DE10112696A1 - Motor vehicle engine gas valve has opening and closing electromagnets working against compression springs and the common armature connected to the valve stem - Google Patents

Abstract

The valve head (16) has a stem (9) connected to an armature (6), common to two electromagnets (4,5), which is held in equilibrium during quiescence by compression springs (10,11). The electromagnets are arranged to set the armature in oscillation when activated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for actuating a gas exchange valve according to the preamble of Claim 1.

Elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen besitzen in der Regel zwei Schaftmagnete, einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten, zwischen deren Polflächen ein Anker verschiebbar angeordnet ist. Der Anker wirkt direkt oder über einen Ankerbolzen auf einen Ventil­ schaft des Gaswechselventils. Bei Aktuatoren nach dem Prinzip des Massenschwingers wirkt ein vorge­ spannter Federmechanismus, meist zwei vorgespannte Druckfedern, auf den Anker, und zwar wirkt eine obere Aktuatorfeder in Öffnungsrichtung und eine untere Ventilfeder in Schließrichtung des Gaswechsel­ ventils. Bei nicht bestromten Schaltmagneten wird der Anker durch die Ventilfedern in einer Gleichge­ wichtslage gehalten, die vorzugsweise mit der geometrischen Mitte zwischen den Schaltmagneten übereinstimmt.Electromagnetic actuators for actuating gas exchange valves usually have two A shaft magnet, an opening magnet and a closing magnet, between their pole faces Anchor is slidably arranged. The armature acts directly or via an anchor bolt on a valve shaft of the gas exchange valve. For actuators based on the principle of the mass oscillator, a pre-acts tensioned spring mechanism, usually two preloaded compression springs, on the armature, and one acts upper actuator spring in the opening direction and a lower valve spring in the closing direction of the gas exchange valve. When the solenoids are not energized, the armature is synchronized by the valve springs weight position maintained, preferably with the geometric center between the switching magnets matches.

Wird der Aktuator gestartet, wird der Schließmagnet oder der Öffnungsmagnet kurzzeitig übererregt oder der Anker durch eine Anschwingungsroutine in Schwingung versetzt, um diesen aus der Gleichge­ wichtslage anzuziehen. In geschlossener Stellung des Gaswechselventils liegt der Anker an der Polflä­ che des bestromten Schließmagneten an und wird von diesem gehalten. Der Schließmagnet spannt die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder vor. Um das Gaswechselventil zu öffnen, wird der Schließmag­ net ausgeschaltet und der Öffnungsmagnet eingeschaltet. Die in Öffnungsrichtung wirkende Ventilfeder beschleunigt den Anker über die Gleichgewichtslage hinaus, so dass dieser von dem Öffnungsmagneten angezogen wird. Der Anker schlägt an die Polfläche des Öffnungsmagneten an und wird von dieser festgehalten.If the actuator is started, the closing magnet or the opening magnet is briefly overexcited or the armature is vibrated by an oscillation routine to keep it out of equilibrium weight position to tighten. In the closed position of the gas exchange valve, the armature lies on the pole face che of the energized closing magnet and is held by this. The closing magnet clamps the valve spring acting in the opening direction. To open the gas exchange valve, the closing mag net switched off and the opening magnet switched on. The valve spring acting in the opening direction accelerates the armature beyond the equilibrium position so that it is released by the opening magnet is attracted. The armature strikes the pole face of the opening magnet and is moved by it recorded.

Von Beginn an nicht berücksichtigte oder sich über der Zeit verändernde Größen, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen einzelner Bauteile, Wärmedehnung unterschiedlicher Materialien usw., können dazu führen, dass der Anker nicht mehr vollständig an den Polflächen der Magnete zum Anliegen kommt, dass Spiel zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft entsteht und/oder das Gaswechsel­ ventil nicht mehr vollständig schließt.Variables that have not been taken into account from the beginning or that change over time, such as Manufacturing tolerances of individual components, thermal expansion of different materials, etc., can cause the armature to no longer lie completely against the pole faces of the magnets  comes that there is play between the armature tappet and the valve stem and / or the gas change valve no longer closes completely.

Aus der DE 196 24 296 A1 ist eine Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektro­ magnetischen Aktuator bekannt, bei dem zwischen einem Ankerstößel und einem Ventilschaft ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Das Spielausgleichselement ist in einen zwischen dem Anker­ stößel und dem Ventilschaft angeordneten Tassenstößel eingesetzt, der seinerseits in Achsrichtung der Ventilschafts verschiebbar in einer Bodenplatte des Aktuatorgehäuses geführt ist. In der Bodenplatte verläuft ein Ölversorgungskanal, der über eine Umfangsnut am Tassenstößel und eine Querbohrung mit dem hydraulischen Spielausgleichselement verbunden ist.DE 196 24 296 A1 describes a device for actuating a gas exchange valve with an electro known magnetic actuator in which between an armature plunger and a valve stem Match compensation element is arranged. The game compensation element is in one between the anchors tappet and the valve stem arranged tappet, which in turn in the axial direction of Valve stem is slidably guided in a base plate of the actuator housing. In the base plate runs an oil supply channel that with a circumferential groove on the tappet and a cross hole the hydraulic lash adjuster is connected.

Ferner ist aus der DE 197 28 479 A1 eine ähnliche Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator bekannt, bei dem zwischen einem Ankerstößel und einem Ventilschaft ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Dieses ist über einen Kanal in Längsrichtung im Ankerstößel mit einem Druckanschluss verbunden.Furthermore, DE 197 28 479 A1 discloses a similar device for actuating a gas exchange valve known with an electromagnetic actuator, in which between an armature plunger and a Valve stem a play compensation element is arranged. This is in the longitudinal direction via a channel Anchor plunger connected to a pressure connection.

Ferner ist aus der DE 197 39 840 A1 eine elektromagnetisch betätigbare Stellvorrichtung, insbesondere ein periodisch betriebenes Gaswechselventil für Brennkraftmaschinen, und ein Verfahren zur Steuerung der Stellvorrichtung bekannt, wobei die Stellvorrichtung mit einem Wegsensor verbunden ist und die Geschwindigkeit des Stellorgans gesteuert wird. Der Sensor, der ein magnetischer Sensor sein kann, wirkt u. a. mit einem magnetischen Material als Signalgeber zusammen, das an einem Schubstangenen­ de angeordnet ist, das vom Stellorgan entfernt liegt.Furthermore, DE 197 39 840 A1 describes an electromagnetically actuated adjusting device, in particular a periodically operated gas exchange valve for internal combustion engines, and a method for control the actuator is known, the actuator being connected to a displacement sensor and the Speed of the actuator is controlled. The sensor, which can be a magnetic sensor, acts u. a. with a magnetic material as a signal generator, which is attached to a push rod de is arranged, which is located away from the actuator.

Schließlich ist aus der DE 197 06 106 A1 eine Ventileinrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt, die elektromagnetische Betätigungsmittel zur Hubbewegung eines Gaswechselventils enthält. Es sind Messmittel vorgesehen, die einen mit einem Ventilschaft verbundenen, Magnetfeld erzeugenden Signal­ geber, z. B. einen Permanentmagneten, sowie einen magnetfeldempfindlichen Sensor aufweisen. Der Sensor besitzt ein einen magnetoresistiven Effekt (GMR) zeigendes Schichtensystem. Auch hierbei sind der Sensor und der Signalgeber an dem Ende des Ankerstößels bzw. der Schubstange angebracht, das relativ zum Anker vom Gaswechselventil entfernt liegt. Die Messsignale werden zur Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungsmittel ausgewertet, um eine gesteuerte Einstellung des Ventilhubs zu ermöglichen.Finally, from DE 197 06 106 A1 a valve device of an internal combustion engine is known contains electromagnetic actuating means for the lifting movement of a gas exchange valve. There are Measuring means are provided which generate a signal which is connected to a valve stem and generates a magnetic field donor, e.g. B. have a permanent magnet and a magnetic field sensitive sensor. The Sensor has a layer system showing a magnetoresistive effect (GMR). Here too are the sensor and the signal generator are attached to the end of the anchor plunger and the push rod, respectively is located relative to the anchor from the gas exchange valve. The measurement signals are used to control the electromagnetic actuating means evaluated to a controlled setting of the valve lift enable.

In der Praxis hat sich herausgestellt, dass an den bekannten Positionen für den Sensor häufig Schwin­ gungen auftreten, die das Messergebnis verfälschen können.In practice it has been found that Schwin is often found at the known positions for the sensor conditions that can falsify the measurement result.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung Betätigen von Gaswechselventilen mit einem Weg- und/oder Beschleunigungssensor zu schaffen, der geringeren Schwingungen ausgesetzt ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The object of the invention is to operate a device with gas exchange valves to create a displacement and / or acceleration sensor that is exposed to lower vibrations is. The object is achieved by the features of claim 1, while advantageous Refinements and developments of the invention can be found in the subclaims.

Nach der Erfindung ist der Sensor in einem Bereich zwischen dem Anker und der Ventilfeder angeord­ net. An dieser Stelle werden in der Regel deutlich geringere Vibrationen festgestellt, als an einer Position oberhalb des Aktuators. Damit ist das Sensorsignal präziser. Ferner kann an dieser Steile der Sensor besser im Bauteil, z. B. im Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, untergebracht werden. Er kann den dort zur Verfügung stehenden Bauraum nutzen, ohne dass die gesamte Länge oder Breite des Aktuators durch den Sensor vergrößert wird. Dabei kann der Sensor in unmittelbarer Nähe zum Signal­ geber angeordnet wenden, indem er an dem Bauteil, dem Zylinderkopf, oder am Aktuator befestigt ist, der seinerseits im oder am Bauteil gelagert ist.According to the invention, the sensor is arranged in a region between the armature and the valve spring net. At this point, vibrations are generally much lower than at one position above the actuator. This makes the sensor signal more precise. Furthermore, the sensor can be at this point better in the component, e.g. B. in the cylinder head of a reciprocating internal combustion engine. He can use the space available there without the entire length or width of the Actuator is enlarged by the sensor. The sensor can be in close proximity to the signal Turn the encoder arranged by attaching it to the component, the cylinder head, or to the actuator that is in turn stored in or on the component.

Ist zwischen dem Ankerstößel und dem Ventilschaft ein hydraulisches Spielausgleichselement vorgese­ hen, so ist es zweckmäßig, dass dieses ein permanentmagnetisches oder ein anderes signalgebendes Teil enthält, das mit dem Sensor zusammenwirkt. Dadurch ist der Aufwand für den Signalgeber sehr gering. Ferner vergrößert der Signalgeber nicht die hin- und hergehenden Massen des Ventiltriebs. Zweckmäßigerweise ist das Spielausgleichselement mindestens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt.A hydraulic lash adjuster is provided between the armature tappet and the valve stem hen, it is appropriate that this is a permanent magnetic or another signaling Contains part that interacts with the sensor. As a result, the effort for the signal generator is very high low. Furthermore, the signal transmitter does not increase the reciprocating masses of the valve train. Advantageously, the game compensation element is at least partially made of a magnetic Made of material.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmaie in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln be­ trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following description of the drawing. In the drawing is a Embodiment of the invention shown. The description and claims contain numerous Characteristics in combination. The person skilled in the art will expediently also be the features individually endeavor and combine them into meaningful further combinations.

Die einzige Figur zeigt einen elektromagnetischen Aktuator und ein Gaswechselventil mit einem Spiel­ ausgleichselement.The only figure shows an electromagnetic actuator and a gas exchange valve with a game balancing element.

An einem Bauteil 3, hier an einem Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, ist ein Aktuator 2 gelagert. Er kann auch in einem separaten Halter gelagert sein, der mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Der Aktuator 2 besitzt einen Öffnungsmagneten 4 und einen Schließmagneten 5, zwischen denen sich ein Anker 6 in axialer Richtung bewegt, wobei auch eine Schwenkbewegung eines als Klappanker aus­ gebildeten Ankers um eine Drehachse denkbar wäre. Dieser wirkt über einen Ankerstößel 7, der in einer Führung 8 im Öffnungsmagneten 4 geführt ist, und ein Spielausgleichselement 12 auf einen Ventilschaft 9 eines Gaswechselventils 1, das mit seinem Ventilteller 16 im geschlossenen Zustand an einem Ventil­ sitz 17 anliegt und somit einen Gaswechselkanal 18 schließt. Der Ventilschaft 9 ist in einer Ventilführung 19 im Zylinderkopf 3 geführt und wird an seinem dem Aktuator 2 zugewandten Ende über einen Feder­ teller 21 von einer Ventilfeder 10 in Schließrichtung belastet, die sich mit ihrem anderen Ende am Zylin­ derkopf 3 abstützt. Über den Ankerstößel 7 und einen Federteller 20 wirkt eine Aktuatorfeder 11 in Öff­ nungsrichtung auf den Ventilschaft 9.An actuator 2 is mounted on a component 3 , here on a cylinder head of a reciprocating piston internal combustion engine. It can also be stored in a separate holder which is connected to the cylinder head. The actuator 2 has an opening magnet 4 and a closing magnet 5 , between which an armature 6 moves in the axial direction, wherein a pivoting movement of an armature formed as a hinged armature about an axis of rotation would also be conceivable. This acts via an anchor plunger 7 , which is guided in a guide 8 in the opening magnet 4 , and a play compensation element 12 on a valve stem 9 of a gas exchange valve 1 , which rests with its valve plate 16 in the closed state on a valve seat 17 and thus closes a gas exchange channel 18 , The valve stem 9 is guided in a valve guide 19 in the cylinder head 3 and is loaded at its end facing the actuator 2 via a spring plate 21 by a valve spring 10 in the closing direction, which is supported with its other end on the cylinder head 3 . Via the armature tappet 7 and a spring plate 20, an actuator spring 11 acts in the opening direction on the valve stem 9 .

Bei unbestromten Magneten 4 und 5 befindet sich der Anker 6 entsprechend der Vorspannung der Ventilfeder 10 und der Aktuatorfeder 11 in einer Mittellage zwischen dem Öffnungsmagneten 4 und dem Schließmagneten 5, während das Gaswechselventil 1 halb geöffnet ist. Beim Start der Brennkraftma­ schine wird durch Übererregung oder durch eine Anschwingroutine oder sonstige geeignete Maßnah­ men der Anker 6 aus seiner Mittelstellung bewegt und vom Schließmagneten 5 angezogen, so dass das Gaswechselventil 1 schließt. Entsprechend den Steuerzeiten der Brennkraftmaschine wechselt die Bestromung zwischen dem Schließmagneten 5 und dem Öffnungsmagneten 4, so dass der Anker 6 vom Schließmagneten 5 abfällt und auf Grund der vorgespannten Ventilfeder 10 und Aktuatorfeder 11 über die Mittenlage schwingt und vom Öffnungsmagneten 4 angezogen wird. Das Gaswechselventil 1 befindet sich nun in der geöffneten Position.In the non-energized magnets 4 and 5 is the anchor 6 according to the bias of the valve spring 10 and the actuator spring 11 in a central position between the opening magnet 4 and the closing magnet 5, while the gas exchange valve 1 is half open. At the start of the internal combustion engine, the armature 6 is moved from its central position by overexcitation or by a starting routine or other suitable measure and attracted by the closing magnet 5 , so that the gas exchange valve 1 closes. In accordance with the control times of the internal combustion engine, the energization changes between the closing magnet 5 and the opening magnet 4 , so that the armature 6 drops from the closing magnet 5 and, due to the prestressed valve spring 10 and actuator spring 11, swings over the central position and is attracted by the opening magnet 4 . The gas exchange valve 1 is now in the open position.

Um die Position und Bewegung des Gaswechselventils 1 zu erfassen, besitzt die Vorrichtung einen Sensor 15, der am Bauteil 3 oder am Aktuator 2 in einem Bereich zwischen dem Anker 6 und der Ventil­ feder 10 angeordnet ist. In diesem Bereich treten in der Regel nur geringe Vibrationen auf. Ferner kann der Sensor 15 den zur Verfügung stehenden Bauraum nutzen, ohne dass die gesamte Länge oder gesamte Breite des Aktuators 2 vergrößert würde. Der Sensor 15 arbeitet mit einem Signalgeber am Ankerstößel 7 oder am Ventilschaft 9 zusammen, wobei ein Permanentmagnet als Signalgeber vorge­ sehen ist. Im vorliegenden Fall dient ein Teil des zwischen Ankerstößel 7 und Ventilschaft 9 angeordne­ ten Spielausgleichselements 12 als Signalgeber, indem z. B. ein Kolbenteil 13 oder ein Zylinderteil 14 aus permanentmagnetischem Werkstoff hergestellt ist. Es ist aber auch möglich, dass die genannten Bauteile im Bereich des Sensors 15 permanentmagnetische Schichten oder Teile tragen. Durch diese Maßnah­ men werden die hin- und hergehenden Massen des Gaswechselventils und des Aktuators durch den Signalgeber nicht oder nur unwesentlich vergrößert. Aus der Veränderung der Position über der Zeit kann der Weg und durch weiteres Differenzieren nach der Zeit können die Geschwindigkeit und die Beschleu­ nigung ermittelt werden.In order to detect the position and movement of the gas exchange valve 1 , the device has a sensor 15 which is arranged on the component 3 or on the actuator 2 in a region between the armature 6 and the valve spring 10 . As a rule, only slight vibrations occur in this area. Furthermore, the sensor 15 can use the available installation space without the entire length or entire width of the actuator 2 being enlarged. The sensor 15 works with a signal generator on the armature tappet 7 or on the valve stem 9 , a permanent magnet being provided as a signal generator. In the present case, part of the play compensation element 12 arranged between the armature tappet 7 and the valve stem 9 serves as a signal generator by z. B. a piston part 13 or a cylinder part 14 is made of permanent magnetic material. However, it is also possible for the named components to carry permanent magnetic layers or parts in the area of the sensor 15 . Through these measures, the reciprocating masses of the gas exchange valve and the actuator are not or only slightly increased by the signal generator. The path can be determined from the change in position over time, and the speed and acceleration can be determined by further differentiating according to time.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Gaswechselventils mit einem elektromagnetischen Aktuator, der in einem Bauteil gelagert ist und einen Öffnungsmagneten und einen Schließmagneten aufweist, zwischen denen ein Anker verschiebbar angeordnet ist, der über einen Ankerstößel gemeinsam mit einer Ventilfe­ der und einer Aktuatorfeder auf einen Ventilschaft wirkt, wobei mit dem Ankerstößel ein Signalgeber verbunden ist, der mit einem ortsfesten Sensor zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) in einem Bereich zwischen dem Anker (6) und der Ventilfeder (10) angeordnet ist.1. Device for actuating a gas exchange valve with an electromagnetic actuator, which is mounted in a component and has an opening magnet and a closing magnet, between which an armature is slidably arranged, which acts via an armature tappet together with a Ventilfe and an actuator spring on a valve stem , wherein the armature tappet is connected to a signal generator which interacts with a fixed sensor, characterized in that the sensor ( 15 ) is arranged in a region between the armature ( 6 ) and the valve spring ( 10 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) am Aktuator (2) ange­ bracht ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 15 ) on the actuator ( 2 ) is introduced. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ankerstößel (7) und dem Ventilschaft (9) ein hydraulisches Spielausgleichselement (12) vorgesehen ist, das den Signalgeber (13, 14) enthält, der mit dem Sensor (15) zusammenwirkt, welcher an dem Bauteil (3) angeordnet ist.3. Device according to claim 1, characterized in that a hydraulic lash adjuster ( 12 ) is provided between the armature tappet ( 7 ) and the valve stem ( 9 ), which contains the signal generator ( 13 , 14 ) which cooperates with the sensor ( 15 ) which is arranged on the component ( 3 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalgeber ein Permanentmagnet (13, 14) vorgesehen ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a permanent magnet ( 13 , 14 ) is provided as the signal generator. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (12) mindestens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff hergestellt ist.5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the play compensation element ( 12 ) is at least partially made of a magnetic material. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor nach einem indukti­ ven Verjähren arbeitet.6. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor according to an indukti ven limitation works. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor nach einem kapaziti­ ven Verfahren arbeitet.7. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor after a kapaziti ven method works.