Zylinderkopf axial verschiebbar geführt ist. In DE 199 48 209 A1, an electromagnetic Actuator with two electromagnets and one armature described using a carrier on a cylinder head a reciprocating internal combustion engine are attached. The anchor is connected to a bearing tube, which is around an axis is pivotally mounted in a housing. In the bearing tube is a Torsion bar arranged at one end with the Bearing tube and at its other end with the housing rotation connected is. The torsion bar spring and a valve spring form acting on the anchor oppositely directed Spring forces acting on the armature in cooperation with the electromagnet to move back and fourth. The anchor acts via a molded-on Finger on a shaft of a gas exchange valve, which in Cylinder head is guided axially displaceable.

Indem die Drehstabfeder an einem Ende fest mit dem Anker verbunden ist und am anderen Ende unter Zwischenschalten einer Aufnahme mit dem Träger verschweißt ist, besteht nach dem Zusammenbau in diesem Bereich keine Möglichkeit zum Nachjustieren. Das Justieren erfolgt ausschließlich über die Elektromagnete, deren Magnetjoche am Halteträger verschraubt sind und in einer speziellen Montagevorrichtung gegenüber dem Anker ausgerichtet werden können. By the torsion bar at one end fixed to the anchor is connected and at the other end with interposition of a Recording is welded to the carrier, exists after the Assembly in this area no way to Readjustment. The adjustment is done exclusively via the Electromagnets whose magnetic yokes are screwed to the support bracket and in a special mounting device relative to the Anchor can be aligned.

Aus der DE 100 05 953 A1 ist ein weiterer elektromagnetischer Aktuator mit zwei Elektromagneten und einem schwenkbaren Anker bekannt. Der Anker wird durch Magnetkraft in Verbindung mit der Federkraft einer Drehstabfeder wechselweise in eine von zwei Endstellungen gebracht. Um in den Endstellungen einen möglichst hohen Magnetwirkungsgrad zu erhalten, wird in den Endstellungen ermittelt, welchen Einfluss der Luftspalt zwischen den Polflächen und dem Anker auf die auf das Joch einwirkende Magnetkraft und auf die auf den Anker einwirkende Federkraft hat. Nach den ermittelten Werten erhalten dann die Polflächen der Magnetjoche und/oder die Ankerflächen ein entsprechendes Profil, so dass ein gewünschter minimaler Luftspalt zwischen den magnetisch wirksamen Flächen entsteht. From DE 100 05 953 A1 is another electromagnetic Actuator with two electromagnets and one swiveling Anchor known. The anchor is connected by magnetic force with the spring force of a torsion bar alternately into one brought from two end positions. In the end positions To obtain the highest possible magnetic efficiency is in Determines the end positions, which influence the air gap between the pole faces and the anchor on the yoke acting magnetic force and acting on the armature Spring force has. After the determined values then receive the Pole surfaces of the magnetic yokes and / or the anchor surfaces corresponding profile, so that a desired minimum Air gap between the magnetically active surfaces arises.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln das Federverhalten der Drehstabfeder auf den jeweiligen Einbaufall abzustimmen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object of the invention is simple Means the spring behavior of the torsion bar on the respective Matching installation. The object is achieved according to the invention solved by the features of claim 1. advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Nach der Erfindung ist die Drehstabfeder über ein elastisch und/oder plastisch verformbares Verbindungselement, dessen elastisches bzw. plastisches Verhalten auf den Einsatzfall abgestimmt werden kann, mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Die Elastizität des Verbindungselements ergibt zusammen mit der Federsteifigkeit der Drehstabfeder eine resultierende Federsteifigkeit, mit der die Drehstabfeder auf den Anker wirkt. Da das Verbindungselement leicht mit abgestuften Federsteifigkeiten hergestellt werden kann, kann das Federsystem einfach ohne großen Aufwand durch Auswechseln des Verbindungselements die gewünschte resultierende Federsteifigkeit erhalten. According to the invention, the torsion bar spring is an elastic and / or plastically deformable connecting element, whose elastic or plastic behavior on the application can be matched with the housing rotatably connected. The Elasticity of the connecting element results together with the Spring stiffness of the torsion bar a resulting Spring stiffness with which the torsion bar spring acts on the anchor. As the connecting element is slightly stepped with Spring stiffness can be made, the spring system simply without much effort by replacing the Connecting element, the desired resulting spring stiffness receive.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Verbindungselement sich unter einer vorgegebenen Last in einer definierten Weise plastisch verformt. Dadurch kann die Drehlage der Drehfeder einer gewünschten Drehlage angepasst werden, indem das Verbindungselement im montierten Zustand so weit unter einer vorgegebenen Last plastisch verformt wird, bis die gewünschte Drehlage der Drehstabfeder erreicht ist. Zur Einstellung des Federsystems kann es ausreichen, dass das Verbindungselement nur in Bezug auf seine Elastizität oder seine plastische Verformung modifiziert wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, sowohl die elastische Nachgiebigkeit als auch die plastische Verformung kombiniert zu modifizieren. Furthermore, there is the possibility that the connecting element under a given load in a defined manner plastically deformed. This allows the rotational position of the torsion spring be adjusted to a desired rotational position by the Connecting element in the assembled state so far under one given load is plastically deformed until the desired Rotary position of the torsion bar spring is reached. To set the Federsystems it may be sufficient that the connecting element only in terms of its elasticity or its plasticity Deformation is modified. But it can also be beneficial both the elastic compliance and the plastic Combining deformation combined.

In der Regel ist die Drehstabfeder im Lagerrohr angeordnet und mit einem Ende im Bereich einer Lagerstelle drehfest mit diesem verbunden. Das andere Ende der Drehstabfeder ragt im Bereich der anderen Lagerstelle aus dem Lagerrohr heraus und ist über das Verbindungselement mit dem Gehäuse verbunden. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement ein Hebel, der mit einem Ende fest auf der Drehstabfeder sitzt und dessen anderes Ende zweckmäßigerweise durch Schweißen oder durch eine Halterung mit einer engen Passung quer zu seiner Längsrichtung am Gehäuse fixiert ist. As a rule, the torsion spring is arranged in the bearing tube and with one end in the region of a bearing point rotatably with connected to this. The other end of the torsion bar protrudes in Area of the other bearing point out of the bearing tube and is connected via the connecting element with the housing. According to one embodiment of the invention that is Connecting element is a lever, with one end firmly on the Torsion bar is seated and the other end conveniently through Welding or through a bracket with a tight fit is fixed transversely to its longitudinal direction on the housing.

Der Hebel ist so dimensioniert, dass er im Betrieb nur elastisch verformt wird und die feste Verbindung der Drehstabfeder mit dem Gehäuse somit eine ausreichende Stabilität aufweist, welche sich zudem über die Betriebsdauer nicht verstellt. Beim Einstellvorgang der Federvorspannung kann der Hebel in engen Grenzen plastisch verformt werden. Die dazu erforderlichen Kräfte bzw. Momente sind durch Versuche zu ermitteln. Die Elastizität des Hebels kann weit gehend durch seine Formgebung und Dimensionierung modifiziert werden, z. B. durch seine Länge, Breite und Dicke sowie durch zusätzliche Bohrungen, Schlitze und Aussparungen. Dadurch kann ein beliebiges Federverhalten erzeugt werden. Ferner kann durch eine entsprechende Auswahl des Werkstoff die Elastizität des Hebels beeinflusst werden. The lever is dimensioned so that it is in operation only is elastically deformed and the solid compound of Torsion bar with the housing thus a sufficient stability which also does not have the duration of operation adjusted. When adjusting the preload of the Lever be plastically deformed within narrow limits. The to required forces or moments are due to experiments determine. The elasticity of the lever can be largely due to its shape and dimensions are modified, for. B. by its length, width and thickness as well as by additional Holes, slots and recesses. This can be a any spring behavior can be generated. Furthermore, by a appropriate selection of the material the elasticity of Levers are influenced.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Drehstabfeder und dem Hebel ein Verbindungselement mit einer inneren und einer äußeren Hülse vorgesehen, die über Streben miteinander verbunden sind und wobei jeweils eine Hülse fest mit der Drehstabfeder und die andere mit dem Hebel verbunden ist. Die Streben sind elastisch und in Grenzen plastisch verformbar. Die Funktionsweise ist gleich mit der oben beschriebenen, so dass die Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander entsprechend den vorhandenen Platzverhältnissen angewendet werden können. Vorteilhafterweise sind alle Ausgestaltungen der Erfindung günstig herzustellen und einfach zu handhaben. According to a further embodiment of the invention is between the torsion bar spring and the lever with a connecting element an inner and an outer sleeve provided over Aspiration are interconnected and where one each Sleeve firmly with the torsion bar spring and the other with the lever connected is. The struts are elastic and within limits plastically deformable. The way it works is the same described above, so that the measures individually or in Combination with each other according to the existing ones Space can be applied. advantageously, All embodiments of the invention are inexpensive to manufacture and easy to handle.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following Drawing description. In the drawing, embodiments of the Invention shown. The description and the claims contain numerous features in combination. The expert will conveniently consider the features individually and summarize to meaningful further combinations.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Aktuators und eines Gaswechselventils, Fig. 1 is a schematic representation of an electromagnetic actuator and a gas exchange valve,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß einer Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 2 is a section along a line II-II in Fig. 1 and

Fig. 3-4 Varianten zu Fig. 1. Fig. 3-4 variants of FIG. 1.

Ein Aktuator 10 besitzt einen oberen Elektromagneten 11 und einen unteren Elektromagneten 12. Diese haben jeweils eine Spule 13 bzw. 14 und ein Joch 15 bzw. 16, zwischen denen ein Schwenkanker 17 mittels eines Schwenklagers 18 drehbar gelagert ist. Der Schwenkanker 17 betätigt über seinen Finger 19 ein Gaswechselventil 20. Dieses ist mit seinem Ventilschaft 21 in einer Ventilführung 24 in einem Zylinderkopf 27 axial in Bewegungsrichtung 29 verschiebbar geführt. Das Gaswechselventil 20 steuert einen Gaswechselkanal 28, an dessen Mündung ein Ventilsitzring 23 eingelassen ist, an dem ein Ventilteller 22 des Gaswechselventils 20 im geschlossenen Zustand anliegt. Eine Ventilfeder 25, die sich einerseits am Zylinderkopf 27 und andererseits über einen Federteller 26 am Ventilschaft 21 abstützt, belastet das Gaswechselventil 20 in Schließrichtung. An actuator 10 has an upper electromagnet 11 and a lower electromagnet 12 . These each have a coil 13 and 14 and a yoke 15 and 16 , between which a pivot armature 17 is rotatably supported by means of a pivot bearing 18 . The pivot armature 17 actuates a gas exchange valve 20 via its finger 19 . This is guided with its valve stem 21 in a valve guide 24 in a cylinder head 27 axially displaceable in the direction of movement 29 . The gas exchange valve 20 controls a gas exchange channel 28 , at the mouth of a valve seat ring 23 is recessed, on which a valve plate 22 of the gas exchange valve 20 rests in the closed state. A valve spring 25 , which is supported on the one hand on the cylinder head 27 and on the other hand via a spring plate 26 on the valve stem 21 , loads the gas exchange valve 20 in the closing direction.

Der Schwenkanker 17 ist mit einem Lagerrohr 31 fest verbunden, das an seinen Enden in einem Gehäuse 30 gelagert ist. Im Lagerrohr 31 befindet sich eine Drehstabfeder 33, die an einem Ende 36 mit dem Lagerrohr 31 drehfest verbunden ist und mit ihrem anderen Ende 35 über das Lagerrohr 31 vorsteht und aus dem Gehäuse 30 ragt. Auf dem Ende 35 sitzt ein Hebel 32, der mit seinem freien Ende am Gehäuse 30, z. B. durch eine Schweißnaht 34 oder eine andere geeignete Verbindung fixiert ist (Fig. 2). Bei den Ausführungen nach Fig. 3 und Fig. 4 sind die Hebel 37, 41 in einer Halterung 42 quer zu Längsrichtung der Hebel 37, 41 gehalten, so dass sie in Längsrichtung frei beweglich sind. The pivot armature 17 is fixedly connected to a bearing tube 31 which is mounted at its ends in a housing 30 . In the bearing tube 31 is a torsion bar spring 33 which is rotatably connected at one end 36 to the bearing tube 31 and protrudes with its other end 35 via the bearing tube 31 and projects out of the housing 30 . On the end 35 is seated a lever 32 , with its free end on the housing 30 , z. B. is fixed by a weld 34 or other suitable connection ( Fig. 2). In the embodiments according to FIG. 3 and FIG. 4, the lever 37, 41 is held in a holder 42 transversely to the longitudinal direction of the levers 37, 41 are such that they are freely movable in the longitudinal direction.

Im stromlosen Zustand der Elektromagnete 11, 12 befindet sich der Schwenkanker 17 in einer Gleichgewichtslage zwischen den Kräften der Drehstabfeder 33 und der Ventilfeder 25, die im Regelfall einer Mittellage zwischen den Elektromagneten 11, 12 entspricht. Nach der Erfindung kann diese Lage durch die Modifizierung der Hebel 32, 37, 41 und/oder dem Verbindungselement 43 (Fig. 4) justiert werden. In the de-energized state of the electromagnets 11 , 12 , the pivot armature 17 is in an equilibrium position between the forces of the torsion bar spring 33 and the valve spring 25 , which generally corresponds to a central position between the electromagnets 11 , 12 . According to the invention, this position can be adjusted by modifying the levers 32 , 37 , 41 and / or the connecting element 43 ( FIG. 4).

Die Abstimmung der Hebel 32, 37, 41 und/oder des Verbindungselements 43 auf das Federsystem 25, 33 kann einerseits durch die Gestaltung dieser Bauteile und andererseits durch die Werkstoffauswahl erfolgen. So können z. B. Hebel 32, 37, 41 unterschiedlicher Länge, Breite und Dicke eingesetzt werden. Ferner kann der Hebel 32 Bohrungen 39 aufweisen, die ggf. während der Montage eingebracht werden. Ferner können Schlitze 40 vorgesehen werden, die z. B. von einer Außenseite des Hebels 32 ausgehen und bis zu der Bohrung 39 reichen. Durch die Bohrungen 39 und die Schlitze 40 wird der Hebel an definierten Stellen geschwächt, wodurch er eine größere Elastizität erhält und in diesen Bereichen leichter plastisch verformt werden kann. The vote of the levers 32 , 37 , 41 and / or the connecting element 43 on the spring system 25 , 33 can be done on the one hand by the design of these components and on the other hand by the choice of materials. So z. B. levers 32 , 37 , 41 different length, width and thickness can be used. Furthermore, the lever 32 may have bores 39 , which may be introduced during assembly. Furthermore, slots 40 may be provided, the z. B. go out from an outside of the lever 32 and reach to the bore 39 . Through the holes 39 and the slots 40 , the lever is weakened at defined locations, whereby he receives a greater elasticity and can be easily plastically deformed in these areas.

Das Verbindungselement 43 nach Fig. 4 besitzt eine äußere Hülse 44, die mit dem Hebel 37 verbunden ist. Die äußere Hülse 44 ist über Streben 38 mit einer inneren Hülse 45 verbunden, die fest auf dem Ende 35 der Drehstabfeder 33 sitzt. Die Streben 38 können eine definierte Elastizität aufweisen und beim Einstellen unter einer vorgegebenen Last definiert verformt werden, so dass der Schwenkanker 17 eine definierte Ausgangslage zwischen den Elektromagneten 11 und 12 einnimmt. The connecting element 43 according to FIG. 4 has an outer sleeve 44 , which is connected to the lever 37 . The outer sleeve 44 is connected via struts 38 with an inner sleeve 45 which sits firmly on the end 35 of the torsion bar 33 . The struts 38 may have a defined elasticity and be deformed defined when setting under a predetermined load, so that the pivot armature 17 assumes a defined initial position between the electromagnets 11 and 12 .

Claims

1. Electromagnetic actuator with a pivot armature which is fixedly connected to a bearing tube which is pivotally mounted at its two ends in each case via a bearing in the side walls of a housing, wherein in the bearing tube, a torsion spring is arranged, on the one hand with the bearing tube and on the other is rotatably connected to the housing, characterized in that the torsion bar spring ( 33 ) via an elastically and / or plastically deformable element ( 32 , 41 , 43 ) whose elastic or plastic behavior can be matched to the application, with the housing ( 30 ) is rotatably connected.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the element is a lever ( 32 , 41 ) which is non-rotatably connected at one end to the torsion bar spring ( 33 ) and at its free end to the housing ( 30 ).

3. Actuator according to claim 2, characterized in that the lever ( 32 , 41 ) with the housing ( 30 ) is welded.

4. Actuator according to claim 2, characterized in that the lever ( 32 , 41 ) is held in a holder ( 42 ) on the housing ( 30 ) with a tight fit transversely to its longitudinal direction.

5. Actuator according to one of claims 2 to 4, characterized in that the lever ( 32 , 41 ) claimed for setting during assembly targeted beyond its yield point and is plastically deformed.

6. Actuator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lever ( 32 ) has at least one bore ( 39 ) through which the elastic and / or plastic behavior of the lever ( 32 ) is adjusted.

7. Actuator according to claim 6, characterized in that from the bore ( 39 ) at least one radial slot ( 40 ) goes out.

8. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that between the lever ( 37 ) and the torsion bar spring ( 33 ) an elastically and / or plastically deformable connecting element ( 43 ) is provided.

9. Actuator according to claim 8, characterized in that the connecting element ( 43 ) with an inner sleeve ( 45 ) rotatably on the torsion bar spring ( 33 ) sits, wherein the inner sleeve ( 45 ) via struts ( 38 ) with an outer sleeve ( 44 ) is connected, on which the lever ( 37 ) is fixedly arranged.