DE19838117A1

DE19838117A1 - Internal combustion engine lifting valve electromagnetic actuator has facing armature, electromagnet surfaces shaped so normal magnetic field lines are shorter than surface separation

Info

Publication number: DE19838117A1
Application number: DE19838117A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hundt; Herbert Klausnitzer; Adelbert Grudno; Michael Schoeller; Dieter Zink
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2000-02-24

Abstract

The actuator has an armature (4) moved in oscillation between two electromagnets (1,2) against the force of a restoring spring. The magnetic force-spring force characteristic applying over the armature's stroke is such that the magnetic force of the current carrying electromagnet is never less than the restoring spring force opposing armature capture. The facing armature and electromagnet surfaces (41,42,14,24) are shaped, at least in some areas, so that the lengths of the magnetic field lines (6,7) emanating normally from them is at least slightly shorter than the distance measured between the surfaces in the armature's direction of motion to achieve the desired characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator für ein Brenn kraftmaschinen-Hubventil, auf welches ein oszillierend zwischen zwei Elek tromagneten jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagneten bewegter Anker einwirkt, und wobei die über dem Ankerhub aufgetragenen Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien derart ausgelegt sind, daß die Magnetkraft des jeweils bestromten und somit den Anker einfangenden Elektromagneten betragsmäßig nie geringer als die die sem Einfangvorgang entgegenwirkende Kraft der jeweiligen Rückstellfeder ist, und geht aus von der DE 195 29 152 A1.The invention relates to an electromagnetic actuator for a burner engine lift valve, on which an oscillating between two elec tromagnets against the force of a return spring by alternating Energizing the electromagnet acts on moving armatures, and the Magnetic force-spring force characteristics plotted over the armature stroke are designed so that the magnetic force of the current and thus the The amount of electromagnets that catch the armature is never less than that counter force of the respective return spring and is based on DE 195 29 152 A1.

In dieser genannten Schrift ist ein elektromagnetischer Aktuator für die Betä tigung eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles bzw. -Gaswechselventiles, wie er grundsätzlich auch Inhalt der vorliegenden Erfindung ist, ausreichend genau beschrieben, weshalb bezüglich des detaillierten Aufbaus eines der artigen Aktuators ausdrücklich auf diese genannte DE 195 29 152 A1 ver wiesen wird. Insbesondere werden in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung für die wesentlichen Bestandteile des Aktuators, nämlich für die beiden Elektromagneten, für den zwischen diesen oszillierend bewegten An ker sowie für die beiden Rückstellfedern auch die gleichen Begriffe verwen det.In this document, there is an electromagnetic actuator for actuation establishment of an internal combustion engine lift valve or gas exchange valve, as is basically also the content of the present invention, sufficient described exactly why one of the like actuator expressly referred to this DE 195 29 152 A1 will be shown. In particular, in the description of the present Invention for the essential components of the actuator, namely for the two electromagnets, for the oscillating between them ker as well as the same terms for the two return springs det.

In der genannten DE 195 29 152 A1 wird vorgeschlagen, die Federkennlinie zumindest einer der Rückstellfedern nicht - wie bislang üblich - linear zu ge stalten, sondern dieser - bezogen auf die Ruhelage des Ankers - einen pro gressiv ansteigenden Verlauf zu geben, wobei in Bezug auf den Verlauf der Magnetkraft im Verhältnis zum Abstand des Ankers zur Polfläche des Mag neten die Magnetkraft immer größer ist als die Kraft der Rückstellfeder. Hier durch ist es möglich, den Anker auch aus seiner Ruhelage heraus ohne den Einsatz eines extrem hohen oder zusätzlichen Energieaufwandes erstmalig anzuziehen, d. h. in Bewegung zu versetzten, was bei einem Start der zuvor stillstehenden Brennkraftmaschine äußerst vorteilhaft ist. Auf diese Weise muß nämlich das ansonsten bei elektromagnetischen Aktuatoren erforderli che Anschwingen aus der Ruhelage heraus nicht durchgeführt werden; viel mehr kann der Anker einfach aus seiner Ruhelage, d. h. aus seiner Mittel stellung heraus angezogen werden. Dies wird auch besonders deutlich aus der beigefügten Fig. 1 ersichtlich, in welcher die Verläufe der auf den An ker einwirkenden Kräfte F, nämlich der Federkraft F_F und der Magnetkräfte F_mag1 und F_mag2 der beiden Elektromagneten in Form sog. Magnetkraft- Federkraft-Kennlinien über dem Hub h des Ankers zwischen den beiden Elektromagneten aufgetragen ist.In the mentioned DE 195 29 152 A1 it is proposed that the spring characteristic of at least one of the return springs should not be designed linearly, as was previously the case, but rather given a progressively increasing profile with respect to the rest position of the armature, with reference to the course of the magnetic force in relation to the distance of the armature to the pole face of the magnet, the magnetic force is always greater than the force of the return spring. Through this, it is possible to pull the armature out of its rest position for the first time without the use of an extremely high or additional energy expenditure, ie to set it in motion, which is extremely advantageous when starting the previously stationary internal combustion engine. In this way, the otherwise required with electromagnetic actuators swinging out of the rest position does not have to be carried out; much more, the anchor can simply be tightened from its rest position, ie from its central position. This can also be seen particularly clearly from the attached FIG. 1, in which the curves of the forces F acting on the _armature , namely the spring force F _F and the magnetic forces F _mag1 and F _{mag2 of} the two electromagnets in the form of so-called magnetic force. Characteristic curves are plotted against the stroke h of the armature between the two electromagnets.

Solchermaßen gestaltete Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien haben aber noch weitere Vorteile. So kann das durch den Aktuator sowie das Brenn kraftmaschinen-Hubventil gebildete schwingungsfähige System in jeder Po sition des Ankers bzw. in jeder Hubstellung des Hubventiles durch eine ge eignete Ansteuerung zumindest eines der Elektromagneten in einer jeweils gewünschten Weise beeinflußt werden. Ferner ist die sog. Stellreserve, d. h. der jeweilige Magnetkraftüberschuß gegenüber der jeweiligen Federkraft relativ groß, so daß unvorhergesehene Störungen elektronisch ausgeregelt werden können, wodurch das System eine hohe Robustheit erhält.Magnetic force-spring force characteristics designed in this way have even more advantages. This can be done by the actuator and the burner engine lift valve formed vibratory system in each butt sition of the armature or in each stroke position of the globe valve by a ge suitable control of at least one of the electromagnets in each case be influenced as desired. Furthermore, the so-called control reserve, i. H. the respective excess magnetic force compared to the respective spring force relatively large, so that unforeseen disturbances are electronically corrected can be, which gives the system a high level of robustness.

Überhaupt sind mit solchermaßen (bspw. bzw. wünschenswerterweise wie in Fig. 1) gestalteten Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien an elektromagneti schen Aktuatoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 praktisch beliebige Anker-Hubverlaufkurven (über der Zeit) realisierbar. Insbesondere gilt dies auch i.V.m. einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, der insofern besonders problematisch ist, als hierbei die Viskosität des Schmieröles in den Führun gen des Aktuators die mögliche Fluggeschwindigkeit des Ankers begrenzt, wobei bekanntermaßen bei den bislang üblichen Aktuatorsystemen, bei de nen die Federkraft der aktuell wirksamen Rückstellfeder bei gewissen Wer ten für den Ankerhub h größer als die vom aktuell den Anker einfangenden Elektromagneten ausgeübte Magnetkraft ist (ein solches ist analog der Dar stellung nach Fig. 1 in Fig. 2 dargestellt) ein Betrieb mit reduzierter Flugge schwindigkeit nicht möglich ist, da dort die Schwingungsbewegung des An kers zwischen den beiden Elektromagneten allein durch die Rückstellfedern bestimmt wird. Anders ist dies nun bei einem System mit einem bspw. wie bzw. zumindest ähnlich in Fig. 1 gestalteten Magnetkraft-Federkraft-Kennlini en-Verlauf.In general, practically any armature stroke curve curves (over time) can be realized with such magnetic force / spring force characteristic curves on electromagnetic actuators according to the preamble of claim 1 (for example or desirably as in FIG. 1). In particular, this also applies to a cold start of the internal combustion engine, which is particularly problematic in that the viscosity of the lubricating oil in the guides of the actuator limits the possible flight speed of the armature, as is known in the previously usual actuator systems, in which the spring force of the moment is known effective return spring at certain values for the armature stroke h is greater than the magnetic force exerted by the electromagnet currently capturing the armature (such is shown analogously to the position shown in FIG. 1 in FIG. 2), operation with reduced flight speed is not possible, since there the oscillatory movement of the core between the two electromagnets is determined solely by the return springs. This is different in the case of a system with a magnetic force-spring force characteristic curve designed, for example, as or at least similarly in FIG. 1.

Nach diesen einleitenden Erläuterungen sind die immensen Vorteile eines elektromagnetischen Aktuators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. nach der bereits genannten DE 195 29 152 A1 klar ersichtlich, so daß sich für den Fachmann nurmehr die Frage stellt, wie er eine derartige Magnet kraft-Federkraft-Kennlinien-Gestaltung in der Praxis erreichen kann. Hierzu enthält die DE 195 29 152 A1 den Hinweis, eine Rückstellfeder mit einer progressiv ansteigenden Federkennlinie zu verwenden. Hierfür könnten bspw. die bekannten sog. Wendelfedern mit progressiver Federkennlinie zum Einsatz kommen. Diese sind jedoch für den beschriebenen Anwen dungsfall, nämlich für einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles, ungeeignet, da hiermit unter Be rücksichtigung sämtlicher Randbedingungen (wie Bauraum und Energieein satz sowie insbesondere gewünschte Schwingungsfrequenz) diese ge wünschte Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien-Gestaltung analog bzw. zumin dest ähnlich Fig. 1 nicht erreichbar ist.After these introductory explanations, the immense advantages of an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1 or according to the already mentioned DE 195 29 152 A1 are clearly visible, so that the question for the expert is now only how he force such a magnetic spring force -Characteristic curve design can be achieved in practice. For this purpose, DE 195 29 152 A1 contains the instruction to use a return spring with a progressively increasing spring characteristic. For this purpose, for example, the known so-called coil springs with a progressive spring characteristic could be used. However, these are unsuitable for the application described, namely for an electromagnetic actuator for actuating an internal combustion engine lift valve, since this takes into account all the boundary conditions (such as installation space and energy use and, in particular, the desired oscillation frequency) that desired magnetic force-spring force characteristic curves- Design analog or at least similar to Fig. 1 is not achievable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer die beschriebene vorteilhafte gewünschte Magnetkraft- Federkraft-Kennlinien-Gestaltung analog bzw. ähnlich Fig. 1 erreichbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Oberflächen des Ankers sowie der Elektromagneten zumin dest bereichsweise derart geformt sind, daß die Länge der diese Oberflä chen oder Oberflächen-Abschnitte senkrecht verlassenden Magnetfeldlinien zumindest geringfügig geringer ist als der in Ankerbewegungsrichtung ge messene Abstand zwischen diesen Oberflächen oder Oberflächen- Abschnitten, um durch diese Maßnahme den Verlauf der Magnetkraft- Kennlinien in der gewünschten Weise zu gestalten. Bevorzugt kann dabei die in Ankerbewegungsrichtung gemessene Dicke des Ankers in dessen au ßenliegendem Randbereich geringer sein als im Zentrum, wobei die Elek tromagneten hierzu komplementär geformt sind. Dabei sei darauf hingewie sen, daß eine ähnliche Gestaltung des Ankers sowie der Elektromagneten zwar bereits in der DE 38 26 977 A1 gezeigt ist, daß dort aber vom eigentli chen Effekt der vorliegenden Erfindung, nämlich von der besagten Magnet kraft-Federkraft-Kennlinien-Gestaltung keine Rede ist, und daß mit dieser vorbekannten Gestaltung aufgrund des dort äußerst geringen Neigungswin kels der Anker-Oberfläche gegenüber der Ankerbewegungsrichtung dieser mit der vorliegenden Erfindung erreichbare Effekt überhaupt nicht merkbar auftritt.The object of the present invention is therefore to show measures by means of which the described advantageous desired magnetic force, spring force characteristic curve design can be achieved analogously or similarly to FIG. 1. The solution to this problem is characterized in that the mutually facing surfaces of the armature and the electromagnet are at least partially shaped such that the length of these surfaces or surface sections leaving perpendicular magnetic field lines is at least slightly less than the distance measured in the armature movement direction between these surfaces or surface sections in order to design the course of the magnetic force characteristic curves in the desired manner by this measure. Preferably, the thickness of the armature measured in the armature movement direction can be smaller in its outer edge region than in the center, the electromagnets being complementary in shape. It should be noted that a similar design of the armature and the electromagnet is already shown in DE 38 26 977 A1, but that there from the actual effect of the present invention, namely the magnetic force-spring force characteristic curve design there is no question, and that with this known design due to the extremely low angle of inclination of the armature surface relative to the armature movement direction, this effect achievable with the present invention does not occur at all.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand zweier in den Fig. 3a, 3b und in Fig. 4 lediglich prinzipiell dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispie le, für welche lediglich der zwischen den beiden Elektromagneten 1, 2 oszil lierend gemäß Pfeilrichtung 3 (= Ankerbewegungsrichtung 3) bewegte Anker 4 dargestellt ist. Figürlich nicht dargestellt ist der elektromagnetische Aktua tor in seiner Gesamtheit, da dieser mit Ausnahme des erfindungsgemäß ge stalteten Ankers sowie der hierzu komplementär gestalteten Elektromagne ten wie üblich (bspw. wie in der gattungsbildenden DE 195 29 152 A1 oder auch in der oben bereits genannten DE 38 26 977 A1 gezeigt) ausgebildet sein kann.The invention is explained in more detail with reference to two preferred exemplary embodiments shown only in principle in FIGS . 3a, 3b and in FIG. 4, for which only the armature 4 moving between the two electromagnets 1 , 2 oscillating according to arrow direction 3 (= armature movement direction 3 ) is shown. The electromagnetic actuator is not shown in its entirety, since this, as usual, with the exception of the armature designed according to the invention and the complementary electromagnes (for example, as in the generic DE 195 29 152 A1 or in the above-mentioned DE 38 26 977 A1 shown) can be formed.

Fig. 3a zeigt in einem Schnitt eine erste bevorzugte Ausführungsform des Ankers 4 zwischen den beiden Elektromagneten 1, 2. Die den Elektromag neten 1, 2 zugewandten Oberflächen des Ankers 4 sind mit den Bezugszif fern 41 bzw. 42 bezeichnet, während die dem Anker 4 zugewandten Ober flächen der Elektromagneten 1, 2 die Bezugsziffern 14 respektive 24 tragen. Diese Oberflächen 14, 24, 41, 42 erstrecken sich dabei rechteckförmig über ein gewisses Maß senkrecht zur Zeichenebene, was für den Anker 4 aus der Perspektivdarstellung desselben in Fig. 3b ersichtlich wird. Fig. 3a shows a sectional view of a first preferred embodiment of the armature 4 between the two electromagnets 1, 2. The surfaces of the armature 4 facing the electromagnet 1 , 2 are designated with the reference numerals 41 and 42 , while the armature 4 facing surfaces of the electromagnets 1 , 2 bear the reference numerals 14 and 24 , respectively. These surfaces 14 , 24 , 41 , 42 extend rectangularly to a certain extent perpendicular to the plane of the drawing, which can be seen for the armature 4 from the perspective illustration of the same in FIG. 3b.

Wie üblich wird der Anker 4 abwechselnd von den beiden Elektromagneten 1, 2, angezogen, so daß er - auf geeignete nicht dargestellte Weise geführt - gemäß Pfeilrichtung 3 bzw. Ankerbewegungsrichtung 3 eine oszillierende Bewegung zwischen diesen beiden Elektromagneten 1, 2 ausführt und hier bei (wie üblich) ein nicht dargestelltes Brennkraftmaschinen-Hubventil oder -Gaswechselventil im Öffnungs- bzw. Schließsinne betätigt. Diese oszillieren de Bewegung des Ankers 4, dessen jeweils aktuelle Position durch den sog. Ankerhub h (vgl. Fig. 1 sowie zugehörige Erläuterung) beschrieben werden kann, wird durch alternierende Erregung der Elektromagneten 1, 2 hervorge rufen, d. h. die alternierend von den Elektromagneten 1, 2, erzeugten Mag netkräfte ziehen den Anker 4 zum jeweils aktiven Elektromagneten 1 bzw. 2 hin, und zwar gegen die Kraft einer auch hier vorgesehenen, figürlich jedoch nicht dargestellten Rückstellfeder.As usual, the armature 4 is alternately attracted by the two electromagnets 1, 2, so that it - out in a suitable manner not shown - the direction of arrow 3 and armature movement direction 3 an oscillating movement between these two electromagnets 1, 2 executes and here at ( as usual) an internal combustion engine valve or gas exchange valve, not shown, is actuated in the opening or closing direction. This oscillating movement of the armature 4 , the current position of which can be described by the so-called armature stroke h (cf. FIG. 1 and the associated explanation), will be caused by alternating excitation of the electromagnets 1 , 2 , ie alternately by the electromagnets 1 , 2 , generated magnetic forces pull the armature 4 towards the respectively active electromagnet 1 or 2 , against the force of a return spring provided here, too, but not shown in the figures.

Die hierbei auftretenden Magnetkräfte wirken bzw. verlaufen entlang sog. Magnetfeldlinien, von welchen in Fig. 3a stellvertretend zwei mit den Bezugs ziffern 6, 7 bezeichnete dargestellt sind. Bekanntermaßen verlassen diese Magnetfeldlinien 6, 7 die Oberflächen 41 oder 42 des jeweils erregten Elek tromagneten 1 oder 2 sowie die komplementären Oberflächen 14 oder 24 des Ankers 4 in senkrechter Richtung, d. h. in Normalrichtung zur jeweiligen Oberfläche. Bekanntermaßen steigt die Magnetkraft, die der jeweils erregte Elektromagnet 1 bzw. 2 auf den einzufangenden Anker 4 ausübt, mit ab nehmender Länge l einer Magnetfeldlinie 6, 7 zwischen dem Anker 4 und dem aktuell erregten Elektromagneten 1 bzw. 2 exponentiell an. Dieser Zu sammenhang ist qualitativ im Diagramm der Fig. 5 dargestellt, worin über der Länge l der Magnetfeldlinien als Abszisse die erzielbare Magnetkraft F_mag einer Elektromagnet-Anker-Kombination auf der Ordinate dargestellt ist.The magnetic forces occurring in this case act or run along so-called magnetic field lines, of which two are shown in FIG. 3a, with the reference numerals 6 , 7 designated. As is known, these magnetic field lines 6 , 7 leave the surfaces 41 or 42 of the respectively excited electromagnet 1 or 2 and the complementary surfaces 14 or 24 of the armature 4 in the vertical direction, ie in the normal direction to the respective surface. As is known, the magnetic force exerted by the respectively excited electromagnet 1 or 2 on the armature 4 to be captured increases exponentially with decreasing length l of a magnetic field line 6 , 7 between the armature 4 and the currently excited electromagnet 1 or 2 . This context is shown qualitatively in the diagram of FIG. 5, wherein the achievable magnetic force F _{mag of} an electromagnet-armature combination is shown on the ordinate over the length l of the magnetic field lines as the abscissa.

Zurückkommend auf Fig. 3a und das darin dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung setzen sich wie ersichtlich die Oberflächen 41, 42 des Ankers 4 aus verschiedenen Abschnitten zusammen. Der zentrale (mittlere) Oberflächen-Abschnitt ist mit der Bezugsziffer 41z bzw. 42z be zeichnet und liegt senkrecht zur Bewegungsrichtung 3 des Ankers 4, wäh rend die linksseitig sowie rechtsseitig hiervon liegenden Oberflächen- Abschnitte 41a bzw. 42a derart winkelig hierzu verlaufen, daß in deren Be reich die in Ankerbewegungsrichtung 3 gemessene Dicke d des Ankers 4 geringer als im Zentrum (d. h. als im Bereich der Oberflächen-Abschnitte 41z, 42z) ist, und wobei wie ersichtlich die jeweils außenseitigen Oberflächen- Abschnitte 41a, 42a direkt aufeinanderstoßen. Komplementär hierzu sind die Oberflächen 14, 24 der Elektromagneten 1, 2 gestaltet, d. h. neben parallel zu den Oberflächenabschnitten 41z, 42z verlaufenden Oberflächenab schnitten 14z, 24z existieren parallel zu den Oberflächenabschnitten 41a, 42a verlaufende Oberflächenabschnitte 14a, 24a.Returning to FIG. 3a and the embodiment of the present invention shown therein, as can be seen, the surfaces 41 , 42 of the armature 4 are composed of different sections. The central (middle) surface section is designated by the reference numerals 41 z and 42 z, respectively, and is perpendicular to the direction of movement 3 of the armature 4 , while the surface sections 41 a and 42 a lying on the left and right sides thereof are at an angle thereto run that in their loading the thickness d measured in the armature movement direction 3 of the armature 4 is less than in the center (ie than in the area of the surface sections 41 z, 42 z), and as can be seen the respective outer surface sections 41 a , 42 a collide directly. Complementarily, the surfaces 14, 24 of the electromagnet 1, designed 2, ie in addition to z parallel to the surface portions 41, 42 for extending Oberflächenab cut 14 z 24 z exist parallel to the surface portions 41 a, 42 a extending surface portions 14 a, 24 a.

Im bekannten Stand der Technik (bspw. nach der eingangs genannten DE 195 29 152 A1) hingegen sind die einander zugewandten Oberflächen des Ankers sowie der Magnetspulen zumeist vollständig plan (eben), d. h. sie haben über der gesamten Breite (und Länge) die hier lediglich im Zentrum vorgesehene Gestalt, nämlich wie die Oberflächen-Abschnitte 41z, 42z bzw. 14z, 24z.In contrast, in the known prior art (for example according to DE 195 29 152 A1 mentioned at the outset) the mutually facing surfaces of the armature and of the magnet coils are mostly completely flat (flat), ie they only have them over the entire width (and length) Shape provided in the center, namely how the surface sections 41 z, 42 z and 14 z, 24 z.

Die beschriebene und gezeigte erfindungsgemäße Gestaltung bspw. nach Fig. 3a wirkt sich nun in Verbindung mit der oben erwähnten Tatsache, daß die Magnetfeldlinien 6, 7 die entsprechenden Oberflächen-Abschnitte 41z bzw. 42z und 14z bzw. 24z sowie 41a bzw. 42a und 14a bzw. 24a immer in senkrechter Richtung verlassen und unter Berücksichtigung des in Fig. 5 dargestellten Zusammenhanges zwischen der Magnetkraft F_mag und der Länge l der Magnetfeldlinien in dem Sinne aus, daß die vom aktuell erregten Elektromagneten (bspw. vom Elektromagneten 1) auf den Anker 4 ausge übte Magnetkraft F_mag bei größerem Abstand a zwischen dem Anker 4 und dem Elektromagneten 1 größer ist als im bekannten Stand der Technik (mit den im wesentlichen vollständig ebenen, senkrecht zur Ankerbewegungs richtung 3 liegenden und einander zugewandten Oberflächen), während die ausgeübten Magnetkräfte bei geringem Abstand a zwischen dem Anker 4 und dem Elektromagneten 1 geringer ist als im bekannten Stand der Technik mit den im wesentlichen vollständig ebenen, senkrecht zur Ankerbewe gungsrichtung 3 liegenden und einander zugewandten Oberflächen des An kers sowie der Elektromagneten. In diesem Zusammenhang sei noch ver deutlicht, daß der Abstand a ebenso wie der in Fig. 1 sowie der zugehörigen Erläuterung beschriebene Ankerhub h in Ankerbewegungsrichtung 3 gemes sen wird.The design according to the invention described and shown, for example according to FIG. 3a, now acts in conjunction with the above-mentioned fact that the magnetic field lines 6 , 7 have the corresponding surface sections 41 z or 42 z and 14 z or 24 z and 41 a or 42 a and 14 a or 24 a always leave in the vertical direction and taking into account the relationship between the magnetic force F _mag and the length l of the magnetic field lines shown in FIG. 5 in the sense that the electromagnets currently excited (e.g. from the electromagnet 1 ) exerted on the armature 4 magnetic force F _{may be} greater at a greater distance a between the armature 4 and the electromagnet 1 than in the known prior art (with the substantially completely flat, perpendicular to the armature movement direction 3 and each other facing surfaces), while the magnetic forces exerted at a small distance a between the armature 4 and the electromagnet 1 is less than in known Annten state of the art with the substantially completely flat, perpendicular to the armature movement direction 3 and facing surfaces of the An core and the electromagnet. In this context, it should be made clear that the distance a, like the armature stroke h described in FIG. 1 and the associated explanation, is measured in armature movement direction 3 .

Dieser soeben beschriebene Zusammenhang zwischen den tatsächlich wir kenden und somit den Anker 4 in Ankerbewegungsrichtung 3 anziehenden Magnetkräften und dem Abstand a zwischen dem Anker 4 und dem jeweili gen Elektromagneten 1 (bzw. 2) läßt sich wie folgt begründen:
Bei relativ großem Abstand a ist die Länge l₆ (l₆ = a) der den zentralen Ober flächen-Abschnitten 41z, 14z zugehörigen Magnetfeldlinie 6 relativ groß, so daß die über diese zentralen Oberflächen-Abschnitte (41z, 14z) ausgeübte Magnetkraft F_mag relativ gering ist (vgl. hierzu Fig. 5). Erheblich kürzer ist je doch die den außenliegenden Oberflächen-Abschnitten (41a, 14a) zugehöri ge Magnetfeldlinie 7. Wie Fig. 5 verdeutlicht, ist die Magnetkraft F_mag der Ma gnetfeldlinie 7 mit der Länge l₇ erheblich größer als diejenige der Magnet feldlinie 6. Über die außenliegenden, gegenüber der Ankerbewegungsrich tung 3 geneigten Oberflächen-Abschnitte (41a, 14a) wird somit eine erheb lich größere Magnetkraft F_mag übertragen als über die zentralen, zur Anker bewegungsrichtung 3 senkrechten Oberflächen-Abschnitte (41z, 14z).This just described relationship between the actually we kenden and thus the armature 4 in armature direction 3 attracting magnetic forces and the distance a between the armature 4 and the respective electromagnet 1 (or 2 ) can be justified as follows:
At a relatively large distance a, the length l ₆ (l ₆ = a) of the central surface sections 41 z, 14 z associated magnetic field line 6 is relatively large, so that the central surface sections ( 41 z, 14 z) Exerted magnetic force F _{may be} relatively low (see. Fig. 5). The outer surface sections ( 41 a, 14 a) belonging to the magnetic field line 7 are considerably shorter. As Fig. 5 shows the magnetic force F is _like the Ma gnetfeldlinie 7 with the length l ₇ significantly greater than that of the magnetic field line. 6 On the outside, opposite the armature movement Rich tung 3 inclined surface portions (41 a, 14 a) is thus fixed Lich larger magnetic force F _{may be} transmitted as a (z 41, 14 z) about the central direction of movement to the armature 3 vertical surface portions .

Nun ist zwar zu berücksichtigen, daß in den außenliegenden Oberflächen- Abschnitten (41a, 14a) nur die in Ankerbewegungsrichtung 3 orientierte Komponente der Magnetkraft zur Bewegung des Ankers 4 in Richtung des Elektromagneten 1 beiträgt, während sich die in Fig. 3a horizontal und somit senkrecht zur Ankerbewegungsrichtung 3 verlaufenden Komponenten der Magnetkraft in den linksseitigen und rechtsseitigen außenliegenden Oberflä chenabschnitten (41a, 14a) gegenseitig aufheben, jedoch gilt die Aussage des letzten Absatzes wegen der hohen Magnetkraft-Unterschiede zwischen l₇ und l₆ dennoch bei Vorliegen eines relativ großen Abstandes a.Now, although to take into account that (a, 14 a 41) only oriented in the armature movement direction 3 component of the magnetic force for moving the armature 4 in the direction of the electromagnet 1 contributes to the outer surface portions while in Fig. 3a horizontally and thus perpendicular to the armature movement direction 3 components of the magnetic force in the left-hand and right-hand outer surface sections ( 41 a, 14 a) cancel each other out, however, the statement in the last paragraph applies due to the high magnetic force differences between l ₇ and l ₆ if there is one relatively large distance a.

Insbesondere jedoch gilt diese Aussage auch wegen der mit der erfindungs gemäßen Maßnahme gegenüber vollkommen planen, einander gegenüber liegenden Oberflächen des Ankers 4 sowie des Elektromagneten 1 (bzw. 2) zusätzlich erzielbaren Oberflächenvergrößerung. Diese wirkt sich zumindest solange in einer die erzielbaren Magnetkräfte vergrößernden Richtung aus, als noch keine magnetischen Sättigungseffekte aufgetreten sind. Bei relativ großem Abstand a wird der Anker 4 des in Fig. 3a stark vereinfacht darge stellten elektromagnetischen Aktuators somit stärker vom jeweils erregten Elektromagneten (bspw. 1) angezogen, als ein vollständig ebener Anker bspw. nach der bereits mehrfach genannten DE 195 29 152 A1.In particular, however, this statement also applies because of the surface enlargement which can be achieved with the measure according to the invention in relation to perfectly planed, opposing surfaces of the armature 4 and the electromagnet 1 (or 2 ). This has an effect at least in a direction increasing the achievable magnetic forces, as long as no magnetic saturation effects have yet occurred. At a relatively large distance a, the armature 4 of the electromagnetic actuator shown in FIG. 3a, simplified in a simplified manner, is thus attracted more by the energized electromagnet (for example 1 ) than a completely flat armature, for example according to DE 195 29 152 A1, which has already been mentioned several times .

Ist jedoch der Abstand a zwischen dem Anker 4 sowie dem jeweils erregten Elektromagneten (bspw. 1) relativ gering, so ist zu einen der Unterschied in der Magnetkraft F_mag zwischen den Magnetlinien l₆ der zentralen Oberflä chen-Abschnitte (41z, 14z) und den Magnetlinien l₇ der außenliegenden Oberflächen-Abschnitte (41a, 14a) geringer als bei einem größeren Abstand a. Dadurch kommt die im letzten Absatz erwähnte Tatsache, daß die Ma gnetkräfte in den außenliegenden Oberflächen-Abschnitten (41a, 14a) nur zum Teil in Richtung der Ankerbewegungsrichtung 3 wirken, verstärkt zur Geltung. Insbesondere jedoch sind bei relativ geringem Abstand a bereits derart starke magnetische Sättigungseffekte feststellbar, daß dann der Anker 4 des in Fig. 3a stark vereinfacht dargestellten elektromagnetischen Aktua tors u. a. auch wegen der bereits genannten Oberflächenvergrößerung in Summe weniger stark vom jeweils erregten Elektromagneten (bspw. 1) an gezogen wird, als ein vollständig ebener Anker bspw. nach der bereits mehrfach genannten DE 195 29 152 A1.However, if the distance a between the armature 4 and the energized electromagnet (for example 1 ) is relatively small, then the difference in the magnetic force F _mag between the magnetic lines l _{6 of} the central surface sections ( 41 z, 14 z ) and the magnetic lines l _{7 of} the outer surface sections ( 41 a, 14 a) less than at a larger distance a. As a result, the fact mentioned in the last paragraph that the magnetic forces in the outer surface sections ( 41 a, 14 a) only partially act in the direction of the armature movement direction 3 , comes into its own. In particular, however, such strong magnetic saturation effects can already be determined at a relatively short distance a that the armature 4 of the electromagnetic actuator shown in a greatly simplified manner in FIG. 3a is also less dependent on the excited electromagnet (due to the above-mentioned surface enlargement, among other things ) ) is pulled on as a completely flat anchor, for example according to the already mentioned DE 195 29 152 A1.

Zusammenfassend kann somit bei geeigneter Gestaltung des Ankers 4 so wie der Elektromagneten 1, 2 bspw. analog dem in Fig. 3a (und Fig. 3b) ver einfacht dargestellten Ausführungsbeispiel, welches durch den Patentan spruch 1 abstrakt und durch den abhängigen Patentanspruch 2 konkreter beschrieben ist, ein Verlauf der Magnetkraft-Kennlinien erzeugt werden, der bei geeigneter Wahl der Federkraft-Kennlinien der jeweils vorgesehenen Rückstellfedern dem in Fig. 1 dargestellten, wünschenswerterweise zu errei chenden, vorteilhaften Verlauf entspricht. Nochmals auf die eingangs ge machten Erläuterungen zurückkommend sei hier wiederholt, daß die über dem Ankerhub h (hierzu komplementär ist der Abstand a) aufgetragenen Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien derart ausgelegt sein sollen, daß die Ma gnetkraft F_mag des jeweils bestromten und somit den Anker 4 einfangenden Elektromagneten 1 bzw. 2 betragsmäßig nie geringer als die diesem Ein fangvorgang entgegenwirkende Kraft der jeweiligen Rückstellfeder ist.In summary, with a suitable design of the armature 4 as well as the electromagnet 1 , 2, for example. Analogous to the embodiment shown in simplified form in FIG. 3a (and FIG. 3b), which is abstractly described by patent claim 1 and more specifically described by dependent patent claim 2 is, a course of the magnetic force characteristic curves are generated which, with a suitable choice of the spring force characteristic curves of the respectively provided return springs, corresponds to the advantageous course shown in FIG. 1, which is desirably to be achieved. Returning to the explanations made at the beginning, it should be repeated here that the magnetic force-spring force characteristic curves plotted over the armature stroke h (complementary to this is the distance a) should be designed in such a way that the magnetic force F _mag of the current supplied and thus the armature 4 capturing electromagnets 1 and 2 in terms of amount never less than the one counteracting force of the respective return spring.

In Fig. 4 ist ein gegenüber Fig. 3a bzw. Fig. 3b insofern abgewandeltes Aus führungsbeispiel eines Ankers 4 dargestellt, als hier die Oberflächen- Abschnitte 41z und 41a (sowie 42z und 42a) gekrümmt ausgebildet sind und krümmungsangepaßt direkt ineinander übergehen. Hier ist somit keine klare Grenze zwischen diesen Oberflächen-Abschnitten 41z und 41a (bzw. 42z und 42a) vorhanden; nichtsdestotrotz gelten die zu Fig. 3a gemachten Aus führungen auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Dabei ist in Fig. 4 lediglich der Anker 4 perspektivisch dargestellt, selbstverständlich sind die hier nicht dargestellten Elektromagneten hierzu komplementär geformt. Selbstverständlich sind auch noch andere Formen der einander zugewand ten Oberflächen des Ankers 4 sowie der Elektromagneten 1, 2 möglich, die den beschriebenen Kriterien genügen, wobei eine Vielzahl von Details ins besondere konstruktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Aus führungsbeispielen gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprü che zu verlassen.In Fig. 4 a compared to Fig. 3a and Fig. 3b modified from example of an anchor 4 is shown, as here the surface sections 41 z and 41 a (and 42 z and 42 a) are curved and adapted to each other directly pass over. There is therefore no clear boundary between these surface sections 41 z and 41 a (or 42 z and 42a); nonetheless, the guides made to FIG. 3a also apply to the exemplary embodiment according to FIG. 4. Only the armature 4 is shown in perspective in FIG. 4, of course the electromagnets, not shown here, are complementary in shape. Of course, other shapes of the mutually facing surfaces of the armature 4 and the electromagnets 1 , 2 are also possible, which meet the criteria described, a large number of details in a particularly constructive manner can be designed quite differently from the exemplary embodiments shown, without the Leave the content of the claims.

Overview of the figures and the reference numbers contained therein

Fig. 1 wünschenswerterweise zu erreichender, vorteilhafter Verlauf der Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien über dem Anker-Hub Fig. 1 desirably to be achieved, advantageous course of the magnetic force-spring force characteristics over the armature stroke

Fig. 2 Verlauf der Magnetkraft-Federkraft-Kennlinien über dem Anker- Hub an den zumeist üblichen elektromagnetischen Aktuatoren Fig. 2 course of the magnetic force-spring force characteristic curves over the armature stroke on the usually usual electromagnetic actuators

Fig. 3a stark vereinfachter Schnitt eines ersten erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators Fig. 3a a greatly simplified sectional view of a first electromagnetic actuator of this invention

Fig. 3b Perspektivansicht des Ankers aus Fig. 3a Fig. 3b perspective view of the anchor of Fig. 3a

Fig. 4 Perspektivansicht eines gegenüber Fig. 3b abgewandelten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung FIG. 4 is a perspective view of an exemplary embodiment of the present invention modified compared to FIG. 3b

Fig. 5 Diagramm über den Zusammenhang zwischen der Magnetkraft F_mag und der Länge l der Magnetfeldlinien Fig. 5 diagram of the relationship between the magnetic force F _mag and the length l of the magnetic field lines

Reference list

11

, ,

22nd

Elektromagnet
Electromagnet

33rd

Ankerbewegungsrichtung
Anchor direction of movement

44th

Anker
anchor

66

, ,

77

Magnetfeldlinie
Magnetic field line

1414

dem Anker the anchor

44th

zugewandte Oberfläche von facing surface of

11

1414

aaußenliegender Oberflächen-Abschnitt von external surface section of

1414

zzentraler Oberflächen-Abschnitt von Central surface section of

1414

2424th

dem Anker the anchor

44th

zugewandte Oberfläche von facing surface of

22nd

2424th

aaußenliegender Oberflächen-Abschnitt von external surface section of

2424th

zzentraler Oberflächen-Abschnitt von Central surface section of

2424th

4141

dem Elektromagneten the electromagnet

11

zugewandte Oberfläche des Ankers facing surface of the anchor

44th

4141

aaußenliegender Oberflächen-Abschnitt von external surface section of

4141

zzentraler Oberflächen-Abschnitt von Central surface section of

4141

4242

dem Elektromagneten the electromagnet

22nd

zugewandte Oberfläche des Ankers facing surface of the anchor

44th

4242

aaußenliegender Oberflächen-Abschnitt von external surface section of

4242

zzentraler Oberflächen-Abschnitt von Central surface section of

4242

F_F F _F

Federkraft der jeweiligen Rückstellfeder
F_mag Spring force of the respective return spring
F _likes

Magnetkraft
F_mag1 Magnetic force
F _mag1

Magnetkraft des Elektromagneten Magnetic force of the electromagnet

11

F_mag2 F _mag2

Magnetkraft des Elektromagneten Magnetic force of the electromagnet

22nd

ain Ankerbewegungsrichtung in the direction of anchor movement

33rd

gemessener Abstand zwischen measured distance between

44th

und and

11

bzw. zwischen or between

44th

und and

22nd

dDicke des Ankers dthickness of anchor

44th

(in Ankerbewegungsrichtung (in the direction of anchor movement

33rd

gemessen)
hHub des Ankers, Ankerhub (in Ankerbewegungsrichtung measured)
hStroke of the armature, armature stroke (in the direction of armature movement

33rd

gemessen)
lLänge einer Magnetfeldlinie
l₆ measured)
Length of a magnetic field line
l ₆

Länge der Magnetfeldlinie Length of the magnetic field line

66

l₇ l ₇

Länge der Magnetfeldlinie Length of the magnetic field line

77

Claims

1. Electromagnetic actuator for an internal combustion engine lift valve, on which an oscillating armature ( 4 ) acts between two electromagnets ( 1 , 2 ) each against the force of a return spring due to alternating current flow of the electromagnets ( 1 , 2 ), and the Above the armature stroke (h) plotted magnetic force-spring force characteristic curves are designed such that the magnetic force (F _mag1 , F _mag2 ) of the energized and thus the armature ( 4 ) catching electromagnet ( 1 , 2 ) never amounts less than that is the counteracting force (F _F ) of the respective return spring, characterized in that the mutually facing surfaces ( 41 , 42 , 14 , 24 ) of the armature ( 4 ) and the electromagnets ( 1 , 2 ) are shaped at least in some areas in such a way, that the length (l ₇ ) of the se surfaces or surface sections ( 41 a, 42 a, 14 a, 14 z) leaving perpendicular magnetic field lines ( 7 ) at least slightly ig ge is less than the distance (a) measured in the armature movement direction ( 3 ) between these surfaces or surface sections ( 41 a, 42 a, 14 a, 14 z) in order to measure the course of the magnetic force characteristic curves (F _mag1 , F _mag2 over h) in the desired manner.

2. Electromagnetic actuator according to claim 1, characterized in that the measured in armature movement direction ( 3 ) ge thickness (d) of the armature ( 4 ) in its outer edge area is less than in the center and that the electromagnets ( 1 , 2 ) complementary to this are shaped.