EP0870906A1 - Elektromagnetischer Aktuator zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Elektromagnetischer Aktuator zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0870906A1 EP98104486A EP98104486A EP0870906A1 EP 0870906 A1 EP0870906 A1 EP 0870906A1 EP 98104486 A EP98104486 A EP 98104486A EP 98104486 A EP98104486 A EP 98104486A EP 0870906 A1 EP0870906 A1 EP 0870906A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/14—Tappets; Push rods
    • F01L1/16—Silencing impact; Reducing wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a preamble of claim 1 electromagnetic actuator for controlling a gas exchange globe valve Internal combustion engine, one being in drive connection with the lift valve Armature between stroke-spaced electromagnets against diametrical acting springs is arranged in a controlled oscillating manner and being in both Electromagnet-guided armature with a pot-like end stop damping device cooperates.
  • An actuator of the type described above is for example from EP-B 0 354 417.
  • the armature is both in the center closing as well as opening side with a piston-like extension for guidance formed with tight play in the respective pot magnet, with each of the extensions serves as an end stop damping device.
  • the plate-like design Anchor between the stroke-spaced electromagnets one each Damping chamber associated with the closing and opening side, which by means of a Anchor displacement enclosing sleeve is formed, with which the anchor over his The outer circumference interacts closely with friction.
  • the anchor described above has a relative due to the piston-like extensions large mass, so that a significant reduction in impact noise of the armature placed on the respective electromagnet is effective End stop damping device is required before this actuator all about a frictional seal between the sleeve and the Scope of the anchor plate is reached. Controlling this actuator is difficult and energy consuming.
  • the invention has for its object a generic actuator in its further develop mechanical structure such that with significantly reduced moving masses and the elimination of a mechanical friction Damping a simpler control with a lower energy level is achieved.
  • peripheral walls each anchor pot or the double pot anchor with within Coils cooperate with recesses arranged close to the coil in the respective coil core and also the stroke-dependent into the corresponding recesses of the Coil cores immersing peripheral walls of the armature pots with those in the Recesses associated with coil cores each have first choke points Form damping chambers.
  • the double-pot armature according to the invention can be used for faster magnetization have an anchor ring on the outside at the level of the anchor plate.
  • the invention is based on an actuator shown schematically in the drawing described.
  • the only drawing shows an electromagnetic actuator 1 for control a gas exchange lift valve 2 of an internal combustion engine, not shown 3, one with the shaft 4 of the lift valve 2 in driving connection Armature 5 between stroke spaced magnets 6 and 7 against diametrically acting springs 8 and 9 is arranged controlled oscillating and wherein the in two magnets 6 and 7 guided armature 5 with a pot-like end stop damping device 10 cooperates.
  • the height of the anchor pots 13, 14 can be chosen such that whose peripheral walls 16, 17 in the middle position of the armature 5 in the de-energized State of the magnets 6, 7 under the action of the diametrically acting springs 8, 9 already dip into the recesses 18 and 19.
  • One is preferred from the Drawing apparent pot height such that the anchor pots 13, 14 and the Double-pot anchor 5 with the respective peripheral walls 16, 17 depending on the stroke in immerse the corresponding recesses 18, 19 in the coil cores 6 ', 7' and thus the above-described first damping effect is achieved.

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Abstract

Für einen elektromagnetischen Aktuator (1) zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils (2) einer Brennkraftmaschine (3) mit einem zwischen Elektromagneten (6, 7) gegen diametral wirkende Federn (8, 9) gesteuert oszillierenden Anker (5) mit Endanschlag-Dämpfungseinrichtungen (10', 10'') wird zur Erzielung eines einfachen mechanischen Aufbaus von geringer Masse und einer ausschließlich pneumatischen Dämpfung vorgeschlagen, daß ein zwischen Stirnflächen (11, 12) diametraler Spulenkerne (6', 7') der Elektromagnete (6, 7) mittels einer im Durchmesser im wesentlichen dem Schaft (4) des Hubventils (2) angepaßten Führungsstange (5') geführter Anker (5) einen schließseitig offenen Topf (13) und einen öffnungsseitig offenen Topf (14) umfaßt, und beide an der gemeinsamen Ankerplatte (15) von relativ geringer Dicke angeordnete Töpfe (13, 14) mit jeweils in Hubrichtung vorspringenden Umfangswandungen (16, 17) von relativ geringer Dicke in eine im jeweiligen Spulenkern (6', 7') entsprechend angepaßte Ausnehmung (18, 19) eintauchend angeordnet sind, wobei jeder eingetauchte Topf (13, 14) mit dem jeweiligen Spulenkern (6', 7') eine Dämpfungskammer (10', 10'') bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf einen elektromagnetischen Aktuator zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils einer Brennkraftmaschine, wobei ein mit dem Hubventil in Antriebsverbindung stehender Anker zwischen hubbeabstandet angeordneten Elektromagneten gegen diametral wirkende Federn gesteuert oszillierend angeordnet ist und wobei der in beiden Elektromagneten geführte Anker mit einer topfartigen Endanschlag-Dämpfungseinrichtung zusammenwirkt.
Ein Aktuator der vorbeschriebenen Bauart ist beispielsweise aus der EP-B 0 354 417 bekannt. Bei diesem bekannten Aktuator ist der Anker jeweils mittig sowohl schließ- als auch öffnungsseitig mit einem kolbenartigen Fortsatz zur Führung mit engem Spiel im jeweiligen Topfmagneten ausgebildet, wobei jeder der Fortsätze als eine Endanschlag-Dämpfungseinrichtung dient. Weiter ist dem plattenartig gestalteten Anker zwischen den hubbeabstandeten Elektromagneten jeweils eine schließ- und öffnungsseitige Dämpfungskammer zugeordnet, die mittels einer den Anker-Hubraum umschließenden Hülse gebildet ist, mit der der Anker über seinen Außenumfang reibungsbehaftet dicht zusammenwirkt.
Der vorbeschriebene Anker weist aufgrund der kolbenartigen Fortsätze eine relativ große Masse auf, so daß zur wesentlichen Reduzierung eines Anschlaggeräusches des auf den jeweiligen Elektromagneten aufsetzenden Ankers eine wirksame Endanschlag-Dämpfungseinrichtung erforderlich ist, die bei diesem Aktuator vor allem über eine mit Reibung behaftete Abdichtung zwischen der Hülse und dem Umfang der Ankerplatte erreicht ist. Die Steuerung dieses Aktuators ist schwierig und energieaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator in seinem mechanischen Aufbau derart weiterzubilden, daß mit wesentlich reduzierten bewegten Massen und dem Fortfall einer mit mechanischer Reibung behafteten Dämpfung eine einfachere Steuerung bei geringerem Energie-Niveau erzielt ist.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst und zwar in der Weise, daß ein zwischen Stirnflächen diametraler Spulenkerne der Elektromagnete mittels einer im Durchmesser im wesentlichen dem Schaff des Hubventils angepaßten Führungstange geführter Anker einen schließseitig offenen Topf und einen öffnungsseitig offenen Topf umfaßt, und beide an der gemeinsamen Ankerplatte von geringer Dicke angeordnete Töpfe mit jeweils einer in Hubrichtung vorspringender Umfangswandung von relativ geringer Dicke in eine im jeweiligen Spulenkern entsprechend angepaßte Ausnehmung eintauchend angeordnet sind, wobei jeder eingetauchte Topf mit dem jeweiligen Spulenkern eine Dämpfungskammer bildet.
Mit einem erfindungsgemäß aus zwei Töpfen gebildeten Anker ist zum einen eine wesentliche Massenreduzierung erzielt, wobei über die Topfhöhen und die jeweilige Nähe jedes freien Topfrandes zum jeweiligen Magneten der Fangstrom zur ausreichenden Magnetisierung des schwingenden Ankers vorteilhaft derart beeinflußbar ist, daß ein weiches Auftreffen des Ankers auf dem Spulenkern des jeweiligen Magneten erreicht ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch erreicht, daß die Umfangswandungen jedes Anker-Topfes bzw. des Doppeltopf-Ankers mit innerhalb der Spulen spulennah im jeweiligen Spulenkern angeordneten Ausnehmungen zusammenwirken und ferner die hubabhängig in die entsprechenden Ausnehmungen der Spulenkerne eintauchenden Umfangswandungen der Anker-Töpfe mit den in den Spulenkernen zugeordneten Ausnehmungen jeweils erste Drosselstellen der Dämpfungskammern bilden.
Die Kombination der vorgenannten Merkmale ergibt zum einen in vorteilhafter Weise jeweils einen großen Querschnitt der jeweiligen Dämpfungskammer jedes Anker-Topfes, wobei in weiterer vorteilhafter Weise durch eine entsprechende Bemessung der in den Spulenkernen vorgesehenen Ausnehmungen relativ zu den Dicken der Umfangswandungen Freigangspiele erzielt sind, die für das aus dem jeweiligen Anker-Topf hubabhängig verdrängte Medium als eine erste Drosselstelle wirken. Zusätzlich können zur Feinabstimmung der durch Mediums-Verdrängung erzielten Dämpfung sowohl in den Umfangswandungen der Anker-Töpfe als auch in der gemeinsamen Ankerplatte jeweils Drosselöffnungen als zweite Drosselstellen der Dämpfungskammern vorgesehen sein. Mit der erfindungsgemäß mechanisch reibungsfrei gestalteten Endanschlag-Dämpfungseinrichtung ist somit eine den Betriebsverhältnissen des Aktuators vorteilhaft leicht anpaßbare pneumatische Dämpfung erzielt.
Schließlich kann der erfindungsgemäße Doppeltopf-Anker zur schnelleren Magnetisierung außenumfänglich auf Höhe der Ankerplatte einen Ankerring aufweisen.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Aktuators beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 1 zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils 2 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine 3, wobei ein mit dem Schaft 4 des Hubventils 2 in Antriebsverbindung stehender Anker 5 zwischen hubbeabstandet angeordneten Magneten 6 und 7 gegen diametral wirkende Federn 8 und 9 gesteuert oszillierend angeordnet ist und wobei der in beiden Magneten 6 und 7 geführte Anker 5 mit einer topfartigen Endanschlag-Dämpfungseinrichtung 10 zusammenwirkt.
Zur Erzielung eines im Aufbau einfachen Ankers 5 mit geringen, bewegten Massen und dem Fortfall einer mit mechanischer Reibung behafteten Dämpfung wird vorgeschlagen, daß der zwischen Stirnflächen 11, 12 diametraler Spulenkerne 6', 7' der Elektromagnete 6 und 7 mittels einer im Durchmesser im wesentlichen dem Schaft 4 des Hubventils 2 angepaßten Führungsstange 5' geführte Anker 5 einen schließseitig offenen Topf 13 und einen öffnungsseitigen offenen Topf 14 umfaßt, und beide an der gemeinsamen Ankerplatte 15 von relativ geringer Dicke angeordnete Töpfe 13, 14 mit jeweils einer in Hubrichtung vorspringenden Umfangswandung 16, 17 von relativ geringer Dicke in eine im jeweiligen Spulenkern 6', 7' entsprechend angepaßte Ausnehmung 18, 19 eintauchend angeordnet sind, wobei jeder eingetauchte Topf 13, 14 mit dem jeweiligen Spulenkern 6', 7' eine Dämpfungskammer 10', 10'' bildet.
Zur Erzielung größtmöglicher Querschnitte der Dämpfungskammern 10', 10'' wirken die Umfangswandungen 16, 17 jedes Anker-Topfes 13, 14 bzw. des Doppeltopf-Ankers 5 mit innerhalb von Spulen 20, 21 spulennah im jeweiligen Spulenkern 6', 7' angeordneten Ausnehmungen 18 und 19 zusammen. In Kombination mit größtmöglichen Dämpfungskammern 10', 10'' zur Erzielung einer ersten Dämpfung durch eine Mediumsverdrängung sind ferner die hubabhängig in die entsprechenden Ausnehmungen 18, 19 der Spulenkerne 6', 7' eintauchenden Umfangswandungen 16, 17 der Anker-Töpfe 13, 14 mit den in den Spulenkernen 6', 7' zugeordneten Ausnehmungen 18, 19 jeweils als erste Drosselstellen gestaltet.
Erfindungsgemäß kann die Höhe der Anker-Töpfe 13, 14 derart gewählt sein, daß deren Umfangswandungen 16, 17 bei Mittenstellung des Ankers 5 im unbestromten Zustand der Magnete 6, 7 unter der Wirkung der diametral wirkenden Federn 8, 9 bereits in die Ausnehmungen 18 und 19 eintauchen. Bevorzugt ist eine aus der Zeichnung ersichtliche Topfhöhe derart, daß die Anker-Töpfe 13, 14 bzw. der Doppeltopf-Anker 5 mit den jeweiligen Umfangswandungen 16, 17 hubabhängig in die entsprechenden Ausnehmungen 18, 19 in den Spulenkernen 6', 7' eintauchen und somit die vorbeschriebene erste Dämpfungswirkung erzielt ist. Diese ist in vorteilhaft einfacher Weise unter anderem dadurch bestimmt, daß die Umfangswandungen 16, 17 und die ihnen zugeordneten Ausnehmungen 18, 19 maßlich aufeinander für als Drosselstellen wirkende Freigangsspiele abgestellt sind. Auch können die Umfangswandungen 16, 17 zusätzlich mit nicht gezeigten Drosselöffnungen versehen sein. Vorzugsweise sind jedoch in der Ankerplatte 15 des Ankers 5 Drosselöffnungen 22 angeordnet.
Zur schnelleren Magnetisierung des Doppeltopf-Ankers 5' kann dieser außenumfänglich auf Höhe der Ankerplatte 15 einen Ankerring 23 aufweisen.
Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise eine leichtbauende Anker-Gestaltung von geringer Masse aufgezeigt, wobei deren den Fangstrom reduzierende, topfförmige Gestaltung der vorteilhaft einfachen Ausbildung von ausschließlich pneumatisch wirkenden Dämpfungskammern dient.

Claims (4)

  1. Elektromagnetischer Aktuator zur Steuerung eines Gaswechsel-Hubventils einer Brennkraftmaschine
    wobei ein mit dem Hubventil (2) in Antriebsverbindung stehender Anker (5) zwischen hubbeabstandet angeordneten Elektromagneten (6, 7) gegen diametral wirkende Federn (8, 9), gesteuert oszillierend angeordnet ist, und wobei
    der in beiden Elektromagneten (6, 7) geführte Anker (5) mit einer topfartigen Endanschlag-Dämpfungseinrichtung (10) zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zwischen Stirnflächen (11, 12) diametraler Spulenkerne (6', 7') der Elektromagnete (6, 7) mittels einer im Durchmesser im wesentlichen dem Schaft (4) des Hubventils (2) angepaßten Führungsstange (5') geführter Anker (5) einen schließseitig offenen Topf (13) und einen öffnungsseitig offenen Topf (14) umfaßt, und
    beide an der gemeinsamen Ankerplatte (15) von relativ geringer Dicke angeordneten Töpfe (13, 14) mit jeweils in einer Hubrichtung vorspringenden Umfangswandung (16, 17) von relativ geringer Dicke in eine im jeweiligen Spulenkern (6', 7') entsprechend angepaßte Ausnehmung (18, 19) eintauchend angeordnet sind, wobei
    jeder eingetauchte Topf (13, 14) mit dem jeweiligen Spulenkern (6', 7') eine Dämpfungskammer (10', 10'') bildet.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umfangswandungen (16, 17) jedes Anker-Topfes (13, 14) bzw. des Doppeltopf-Ankers (5) mit innerhalb von Spulen (20, 21) der Elektromagnete (6, 7) spulennah im jeweiligen Spulenkern (6', 7') angeordneten Ausnehmungen (18, 19) zusammenwirken und ferner
    die hubabhängig in die entsprechenden Ausnehmungen (18, 19) der Spulenkerne (6', 7') eintauchenden Umfangswandungen (16, 17) der Anker-Töpfe (13, 14) mit den in den Spulenkernen (6', 7') zugeordneten Ausnehmungen (18, 19) jeweils erste Drosselstellen der Dämpfungskammern (10', 10'') bilden.
  3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandungen (16, 17) der Anker-Töpfe (13, 14) und/oder die gemeinsame Ankerplatte (15) jeweils Drosselöffnungen (22) als zweite Drosselstellen der Dämpfungskammern (10', 10'') aufweisen.
  4. Aktuator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppeltopf-Anker (5) außenumfänglich auf Höhe der Ankerplatte (15) einen Ankerring (23) aufweist.
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