DE10008975A1 - Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Für einen elektromagnetischen Aktuator für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine mit einem zwischen hubbeabstandeten Schaltmagneten gegen Kräfte eines Federsystems oszillierenden Anker zum Antrieb eines Gaswechselventils wird zur Steigerung der Magnetkraft im mittleren Verfahr- bzw. Hubweg des Ankers vorgeschlagen, dass eine am Anker in der jeweiligen Halteposition eine erhöhte Beschleunigungskraft bewirkende Einrichtung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf einen elektromagnetischen Aktuator für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, bei dem ein mit dem Gaswechselventil in Antriebsverbindung stehender Anker zwi­ schen hubbeabstandeten Schaltmagneten gegen Kräfte eines Federsystems os­ zillierend angeordnet ist, wobei der Anker wechselweise aus einer Halteposition an einem der Schaltmagneten vom Magnetfeld des jeweils anderen, mit Fangstrom beschalteten Schaltmagneten zu diesem hin beschleunigt ist.

Ein derartiger Aktuator ist beispielsweise aus der DE 196 08 061 A1 bekannt, wobei bei dem insbesondere für ein Auslassventil einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Aktuator der Öffnungs-Schaltmagnet zur Erzielung einer vollständigen Öffnung des Auslassventils auch bei höchsten Brennraumdrücken als Kennlinienmagnet gestaltet ist, wobei sich die Magnetkraft bei gleichem Stromfluss weiter in Richtung Fernfeld erstreckt. Zur Unterstützung dieses Fernfeldes können Flussleitstücke aus einem magnetisch leitenden Material im Bereich des Magnetkerns des Schaltmagneten vorgesehen sein.

Eine weitere Schwierigkeit bei bislang bekannten elektromagnetischen Aktuatoren resultiert aus dem Umstand, dass im mittleren Verfahrweg des Ankers die Magnet­ kraft des Aktuators relativ gering ist und somit eine insbesondere für hohe Motor­ drehzahlen erforderliche Beschleunigung kaum zu erzielen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator derart zu verbessern, dass die Magnetkraft im mittleren Verfahr- bzw. Hubweg des Ankers gesteigert ist.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass eine am Anker in der jeweiligen Halteposition eine erhöhte Beschleunigungskraft bewirkende Einrich­ tung vorgesehen ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist gemäß einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiels des verbesserten Aktuators ein verkürzter magnetischer Kreis mit lediglich einem Luftspalt. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die erfin­ dungsgemäße Einrichtung mittig zwischen den Schaftmagneten eine gesondert an­ geordnete Magnetspule sein.

Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise gegenüber dem bisherigen Verlauf der Magnetkraft eines Aktuators im mittleren Hubbereich des Ankers eine wesentlich gesteigerte Magnetkraft erzielt, mit der vorteilhaft eine erhöhte Beschleunigung des Ankers erreichbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrie­ ben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäßen Aktuator im Querschnitt,

Fig. 2 den Aktuator in Draufsicht,

Fig. 3 ein Kraft-Hub-Diagramm.

Ein elektromagnetischer Aktuator 1 für ein Gaswechselventil 2 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine umfasst einen mit dem Gaswechselventil 2 in Antriebsverbin­ dung stehenden Anker 3, der zwischen hubbeabstandeten Schaltmagneten 4 und 5 gegen Kräfte eines nicht gezeigten Federsystems oszillierend angeordnet ist. Der oszillierende Anker 3 ist wechselweise aus einer Halteposition an einem der Schalt­ magneten 4 oder 5 vom Magnetfeld des jeweils anderen, mit Fangstrom beschalte­ ten Schaltmagneten 5 oder 4 zu diesem hin beschleunigt.

Zur Steigerung der Magnetkraft im mittleren Verfahr- bzw. Hubweg des Ankers 3 ist erfindungsgemäß eine am Anker 3 in der jeweiligen Halteposition eine erhöhte Be­ schleunigungskraft bewirkende Einrichtung 6 vorgesehen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist jeder Schaltmagnet 4, 5 eine Spule 4', 5' in einem relativ zu einem Führungsschaft 7 des Ankers 3 oder des Gaswechselventils 2 ge­ mäß Fig. 2 zentralsymetrisch geblechten Kern 8, 9 auf zur Reduzierung der Wir­ belstromverluste. Weiter ist jeder Kern 8, 9 mit einer in einer der ankerseitigen Stirn­ seite 10 benachbart vorgesehenen Umfangsnut angeordneten Spule 4', 5' außen­ umfänglich bündig ausgebildet zur flächigen Auflage eines die Schaltmagnete 4, 5, einschließlich des Anker-Hubraumes 12 umschließenden Joches 13.

Das der Ausbildung geschlossener Magnetkreise dienende, aus einem magnetisier­ baren, hysteresearmen, insbesondere ferromagnetischen Material gebildete Joch 13 weist im wesentlichen mittig zwischen den Schaltmagneten 4' und 5' einen mit Frei­ gang zum Anker 3 einwärts gerichteten Vorsprung 14 auf, der zwischen nicht magnetisierbaren Abdeckungen 15 zu beiden Schaltmagneten 4 und 5 bei Fang­ strom im jeweiligen Schaltmagneten 5 oder 4 als Einrichtung 6 mit einem starken, ankernahen Magnetlinienfluss dient.

Mit der erfindungsgemäß als Vorsprung 14 gestalteten Einrichtung 6 ist der jeweilige Magnetkreis jeder Spule 4', 5' verkürzt, wobei mit zunächst lediglich einem Luftspalt zu Anfang der Beschleunigung des Ankers 3 im magnetischen Kreis dessen Wider­ stand vorteilhaft verringert ist und somit eine erhöhte Beschleunigungskraft resul­ tiert.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandstärke "s" des gehäuseartigen Joches 13 entsprechend der Magnetliniendichte in den zentralsymetrisch geblechten Ker­ nen 8, 9 zur Erzielung eines geringen magnetischen Widerstandes gewählt, wobei der als Einrichtung 6 dienende Vorsprung 14 eine der Joch-Wandstärke "s" entspre­ chende Dicke "d" aufweist.

Die dem Vorsprung 14 zugeordneten Abdeckungen 15 sind vorzugsweise aus Alu­ minium, können aber auch aus Titan oder einer Alu-Titan-Verbindung sein. Diese nicht magnetisierbaren Abdeckungen 15 verhindern eine Auffächerung des aus dem Vorsprung 14 austretenden Magnetflusses beispielsweise zu den jeweils eine Dämpfungskammer 16 enthaltenden Stirnplatten 17 aus magnetischem Material, womit der aus dem Vorsprung 14 ein- bzw. austretende Magnetfluss ungeschwächt am Anker 3 wirksam ist.

Im Rahmen der Erfindung kann als im wesentlichen mittig zwischen den Schalt­ magneten 4 und 5 angeordnete Einrichtung 6 eine gesonderte, nicht gezeigte Magnetspule vorgesehen sein.

Vorteilhafterweise kann hierbei ein die Schaltmagnete 4 und 5 einschließlich des Anker-Hubraumes 12 umschließendes gehäuseartiges Joch 13 aus einem Leicht­ metall gebildet sein, wodurch der Aktuator 1 von geringerem Gewicht ist.

Mit der Erfindung kann die Kennlinie der Magnetkraft im mittleren Hubbereich des Ankers 3 vorteilhaft zu höheren Werten verschoben werden, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt gemäß der durchgezogenen Linie.

Claims (7)

1. Elektromagnetischer Aktuator für ein Gaswechselventil einer Brennkraft­ maschine,

• - bei dem ein mit dem Gaswechselventil (2) in Antriebsverbindung stehender Anker (3) zwischen hubbeabstandeten Schaltmagneten (4, 5) gegen Kräfte eines Federsystems oszillierend angeordnet ist, wo­ bei
• - der Anker (3) wechselweise aus einer Halteposition an einem der Schaltmagneten (4 oder 5) vom Magnetfeld des jeweils anderen mit Fangstrom beschalteten Schaltmagneten (5 oder 4) zu diesem hin beschleunigt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - dass eine am Anker (3) in der jeweiligen Halteposition eine erhöhte Beschleunigungskraft bewirkende Einrichtung (6) vorgesehen ist.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - dass jeder Schaltmagnet (4, 5) eine Spule (4', 5') in einem relativ zu einem Führungsschaft (7) des Ankers (3) oder des Gaswechselventils (2) zentralsymetrisch geblechten Kern (8, 9) aufweist, und
• - jeder Kern (8, 9) mit einer in einer der ankerseitigen Stirnseite (10) benachbart vorgesehenen Umfangsnut (11) angeordneten Spule (4', 5') außenumfänglich bündig ausgebildet ist zur flächigen Auflage eines die Schaltmagnete (4, 5) einschließlich des Anker-Hubraumes (12) umschließenden Joches (13), wobei
• - das aus einem magnetisierbaren, hysteresearmen Material gebildete Joch (13) im wesentlichen mittig zwischen den Schaltmagneten (4, 5) einen mit Freigang zum Anker (3) einwärts gerichteten Vorsprung (14) aufweist, der
• - zwischen nicht magnetisierbaren Abdeckungen (15) zu beiden Schaltmagneten (4, 5) bei Fangstrom im jeweiligen Schaltmagneten (5 oder 4) als Einrichtung (6) mit einem starken, ankernahen Magnet­ linienfluss dient.

3. Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - dass die Wandstärke (s) des gehäuseartigen Joches (13) entspre­ chend der Magnetliniendichte in den zentralsymetrisch geblechten Kernen (8, 9) gewählt ist, wobei
• - der als Einrichtung (6) dienende Vorsprung (14) eine der Joch-Wand­ stärke (s) entsprechende Dicke (d) aufweist.

4. Aktuator nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Vorsprung (14) zugeordneten Abdeckungen (15) aus Aluminium oder Titan oder einer Alu-Titan-Verbindung sind.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäuseartige Joch (13) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist.

6. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als im wesentli­ chen mittig zwischen den Schaltmagneten (4, 5) angeordnete Einrichtung (6) eine gesonderte Magnetspule vorgesehen ist.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Schalt­ magnete (4, 5) einschließlich des Anker-Hubraumes (12) umschließendes, gehäuseartiges Joch (13) aus einem Leichtmetall gebildet ist.