DE19646937C2

DE19646937C2 - Electromagnetic actuator for an internal combustion engine lift valve

Info

Publication number: DE19646937C2
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: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2016-11-14
Also published as: DE19646937A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil mit einer zwischen zwei Magnetspulen- Einheiten 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 Units displaceable and ultimately acting 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 Hubventiles immense Vorteile. Jedoch bestehen auch Nachteile gegenüber den bisheri gen mechanischen, im wesentlichen als Nockentriebe ausgebildeten Betäti gungsvorrichtungen, da bei letzteren das Aufsetzen des Hubventiles auf sei nem Ventilsitz im Rahmen der Schließbewegung bewegungsgedämpft er folgt (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 Auftreffen der zwischen den Magnetspulen-Einheiten hin und herschwingenden Anker platte an den jeweiligen Endanschlägen, d. h. an den beiden Magnetspulen- 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 globe valve immense advantages. However, there are also disadvantages compared to the previous ones against mechanical actuations, essentially designed as cam drives supply devices, since in the latter case the lift valve is on nem valve seat as part of the closing movement, it dampens movement follows (inevitably dictated 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 impact the armature swinging back and forth between the solenoid units plate at the respective end stops, d. H. on the two solenoid 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.

Darüber hinaus sind allgemeine Magnetventile bekannt, deren Ankerplatten mit geeignet angebrachten mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern ver sehen sind, wie bspw. die DE-PS 975 662 oder die US 1,049,845 zeigen. Solche mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfer sind zwar wesentlich einfacher als eine in der DE 33 11 250 C2 beschriebene Dämpfervariante, können jedoch nicht so ohne weiteres auf eine gattungsgemäße elektroma gnetische Betätigungsvorrichtung für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil übertragen werden, insbesondere da derartige Aufschlag-Dämpfer den Ma gnetfluß bzw. die jeweiligen Magentlinien stören können. In addition, general solenoid valves are known, the armature plates with suitably fitted mechanical shock absorbers can be seen, such as DE-PS 975 662 or US 1,049,845 show. Such mechanical impact dampers are essential simpler than a damper variant described in DE 33 11 250 C2, can not, however, so easily on a generic electroma Magnetic actuator for an internal combustion engine lift valve are transmitted, especially since such impact dampers Ma gnetfluss or disturb the respective magentine lines.

Eine diesbezüglich verbesserte Dämpfungsmaßnahme für eine gattungsge mäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung eines Brennkraftmaschi nen-Hubventiles aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen, d. h. es wird vorgeschlagen, die Ankerplatte auf ihren beiden den Magnet spulen-Einheiten zugewandten Seiten im Bereich der Spulenfenster mit me chanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfern zu versehen, wobei jeweils zwei streifenförmig ausgebildete Aufschlag-Dämpfer im wesentlichen parallel zu den längeren Schenkeln der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspu len verlaufen.A related damping measure for a genus moderate electromagnetic actuating device of an internal combustion engine To show NEN-stroke valves is therefore an object of the present invention. To achieve this object, the features of claim 1 are provided, d. H. it is suggested the anchor plate on both of them the magnet sides facing coil units in the area of the coil window with me to provide a mechanical impact damper, two each strip-shaped impact dampers essentially parallel to the longer legs of the essentially rectangular magnetic spu len run.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs beispieles, wobei Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Brennkraftmaschinen- Zylinderkopf mit einer elektromagnetischen Hubventil-Betätigungsvorrichtung 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 Ankerplatte 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 in accordance with the sectional view X from FIG. 2b and FIG. 4 shows this anchor plate in a perspective view.

Die in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete elektromagnetische Betätigungs vorrichtung für ein Hubventil 2 ist in einem Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf 3 angeordnet und besteht im wesentlichen aus einem Aktuatorgehäuse 4, innerhalb dessen zwischen zwei Magnetspulen-Einheiten 8 eine Ankerplatte 11 angeordnet ist, die in Richtung der Hubventil-Achse 6 (= Ventilachsrich tung 6) verschiebbar ist und über eine Kuppelstange 7 auf den Kopf des Ventilschaftes 2' des Hubventiles 2 einwirkt. Die Magnetspulen-Einheiten 8 bestehen jeweils aus Magnetspulen 5 sowie Spulenkernen 12. Wie dem Fachmann bekannt, kann durch entsprechende Erregung bzw. Entregung der Magnetspulen 5 die Ankerplatte 11 ausgehend von der in Fig. 1 gezeig ten 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 gebracht wird.The electromagnetic actuating device designated in its entirety with 1 for a lift valve 2 is arranged in an internal combustion engine cylinder head 3 and essentially consists of an actuator housing 4 , within which an armature plate 11 is arranged between two solenoid units 8 , which in the direction of the lift valve axis 6 (= Ventilachsrich tung 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 downwards from the position shown in FIG. 1 by appropriate excitation or de-excitation of the magnetic coils 5 , whereby the globe valve 2 is opened, and then moved upwards again, thereby the lift valve 2 is brought into its closed position shown.

In Fig. 1 dargestellt ist ferner noch eine übliche Ventilschließfeder 18' für das in einer üblichen Ventilführung 19 geführte Hubventil 2, sowie eine Ventilöff nungsfeder 18, die über einen oberhalb des Aktuatorgehäuses 4 liegenden Federteller 17 auf eine sog. Federstange 7' einwirkt, die auf der der Kuppel stange 7 entgegengesetzten Seite der Ankerplatte 11 anliegt. Die Ventil schließfeder 18' sowie die Ventilöffnungsfeder 18 bestimmen zusammen 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 also a conventional valve closing spring 18 'for the guided in a conventional valve guide 19 lift valve 2 , and a Ventilöff opening spring 18 , which acts on a spring plate 17 located above the actuator housing 4 on a so-called. Spring rod 7 ', the on the dome rod 7 opposite side of the anchor plate 11 abuts. The valve closing spring 18 'and the valve opening spring 18 determine together with the anchor plate 11 and the coupling rod 7 and the spring rod 7' to open thus an oscillatory system which is excited by the magnetic coil 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 große Magnet-Polfläche (zwischen der Ankerplatte 11 sowie der jeweiligen Ma gnetspulen-Einheit 8) unter Berücksichtigung der beengten Platzverhältnis se.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. Furthermore, the substantially rectangular structure of the magnet coil unit 8 or the magnet coils 5 can be seen from FIG. 2a, which is advantageous with regard to a sufficiently large magnetic pole area (between the armature plate 11 and the respective magnetic coil unit) 8 ) taking into account the limited space se.

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 Ventilsitz 9 aufschlägt. Ebenso werden Geräusche verursacht durch das Auftreffen 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 festgestellte Auf treffgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/sek. verursachen aber nicht nur hohe Geräusche, sondern sind auch im Hinblick auf den Bauteilverschleiß nach teilig. Daher gilt es, die Bewegung der Ankerplatte 11 sowie des Hubventiles 2 durch Einbringen einer zusätzlichen Kraft jeweils gegen Ende der Hubbe wegung auf maximal 0,4 m/sek. abzubremsen, um ein sanftes Aufsetzen sowohl der Ankerplatte 11 als auch des Hubventiles 2 jeweils in der Endpo sition zu ermöglichen.If the lift valve 2 is in the course of its closing movement on its Ven valve seat 9 , this results in a noise which is dependent on the impact speed with which the lift valve 2 strikes this valve seat 9 . Noises are also caused by the armature plate 11 hitting 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 speeds of up to 2 m / sec. not only cause high noise, they are also disadvantageous in terms of component wear. It is therefore important to move the armature plate 11 and the lift valve 2 by introducing an additional force towards the end of the stroke movement to a maximum of 0.4 m / sec. slow down to allow a gentle placement of both the anchor plate 11 and the globe valve 2 in the Endpo 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 . This 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.

Die mechanisch wirkenden Aufschlag-Dämpfer 10 weisen eine Streifenform auf, sind in geeigneter Weise an der Ankerplatte 11 befestigt und bevorzugt als Elastomer-Federelemente ausgebildet. Bei Auftreffen der Ankerplatte 11 auf die Magnetspulen-Einheiten 8 werden dann diese Aufschlag-Dämpfer 10 bzw. Elastomer-Federelemente um ca. 0,3 mm zusammengepreßt, wobei die kinetische Energie der Ankerplatte 11 und der damit verbundenen Bau elemente größtenteils in diesen Elastomer-Federelementen gespeichert wird und beim nächsten Bewegungszyklus der Ankerplatte 11 wieder abgegeben wird.The mechanically acting impact dampers 10 have a strip shape, are fastened in a suitable manner to the anchor plate 11 and are preferably designed as elastomer spring elements. When the armature plate 11 strikes the magnet coil units 8 , these impact dampers 10 or elastomer spring elements are pressed together by approximately 0.3 mm, the kinetic energy of the armature plate 11 and the construction elements connected therewith largely in these elastomer elements. Spring elements is stored and is released again in the next movement cycle of the anchor plate 11 .

Dabei sind diese Aufschlag-Dämpfer 10 im Bereich der Spulenfenster an der Ankerplatte 11 angeordnet, d. h. in denjenigem Bereich bezüglich der Ma gnetspulen-Einheiten 8, in welchem die Magnetspulen 5 liegen, wie die Aus schnitt-Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt. Dies hat den Vorteil, daß der magne tische Fluß zwischen den Magnetspulen-Einheiten 8 sowie der Ankerplatte 11, der in Fig. 3 durch Linien 15 dargestellt 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 Ankerplatte 11 sowie der jeweiligen Ma gnetspulen-Einheit 8 durch die Aufschlag-Dämpfer praktisch nicht verringert. Hierzu trägt insbesondere auch bei, daß diese Elastomerfedern bzw. Auf schlag-Dämpfer 10 dabei - wie Fig. 4 zeigt - so angeordnet sind, daß auf je der Seite der Ankerplatte 11 zwei derartige Aufschlag-Dämpfer 10 vorgese hen sind, welche wie bereits erwähnt streifenförmig ausgebildet sind und im wesentlichen parallel zu den längeren Schenkeln 5a der im wesentlichen rechteckförmigen Magnetspule 5 (vgl. Fig. 2a, 2b) verlaufen.This impact damper 10 are arranged in the area of the coil window on the armature plate 11 , ie in that area with respect to the magnetic coil units 8 in which the solenoids 5 are located, as shown in the sectional view according to FIG. 3. This has the advantage that the magnetic flow 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 armature plate 11 and the respective magnetic coil unit 8 is practically not reduced by the impact damper. Contributes to this particular also, that these elastomer springs or by blow-damper 10 in. - such as Figure 4 shows - are arranged so that 11 two such impact-dampers 10 vorgese hen on each side of the armature plate, which, as already mentioned are formed in strips and run essentially parallel to the longer legs 5 a of the essentially rectangular magnet coil 5 (cf. FIGS. 2a, 2b).

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 ausgebil deten 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 , ie here guided 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 non-reinforced HNBR / Viton or PA 6.6.

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 wirkende 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 optimally dampens the impact or touchdown or impact not only the armature plate 11 on the Magnetspu len units 18 but also the globe valve 2 on its valve seat 9 , 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 magnet coil unit 8 , but rather rather reduced, at most a slightly higher holding energy is necessary than in the case of an armature plate 11 without such a mechanical impact damper 10 .

Claims

1. Electromagnetic actuator ( 1 ) for an internal combustion engine lift valve ( 2 ) with a between two solenoid units ( 8 ) displaceable and ultimately acting on the lift valve ( 2 ) acting anchor plate ( 11 ), as well as with measures to dampen the impact at least one of the elements moved here at its end stop, the armature plate ( 11 ) being provided on its two sides facing the magnet coil units ( 8 ) in the coil window area with mechanically acting impact dampers ( 10 ), and in each case two strip-shaped ones On impact damper ( 10 ) substantially parallel to the longer legs ( 5 a) of the substantially rectangular solenoids ( 5 ).

2. Electromagnetic actuating device according to claim 1, characterized in that the mechanically acting impact damper ( 10 ) is designed as an elastomer spring elements and vulcanized on the anchor plate ( 11 ) and / or positively connected to this ver.