DE10008975A1 - Electromagnetic actuator for gas replacement valve for internal combustion engine has device for applying increased acceleration force on armature when in holding position - Google Patents
Electromagnetic actuator for gas replacement valve for internal combustion engine has device for applying increased acceleration force on armature when in holding positionInfo
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Abstract
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.The invention relates to a preamble of claim 1 electromagnetic actuator for a gas exchange valve of an internal combustion engine, in which an armature connected to the gas exchange valve in drive connection between stroke-spaced solenoids against forces of a spring system os is arranged zillierend, the anchor alternately from a stop position one of the switching magnets from the magnetic field of the other, with trapping current wired switching magnet is accelerated towards this.
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. Such an actuator is known for example from DE 196 08 061 A1, wherein which is provided in particular for an exhaust valve of an internal combustion engine Actuator of the opening switching magnet to achieve a full opening of the Exhaust valve designed as a characteristic magnet even at the highest combustion chamber pressures is, the magnetic force continues to move towards the far field with the same current flow extends. To support this far field, flux guide pieces can be made from one magnetically conductive material in the area of the magnetic core of the switching magnet be provided.
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.Another difficulty with previously known electromagnetic actuators results from the fact that in the middle travel of the armature the magnet Power of the actuator is relatively low and therefore a particularly high engine speed required acceleration can hardly be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Aktuator derart zu verbessern, dass die Magnetkraft im mittleren Verfahr- bzw. Hubweg des Ankers gesteigert ist.The invention has for its object a generic actuator such to improve that the magnetic force in the middle travel or stroke of the armature is increased.
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.This object is achieved with the patent claim 1 in that one on the anchor in the respective stopping position causing an increased acceleration force tion is provided.
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.The advantage of the device according to the invention is according to a preferred example of the improved actuator with a shortened magnetic circuit just an air gap. According to a further exemplary embodiment, the invented device according to the invention in the middle between the shaft magnets orderly solenoid.
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.With the invention is in an advantageous manner over the previous course of Magnetic force of an actuator in the middle stroke range of the armature is essential achieved increased magnetic force with which advantageously an increased acceleration of the Anchor can be reached.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrie ben.Advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims ben.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh rungsbeispiels beschrieben. Es zeigtThe invention is based on an embodiment shown schematically in the drawing Example described. It shows
Fig. 1 eine erfindungsgemäßen Aktuator im Querschnitt, Fig. 1 shows an actuator according to the invention in cross-section,
Fig. 2 den Aktuator in Draufsicht, Fig. 2 shows the actuator in plan view;
Fig. 3 ein Kraft-Hub-Diagramm. Fig. 3 is a force-stroke diagram.
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.An electromagnetic actuator 1 for a gas exchange valve 2 of an internal combustion engine, not shown, comprises an armature 3 , which is connected to the gas exchange valve 2 in the drive connection and which is arranged oscillating between stroke-spaced switching magnets 4 and 5 against forces of a spring system, not shown. The oscillating armature 3 is alternately accelerated from a holding position on one of the switching magnets 4 or 5 from the magnetic field of the other, with switching current wired th switching magnet 5 or 4 towards this.
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.In order to increase the magnetic force of the armature 3 in the middle or traversing stroke a schleunigungskraft effecting in the respective holding position an increased loading on the anchor means 3 6 is provided according to the invention.
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.As can be seen from Fig. 1, each switching magnet 4 , 5 has a coil 4 ', 5 ' in a ge relative to a guide shaft 7 of the armature 3 or the gas exchange valve 2 according to Fig. 2 core 8 , 9 laminated symmetrically to reduce the Wir belstrom losses. Further, each core 8, 9 adjacent to one side in one of the armature-side end 10 provided circumferential groove disposed coil 4 ', 5' outside circumferentially formed flush to the planar support of the actuating magnets 4, 5, including the anchor displacement space 12 surrounding the yoke. 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. The formation of closed magnetic circuits, formed from a magnetisable, low-hysteresis, in particular ferromagnetic material yoke 13 has substantially in the middle between the switching magnets 4 'and 5 ' a with free passage to the armature 3 inward projection 14 , which between non-magnetizable covers 15 to both switching magnets 4 and 5 when catching current in the respective switching magnet 5 or 4 serves as a device 6 with a strong magnetic flux near the anchors.
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.With the device 6 designed according to the invention as the projection 14 , the respective magnetic circuit of each coil 4 ', 5 ' is shortened, with initially only one air gap at the beginning of the acceleration of the armature 3 in the magnetic circuit, the resistance of which was advantageously reduced and thus an increased acceleration force animals.
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.In an embodiment of the invention, the wall thickness "s" of the housing-like yoke 13 is selected according to the magnetic line density in the centrally symmetrically laminated cores 8 , 9 to achieve a low magnetic resistance, the projection 14 serving as device 6 being one of the yoke wall thickness "s" Corresponding thickness "d" has.
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.The protrusion 14 associated covers 15 are preferably made of aluminum, but can also be made of titanium or an aluminum-titanium compound. These non-magnetizable covers 15 prevent the magnetic flux emerging from the projection 14 from fanning out, for example, toward the end plates 17 made of magnetic material, each of which contains a damping chamber 16 , so that the magnetic flux entering or leaving the projection 14 is effective on the armature 3 without weakening.
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.Within the scope of the invention, a separate magnet coil, not shown, can be provided as a device 6 arranged essentially centrally between the switching magnets 4 and 5 .
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.Advantageously, a housing-like yoke 13 enclosing the switching magnets 4 and 5 including the armature displacement 12 can be formed from a light metal, as a result of which the actuator 1 is of lighter weight.
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.With the invention, the characteristic curve of the magnetic force in the middle stroke range of the armature 3 can advantageously be shifted to higher values, as shown for example in FIG. 3 according to the solid line.
Claims (7)
- - 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,
- - dass eine am Anker (3) in der jeweiligen Halteposition eine erhöhte Beschleunigungskraft bewirkende Einrichtung (6) vorgesehen ist.
- - In which one with the gas exchange valve ( 2 ) in drive connection armature ( 3 ) between stroke-spaced switching magnets ( 4 , 5 ) is arranged oscillating against the forces of a spring system, where at
- the armature ( 3 ) is alternately accelerated towards the latter from a holding position on one of the switching magnets ( 4 or 5 ) by the magnetic field of the other switching magnet ( 5 or 4 ) connected to the catching current,
- - That a device ( 6 ) providing an increased acceleration force is provided on the armature ( 3 ) in the respective holding position.
- - 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.
- - That each switching magnet ( 4 , 5 ) has a coil ( 4 ', 5 ') in a relative to a guide shaft ( 7 ) of the armature ( 3 ) or the gas exchange valve ( 2 ) core ( 8 , 9 ) which is laminated in a symmetrical manner, and
- - Each core ( 8 , 9 ) with a coil groove ( 4 ', 5 ') arranged in a circumferential groove ( 11 ) arranged adjacent to the armature end face ( 10 ) is designed to be flush with the outside for flat support of the switching magnets ( 4 , 5 ) including the Armature displacement ( 12 ) enclosing yoke ( 13 ), wherein
- - The yoke ( 13 ) formed from a magnetizable, low-hysteresis material substantially centrally between the switching magnets ( 4 , 5 ) has an inward projection ( 14 ) with free access to the armature ( 3 )
- - Between non-magnetizable covers ( 15 ) to both switching magnets ( 4 , 5 ) in the case of trapping current in the respective switching magnet ( 5 or 4 ) as a device ( 6 ) with a strong, near-anchoring magnetic line flow.
- - 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.
- - That the wall thickness (s) of the housing-like yoke ( 13 ) accordingly the magnetic line density in the centrally symmetrically laminated cores ( 8 , 9 ) is selected, wherein
- - The device ( 6 ) serving projection ( 14 ) has a yoke wall thickness (s) corresponding thickness (d).
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