DE3513103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch arbeitende Stell­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 30 24 109 oder DE-PS 33 07 683 bekannt. Bei diesem Stand der Technik ist eine Stell­ einrichtung beschrieben, die an einem Steuerelement eine Anker­ platte trägt, die zwischen zwei Schaltmagneten hin- und herbe­ wegbar ist. In der einen Schaltposition wird die Ankerplatte von einem der Schaltmagnete gehalten, in der anderen Schaltpo­ sition wird die Ankerplatte von einem anderen Schaltmagneten gehalten, der dem ersten gegenüberliegt.

Wenn die Ankerplatte in ihrer Einschaltposition durch Stromfluß durch den einen Schaltmagneten gehalten wird, wird bereits gleich­ zeitig der andere Schaltmagnet unter Strom gesetzt. Der Wechsel der Schaltposition geschieht dadurch, daß der Schaltmagnet, in dessen Einzugsbereich sich die Ankerplatte befindet, abgeschal­ tet wird, wodurch die Ankerplatte mit Federunterstützung in Rich­ tung zu dem anderen Schaltmagneten gedrückt wird und von diesem gehalten wird.

Der exakte Zeitpunkt des Umschaltens wird somit definiert durch das Abschalten eines Magneten, nicht durch das Einschalten der Schaltmagnete.

Dabei ist problematisch, daß der Zeitpunkt des Abfalls der Anker­ platte von den Polflächen des Magneten Schwankungen unterliegt. Insbesondere der Schließzeitpunkt des Einlaßventils ist dabei eine kritische Größe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, bei der Schwankungen des genauen Öffnungs- oder Schließzeitpunktes vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Kennzeichen des Hauptanspruches.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in dem Magnetfluß zwischen Ankerplatte und der Anlagefläche des Magnetkernes, der die Anker­ platte anzieht, ein magnetischer Widerstand vorgesehen ist, in dem die Magnetlinie nicht durch ferromagnetisches oder elek­ trisch leitendes Material läuft. Damit wird die Erzeugung und Weiterleitung von Wirbelströmen innerhalb der Ankerplatte re­ duziert; das Magnetfeld kann sich somit beim Ausschalten des Stromflusses schneller abbauen. Die Dicke des Spaltes auf den beiden Seiten der Ankerplatte ist dementsprechend zur Gewähr­ leistung eines exakten Schließzeitpunktes unterschiedlich. Der Zeitpunkt des Öffnens des Einlaßventils ist verhältnismäßig unkritisch, da zu dem Zeitpunkt sich der Zylinder der Brennkraft­ maschine im oberen Totpunkt befindet und die Saugphase des Mo­ tors allmählich anläuft. Der Schließzeitpunkt jedoch beeinflußt in hohem Maße die Füllung des Brennraumes, demzufolge ist es wichtig, daß der Wechsel von der Öffnungsstellung in die Schließ­ stellung genau eingestellt ist.

Aus der DE-AS 10 01 768 ist ein distanzierendes Trennmittel aus unmagnetischem Material bekannt, um die Abfallszeit eines elek­ tromagnetischen Relais zu beeinflussen. Die mit einem Gaswech­ selventil verbundene Problematik, insbesondere die Festlegung von Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt, ist aus dieser Li­ teraturstelle nicht bekannt.

Die DE-PS 28 15 849 beschreibt ein elektromagnetisch offengehal­ tenes Gaswechselventil für eine Brennkraftmaschine, bei dem der magnetische Widerstand in der Öffnungsstellung minimiert wird.

Unregelmäßigkeiten bei der Öffnung oder dem Schließen von Venti­ len werden nur im Zusammenhang mit Klebeffekten angesprochen.

Die unterschiedliche Einstellung in der Genauigkeit der Abfalls­ zeit bei Öffnung bzw. beim Schließen ist keiner der Entgegenhal­ tungen entnehmbar.

Gemäß den Unteransprüchen kann der magnetische Widerstand gebil­ det werden durch einen Freiraum oder Spalt oder durch elektrisch nicht leitendes, nicht ferromagnetisches Material.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine Darstellung des Details A in Fig. 1 in ver­ größertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt aus dem Motorblock einer Brennkraft­ maschine; mit dem Bezugszeichen 10 ist der Zylinderkopf bezeich­ net. Aus dem Zylinderraum 16 führt ein Auslaßkanal 12, der mit einem Auslaßventil 18 wahlweise verschlossen werden kann; in den Zylinderraum 16 führt ein Einlaßkanal 14, der wahlweise mit einem Einlaßventil 20 verschlossen werden kann. Die Ventile 18 und 20 werden durch eine elektromagnetisch arbeitende Stellein­ richtung gesteuert, die in einem Gehäuse 22 untergebracht ist. Einlaß- und Auslaßventil werden auf die besonderen Gegebenheiten ausgelegt; in Fig. 2 ist dementsprechend zu erkennen, daß der Ventilteller 20 des Einlaßventiles größer ist als der Ventil­ teller 18 des Auslaßventiles.

Im folgenden wird, da außer der Bemaßung keine prinzipiellen Unter­ schiede auftreten, nur die Stelleinrichtung für das Einlaßventil besprochen.

Von dem Ventilteller 20 führt ein Schaft 24 aus dem Zylinderkopf 10 heraus, der im Zylinderkopf in einer Hülse 26 gleitet. Das Ende des Ventilschaftes 24 ist mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet; es hat dort eine Auflage, auf die ein später zu beschreibendes Gegenlager 40 auftrifft.

An dem dem Ventilteller 20 gegenüberliegenden Ende des Ventilschaf­ tes 24 ist umfangsmäßig ein Ring 30 angeflanscht, der als Wider­ lager für ein Federsystem dient, das aus einer großen Schrauben­ feder 34 und einer kleinen Schraubenfeder 32 zusammengesetzt ist. Die beiden Schraubenfedern 32 und 34 laufen koaxial zueinander ineinandergefügt; der gegenüberliegende Fußpunkt 36 ist eine Auf­ lage im Zylinderkopf. Der Ventilschaft 24 kann in dem Gleitlager 26 gegen die Kraft des Federsystems 32 und 34 bewegt werden, der Ventilteller 20 hebt sich dann von seinem Sitz und öffnet den Aus­ laßkanal 14.

Die axiale Verlängerung zu dem Ventilschaft 24 bildet ein Schaft 38 eines Steuerelementes, das an seinem unteren Ende zur Anlage mit dem Ventilschaft 26 ein Gegenlager 40 besitzt. Im Bereich des Gegenlagers schließt sich an den Schaft 38 des Steuerelementes eine ringförmige Ankerplatte 46 an, die aus ferromagnetischem Ma­ terial besteht. An der Ankerplatte liegt gleichzeitig ein Feder­ system aus einer großen Schraubenfeder 42 und einer kleinen Schrau­ benfeder 44 an, die ebenfalls koaxial zueinander und koaxial mit dem Schaft 38 des Steuerelementes verlaufen.

Der Fußpunkt dieses Federsystems 42 und 44 wird durch ein Aufla­ ger 48 gebildet, auf das im weiteren Verlauf noch einzugehen ist.

Ein Magnetkern 68, der im Querschnitt U-förmig ist und somit ei­ nen Topfmagneten zur Aufnahme einer Spule 66 bildet, ist ringför­ mig angeordnet; die Achse des Ringes fällt zusammen mit der Achse des Ventilschaftes 24. Im Innern des Magnetkernes 68 befindet sich die Spule 66; der im Querschnitt U-förmige Magnetkern 68 ist in Richtung zur Ankerplatte 46 geöffnet.

Gleichermaßen ist der Schaft 38 des Steuerelementes von einem ähn­ lich ausgebildeten Magnetkern 64 umgeben, der in seinem Innern eine Spule 62 trägt. Die Ankerplatte 46 bewegt sich, je nach Er­ regung des Magneten 62 bzw. 66, von einer Anlage an den Polflächen des Magnetkerns 64 zu einer Anlage an den Magnetkern 68 und zurück.

Weiterhin ist ein Stellmagnet vorgesehen, der aus einem Magnet­ kern 58 und einer Spule 60 besteht. Bei Erregung der Spule 60 wird als Anker ein ferromagnetisches Bauteil 56 angezogen, das mit ei­ nem Bauteil 54 verbunden ist. Diese durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten auf das Bauteil 54 wirkende Bewegung wird über Dorne 50, die in einem Verschlußdeckel angeordnet sind, auf den Fußpunkt des Federsystems, der durch das Widerlager 48 gebil­ det wird, übertragen, wodurch durch die Erregung der Spule 60 des Stellmagneten der Fußpunkt der Feder 42 und 44 verschoben wird.

Die Ankerplatte 46 ist in ihrer einen Schaltposition, in der das Ventil 20 geschlossen ist, durch den Magnetkern 64 aufgrund des Stromdurchflusses durch die Spule 62 gehalten. In ihrer anderen Schaltposition wird die Ankerplatte 46 durch den Magnetkern 68, aufgrund des Stromdurchflusses durch die Spule 66, gehalten. Da­ bei wird das Auslaßventil 20 geöffnet.

In Fig. 2 ist der Bereich der Magnetkerne 68 und 64, zusammen mit den Spulen 62 und 66, und ihr Zusammenwirken mit der Ankerplatte 46 näher dargestellt. Die Ankerplatte 46 läuft in einer Hülse 86 ohne Berührung derselben. In Fig. 2 befindet sie sich in der Stel­ lung, in der das Ventil 20 geschlossen ist. Die Ankerplatte, die im Schnitt dargestellt ist, ist jedoch nicht durchgehend, son­ dern besitzt eine Scheibe 90 aus ferromagnetischem Material, das mit einer Schicht 92 bedeckt ist, die in der in Fig. 2 dargestell­ ten Stellung in Anlage an die Polflächen des Magnetkerns 64 kommt.

Die Schicht 92 sorgt dafür, daß von dem einen Schenkel des im Quer­ schnitt U-förmigen Magnetkernes 64 über die Ankerplatte 90, die aus ferromagnetischem Material besteht, in den anderen Schenkel des Magnetkernes möglichst wenig Wirbelströme auftreten, und daß die Magnetlinien im Bereich der Schicht 92 einen für para- oder diamagnetischen Materialien typischen Verlauf zeigen, der unter­ schiedlich ist von dem Verlauf in ferromagnetischen Materialien. Hinsichtlich der Magnetwirkung und der auftretenden Wirbelströme verhält sich somit die Schicht 92 wie ein Luftspalt. Bei zwischen den beiden Polen des im Querschnitt U-förmigen Magnetkernes 64 verlaufenden Magnetlinien treten die Magnetlinien in das ferro­ mgnetische Material 90 der Ankerplatte 46 erst mit einem gewissen Abstand von dem Pol des Mangetkernes 64 ein, die Ankerplatte 46 wird dementsprechend nicht mit der gleichen Kraft an den Polen des Magnetkernes 64 gehalten, als wenn der Überzug 92 auch aus ferromagnetischem Material bestehen würde. Für die vergleichbare Kraftwirkung ist somit aufgrund der Schicht 92 eine höhere Aus­ legung des Magneten erforderlich.

Andererseits jedoch wird die Induzierung von Wirbelströmen ver­ ringert, so daß mit Abschalten der Spule 62 das Magnetfeld 64 schneller zusammenbricht und somit die Ankerplatte 46 zu einem genauer vorherbestimmbaren Zeitpunkt und vor allem auch schneller freigegeben wird.

Durch Wirkung der Federn 42 und 44, wie in Fig. 1 zu sehen, wird dann die Ankerplatte in die Richtung zum Magnetkern 68 gedrückt, der zu diesem Zeitpunkt bereits durch die Strombeaufschlagung der Spule 66 erregt sein kann.

An der Unterseite der Ankerplatte 46 ist ein Vorsprung 96 entlang des Außenumfangs in axialer Richtung zu erkennen, der in Anlage an den einen Pol des im Querschnitt U-förmigen Magnetkernes 68 kommt, so daß der Pol des Magnetkernes 68 nur an dem Vorsprung 96 die Ankerplatte 46 berührt, der übrige Teil ist von der Stirn­ seite der Ankerplatte durch den Spalt 94 beabstandet. Bei dieser Ausführung wird also der Spalt nicht durch einen Überzug 92 gebil­ det, sondern tatsächlich durch einen Luftraum 94.

Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß statt eines Vorsprunges 96 auch in der seitlichen Hülse 86 der Ankerplatte 46 ein entspre­ chender Vorsprung am Innenumfang vorgesehen sein kann, gegen den die Ankerplatte 46 zur Auflage kommt. Wichtig ist der isolieren­ de Abstand der Ankerplatte 46 von den Polen des Magnetkernes 68.

Wie bereits weiter obenerwähnt, wird in der Praxis ein Kompro­ miß zu suchen sein zwischen der durch den Abstand notwendigerweise stärkeren Auslegung des Magneten einerseits und den erwünschten genau vorherbestimmbaren und kürzeren Schaltzeiten andererseits. Ist der eine der beiden Schaltmagneten 62 bzw. 66 hinsichtlich der genauen und kurzen Ausschaltzeit kritischer als der andere, läßt er sich dementsprechend etwas stärker auslegen und dafür dann der Abstand zwischen Ankerplatte 46 und Schaltmagnet vergrößern, bzw., wenn man einen vollkommen symmetrischen Aufbau bevorzugt, ist die Auslegung der Magnete 62 und 66 auf den größeren der bei­ den Spalte vorzunehmen.

Claims (3)

1. Elektromagnetisch arbeitende Stelleinrichtung für Gaswechselventile in einer Brennkraftmaschine, mit zwei elektrisch arbeitenden Schaltmagneten, die bei jeweiliger Erregung eine mit den Gaswechselventilen verbundene Ankerplatte in zwei gegenüberliegenden, diskreten Schaltpositionen halten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem jeweiligen von dem magnetischen Fluß durchsetzten, die Ankerplatte (46) einschließen­ den Magnetkreis jeweils ein magnetischer Widerstand (92, 94) vorgesehen ist, wobei der magnetische Wider­ stand in der einen Schaltposition, nämlich im Ein­ zugsbereich des das Gaswechselventil (18, 20) in seiner Öffnungsstellung haltenden Schaltmagneten (68) größer ist als in der anderen Schaltposition, in der die Ankerplatte (46) an dem das Gaswechselventil (18, 20) in seiner Schließstellung haltenden Schaltmagne­ ten (64) anliegt.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der magnetische Widerstand durch einen Freiraum (94) zwsichen den Polflächen des Magnetkerns (68) des Schaltmagneten (66) und der Ankerplatte (46) gebildet ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der magnetische Widerstand durch einen Auftrag (92) von nicht ferromagnetischem Material auf die Ankerplatte (46) und/oder Polfläche gebildet ist.