DE19718038C1 - Elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile einer BrennkraftmaschineInfo
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Aus der DE 30 24 109 C2 ist ein Aktuator bekannt, der zwei
Schaltmagnete, einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagne
ten, besitzt, zwischen deren Polflächen ein Anker koaxial
entlang einer Gaswechselventilachse eines Gaswechselventils
verschiebbar angeordnet ist. Der Öffnungsmagnet und der
Schließmagnet besitzen jeweils einen Kern und eine Spule, die
die Gaswechselventilachse umgeben. Ankerschaft und Ventilschaft
sind einstückig ausgebildet, d. h. der Anker ist direkt auf dem
Ventilschaft des Gaswechselventils befestigt. Am Anker greifen
zwei mit einer Spanneinrichtung verbundene Druckfedern an,
wobei eine in Schließrichtung und eine in Öffnungsrichtung des
Gaswechselventils wirkt. Mit der Spanneinrichtung und den
Druckfedern können verschiedene Gleichgewichtslagen zwischen
den Schaltmagneten eingestellt werden, um die bei Inbetriebnah
me der Brennkraftmaschine erforderlichen Kräfte reduzieren zu
können.
In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker
an der Polfläche des Schließmagneten an und wird von diesem
gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung
wirkende Druckfeder vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen,
wird der Schließmagnet ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet
eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder
beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus, so
daß dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird. Der Anker
schlägt an die Polfläche des Öffnungsmagneten an und wird von
dieser festgehalten. Um das Gaswechselventil wieder zu schlie
ßen, wird der Öffnungsmagnet ausgeschaltet und der Schließma
gnet eingeschaltet. Die in Schließrichtung wirkende Druckfeder
beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus zum
Schließmagneten. Der Anker schlägt auf die Polfläche des
Schließmagneten auf und wird von diesem festgehalten. Das harte
Auftreffen des Ankers auf die Polflächen verursacht starke
Geräusche und erhöht den Verschleiß. Um das Geräusch und den
Verschleiß zu reduzieren, ist im Stand der Technik zwischen dem
Anker und dem Gaswechselventil ein Dämpfungselement angeordnet.
Da der Ankerschaft und der Ventilschaft einstückig
ausgebildet sind, kann kein Spiel zwischen diesen beiden
Bauteilen auftreten. Die Druckfedern müssen nicht in dem Maße
vorgespannt werden, um ein Spiel zu verhindern und können
dadurch schwächer und leichter dimensioniert werden.
Trotzdem kann aufgrund von Einbautoleranzen, Wärmedehnungen und
Verschleiß während des Betriebs Spiel zwischen dem Anker und
den Polflächen auftreten, so daß eine exakt arbeitende
Spielausgleichseinrichtung notwendig ist. Schließt das Gaswech
selventil nicht absolut dicht ab, besteht die Gefahr, daß das
Gaswechselventil durch die intensive Aufheizung durch ausströ
mende Brenngase verbrennt. Mit zunehmendem Spiel zwischen dem
Anker und dem Schließmagneten steigt die Energie zum Halten
des Gaswechselventils und wird schließlich unzulässig hoch. Um
dies zu vermeiden, wird in der DE 30 24 109 C2 eine Spielaus
gleichseinrichtung vorgeschlagen, bei der der Anker über
Tellerfedern mit einer hohen Federsteifigkeit an dem Ventil
schaft des Gaswechselventils befestigt ist. Die Federsteifig
keit dieser Federn ist wesentlich höher als die der Druckfedern
auszulegen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektromagneti
schen Aktuator so auszubilden, daß das Aufschlaggeräusch und
der Verschleiß des Ankers vermieden werden. Ferner sollte eine
Ventilspielausgleichseinrichtung nicht erforderlich sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen
werden können.
Erfindungsgemäß hält ein Federmechanismus den Anker in einer
stabilen Öffnungsendlage oder in einer stabilen Schließendlage,
in der das Gaswechselventil an seinem Ventilsitz anliegt. Der
Aktuator bewirkt lediglich den Wechsel von einer Endlage in die
andere über einen instabilen Zwischenbereich. Der Anker kann
entweder vor einem Öffnungs- oder vor einem Schließmagneten zum
Stehen kommen oder ist vorzugsweise in diesen in einem Freiraum
berührungslos verschiebbar. Der Anker trifft auf keine Polflä
chen des Öffnungsmagneten und Schließmagneten und auch auf
keine sonstigen Anlaufflächen auf, wodurch Auflaufgeräusche und
Verschleiß vermieden werden. Die Federkraft des Federmechanis
muses in der Schließendlage ist so bestimmt, daß das Gaswech
selventil stets vollständig schließt, trotz üblicher Einbauto
leranzen, Wärmedehnungen, Verschleiß usw. . Die Gefahr ist
beseitigt, daß das Gaswechselventil nicht richtig schließt und
verbrennt. Eine Spielausgleichseinrichtung ist nicht erforder
lich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sowie die daraus resultie
renden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
Die Figur zeigt einen Teilausschnitt mit einen elektromagneti
schen Aktuator und einem Gaswechselventil in offener Stellung.
Ein Gaswechselventil 2 beherrscht einen Gaswechselkanal 23 und
ist mit einem Ventilschaft 5 in einer Ventilführung 24 in einem
Zylinderkopf 18 eingesetzt und wird von einem elektromagneti
schen Aktuator 1 betätigt. Auf dem Ventilschaft 5 ist ein Anker
4 befestigt. Am Ventilschaft 5 greift ein Federmechanismus 8'
mit zwei stabilen Endlagen 9, 10 und einem dazwischen liegenden
instabilen Zwischenbereich 11 an.
Der Federmechanismus 8' kann durch einen Kniehebelmechanismus,
eine Schraubenfeder mit einem Umlenkhebel oder eine Drehfeder
mit einem Umlenkhebel gebildet werden. Besonders günstig
ist jedoch die dargestellte Ausführung, bei der eine einzige
Tellerfeder 8 den Federmechanismus 8' bildet. Hierfür sind
wenige Bauteile erforderlich und die Tellerfeder 8 beansprucht
nur einen kleinen axialen Bauraum.
Vorteilhaft ist es, wenn der Öffnungsmagnet und der Schließmagnet
durch einen Magneten 3 mit einem Kern 19 und einer Spule
20 gebildet werden. Hierbei ist der Anker 4 in dem Magneten 3
in einer Ausnehmung 22 mit seinem Massenmittelpunkt 12 durch
eine Mittelebene 13 des Magnetfeldes in Öffnungsrichtung und in
Schließrichtung verschiebbar angeordnet. Der Massenmittelpunkt
12 des Ankers 4 befindet sich in der Öffnungsendlage 6 auf der
dem Gaswechselventil 2 zugewandten Seite der Mittelebene 13 und
in der Schließendlage 7 auf der dem Gaswechselventil 2 abge
wandten Seite. Die Schließendlage 7 und die Öffnungsendlage 6
sind als gestrichelte Linien durch die Positionen des Massen
mittelpunktes 12 dargestellt. In der Schließendlage 7 liegt das
Gaswechselventil 2 unter der Kraft der Tellerfeder 8 mit seinem
Ventilteller 25 an einem Ventilsitzring 21 im Zylinderkopf 18
an. Es wird ein Elektromagnet eingespart und damit Kosten,
Bauraum, insbesondere Bauhöhe, Gewicht und Montageaufwand.
Der Aktuator 1 kann jedoch auch einen separaten Öffnungsmagne
ten und einen separaten Schließmagneten aufweisen, zwischen
denen der Anker 4 in Bewegungsrichtung verschiebbar angeordnet
ist, ohne daß er die Magnete 3 oder deren Kerne 19 berührt.
Dies wird mit einer Öffnungsendlage 6 und einer Schließendlage
7 des Ankers 4 erreicht, die sich jeweils vor dem Schließmagne
ten und vor dem Öffnungsmagneten befinden oder indem der
Schließmagnet und der Öffnungsmagnet Ausnehmungen aufweisen, in
die der Anker 4 einfahrbar ist, ohne daß er mit den Magneten in
Kontakt kommt.
Befindet sich der Anker 4 in seiner Öffnungsendlage 6, d. h. die
Tellerfeder 8 befindet sich in ihrer stabilen Endlage 9 und das
Gaswechselventil 2 ist geöffnet, und soll dieses geschlossen
werden, wird der Magnet 3 kurz eingeschaltet. Der Massenmittel
punkt 12 wird in Richtung Mittelebene 13 des Magnetfeldes
beschleunigt. Mit der dadurch entstehenden kinetischen Energie
des Gaswechselventils 2 wird der instabile Zwischenbereich 11
der Tellerfeder 8 überwunden. Der Magnet 3 wird wieder ausge
schaltet und der Anker 4 kommt in seiner Schließendlage 7 zum
Stehen, indem die Tellerfeder 8 sicher in ihre zweite stabile
Endlage 10 schnappt. Das Gaswechselventil 2 ist geschlossen.
Wird das Gaswechselventil 2 geöffnet, wird wiederum der Magnet
3 kurz eingeschaltet, der Massenmittelpunkt 12 wird in Richtung
Mittelebene 13 beschleunigt, der Magnet 3 wird ausgeschaltet
und der Anker 4 kommt in seiner Öffnungsendlage 6 zum Stehen,
indem die Tellerfeder 8 über den instabilen Zwischenbereich 11
in ihre stabile Endlage 9 schnappt.
Um den Anker 4 aus seiner Öffnungsendlage 6 und aus seiner
Schließendlage 7 mit möglichst wenig Energie durch den Magneten
3 zu bewegen und die Beschleunigung des Massenmittelpunktes 12
zur Mittelebene 13 zu vergrößern, um den instabilen Zwischenbereich
11 leicht zu überbrücken, hat der Anker 4 an seinen Stirnseiten
14, 15 am äußeren Umfang in Bewegungsrichtung weisende Vor
sprünge 16, 17, von denen stets einer in den Bereich der
Mittelebene 13 des Magnetfeldes reicht. In der Öffnungsendlage
6 und in der Schließendlage 7 kann der Magnet 3 auf die Vor
sprünge 16, 17 wirken. Je näher der Massenmittelpunkt 12 der
Mittelebene 13 kommt, desto größer wird die vom Magnetfeld
erfaßte Masse des Ankers 4. Die Beschleunigung nimmt zu. Der
instabile Zwischenbereich 11 wird schnell überwunden. Ferner
wird durch die Form des Ankers 4 das Magnetfeld günstig beein
flußt.
Die stabile Endlage 10 der Tellerfeder 8 ist so bestimmt, daß
das Gaswechselventil 2 stets sicher schließt, auch wenn im
üblichen Maße Wärmedehnungen, Verschleiß oder Fertigungstoleranzen
vorliegen. Hierzu steht die Tellerfeder 8 in der Schließ
endlage 7 unter Vorspannung. Das Gaswechselventil 2 besitzt vor
der Endlage 10 noch eine hohe kinetische Energie und schlägt
mit einer hohen Geschwindigkeit auf den Ventilsitzring 21,
wodurch ein erhöhter Verschleiß und ein verstärktes Geräusch
entstehen kann. Um dies zu vermeiden, wird vorgeschlagen, den
Öffnungsmagneten bzw. den Magneten 3 zu nutzen, um die Bewegung
des Gaswechselventils 2 zu bremsen. Hierzu bleibt der Öffnungs
magnet bzw. der einzelne Magnet 3 der beschriebenen Variante
nach Anspruch 2 länger eingeschaltet oder wird erneut vor dem
Auftreffen auf den Ventilsitzring 21 aktiviert, um den Anker 4
abzubremsen. Auch beim Öffnen des Gaswechselventils 2 kann es
zweckmäßig sein, daß der Schließmagnet bzw. der Magnet 3 die
Bewegung des Gaswechselventils 2 dämpft, um ein Überschwingen
zu vermeiden.
Claims (5)
1. Elektromagnetischer Aktuator (1) für ein Gaswechselventil
(2) einer Brennkraftmaschine, mit einem Öffnungsmagneten (3) und
einem Schließmagneten (3), die auf einen Anker (4) wirken, der
auf einem Ventilschaft (5) des Gaswechselventils (2) befestigt
ist, und mit einem auf das Gaswechselventil (2) wirkenden
Federmechanismus (8'), dadurch gekennzeichnet, daß der Federme
chanismus (8') den Anker (4) in einer stabilen Öffnungsendlage
(6) bzw. einer stabilen Schließendlage (7) hält und der Anker
(4) durch die Wirkung des Öffnungsmagneten (3) bzw. des
Schließmagneten (3) über einen instabilen Zwischenbereich (11)
von der Schließendlage (7) in die Öffnungsendlage (6) und
umgekehrt verschiebbar ist.
2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Öffnungsmagnet (3) und der Schließmagnet (3) von einem einzigen
Magneten (3) gebildet werden, in dem der Anker (4) mit seinem
Massenmittelpunkt (12) durch eine Mittelebene (13) des durch
den Magneten (3) gebildeten Magnetfeldes in Öffnungsrichtung
und in Schließrichtung verschiebbar angeordnet ist, wobei sich
der Massenmittelpunkt (12) des Ankers (4) in der Öffnungsendla
ge (6) auf der dem Gaswechselventil (2) zugewandten Seite der
Mittelebene (13) befindet und in der Schließendlage (7) auf der
dem Gaswechselventil (2) abgewandten Seite.
3. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Tellerfeder (8) den Federmechanismus
(8') bildet.
4. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Öffnungsmagnet (3) das Gaswechselventil
(2) bremst, wenn es schließt.
5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anker (4) an seinen Stirnseiten (14,
15) am äußeren Umfang in Bewegungsrichtung weisende Vorsprünge
(16, 17) aufweist, von denen stets einer in den Bereich der
Mittelebene (13) des Magnetfelds reicht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19718038A DE19718038C1 (de) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19718038A DE19718038C1 (de) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine |
Publications (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19718038A Expired - Fee Related DE19718038C1 (de) | 1997-04-29 | 1997-04-29 | Elektromagnetischer Aktuator für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine |
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DE (1) | DE19718038C1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2784222A1 (fr) * | 1998-10-06 | 2000-04-07 | Sagem | Actionneur electromagnetique de soupape |
EP0992658A1 (de) * | 1998-10-06 | 2000-04-12 | Sagem S.A. | Elektromagnetischer Ventil-Aktuator |
FR2796752A1 (fr) * | 1999-07-23 | 2001-01-26 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de controle et de limitation d'impact pour un actionneur electromecanique |
WO2002012684A1 (de) * | 2000-08-03 | 2002-02-14 | Hoermansdoerfer Gerd | Elektromagnetische stelleinrichtung |
DE10105763B4 (de) * | 2000-03-30 | 2004-11-25 | Avl List Gmbh | Ventilbetätigungseinrichtung für ein Hubventil |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3024109C2 (de) * | 1980-06-27 | 1989-09-28 | Pischinger, Franz, Prof. Dipl.-Ing. Dr.Techn., 5100 Aachen, De |
-
1997
- 1997-04-29 DE DE19718038A patent/DE19718038C1/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3024109C2 (de) * | 1980-06-27 | 1989-09-28 | Pischinger, Franz, Prof. Dipl.-Ing. Dr.Techn., 5100 Aachen, De |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2784222A1 (fr) * | 1998-10-06 | 2000-04-07 | Sagem | Actionneur electromagnetique de soupape |
EP0992658A1 (de) * | 1998-10-06 | 2000-04-12 | Sagem S.A. | Elektromagnetischer Ventil-Aktuator |
WO2000020731A1 (fr) * | 1998-10-06 | 2000-04-13 | Sagem Sa | Actionneur electromagnetique de soupape |
FR2796752A1 (fr) * | 1999-07-23 | 2001-01-26 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de controle et de limitation d'impact pour un actionneur electromecanique |
DE10105763B4 (de) * | 2000-03-30 | 2004-11-25 | Avl List Gmbh | Ventilbetätigungseinrichtung für ein Hubventil |
WO2002012684A1 (de) * | 2000-08-03 | 2002-02-14 | Hoermansdoerfer Gerd | Elektromagnetische stelleinrichtung |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
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