DE19646937A1

DE19646937A1 - Electromagnetic actuator mechanism for upper valve of IC engine

Info

Publication number: DE19646937A1
Application number: DE19646937A
Authority: DE
Inventors: Karl Treffler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: DE19646937C2

Abstract

An electromagnetic actuator mechanism (1) for the inlet or exhaust valve (2) of an IC engine comprises a housing (4) attached (13) to the cylinderhead (3) in which a central rod (7,7') carrying an armature plate (11) is guided to move axially (6) in the field generated by the coils (5) of the solenoid units (8) against the opening spring (18). The rod (7,7') is aligned with the stem (2') of the valve (2) in the guide (19) which is biased in the closed position w.r.t. the seat (9) by the closing spring (18'). The armature plate (11) is provided on both faces with strips of flexible elastomer material (10) which in conjunction with the opening spring (18) serve as dampers for absorbing impact energy during valve opening and closing.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil mit einer zwischen zwei Magnetspulen-Ein heiten verschiebbaren und letztlich auf das Hubventil einwirkenden An kerplatte, sowie mit Maßnahmen zur Dämpfung des Aufschlagens zumindest eines der hierbei bewegten Elemente an seinem Endanschlag. Zum techni schen Umfeld wird neben der DE 33 11 250 C2 auch auf die nicht vorveröf fentlichte DE 196 11 547 A1 verwiesen.The invention relates to an electromagnetic actuator for a Internal combustion engine lift valve with one between two solenoid on units that can be moved and ultimately act on the globe valve kerplatte, as well as measures to dampen the impact at least one of the moving elements at its end stop. To techni In addition to DE 33 11 250 C2, the environment is also not pre-published published DE 196 11 547 A1.

Eine elektromagnetische Hubventil-Betätigungsvorrichtung für eine Brenn kraftmaschine hat wegen der Freiheit hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten, d. h. hinsichtlich des jeweiligen Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Hub ventiles immense Vorteile. Jedoch bestehen auch Nachteile gegenüber den bisherigen mechanischen, im wesentlichen als Nockentriebe ausgebildeten Betätigungsvorrichtungen, da bei letzteren das Aufsetzen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz im Rahmen der Schließbewegung bewegungsgedämpft erfolgt (und zwar zwangsläufig durch die Nockenform vorgegeben), während bei elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen das Hubventil bei seiner Schließbewegung unter Einfluß einer im wesentlichen üblichen Ventil schließfeder ungedämpft auf seinen Ventilsitz aufschlägt. Dies ist mit einer erheblichen Geräuschentwicklung verbunden. Gleiches gilt für das Auftref fen der zwischen den Magnetspulen-Einheiten hin und herschwingenden Ankerplatte an den jeweiligen Endanschlägen, d. h. an den beiden Magnet spulen-Einheiten, welche die Endlagenpositionen der Ankerplatte definieren.An electromagnetic lift valve actuator for a burner Engine has because of the freedom in valve timing, i. H. with regard to the respective opening and closing times of the stroke valves immense advantages. However, there are also disadvantages compared to previous mechanical, essentially designed as cam drives Actuators, since in the latter case the lifting valve is attached damped on its valve seat as part of the closing movement takes place (inevitably determined by the cam shape), while in the case of electromagnetic actuators, the lift valve at its Closing movement under the influence of an essentially usual valve closing spring hits its valve seat undamped. This is with one considerable noise. The same applies to the encounter The oscillating between the magnetic coil units Anchor plate at the respective end stops, d. H. on the two magnets coil units that define the end positions of the anchor plate.

In der bereits erwähnten DE 33 11 250 C2 ist vorgeschlagen, daß minde stens die Polfläche der das Hubventil in Schließstellung haltenden Magnet spulen-Einheit und die zugehörige Polfläche der Ankerplatte einen Raum begrenzen, der ein dämpfendes Strömungsmedium in Form von Druckluft einschließt. Bei der in dieser Schrift gezeigten Ausführungsform kann hier durch das Aufschlagen des Hubventiles auf seinem Ventilsitz sowie das gleichzeitige Aufschlagen der Ankerplatte an der entsprechenden Magnet spulen-Einheit wirkungsvoll gedämpft werden, jedoch ist die Bereitstellung des dämpfenden Strömungsmediums relativ aufwendig. Auch würde es viel Bauraum erfordern, diese bekannte Lösung so umzugestalten, daß das Auf treffen der Ankerplatte in ihren beiden Endpositionen gedämpft erfolgt.In the already mentioned DE 33 11 250 C2 it is proposed that mind least the pole face of the magnet holding the globe valve in the closed position coil unit and the associated pole face of the anchor plate a room limit the a damping flow medium in the form of compressed air includes. In the embodiment shown in this document, here by hitting the globe valve on its valve seat and that simultaneous opening of the anchor plate on the corresponding magnet coil unit can be effectively damped, however, is the provision of the damping flow medium is relatively expensive. It would also be a lot Require installation space to redesign this known solution so that the up hit the anchor plate in its two end positions is damped.

Eine wesentlich einfachere Dämpfungsmaßnahme für eine elektromagneti sche Betätigungsvorrichtung eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorlie genden Erfindung.A much simpler damping measure for an electromagnetic cal actuator of an internal combustion engine lift valve after To point out the preamble of claim 1 is therefore the task of invention.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte auf ihren beiden den Magnetspulen-Einheiten zugewandten Seiten mit me chanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern versehen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem is characterized in that the anchor plate on both of their sides facing the solenoid units with me mechanical impact dampers is provided. Advantageous training and Further training is the content of the subclaims.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs beispieles, wobei Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Brennkraftmaschinen- Zylinderkopf mit einer elektromagnetischen Hubventil-Betätigungsvorrich tung zeigt. In Fig. 2a ist der Schnitt A-A, und in Fig. 2b der Schnitt B-B aus Fig. 1 dargestellt; Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäß gestaltete Ankerplatte gemäß der Schnittdarstellung X aus Fig. 2b und Fig. 4 zeigt diese Ankerplat te in perspektivischer Darstellung.The invention is explained in more detail with reference to a preferred embodiment, wherein Fig. 1 shows a partial section through an internal combustion engine cylinder head with an electromagnetic lift valve actuating device. FIG. 2a shows section AA, and FIG. 2b shows section BB from FIG. 1; Fig. 3 shows an anchor plate designed according to the invention according to the sectional view X from Fig. 2b and Fig. 4 shows this anchor plate te in a perspective view.

Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete elektromagnetische Betätigungs vorrichtung für ein Hubventil 2 ist in einem Brennkraftmaschinen-Zylinder kopf 3 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Aktuatorgehäuse 4, innerhalb dessen zwischen zwei Magnetspulen-Einheiten 8 eine Anker platte 11 angeordnet ist, die in Richtung der Hubventil-Achse 6 (= Venti lachsrichtung 6) verschiebbar ist und über eine Kuppelstange 7 auf den Kopf des Ventilschaftes 2' des Hubventiles 2 einwirkt. Die Magnetspulen-Ein heiten 8 bestehen jeweils aus Magnetspulen 5 sowie Spulenkernen 12. Wie dem Fachmann bekannt, kann durch entsprechende Erregung bzw. Entre gung der Magnetspulen 5 die Ankerplatte 11 ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Position nach unten bewegt werden, wodurch das Hubventil 2 geöffnet wird, und anschließend daran wieder nach oben bewegt werden, wodurch das Hubventil 2 in seine dargestellte, geschlossene Position ge bracht wird.The overall designated 1 electromagnetic actuator for a globe valve 2 is arranged in an internal combustion engine cylinder head 3 and consists essentially of an actuator housing 4 , within which between two solenoid units 8, an armature plate 11 is arranged, which in the direction the poppet valve axis 6 (= oz axis direction 6) is movable and acts via a coupling rod 7 to the head of the valve stem 2 'of the lifting valve. 2 The magnet coil units 8 each consist of magnet coils 5 and coil cores 12 . As is known to the person skilled in the art, the armature plate 11 can be moved downward from the position shown in FIG. 1 by appropriate excitation or de-energization of the solenoid coils 5 , whereby the globe valve 2 is opened and then moved upwards again, as a result the globe valve 2 is brought into its illustrated closed position.

In Fig. 1 dargestellt ist ferner noch eine übliche Ventilschließfeder 18' für das in einer üblichen Ventilführung 19 geführte Hubventil 2, sowie eine Ventilöffnungsfeder 18, die über einen oberhalb des Aktuatorgehäuses 4 liegenden Federteller 17 auf eine sog. Federstange 7' einwirkt, die auf der der Kuppelstange 7 entgegengesetzten Seite der Ankerplatte 11 anliegt. Die Ventilschließfeder 18' sowie die Ventilöffnungsfeder 18 bestimmen zusam men mit der Ankerplatte 11 sowie der Kuppelstange 7 und der Federstange 7' somit ein schwingungsfähiges System, das durch die Magnetspulen- Einheit 8 in geeigneter Weise angeregt wird, um das Hubventil 2 zu öffnen bzw. zu schließen. In Fig. 1 is still further a conventional valve closing spring 18 'is guided in a customary valve guide 19 lift valve 2, and a valve opening spring 18, over a lying above the actuator housing 4 the spring plate 17 to a so-called. Spring rod 7' acts on the side of the anchor plate 11 lying opposite the coupling rod 7 . The valve closing spring 18 'and the valve opening spring 18 determine together men with the anchor plate 11 and the coupling rod 7 and the spring rod 7' thus to open an oscillatory system is excited by the magnetic actuator unit 8 in a suitable manner to the lifting valve 2 and close.

In Fig. 1 sind ferner noch Befestigungsschrauben 13 gezeigt, mit Hilfe derer das Aktuatorgehäuse 4 am Zylinderkopf 3 angeschraubt ist. Desweiteren zeigen die Fig. 2a, 2b elektrische Steckkontakte 14 zur Versorgung der Ma gnetspulen 5 mit elektrischem Strom. Im übrigen ist aus Fig. 2a der im we sentlichen rechteckige Aufbau der Magnetspulen-Einheit 8 bzw. der Magnet spulen 5 erkennbar, der vorteilhaft ist im Hinblick auf eine ausreichend gro ße Magnet-Polfläche (zwischen der Ankerplatte 11 sowie der jeweiligen Magnetspulen-Einheit 8) unter Berücksichtigung der beengten Platzver hältnisse.In FIG. 1, fastening screws 13 are also shown, with the aid of which the actuator housing 4 is screwed onto the cylinder head 3 . Furthermore, FIGS. 2a, 2b show electrical plug contacts 14 for supplying magnetic coils 5 with electrical current. Incidentally 2a of sentlichen in we rectangular construction of the solenoid unit 8 and the magnet of FIG. Coil 5 seen, which is advantageous in terms of a sufficiently large SSE magnetic pole face (between the armature plate 11 and the respective magnetic coil unit 8 ) taking into account the limited space available.

Setzt das Hubventil 2 im Rahmen seiner Schließbewegung auf seinem Ven tilsitz 9 auf, so entsteht hierdurch ein Geräusch, welches abhängig ist von der Aufprallgeschwindigkeit, mit welcher das Hubventil 2 auf diesen Ventil sitz 9 aufschlägt. Ebenso werden Geräusche verursacht durch das Auftref fen der Ankerplatte 11 auf den Magnetspulen-Einheiten 8, und zwar jeweils in der Endposition dieser Ankerplatte 11, d. h. beim Aufschlagen auf die obere und auf die untere Magnetspulen-Einheit 8. Die in Versuchen festge stellte Auftreffgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/sek. verursachen aber nicht nur hohe Geräusche, sondern sind auch im Hinblick auf den Bauteilver schleiß nachteilig. Daher gilt es, die Bewegung der Ankerplatte 11 sowie des Hubventiles 2 durch Einbringen einer zusätzlichen Kraft jeweils gegen Ende der Hubbewegung auf maximal 0,4 m/sek. abzubremsen, um ein sanftes Aufsetzen sowohl der Ankerplatte 11 als auch des Hubventiles 2 jeweils in der Endposition zu ermöglichen.Sets the poppet valve 2 in its closing movement in its Ven tilsitz to 9, as a result a noise which is a function of the impact velocity at which the lift valve seat 2 is formed on this valve 9 hits. Likewise, noises are caused by the impact of the armature plate 11 on the magnet coil units 8 , in each case in the end position of this armature plate 11 , ie when it hits the upper and the lower magnet coil unit 8 . The impact velocities found in tests of up to 2 m / sec. cause not only high noise, but are also disadvantageous in terms of component wear. It is therefore important to move the armature plate 11 and the lift valve 2 to a maximum of 0.4 m / sec by introducing an additional force towards the end of the lift movement. braked to enable a gentle placement of both the anchor plate 11 and the lift valve 2 in the end position.

Abgedämpft wird nun die Aufsetz- bzw. Aufschlaggeschwindigkeit durch sog. Aufschlag-Dämpfer 10, die an den beiden den Magnetspulen-Einheiten 8 zugewandten Seiten der Ankerplatte 11 vorgesehen sind. Diese als mecha nische Bremse wirkenden Aufschlag-Dämpfer 10 sind durch ihre Anordnung dabei sowohl beim Öffnen des Hubventiles 2 als auch bei dessen Schließ bewegung wirksam und benötigen vorteilhafterweise nur äußerst wenig Bau raum. Vorteilhaft wirkt sich die Anordnung dieser Aufschlag-Dämpfer 10 al leinig auf der Ankerplatte 11 auch im Hinblick auf die Fertigung der elektro magnetischen Betätigungsvorrichtung aus, vorteilhaft ist die Anordnung auf der Ankerplatte 11 aber auch insofern, als diese Ankerplatte 11 sich im Be trieb wesentlich weniger erwärmt als die Magnetspulen-Einheiten 8, so daß der Aufschlag-Dämpfer 10 nur einer geringen thermischen Belastung ausge setzt ist.The touchdown or impact speed is now damped by so-called impact dampers 10 , which are provided on the two sides of the armature plate 11 facing the magnet coil units 8 . These acting as a mechanical brake African impact damper 10 are effective by their arrangement both when opening the globe valve 2 and in its closing movement and advantageously require very little construction space. The arrangement of these impact damper 10 has an advantageous effect on the anchor plate 11, also with regard to the manufacture of the electromagnetic actuating device, but the arrangement on the anchor plate 11 is also advantageous in that this anchor plate 11 is significantly less in operation heated as the solenoid units 8 , so that the impact damper 10 is only a low thermal load.

Bevorzugt sind die mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfer 10 als Ela stomer-Federelemente ausgebildet, weisen eine Streifenform auf und sind in geeigneter Weise an der Ankerplatte 11 befestigt. Bei Auftreffen der Anker platte 11 auf die Magnetspulen-Einheiten 8 werden dann diese Aufschlag-Dämpfer 10 bzw. Elastomer-Federelemente um ca. 0,3 mm zusammenge preßt, wobei die kinetische Energie der Ankerplatte 11 und der damit ver bundenen Bauelemente größtenteils in diesen Elastomer-Federelementen gespeichert wird und beim nächsten Bewegungszyklus der Ankerplatte 11 wieder abgegeben wird.Preferably, the mechanically acting impact damper 10 are designed as Ela stomer spring elements, have a strip shape and are attached to the anchor plate 11 in a suitable manner. When the anchor plate 11 hits the solenoid units 8 , these impact dampers 10 or elastomer spring elements are pressed together by approximately 0.3 mm, the kinetic energy of the anchor plate 11 and the components connected therewith largely in these Elastomer spring elements is stored and is released again in the next movement cycle of the anchor plate 11 .

Bevorzugt werden diese Aufschlag-Dämpfer 10 dabei insbesondere im Be reich der Spulenfenster an der Ankerplatte 11 angeordnet, d. h. in denjeni gem Bereich bezüglich der Magnetspulen-Einheiten 8, in welchem die Ma gnetspulen 5 liegen, wie die Ausschnitt-Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt. Dies hat den Vorteil, daß der magnetische Fluß zwischen den Magnetspulen-Ein heiten 8 sowie der Ankerplatte 11, der in Fig. 3 durch Linien 15 darge stellt ist, durch diese Elastomer-Federelemente bzw. Aufschlag-Dämpfer 10 praktisch nicht gestört wird. Hierdurch wird die zur Verfügung stehende Polfläche zur Übertragung der magnetischen Kräfte zwischen der Ankerplat te 11 sowie der jeweiligen Magnetspulen-Einheit 8 durch die Aufschlag-Dämpfer praktisch nicht verringert. These impact dampers 10 are preferably arranged in particular in the loading area of the coil window on the armature plate 11 , ie in the area with respect to the solenoid units 8 in which the magnetic coils 5 are located, as shown in the detail illustration in FIG. 3 . This has the advantage that the magnetic flux between the solenoid units 8 and the anchor plate 11 , which is shown in FIG. 3 by lines 15 , is practically not disturbed by these elastomer spring elements or impact damper 10 . As a result, the available pole area for transmitting the magnetic forces between the Ankerplat te 11 and the respective solenoid unit 8 is practically not reduced by the impact damper.

Die Anordnung dieser Elastomerfedern bzw. Aufschlag-Dämpfer 10 ist - wie Fig. 4 zeigt - dabei so gewählt, daß auf jeder Seite der Ankerplatte 11 zwei derartige Aufschlag-Dämpfer 10 vorgesehen sind, welche wie bereits er wähnt streifenförmig ausgebildet sind und im wesentlichen parallel zu den längeren Schenkeln 5a der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspule 5 (vgl. Fig. 2a, 2b) verlaufen. Es ist jedoch ebenso möglich, bei einer kreis förmigen Magnetspule einen kreisförmig angepaßten Aufschlag-Dämpfer 10 vorzusehen.The arrangement of these elastomer springs or impact damper 10 is - as shown in FIG. 4 - chosen so that two such impact damper 10 are provided on each side of the anchor plate 11 , which, as he already mentioned, are strip-shaped and essentially parallel extend to the longer legs 5 a of the essentially rectangular magnet coil 5 (cf. FIGS. 2a, 2b). However, it is also possible to provide a circularly adapted impact damper 10 in a circular magnet coil.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Aufschlag-Dämpfer 10 formschlüssig mit der An kerplatte 11 verbunden, d. h. hier in einer Art Schwalbenschwanzführung geführt. Zusätzlich oder auch alternativ können die Aufschlag-Dämpfer 10 jedoch auch auf die Ankerplatte 11 aufvulkanisiert sein. Ein bevorzugtes Material für die als mechanisch wirkende Aufschlag-Dämpfer 10 ausgebilde ten Elastomer-Federelemente ist HNBR/Viton oder PA 6.6 unverstärkt.As shown in Fig. 3, the impact damper 10 are positively connected to the kerplatte 11 , that is, guided here in a kind of dovetail guide. Additionally or alternatively, the impact dampers 10 can also be vulcanized onto the anchor plate 11 . A preferred material for the elastomer spring elements designed as a mechanical impact damper 10 is HNBR / Viton or PA 6.6 unreinforced.

Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere kon struktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel ge staltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man eine höchstwirksame mechanische Bremse, die das Aufschlagen bzw. Aufsetzen oder Auftreffen nicht nur der Ankerplatte 11 auf den Magnetspu len-Einheiten 18 sondern auch des Hubventiles 2 auf seinem Ventilsitz 9 in optimaler Weise abdämpft, wobei von weiterem Vorteil ist, daß kein hoher Fertigungsaufwand vonnöten ist und die zusätzlich mitbewegten Massen des Systemes äußerst gering sind. Auch wird die Ablösekraft der Ankerplatte 11 von der jeweils erregten Magnetspulen-Einheit 8 nicht erhöht, sondern eher noch verringert, wobei allenfalls eine geringfügig höhere Halteenergie erfor derlich ist, als bei einer Ankerplatte 11 ohne derartige mechanische wirken de Aufschlag-Dämpfer 10.However, this and a large number of further details, in particular, of a constructive type, may be entirely different from the exemplary embodiment shown, without departing from the content of the claims. You always get a highly effective mechanical brake that dampens the impact or touchdown or impact not only the anchor plate 11 on the Magnetspu len-units 18 but also the globe valve 2 on its valve seat 9 in an optimal manner, with the further advantage that none high manufacturing effort is required and the additional moving masses of the system are extremely low. Also, the release force of the armature plate 11 is not increased by the respectively excited solenoid unit 8 , but rather rather reduced, with a slightly higher holding energy being necessary than in the case of an armature plate 11 without such mechanical de-impact damper 10 .

Claims

1. Electromagnetic actuator ( 1 ) for an internal combustion engine lift valve ( 2 ) with a unit between two solenoid units ( 8 ) displaceable and ultimately acting on the lift valve ( 2 ) acting anchor plate ( 11 ), as well as measures to dampen the impact At least one of the elements moved here at its end stop, characterized in that the armature plate ( 11 ) is provided on its two sides facing the magnet coil units ( 8 ) with mechanically acting impact dampers ( 10 ).

2. Electromagnetic actuating device according to claim 1, characterized in that the mechanically acting impact damper ( 10 ) are designed as elastomer spring elements.

3. Electromagnetic actuating device according to claim 1 or 2, characterized in that the mechanically acting impact damper ( 10 ), in particular in the region of the coil window, in addition to the magnet coils ( 5 ), each also has a magnet coil core ( 12 ) having magnet coil units ( 8 ) are provided.

4. Electromagnetic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that act as a shock absorber ( 10 ), the strip-shaped elastomer spring elements on the anchor plate ( 11 ) vulcanized and / or positively connected to this.