DE19756096A1

DE19756096A1 - Actuator for electromagnetic valve control

Info

Publication number: DE19756096A1
Application number: DE19756096A
Authority: DE
Inventors: Guenther Alberter; Werner Dipl Ing Flierl; Matthias Dipl Ing Gramann; Gerhard Dr Hettich; Wolfgang Thiel; Werner Dipl Ing Wiedemann; Klaus Dipl Ing Wunderlich
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-06-24
Also published as: EP0924394A1

Description

Bei Brennkraftmaschinen mit einer elektromagnetischen Ventilsteuerung werden die Gaswechselventile der Brennräume durch im Zylinderkopf an geordnete Aktoren bewegt. Eine derartige elektromagnetische Ventilsteue rung ist beispielsweise aus der DE 30 24 109 C2 bekannt.In internal combustion engines with an electromagnetic valve control the gas exchange valves of the combustion chambers are switched on in the cylinder head ordered actuators moved. Such an electromagnetic valve control tion is known for example from DE 30 24 109 C2.

Die Aktoren bestehen im wesentlichen aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, zwischen denen sich eine Ankerplatte aus einem ferroma gnetischen 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 Gaswechsel ventil 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 ange ordnet sind.The actuators consist essentially of an opening magnet and a Closing magnet, between which there is an anchor plate made of a ferroma genetic material. The opening magnet and the closing magnet are electromagnets, each consisting of a coil and a yoke. The armature plate is energized by the opening magnet or the Closer magnet moves in the respective direction. The closer magnet has a bushing for a gas exchange attached to the anchor plate valve on. The restoring force between the anchor plate in the rest position The opening magnet and the closing magnet are moved by two compression springs applied to both sides of the anchor plate are arranged.

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.For an internal combustion engine in two-valve technology with a cylinder at least two such actuators are necessary. In a four-valve Technology engine with six cylinders will be 24 such actuators integrated in the cylinder head.

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.The disadvantage of this arrangement is the high number of actuators related components that are used in the manufacture of the internal combustion engine Cylinder head must be put together piece by piece, as well as in correspondingly high effort if an actuator is the result of a defect must be replaced or repaired.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagneti schen Ventilsteuerung anzugeben, durch den die Herstellung des Zylinder kopfes der Brennkraftmaschine sowie Reparatur- und Wartungsarbeiten stark vereinfacht werden. The invention has for its object an actuator for electromagnetic to specify the valve control through which the manufacture of the cylinder head of the internal combustion engine as well as repair and maintenance work be greatly simplified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan spruch 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.This object is achieved by the features of the patent spell 1 solved. Here, 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.

Ein Aktor besteht aus einem Öffnermagnet und einem Schließermagnet, die als Elektromagneten aus einem Joch und einer Spute bestehen. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet ist eine Ankerplatte ange ordnet, an der ein Ende eines Stößels angebracht ist. Der Stößel wird durch eine Durchführung im Öffnermagnet aus dem Innenraum des Aktors her ausgeführt. Am anderen Ende des Stößels ist ein Aktorfederteller ange bracht. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Öffnermagnet ist eine Aktorfeder angeordnet.An actuator consists of an opening magnet and a closing magnet consist of a yoke and a spute as electromagnets. Between an anchor plate is attached to the opening magnet and the closing magnet arranges on which one end of a plunger is attached. The pestle is through a passage in the opening magnet from the interior of the actuator executed. At the other end of the ram, an actuator spring plate is attached brings. There is one between the actuator spring plate and the opening magnet Actuator spring arranged.

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.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.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen daß der Öffnermagnet und der Schließermagnet von mindestens einem Gehäuseteil zusammenge halten werden. Dabei können der Öffnermagnet und der Schließermagnet als selbsttragende Gehäuseteile ausgebildet sein, wobei lediglich ein hohlzy lindrisches Gehäuseteil zum Verbinden von Öffnermagnet und Schließerma gnet notwendig ist.In a further development of the invention it is provided that the opening magnet and the closer magnet of at least one housing part will hold. The opening magnet and the closing magnet can be designed as a self-supporting housing parts, only a hollow Lindind housing part to connect the opening magnet and closer gnet is necessary.

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 a further development of the invention it is provided that the yoke of the opening magnet on the outside of the actuator, in from the actuator spring enclosed area, an extension of the implementation of the plunger has, which prevents tilting of the plunger and the anchor plate.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das Joch des Öffnermagneten und das Joch des Schließermagneten durch Oberflä chenbeschichtung vor Korrosion zu schützen.In an advantageous development of the invention, the yoke is provided of the opening magnet and the yoke of the closing magnet through surface Protect surface coating from corrosion.

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 Brenn kraftmaschine erheblich reduziert.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 built-in combustion in a motor vehicle engine significantly reduced.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung anhand von einem Ausführungsbeispiel für die Kolben brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.In the following, 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.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnittbildes durch einen Aktor mit den wichtigsten Bestandteilen, Fig. 1 is a schematic representation of a sectional image by an actuator with the main constituents,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Aktors in einer Außenan sicht. Fig. 2 is a schematic representation of an actuator in an Außenan view.

In der Fig. 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.In Fig. 1 is a schematic representation of the section through an actuator for electromagnetic valve control for a gas exchange valve of a piston internal combustion engine. The actuator consists of an opening magnet ÖM and a closing magnet SM. Both magnets ÖM, SM are electromagnets and each consist of a coil and a yoke. The closing magnet SM and the opening magnet ÖM 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 ÖM and the yoke of the closing magnet SM from corrosion, their surfaces are coated with titanium nitride, for example.

Zwischen dem Öffnermagnet ÖM und dem Schließermagnet SM befindet sich eine kreisrunde Ankerplatte AP aus einem ferromagnetischen Werk stoff. In der Mitte der Ankerplatte AP ist ein Stößel SL befestigt, der durch eine Durchführung im Öffnermagneten ÖM aus den Aktorinnenraum ge führt wird. Um die Führung des Stößels SL zu verbessern, ist das Joch des Öffnermagneten ÖM an der Außenseite des Aktors im Bereich der Durchfüh rung des Stößels SL verlängert ausgeführt, wodurch ein Verkanten des Stö ßels SL und der Ankerplatte AP vermieden wird.Located between the opening magnet ÖM and the closing magnet SM a circular anchor plate AP from a ferromagnetic plant material. In the middle of the anchor plate AP, a plunger SL is attached, which is through a implementation in the opening magnet ÖM ge from the interior of the actuator leads. To improve the guidance of the tappet SL, the yoke is the Opening magnets ÖM on the outside of the actuator in the area of the bushing tion of the tappet SL is extended, which causes the jamming of the sto ßels SL and the anchor plate AP is avoided.

Am freien Ende des Stößels SL ist ein Aktorfederteller AFT angebracht. Zwi schen dem Aktorfederteller AFT und dem Öffnermagneten ÖM mit der Verlängerung ist eine Aktorfeder AF angeordnet.An actuator spring plate AFT is attached to the free end of the tappet SL. Two between the actuator spring plate AFT and the opening magnet ÖM with the An actuator spring AF is arranged as an extension.

Um die Masse der bewegten Anordnung zu reduzieren, ist der Stößel SL aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise aus Siliziumnitrid, gefertigt. In order to reduce the mass of the moving arrangement, the ram SL is off a ceramic material, for example made of silicon nitride.

Der Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wo bei das Gaswechselventil, wie bei einem konventionell aufgebauten Zylin derkopf einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder über einen Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird.The actuator forms a functional unit with a gas exchange valve where with the gas exchange valve, as with a conventionally constructed cylinder the head of a piston internal combustion engine with camshafts, by means of a Valve spring via a valve spring plate in the valve seat of the cylinder head is pulled.

Die Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung werden auf dem Zylinderkopf in einem Aktorhalter angeordnet und von einer Abdeckplatte mit den Verbindungsleitungen zu einem Steuergerät abgedeckt.The actuators for electromagnetic valve control are on the Cylinder head arranged in an actuator holder and by a cover plate covered with the connecting lines to a control unit.

In der Fig. 2 ist der an dem hohlzylindrigen Gehäuseteil GT angebrachte Stecker S dargestellt, über den die Anschlüsse der Spulen des Öffnermagne ten 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.In Fig. 2 the attached to the hollow cylindrical housing part GT connector S is shown, through which the connections of the coils of the opener magnet ÖM and the closer magnet SM are connected by means of four contacts K to the control unit. The actuator is supplied with current via the control device, the control device switching the current for the opening magnet ÖM and the closing magnet SM at least depending on the crankshaft rotation angle and the crankshaft speed.

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 Öffnerma gneten 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.When assembled, the anchor plate AP is exactly between the opening magnet ÖM and the closing magnet SM. When energizing the Opener magnet ÖM, the anchor plate AP is in the direction of the opener gneten ÖM moves, whereby the gas exchange valve in the direction of Combustion chamber moves. If the closing magnet SM is energized, it will Gas exchange valve pulled into the valve seat of the cylinder head.

Durch die Ausführung der Aktoren als separate Baugruppe können die Akto ren vor der Montage in einem Zylinderkopf mit einem Prüfstand auf ihre Funktionstüchtigkeit getestet, und auf das Einhalten von Fertigungstoleran zen kontrolliert werden. Gegebenenfalls können die Aktoren einzeln ver messen und Exemplare mit gleichen Eigenschaften für eine Kolbenbrenn kraftmaschine zusammengestellt werden. Beim Zusammenbau der Aktoren in einem Zylinderkopf sind diese notwendigen Arbeitsschritte ungleich aufwendiger und kostenintensiver.By designing the actuators as a separate assembly, the actuators can be before assembly in a cylinder head with a test bench on your Functionality tested, and on compliance with manufacturing tolerances zen be checked. If necessary, the actuators can be used individually measure and specimens with the same properties for a piston burn engine can be put together. When assembling the actuators in a cylinder head these necessary work steps are not the same more complex and expensive.

Im Falle eines Defektes eines Aktors wird dieser bei der Reparatur als gesam te Baugruppe ersetzt. Dazu müssen lediglich die Abdeckplatte und die elek trischen 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.In the event of a defect in an actuator, it is repaired as a whole te assembly replaced. To do this, only the cover plate and the elec electrical connections are removed, the actuator can possibly be Extraction tool can be removed. The work to be carried out on the Piston internal combustion engine installed in a motor vehicle are so reduced to a minimum.

Claims

1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung, der als Baugruppe aus geführt ist und aus folgenden Bauteilen besteht:

1. einem Schließermagnet (SM) und einem Öffnermagnet (ÖM) mit ei ner Durchführung, die jeweils aus einem Joch und einer Spule be stehen,
2. einer Ankerplatte (AP), die zwischen dem Schließermagnet (SM) und dem Öffnermagnet (ÖM) angeordnet ist,
3. einem Stößel (SL), der mit der Ankerplatte (AP) verbunden ist, und der durch die Durchführung des Öffnermagneten (ÖM) geführt wird,
4. einem Aktorfederteller (AF), der am freien Ende des Stößels (SL) befestigt ist,
5. einer Aktorfeder (AF), die zwischen dem Aktorfederteller (AFT) und dem Öffnermagnet (ÖM) angeordnet ist,
6. einem Stecker (S), der mehrere Kontakte (K) aufweist, die mit den Spulen des Öffnermagneten (ÖM) und des Schließermagneten (SM) kontaktiert sind.

1. Actuator for electromagnetic valve control, which is designed as an assembly and consists of the following components:

1. a normally open magnet (SM) and an opener magnet (ÖM) with a bushing, each consisting of a yoke and a coil,
2. an anchor plate (AP) which is arranged between the closer magnet (SM) and the opener magnet (ÖM),
3. a plunger (SL) which is connected to the anchor plate (AP) and which is guided through the opening magnet (ÖM),
4. an actuator spring plate (AF), which is attached to the free end of the plunger (SL),
5. an actuator spring (AF) which is arranged between the actuator spring plate (AFT) and the opening magnet (ÖM),
6. a connector (S) which has a plurality of contacts (K) which are in contact with the coils of the opening magnet (ÖM) and the closing magnet (SM).

2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gehäuseteil (GT) den Schließermagnet (SM) und der Öffnermagnet (ÖM) miteinander verbinden.2. Actuator according to claim 1, characterized in that at least one Housing part (GT) the closing magnet (SM) and the opening magnet (ÖM) connect with each other.

3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäu seteil (GT), der Öffnermagnet (ÖM) und der Schließermagnet (SM) so aus gebildet sind, daß der Öffnermagnet (ÖM) und/oder der Schließermagnet (SM) selbsttragende Teile des Gehäuses des Aktors sind. 3. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the housing seteil (GT), the opening magnet (ÖM) and the closing magnet (SM) are formed that the opening magnet (ÖM) and / or the closing magnet (SM) are self-supporting parts of the actuator housing.

4. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Joch des Öffnermagneten (ÖM) im Bereich der Durch führung eine Verlängerung aufweist.4. Actuator according to one of the preceding claims, characterized records that the yoke of the opening magnet (ÖM) in the area of the through leadership has an extension.

5. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Joch des Öffnermagneten (ÖM) und das Joch des Schlie ßermagneten (SM) eine Oberflächenbeschichtung aufweisen.5. Actuator according to one of the preceding claims, characterized records that the yoke of the opening magnet (ÖM) and the yoke of the closing ßermagneten (SM) have a surface coating.

6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aktoren vor der Montage in einer Brennkraftmaschine mit einem Prüfstand test und/oder vermeßbar sind.6. Actuator according to one of the preceding claims, characterized records that the actuators before assembly in an internal combustion engine are testable and / or avoidable with a test bench.