EP0924394A1 - Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

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EP0924394A1
EP0924394A1 EP98122967A EP98122967A EP0924394A1 EP 0924394 A1 EP0924394 A1 EP 0924394A1 EP 98122967 A EP98122967 A EP 98122967A EP 98122967 A EP98122967 A EP 98122967A EP 0924394 A1 EP0924394 A1 EP 0924394A1
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EP
European Patent Office
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magnet
actuator
opening
closing
opening magnet
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98122967A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Günther ALBERTER
Werner Flierl
Matthias Gramann
Gerhard Dr. Hettich
Wolfgang Thiel
Werner Wiedemann
Klaus Wunderlich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Temic Telefunken Microelectronic GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding

Definitions

  • the gas exchange valves of the combustion chambers are moved by actuators arranged in the cylinder head.
  • Such an electromagnetic valve control is known for example from DE 30 24 109 C2.
  • the actuators essentially consist of an opening magnet and a closing magnet, between which there is an armature plate made of a ferromagnetic material.
  • the opening magnet and the closing magnet are electromagnets, each consisting of a coil and a yoke.
  • the armature plate is moved in the respective direction by energizing the opening magnet or the closing magnet.
  • the closer magnet has a bushing for a gas exchange valve attached to the anchor plate.
  • the restoring force to move the armature plate into the rest position between the opening magnets and the closing magnets is applied by two compression springs which are arranged on both sides of the armature plate. At least two such actuators are necessary for an internal combustion engine using two-valve technology with a cylinder. In a four-valve internal combustion engine with six cylinders, 24 such actuators are integrated in the cylinder head.
  • the invention has for its object an actuator for electromagnetic Specify valve control through which the manufacture of the cylinder head the internal combustion engine as well as repair and maintenance work be greatly simplified.
  • the components belonging to an actuator are considered pre-assembled discrete assembly, and the actuators as discrete assembly in an internal combustion engine can be installed, and only as such in the case of one Defective can be exchanged.
  • An actuator consists of an opening magnet and a closing magnet consist of a yoke and a coil as electromagnets. Between an anchor plate is arranged for the opening magnet and the closing magnet, to which one end of a plunger is attached. The pestle is through a bushing in the opening magnet led out of the interior of the actuator. An actuator spring plate is attached to the other end of the tappet. There is one between the actuator spring plate and the opening magnet Actuator spring arranged.
  • a connector is arranged on the actuator and has a plurality of contacts, with the electrical connections of the coils of the opening magnet and of the closer magnet are contacted.
  • the opening magnet and the closer magnet held together by at least one housing part become.
  • the opening magnet and the closing magnet can be designed as self-supporting housing parts, only a hollow cylindrical one Housing part for connecting the opening magnet and closing magnet necessary is.
  • the yoke is provided of the opening magnet and the yoke of the closing magnet by surface coating protect against corrosion.
  • An actuator designed in this way as a discrete assembly simplifies the Manufacture of the internal combustion engine assembling the cylinder head essential. In the event of a defect in an actuator, the repair costs for the change of the actuator on the internal combustion engine installed in a motor vehicle significantly reduced.
  • the actuator according to the invention becomes electromagnetic Valve control based on an embodiment for the piston internal combustion engine of a motor vehicle in connection with two Figures shown and explained.
  • the actuator consists of an opening magnet ⁇ M and a closing magnet SM. Both magnets ⁇ M, SM are electromagnets and each consist of a coil and a yoke.
  • the closing magnet SM and the opening magnet ⁇ M are designed as self-supporting housing parts and are only held together by a hollow cylindrical housing part GT. In order to protect the yoke of the opening magnet ⁇ M and the yoke of the closing magnet SM from corrosion, their surfaces are coated with titanium nitride, for example.
  • the plunger SL is fastened in the middle of the anchor plate AP and is guided out of the actuator interior through a bushing in the opening magnet ⁇ M.
  • the yoke of the opening magnet ⁇ M on the outside of the actuator is extended in the area of the passage of the tappet SL, thereby preventing the tappet SL and the anchor plate AP from tilting.
  • An actuator spring plate AFT is attached to the free end of the tappet SL.
  • An actuator spring AF is arranged between the actuator spring plate AFT and the opening magnet ⁇ M with the extension.
  • the plunger SL is made of a ceramic material, for example of silicon nitride.
  • the actuator forms a functional unit with a gas exchange valve, with the gas exchange valve being pulled into the valve seat of the cylinder head by means of a valve spring plate, as in the case of a conventionally constructed cylinder head of a piston internal combustion engine with camshafts.
  • the actuators for electromagnetic valve control are arranged on the cylinder head in an actuator holder and covered by a cover plate with the connecting lines to a control unit.
  • FIG. 2 shows the GT attached to the hollow cylindrical housing part Connector S shown, through which the connections of the coils of the opening magnet ⁇ M and the closer magnet SM by means of four contacts K with the Control unit can be connected.
  • the actuator is connected via the control unit Power supplied, the control unit depending at least on the Crankshaft rotation angle and the crankshaft speed the current for the Opening magnet ⁇ M and closing magnet SM switches.
  • the anchor plate AP When assembled, the anchor plate AP is exactly between the opening magnet ⁇ M and the closing magnet SM. When energizing the Opening magnet ⁇ M, the anchor plate AP is in the direction of the opening magnet ⁇ M moves, causing the gas exchange valve in the direction of the Combustion chamber moves. If the closing magnet SM is energized, it will Gas exchange valve pulled into the valve seat of the cylinder head.
  • the actuators By designing the actuators as a separate assembly, the actuators can before mounting in a cylinder head with a test bench on your Functionality tested, and on compliance with manufacturing tolerances to be controlled. If necessary, the actuators can be measured individually and specimens with the same properties for a piston internal combustion engine be put together. When assembling the actuators in a cylinder head these necessary work steps are not the same more complex and expensive.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen, dessen Bestandteile zu einer separaten Baugruppe zusammengefaßt sind. <IMAGE>

Description

Bei Brennkraftmaschinen mit einer elektromagnetischen Ventilsteuerung werden die Gaswechselventile der Brennräume durch im Zylinderkopf angeordnete Aktoren bewegt. Eine derartige elektromagnetische Ventilsteuerung ist beispielsweise aus der DE 30 24 109 C2 bekannt.
Die Aktoren bestehen im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, zwischen denen sich eine Ankerplatte aus einem ferromagnetischen Werkstoff befindet. Der Öffnermagnet und der Schließermagnet sind Elektromagneten, die jeweils aus einer Spule und einem Joch bestehen. Die Ankerplatte wird durch Bestromen des Öffnermagneten oder des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt. Der Schließermagnet weist eine Durchführung für ein an der Ankerplatte befestigtes Gaswechselventil auf. Die Rückstellkraft, um die Ankerplatte in die Ruhelage zwischen den Öffnermagneten und den Schließermagneten zu bewegen, wird von zwei Druckfedern aufgebracht, die auf beiden Seiten der Ankerplatte angeordnet sind.
Für eine Brennkraftmaschine in Zwei - Ventil - Technik mit einem Zylinder sind mindestens zwei derartige Aktoren notwendig. Bei einer in Vier - Ventil - Technik ausgeführten Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern werden 24 derartige Aktoren im Zylinderkopf integriert.
Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der hohen Anzahl der zu einem Aktor gehörenden Bauteile, die bei der Herstellung der Brennkraftmaschine im Zylinderkopf Stück für Stück zusammengefügt werden müssen, sowie im entsprechend hohen Aufwand, wenn in Folge eines Defektes ein Aktor ersetzt oder repariert werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anzugeben, durch den die Herstellung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine sowie Reparatur - und Wartungsarbeiten stark vereinfacht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei werden die zu einem Aktor gehörenden Bauteile als diskrete Baugruppe vormontiert, und die Aktoren als diskrete Baugruppe in eine Brennkraftmaschine eingebaut werden, und nur als solche im Fall eines Defektes ausgetauscht werden.
Ein Aktor besteht aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die als Elektromagneten aus einem Joch und einer Spule bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet ist eine Ankerplatte angeordnet, an der ein Ende eines Stößels angebracht ist. Der Stößel wird durch eine Durchführung im Öffnermagnet aus dem Innenraum des Aktors herausgeführt. Am anderen Ende des Stößels ist ein Aktorfederteller angebracht. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Öffnermagnet ist eine Aktorfeder angeordnet.
An dem Aktor ist ein Stecker angeordnet, der mehrere Kontakte aufweist, die mit den elektrischen Anschlüssen der Spulen des Öffnermagneten und des Schließermagneten kontaktiert sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen daß der Öffnermagnet und der Schließermagnet von mindestens einem Gehäuseteil zusammengehalten werden. Dabei können der Öffnermagnet und der Schließermagnet als selbsttragende Gehäuseteile ausgebildet sein, wobei lediglich ein hohlzylindrisches Gehäuseteil zum Verbinden von Öffnermagnet und Schließermagnet notwendig ist.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Joch des Öffnermagneten an der Außenseite des Aktors, im von der Aktorfeder umschlossenen Bereich, eine Verlängerung der Durchführung des Stößels aufweist, die ein Verkanten des Stößels und der Ankerplatte verhindert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das Joch des Öffnermagneten und das Joch des Schließermagneten durch Oberflächenbeschichtung vor Korrosion zu schützen.
Ein derart als diskrete Baugruppe ausgeführter Aktor vereinfacht bei der Herstellung der Brennkraftmaschine den Zusammenbau des Zylinderkopfes wesentlich. In Fall des Defektes eines Aktors wird der Reparaturaufwand für den Wechsel des Aktors an der in einem Kraftfahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine erheblich reduziert.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von einem Ausführungsbeispiel für die Kolbenbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung eines Schnittbildes durch einen Aktor mit den wichtigsten Bestandteilen,
Figur 2
eine schematische Darstellung eines Aktors in einer Außenansicht.
In der Figur 1 ist in einer schematischen Darstellung der Schnitt durch einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung für ein Gaswechselventil einer Kolbenbrennkraftmaschine dargestellt. Der Aktor besteht aus einem Öffnermagnet ÖM und einem Schließermagnet SM. Beide Magneten ÖM, SM sind Elektromagneten und bestehen jeweils aus einer Spule und einem Joch. Der Schließermagnet SM und der Öffnermagnet ÖM sind als selbsttragende Gehäuseteile ausgelegt und werden lediglich von einem hohlzylindrischen Gehäuseteil GT zusammengehalten. Um das Joch des Öffnermagneten ÖM und das Joch des Schließermagneten SM vor Korrosion zu schützen, sind deren Oberflächen beispielsweise mit Titannitrid beschichtet.
Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM befindet sich eine kreisrunde Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werkstoff. In der Mitte der Ankerplatte AP ist ein Stößel SL befestigt, der durch eine Durchführung im Öffnermagneten ÖM aus den Aktorinnenraum geführt wird. Um die Führung des Stößels SL zu verbessern, ist das Joch des Öffnermagneten ÖM an der Außenseite des Aktors im Bereich der Durchführung des Stößels SL verlängert ausgeführt, wodurch ein Verkanten des Stößels SL und der Ankerplatte AP vermieden wird.
Am freien Ende des Stößels SL ist ein Aktorfederteller AFT angebracht. Zwischen dem Aktorfederteller AFT und dem Öffnermagneten ÖM mit der Verlängerung ist eine Aktorfeder AF angeordnet.
Um die Masse der bewegten Anordnung zu reduzieren, ist der Stößel SL aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise aus Siliziumnitrid, gefertigt.
Der Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, wie bei einem konventionell aufgebauten Zylinderkopf einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder über einen Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird.
Die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung werden auf dem Zylinderkopf in einem Aktorhalter angeordnet und von einer Abdeckplatte mit den Verbindungsleitungen zu einem Steuergerät abgedeckt.
In der Figur 2 ist der an dem hohlzylindrigen Gehäuseteil GT angebrachte Stecker S dargestellt, über den die Anschlüsse der Spulen des Öffnermagneten ÖM und des Schließermagneten SM mittels vier Kontakten K mit dem Steuergerät verbunden werden. Über das Steuergerät wird der Aktor mit Strom versorgt, wobei das Steuergerät mindestens in Abhängigkeit des Kurbelwellendrehwinkels und der Kurbelwellendrehzahl den Strom für den Öffnermagnet ÖM und den Schließermagnet SM schaltet.
Im montierten Zustand befindet sich die Ankerplatte AP exakt zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM. Beim Bestromen des Öffnermagneten ÖM wird die Ankerplatte AP in die Richtung des Öffnermagneten ÖM bewegt, wodurch sich das Gaswechselventil in Richtung des Brennraumes bewegt. Wird der Schließermagnet SM bestromt, wird das Gaswechselventil in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen.
Durch die Ausführung der Aktoren als separate Baugruppe können die Aktoren vor der Montage in einem Zylinderkopf mit einem Prüfstand auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet, und auf das Einhalten von Fertigungstoleranzen kontrolliert werden. Gegebenenfalls können die Aktoren einzeln vermessen und Exemplare mit gleichen Eigenschaften für eine Kolbenbrennkraftmaschine zusammengestellt werden. Beim Zusammenbau der Aktoren in einem Zylinderkopf sind diese notwendigen Arbeitsschritte ungleich aufwendiger und kostenintensiver.
Im Falle eines Defektes eines Aktors wird dieser bei der Reparatur als gesamte Baugruppe ersetzt. Dazu müssen lediglich die Abdeckplatte und die elektrischen Anschlüsse entfernt werden, der Aktor kann eventuell mit einen Aushebewerkzeug abgezogen werden. Die auszuführenden Arbeiten an der in einem Kraftfahrzeug eingebauten Kolbenbrennkraftmaschine werden so auf ein Minimum reduziert.

Claims (6)

  1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, der als Baugruppe ausgeführt ist und aus folgenden Bauteilen besteht:
    einem Schließermagnet (SM) und einem Öffnermagnet (ÖM) mit einer Durchführung, die jeweils aus einem Joch und einer Spule bestehen,
    einer Ankerplatte (AP), die zwischen dem Schließermagnet (SM) und dem Öffnermagnet (ÖM) angeordnet ist,
    einem Stößel (SL), der mit der Ankerplatte (AP) verbunden ist, und der durch die Durchführung des Öffnermagneten (ÖM) geführt wird,
    einem Aktorfederteller (AFT), der am freien Ende des Stößels (SL) befestigt ist,
    einer Aktorfeder (AF), die zwischen dem Aktorfederteller (AFT) und dem Öffnermagnet (ÖM) angeordnet ist,
    einem Stecker (S), der mehrere Kontakte (K) aufweist, die mit den Spulen des Öffnermagneten (ÖM) und des Schließermagneten (SM) kontaktiert sind.
  2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gehäuseteil (GT) den Schließermagnet (SM) und der Öffnermagnet (ÖM) miteinander verbinden.
  3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (GT), der Öffnermagnet (ÖM) und der Schließermagnet (SM) so ausgebildet sind, daß der Öffnermagnet (ÖM) und/oder der Schließermagnet (SM) selbsttragende Teile des Gehäuses des Aktors sind.
  4. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch des Öffnermagneten (ÖM) im Bereich der Durchführung eine Verlängerung aufweist.
  5. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch des Öffnermagneten (ÖM) und das Joch des Schließermagneten (SM) eine Oberflächenbeschichtung aufweisen.
  6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren vor der Montage in einer Brennkraftmaschine mit einem Prüfstand test und/oder vermeßbar sind.
EP98122967A 1997-12-17 1998-12-03 Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung Withdrawn EP0924394A1 (de)

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