DE10035759A1 - Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, der zumindest einen in einem Gehäuse angeordneten, auf einen Anker wirkenden Elektromagneten aufweist, und mit zumindest einem Kanal zum Transport eines Mittels. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Kanal quer zur Bewegungsrichtung des Ankers durch den Anker geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventlis einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 197 14 495 A1 ist ein gattungsbildender elektroma­ gnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils ei­ ner Brennkraftmaschine bekannt. In einem Aktuatorgehäuse sind ein Öffnungsmagnet und ein Schließmagnet mit jeweils einer auf einen Spulenkern aufgewickelten Magnetspule angeordnet. Die Magnete wirken auf einen in Ventilachsrichtung bewegbaren An­ ker. Ferner besitzt der Aktuator eine Kühlvorrichtung mit ei­ nem im Aktuatorgehäuse verlaufenden Kühlkanal. Der Kühlkanal ist durch Bohrungen im Aktuatorgehäuse hergestellt. Durch den Kühlkanal kann Kühlflüssigkeit geführt werden, ohne daß diese mit den Magnetspulen und den Spulenkernen direkt in Kontakt kommt.

Ferner ist aus der DE 196 28 860 A1 ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brenn­ kraftmaschine mit einem Schwenkanker bekannt, der zwischen zwei Elektromagneten schwenkbar um eine Achse gelagert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsbil­ denden Aktuator weiterzuentwickeln. Sie wird gemäß der Erfin­ dung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausge­ staltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschi­ ne, der zumindest einen in einem Gehäuse angeordneten auf ei­ nen Anker wirkenden Elektromagneten aufweist, und mit zumin­ dest einem Kanal zum Transport eines Mittels.

Es wird vorgeschlagen, daß der Kanal quer zur Bewegungsrich­ tung des Ankers durch den Anker geführt ist, wodurch eine vor­ teilhafte Kühlung des Ankers erreicht und über den Anker Wärme aus einem Kern des Elektromagneten abgeführt und der Wirkungs­ grad des Aktuators gesteigert werden kann. Bei einem transla­ torisch verschiebbar geführten Anker kann beispielsweise das Mittel über eine Lagerstelle eines Ankerstößels und über den Ankerstößel in den Anker geleitet werden.

Besonders vorteilhaft ist der Anker jedoch als Schwenkanker ausgebildet, und das Mittel ist an einer ersten Lagerstelle des Ankers zugeführt. Das Mittel kann mit geringem konstrukti­ ven Aufwand über einen kurzen Weg in den Anker geführt und zu­ dem kann über den Kanal im Anker besonders vorteilhaft ein Spielausgleichselement mit Druckmittel versorgt werden, das beispielsweise zwischen dem Anker und einem Anker- oder Ven­ tilschaft angeordnet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß das Mittel an einer zweiten Lagerstelle des Ankers abgeführt ist, wodurch ein vorteilhaft großer Durchfluß durch den Anker und eine gute Wärmeabfuhr erreicht werden kann. Grundsätzlich könnte das Mittel jedoch auch an einer anderen Stelle abgeführt werden, beispielsweise über eine Stelle am Anker, über ein Spielausgleichselement usw.

Ist der Anker mit einer hohlen Schwenkachse verbunden, kann das Mittel konstruktiv einfach und kostengünstig über die Schwenkachse dem Anker zugeführt werden. Wird über eine erste Lagerstelle des Ankers das Mittel zugeführt und über eine zweite Lagerstelle das Mittel abgeführt, ist vorteilhaft zwi­ schen den Lagerstellen der hohlen Schwenkachse eine Trennwand angeordnet, über die ein direktes Durchströmen der Schwenkach­ se und ein strömungstechnischer Kurzschluß des Kanals im Anker vermieden werden kann. Die Trennwand kann einstückig mit der Schwenkachse oder auch als getrenntes Bauteil ausgeführt sein, das nachträglich in die Schwenkachse eingebracht wird. Ist die Schwenkachse über die Trennwand mit einer Drehstabfeder ver­ bunden, können zusätzliche Bauteile, Gewicht, Montageaufwand und Kosten eingespart werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß der Anker über zumindest einen Lagerbolzen gelagert und das Mittel durch einen Kanal im Lagerbolzen dem Anker zu­ geführt ist. Es kann ein Druckverlust vor dem Kanal vermieden und ein großer Durchfluß erreicht werden. Ein Spielaus­ gleichselement kann mit geringen Druckverlusten über den Anker mit Druckmittel versorgt werden. Möglich ist jedoch auch, daß das Mittel über eine Lagerfläche des Ankers dem Kanal zuge­ führt wird, beispielsweise über eine Gleitlagerfläche oder auch über eine Lagerfläche eines Wälzlagers, wodurch diese gleichzeitig vorteilhaft durch das Mittel geschmiert werden können. Das Mittel kann von verschiedenen Stoffen gebildet sein, die beispielsweise in erster Linie zum Wärmeabtransport oder zur Schmierung ausgelegt sind. Besonders vorteilhaft wird das Mittel jedoch von einem Brennkraftmaschinenöl gebildet, das als Druckmittel für ein Spielausgleichselement, zur Küh­ lung und zur Schmierung genutzt werden kann und in einer Brennkraftmaschine grundsätzlich zur Verfügung steht.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Kanal kurvenförmig durch den Anker geführt ist, wodurch bei geringem Druckverlust eine große Kühlfläche und eine vorteilhafte Wärmeabfuhr aus dem An­ ker erreicht werden können. Möglich ist jedoch auch, daß der Kanal geradlinig durch den Anker geführt oder aus mehreren ge­ radlinigen Teilstücken zusammengesetzt ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent­ halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestell­ ten erfindungsgemäßen Aktuator,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils 24 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Der Aktuator besitzt eine elektromagneti­ sche Einheit mit zwei Elektromagneten 25, 26, einem Öffnungs­ magneten 26 und einem Schließmagneten 25. Jeder der Elektroma­ gnete 25, 26 besitzt eine auf einem nicht näher dargestellten Spulenträger aufgewickelte Magnetspule 27, 28 und einen Spu­ lenkern 29, 30 mit zwei Jochschenkeln, die mit ihren Stirnsei­ ten Polflächen 31, 32 bilden. Zwischen den Polflächen 31, 32 ist ein Schwenkanker 12 um eine Achse hin und her schwenkbar gelagert. Der Schwenkanker 12 wirkt über ein Spielausgleichs­ element 15 und über einen Ventilschaft 34 auf das Gaswechsel­ ventil 24. Der Ventilschaft 34 ist über eine Schaftführung 35 in einem Zylinderkopf 36 der Brennkraftmaschine axial ver­ schiebbar gelagert.

Ferner besitzt der Aktuator einen Federmechanismus mit zwei vorgespannten Ventilfedern 22, 37, und zwar mit einer als Drehstabfeder ausgebildeten, in Öffnungsrichtung 38 wirkenden Ventilfeder 22 und mit einer als Schraubendruckfeder ausgebil­ deten, in Schließrichtung 39 wirkenden Ventilfeder 37 (Fig. 1 und 2).

Der Schwenkanker 12 ist fest mit einer hohlen Schwenkachse 18 verschweißt. Die Schwenkachse 18 ist in einer ersten Lager­ stelle 14 über ein erstes Gleitlager 41 auf einem Lagerbolzen 23 in einer ersten Gehäusewand 40 eines Aktuatorgehäuses 42 gelagert und ist in einer zweiten Lagerstelle 16 über ein zweites Gleitlager 43 auf der Drehstabfeder in einer zweiten Gehäusewand 44 des Aktuatorgehäuses 42 gelagert.

Die Drehstabfeder ist mit einem Ende mit der Gehäusewand 44 drehfest verbunden und wirkt über eine in der Schwenkachse 18 drehfest angeordneten Trennwand 20, über die Schwenkachse 18, den Schwenkanker 12 und über den Ventilschaft 34 auf das Gas­ wechselventil 24. Die Schraubendruckfeder stützt sich über ei­ ne erste Federauflage 45 am Zylinderkopf 36 ab und wirkt über eine zweite Federauflage 46 und über den Ventilschaft 34 auf das Gaswechselventil 24. Bei nicht erregten Elektromagneten 25, 26 wird der Schwenkanker 12 durch die Ventilfedern 22, 37 in einer Gleichgewichtslage zwischen den Polflächen 31, 32 der Elektromagneten 25, 26 gehalten.

Wird der Aktuator beim Start aktiviert, wird entweder der Schließmagnet 25 oder der Öffnungsmagnet 26 kurzzeitig überer­ regt oder der Schwenkanker 12 mit einer Anschwingroutine mit seiner Resonanzfrequenz angeregt, um aus der Gleichgewichtsla­ ge angezogen zu werden. In geschlossener Stellung des Gaswech­ selventils 24 liegt der Schwenkanker 12 an der Polfläche 31 des erregten Schließmagneten 25 an und wird von diesem gehal­ ten. Der Schließmagnet 25 spannt die in Öffnungsrichtung 38 wirkende Ventilfeder 22 weiter vor. Um das Gaswechselventil 24 zu öffnen, wird der Schließmagnet 25 ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet 26 eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung 38 wirkende Ventilfeder 22 beschleunigt den Schwenkanker 12 über die Gleichgewichtslage hinaus, so daß dieser von dem Öffnungs­ magneten 26 angezogen wird. Der Schwenkanker 12 schlägt an die Polfläche 32 des Öffnungsmagneten 26 an und wird von diesem festgehalten. Um das Gaswechselventil 24 wieder zu schließen, wird der Öffnungsmagnet 26 ausgeschaltet und der Schließmagnet 25 eingeschaltet. Die in Schließrichtung 39 wirkende Ventilfe­ der 37 beschleunigt den Schwenkanker 12 über die Gleichge­ wichtslage hinaus zum Schließmagneten 25. Der Schwenkanker 12 wird vom Schließmagneten 25 angezogen, schlägt auf die Polflä­ che 31 des Schließmagneten 25 auf und wird von diesem festge­ halten.

Erfindungsgemäß ist von einem nicht näher dargestellten Druck­ anschluß Brennkraftmaschinenöl an der ersten Lagerstelle 14 des Schwenkankers 12 durch einen zur Schwenkachse 18 koaxialen Kanal 33 im Lagerbolzen 23 in einen ersten, in Richtung der zweiten Lagerstelle 17 durch die Trennwand 20 begrenzten Hohl­ raum 47 der Schwenkachse 18 geleitet. Aus dem Hohlraum 47 ist das Brennkraftmaschinenöl über einen quer zur Bewegungsrich­ tung des Schwenkankers 12 durch den Schwenkanker 12 geführten, kurvenförmigen Kanal 10 in einen an den Schwenkanker 12 ange­ formten, einen Ventiltrieb bildenden Vorsprung 49 und aus dem Vorsprung 49 in das Spielausgleichselement 15 geleitet (Fig. 2 und 1). Über den Kanal 10 wird das Spielausgleichselement 15 mit Druckmittel versorgt.

Der Kanal 10 ist mit einem Feingußverfahren in den Schwenkan­ ker 12 eingebracht. Grundsätzlich könnte jedoch auch ein aus geradlinigen Teilstücken zusammengesetzter, durch Bohrungen hergestellter Kanal in einen Schwenkanker eingebracht oder der Schwenkanker könnte zumindest zweilagig ausgeführt sein, wobei zwischen den Lagen der Kanal eingebracht sein könnte.

Ferner ist der Kanal 10 zu einem der zweiten Lagerstelle 16 zugewandten und durch die Trennwand 20 begrenzten zweiten Hohlraum 48 der Schwenkachse 18 geführt, aus dem das Brenn­ kraftmaschinenöl über eine Lagerfläche des Gleitlagers 43 nach außen aus dem Aktuator geleitet ist. Das Gleitlager 43 wird durch das Brennkraftmaschinenöl geschmiert, und es kann bei stets ausreichendem Druck für das Spielausgleichselement 15 ein vorteilhafter Durchfluß durch den Schwenkanker 12 für eine gute Kühlung erreicht werden.

In Fig. 3 ist ein zu Fig. 2 alternativer Schwenkanker 13 dar­ gestellt. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind grund­ sätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen auf die Be­ schreibung zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 verwiesen werden.

Der Schwenkanker 13 ist mit einer hohlen Schwenkachse 19 ver­ schweißt, die in einer ersten Lagerstelle 14 über ein erstes Gleitlager 41 auf einem ersten Lagerbolzen 23 in einer ersten Gehäusewand 40 eines Aktuatorgehäuses 42 und in einer zweiten Lagerstelle 17 über ein zweites Gleitlager 50 auf einem zwei­ ten Lagerbolzen 51 in einer zweiten Gehäusewand 44 gelagert ist.

Von einem nicht näher dargestellten Druckanschluß ist Brenn­ kraftmaschinenöl über die erste Lagerstelle 14 des Schwenkan­ kers 13 durch einen zur Schwenkachse 19 koaxialen Kanal 33 im Lagerbolzen 23 in einen ersten, in Richtung der zweiten Lager­ stelle 17 durch eine Trennwand 21 begrenzten Hohlraum 47 der Schwenkachse 19 geleitet. Aus dem Hohlraum 47 ist das Brenn­ kraftmaschinenöl über einen quer zur Bewegungsrichtung des Schwenkankers 13 durch den Schwenkanker 13 geführten, kurven­ förmigen Kanal 11 in einen der zweiten Lagerstelle 16 zuge­ wandten und durch die Trennwand 20 begrenzten zweiten Hohlraum 48 der Schwenkachse 18 geleitet, aus dem das Brennkraftmaschi­ nenöl über einen zur Schwenkachse 19 koaxialen Kanal 52 im La­ gerbolzen 51 aus dem Aktuator geleitet ist.

Claims (9)

1. Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswech­ selventils einer Brennkraftmaschine, der zumindest einen in einem Gehäuse angeordneten, auf einen Anker wirkenden Elektro­ magneten aufweist, und mit zumindest einem Kanal zum Transport eines Mittels, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10, 11) quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (12, 13) durch den Anker (12, 13) geführt ist.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12, 13) als Schwenkanker ausgebildet und das Mittel an einer ersten Lagerstelle (14) des Ankers (12, 13) zugeführt ist.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den Kanal (10) ein Spielausgleichselement (15) mit Druckmittel versorgt ist.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel an einer zweiten Lagerstelle (16, 17) des An­ kers (12, 13) abgeführt ist.

5. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12, 13) mit einer hohlen Schwenkachse (18, 19) verbunden und über die Schwenkachse (18, 19) das Mittel in den Anker (12, 13) geführt ist.

6. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagerstellen (14, 16, 17) in der Schwenkachse (18, 19) eine Trennwand (20, 21) eingebracht ist.

7. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (18) über die Trennwand (20) mit einer Drehstabfeder (22) verbunden ist.

8. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12, 13) über zumindest einen Lagerbolzen (23) gelagert und das Mittel durch einen Kanal (33) im Lagerbolzen (23) dem Anker (12, 13) zugeführt ist.

9. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10, 11) kurvenförmig durch den Anker (12, 13) geführt ist.