DE19843075A1 - Magnetische Abschirmung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisenden Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, wobei der Magnetfeldsensor und der Magnetfeldgeber von einer magnetischen Abschirmung umgeben sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, wo bei die Vorrichtung aus einem Magnetfeldsensor und einem Magnetfeldgeber be­ steht. Derartige Aktoren zur elektromagnetischen Ventilsteuerung sind beispielsweise aus der US 4,957,074 bekannt.

Ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung besteht im wesentlichen aus dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, die durch mindestens ein Bauteil aus einem nicht ferromagnetischen Material voneinander ge­ trennt sind. Dieses Bauteil kann beispielsweise durch ein Gehäuseteil gebil­ det werden. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befin­ det sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erre­ gerspule des Schließermagneten in die jeweilige Richtung bewegt wird. Das Joch des Öffnermagneten weist eine Durchführung für einen Stößel auf, der die auf die Ankerplatte einwirkenden Kräfte auf mindestens ein Gaswech­ selventil überträgt.

Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außensei­ te des Schließermagneten angeordnet ist. Dazu ist in Verlängerung des Stößels eine einen Aktorfederteller aufweisende Schubstange angeordnet, die durch eine Durchführung im Joch des Schließermagneten gelagert ist. Das Joch des Schließermagneten weist eine die Durchführung der Schub­ stange umgebende, eine Wandung bildende Ausformung auf, in der ein Innengewinde eingearbeitet ist. In das Innengewinde der Wandung ist ein Schraubdeckel eingeschraubt, der zusammen mit der Wandung einen Hohl­ raum bildet, in dem die auf dem Aktorfederteller aufliegende Aktorfeder angeordnet ist. Durch Verdrehen des Schraubdeckels kann die Vorspannung der Aktorfeder verändert werden, wodurch die ist die Ruhelage der Anker­ platte einstellbar ist.

Ein Aktor bildet mit einem Gaswechselventil eine funktionelle Einheit, wobei das Gaswechselventil, entsprechend einem konventionellen Zylinderkopf mit Nockenwellen, mittels einer Ventilfeder und einem Ventilfederteller in den Ventilsitz des Zylinderkopfes gezogen wird.

Ist eine funktionelle Einheit aus einem Aktor und einem Gaswechselventil an der Brennkraftmaschine montiert, werden der Ventilschaft des Gaswechsel­ ventils, der Stößel und die Schubstange des Aktors gegeneinander gepreßt. In der Ruhelage der funktionellen Einheit befindet sich die Ankerplatte exakt in der Mitte zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet, wobei die Ventilfeder und die Aktorfeder vorgespannt sind. Der Ventilteller des Gaswechselventils befindet sich dabei in der Mittelstellung zwischen dem Ventilsitz des Zylinderkopfes, bei der das Gaswechselventil geschlossen ist, und der Position, in der das Gaswechselventil maximal geöffnet ist.

Beim Betrieb eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung ist es von grundlegender Bedeutung, daß der Öffnermagnet und der Schließer­ magnet zum exakt richtigen Zeitpunkt mit einer genau bemessenen Strom­ stärke angesteuert werden. Zur Bereitstellung dieser Größen weist jeder Aktor eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte auf, die ein zur Stellung der Ankerplatte proportionales Signal an eine den Aktoren zugeordnete Steuerelektronik übermitteln. Die Vorrichtung besteht bei­ spielsweise aus einem ortsfesten, am Joch des Schließermagneten befestig­ ten Magnetfeldsensor, und einem an der oszillierenden Schubstange ange­ brachten Magnetfeldgeber. Die Steuerelektronik berechnet zur Regelung des Flugverhaltens der Ankerplatte auf Basis des Signals des Magnetfeldsen­ sors die erforderliche Stromstärke sowie die Zeitpunkte, an denen der Öff­ nermagnet und der Schließermagnet geschaltet werden.

Die Magnetfeldsensoren sensieren die Feldstärke des an einem der oszillie­ renden Bestandteile des Aktors angebrachten Magnetfeldgebers. Eine der­ artige Vorrichtung zur Positionsbestimmung ist aus der eingangs genannten US 4,957,074 bekannt.

Der Nachteil dieser Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte besteht darin, daß der Feldlinienverlauf des Magnetfeldgebers von den metallischen, zum Teil oszillierenden Bestandteilen des Aktors, beispielswei­ se der Aktorfeder, beeinflußt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnet­ feldgeber aufweisen den Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Anker­ platte anzugeben, bei dem der Feldlinienverlauf des Magnetfeldgebers nicht von den metallischen, gegebenenfalls oszillierenden, Bestandteilen des Aktors beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal des Patentan­ spruchs 1 gelöst, wobei der Magnetfeldsensor und der Magnetfeldgeber von einer magnetischen Abschirmung umgeben sind.

Durch die magnetische Abschirmung sensiert der Magnetfeldsensor aus­ schließlich die vom Abstand zum Magnetfeldgeber abhängige Feldstärke des Magnetfeldgebers.

Die magnetische Abschirmung besteht vorzugsweise aus einem Material mit weich magnetischen Eigenschaften, wodurch die Feldlinien in der magneti­ schen Abschirmung geführt werden.

Am der Ankerplatte entgegengesetzten Ende der einen Aktorfederteller aufweisen den Schubstange ist der Magnetfeldgeber befestigt. Dabei weist der Schließermagnet eine die Durchführung umgebende, eine Wandung bildende Ausformung mit einem Innengewinde auf, in der ein Schraubdeckel eingeschraubt ist. Zwischen dem Aktorfederteller und dem Schraubdeckel ist eine Aktorfeder angeordnet. Als magnetische Abschirmung ist zwi­ schen der Aktorfeder und der Schubstange, an der der Magnetfeldgeber befestigt ist, eine metallische Hülse angeordnet, wobei der Magnetfeldsen­ sor, der ortsfest mit dem Schließermagnet verbunden ist, zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange bei dem Magnetfeldgeber ange­ ordnet ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die als metallische Hülse ausgebildete magnetische Abschirmung ein Bestandteil des Schraubdeckels ist, wobei gegebenenfalls der gesamte Schraubdeckel aus einem Material mit weich magnetischen Eigenschaften gefertigt ist.

In eine weiteren Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Magnetfeldsensor mit einer Haltevorrichtung in den Schraubdeckel eingeschraubt ist.

In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Ma­ gnetfeldsensor als analoger Hallsensor und der Magnetfeldgeber als Perma­ nentmagnet ausgebildet ist.

Im folgenden wird ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisen den Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, die von einer ma­ gnetischen Abschirmung umgeben ist, anhand von einem Ausführungsbei­ spiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.

Es zeigt:

Figur die schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagneti­ schen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung zur Positionsbe­ stimmung der Ankerplatte, die von einer magnetischen Ab­ schirmung umgeben ist.

In der Figur ist ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte AP dargestellt, die aus einem Magnetfeldsensor MS, der als analoger Hallsensor ausgebildet ist, und einem Magnetfeldgeber MG, der als Permanentmagnet ausgebildet ist, besteht.

Der Aktor besteht aus dem Joch des Öffnermagneten ÖM und dem Joch des Schließermagneten SM, die durch zwei aus einem nicht ferromagnetischen Material gefertigte Distanzstücke DS voneinander getrennt werden. Zwi­ schen den Distanzstücken DS oszilliert die Ankerplatte AP, an der der Stößel S befestigt, der die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte über eine Durchführung im Joch des Öffnermagneten ÖM auf ein Gaswechselventil überträgt.

In der Verlängerung des Stößels S liegt auf der Ankerplatte AP eine Schub­ stange SS auf, die in einer Durchführung in dem Joch des Schließermagne­ ten SM gelagert ist, und die die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte auf die Aktorfeder AF überträgt. Dazu ist an dem der Ankerplatte AP entge­ gengesetzten Ende der Schubstange SS ein Aktorfederteller AFT ausgearbei­ tet, auf dem die Aktorfeder AF aufliegt, und über den die Aktorfeder AF die Schubstange SS gegen die Ankerplatte AP preßt. Auf der Seite des Aktorfe­ dertellers AFT ist in der Schubstange SS ein axiales Innengewinde eingear­ beitet, in das ein Magnethalter MH zur Aufnahme des Permanentmagneten MG eingeschraubt wird.

Die Aktorfeder AF befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durch­ führung der Schubstange SS ausgebildeten, eine Wandung bildende Aus­ formung des Jochs des Schließermagneten SM. Die Wandung weist auf der Innenseite ein Gewinde auf, in das ein Schraubdeckel SD eingeschraubt ist. Mittels des Schraubdeckels SD kann die Vorspannung der Aktorfeder AF verändert werden, wodurch die Ruhelage der Ankerplatte AP einstellbar ist.

Der Schraubdeckel SD weist in der Mitte eine zentrische Aussparung auf, in der ebenfalls ein Innengewinde eingearbeitet ist. Die Aussparung ist rohrar­ tig verlängert ausgeführt. Diese rohrartige Verlängerung bildet die als me­ tallische Hülse ausgeführte magnetische Abschirmung MA für den am Ende der Schubstange SS befestigten Permanentmagnet MG. Der Schraubdeckel SD und die metallische Hülse MA sind dabei einteilig ausgeführt, weshalb der ganze Schraubdeckel SD aus einem Material mit weich magnetischen Eigen­ schaften gefertigt ist.

In das Innengewinde der zentrischen Aussparung des Schraubdeckels DS ist eine Haltevorrichtung HV für den analoger Hallsensor MS eingeschraubt. Durch die schraubbar gestaltete Haltevorrichtung HV kann der analoge Hallsensor MS in seiner Position zum Permanentmagnet MG justiert werden. Diese Justage ist notwendig, wenn die Mittellage der Ankerplatte durch das Verdrehen des Schraubdeckels SD verändert wurde, wodurch sich auch die Position des analogen Hallsensors zum Permanentmagnet MG verändert. Über die Haltevorrichtung HV erfolgt zudem die nicht dargestellte elektri­ sche Verkabelung des analogen Hallsensors MS.

Durch die als metallische Hülse ausgebildete magnetische Abschirmung MA, die Bestandteil des Schraubdeckels SD ist, sensiert der analoger Hallsensor MS lediglich die von Abstand zwischen dem analogen Hallsensor und dem Permanentmagnet MG abhängige magnetische Feldstärke des Permanent­ magneten MG, wodurch einer den Aktoren zugeordneten Steuereinheit ein unverfälschtes, zur Position der Ankerplatte AP proportionales Signal zur Verfügung steht.

Claims (6)

1. Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einem Öffnermagnet (ÖM) und einem Schließermagnet (SM), zwischen denen eine Ankerplatte (AP) oszilliert, mit einer einen Magnetfeldsensor (MS) und einen Magnet­ feldgeber (MG) aufweisen den Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte (AP), dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgeber (MG) und der Magnetfeldsensor (MS) von einer magnetischen Abschirmung (MA) umgeben sind.

2. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Abschirmung (MA) aus einem Material mit weich magnetischen Eigen­ schaften besteht.

3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der An­ kerplatte (AP) ein Stößel (S) angebracht ist, daß in Verlängerung des Stö­ ßels (S) eine mit der Ankerplatte (AP) oszillierende, einen Aktorfederteller (AFT) aufweisende Schubstange (SS) angeordnet ist, an der der Perma­ nentmagnet (MG) befestigt ist, und die in einer Durchführung im Schlie­ ßermagnet (SM) gelagert ist, daß der Schließermagnet (SM) eine die Durchführung umgebende, eine Wandung bildende Ausformung mit ei­ nem Innengewinde aufweist, in der ein Schraubdeckel (SD) eingeschraubt ist, daß zwischen dem Aktorfederteller (AFT) und dem Schraubdeckel (SD) eine Aktorfeder (AF) angeordnet ist, daß zwischen der Aktorfeder (AF) und der Schubstange (SS) als magnetische Abschirmung (MA) eine metalli­ sche Hülse angeordnet ist, und daß zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange (SS) bei dem Magnetfeldgeber (MG) der Magnetfeldsen­ sor (MS) angeordnet ist, der ortsfest mit dem Schließermagnet (SM) ver­ bunden ist.

4. Aktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als metallische Hülse ausgebildete magnetische Abschirmung (MA) ein Bestandteil des Schraubdeckels (SD) ist.

5. Aktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet­ feldsensor (MS) mit einer Haltevorrichtung in den Schraubdeckel (SD) ein­ geschraubt ist.

6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnetfeldsensor (MS) ein analoger Hallsensor ist und der Magnetfeldgeber (MG) ein Permanentmagnet ist.