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EP0970295B1 - Elektromagnetischer antrieb - Google Patents

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Publication number
EP0970295B1
EP0970295B1 EP98917064A EP98917064A EP0970295B1 EP 0970295 B1 EP0970295 B1 EP 0970295B1 EP 98917064 A EP98917064 A EP 98917064A EP 98917064 A EP98917064 A EP 98917064A EP 0970295 B1 EP0970295 B1 EP 0970295B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
accordance
electromagnetic actuator
valve
anchor
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98917064A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0970295A1 (de
Inventor
Heinz Karl Leiber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Original Assignee
LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19712055A external-priority patent/DE19712055A1/de
Priority claimed from DE19712056A external-priority patent/DE19712056A1/de
Priority claimed from DE19741571A external-priority patent/DE19741571A1/de
Application filed by LSP Innovative Automotive Systems GmbH filed Critical LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Publication of EP0970295A1 publication Critical patent/EP0970295A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0970295B1 publication Critical patent/EP0970295B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2105—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids comprising two or more coils
    • F01L2009/2109—The armature being articulated perpendicularly to the coils axes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic drive the features of the preamble of claim 1.
  • a drive with the features of the preamble of claim 1 is, e.g. B. known from EP 0 043 426 B1.
  • a problem with such drives, especially when used for Driving valves in internal combustion engines is heat dissipation from the solenoids. This problem is known to solve by complex water or oil rinsing. About that Furthermore, the known solutions show problems that have not been solved, such as B. closed assembly unit with electrical Connection and adjustment of the magnet systems to the residual air gap.
  • DE 36 16 540 A1 describes an electromagnetic drive known for a valve in which the drive to a Unit is summarized.
  • the anchor is through one here Rolling bearings stored.
  • outside of the Unit still a torsion spring with a transmission lever required on which the drive acts. It turns out here large masses to be moved, which means a high power requirement of the Drive.
  • DE-A-2 334 211 also discloses an electromagnetic one Servomotor of the type mentioned, in which the anchor is mounted by means of a torsion spring and wherein the entire servomotor forms one unit.
  • the invention is based on the object, the anchor as possible to store with little friction and an assembly-friendly arrangement create.
  • the invention creates a pre-testable unit which when used for valve actuation for many engine types can be used as a standard, as a modular assembly module can.
  • the torsion spring can be long because the entire width of the unit can be used.
  • the torsion spring with valve actuation and anchor with one Carrier plate are preassembled. It is a good adjustment of the magnet system possible while eliminating all tolerances, especially when a mechanical locking system is used, the anchor in the end positions without Electromagnetic excitation holds and the rest positions as Reference positions can be used.
  • the magnets referenced to the magnet armature by means of screws or rivets adjusted and solidified with regard to the residual air gap become.
  • a basic body is designated by 1 in FIG. It is in the 1 essentially only one drive detect. The second is behind.
  • the visible drive has two electromagnets 2 and 3, whose yokes through Screws 4 are connected to the base body.
  • the windings the electromagnets 2 and 3 are here for the sake of simplicity only shown schematically.
  • the base body 1 is by means of Screws 5 attached to a box la, which in turn is attached to the cylinder block 20 by means of screws 5a.
  • Anchor 10 is provided, which by a torsion spring z. B. one Torsion bar 6 is movably mounted.
  • the torsion bar 6 and the corresponding torsion bar 7 for the armature of the other drive are shown in perspective for clarity. they are embedded in the body, clamped on one side in it (the torsion bar 6 at 8) and at the other end, e.g. B. means of a needle bearing.
  • An anchor lever 9 is Connecting element between torsion bar 6 and anchor 10.
  • a locking system is provided at the top right, which consists of a an axis 11 tiltable rocker 12, a locking magnet 13, one Spring 14 and a ball-bearing locking roller 15, which in the end positions of the anchor above or below the anchor snaps and holds it in the end positions. On the The locking roller will be discussed again later.
  • In the basic body can be an invisible junction box for a plug be provided.
  • the armature 10 is actuated via an actuating rod 16 and a Set screw 17 a valve 18 against the force of a spring 19.
  • the length of the Actuating rod 16 can be changed. It serves the Setting the valve clearance at the dash-dotted line drawn position of the armature and then closed valve 18.
  • Form the spring 19 and the bias of the torsion bar 6 the spring forces that without the excitation of an electromagnet Move the anchor to the intermediate position.
  • Fig. 1 dimensions I1 for the valve length, I2 for the Valve block thickness, I3 for the distance of the axis of the torsion bar 6 from the valve block and I4 for the length of the actuating rod 16 registered.
  • Fig. 3 is a height adjustment of the drive together
  • Spring bearing opposite the box la or the cylinder block shown, it consists of a screw 30 and one Belleville spring 31.
  • the height adjustment option is used to adjust the valve clearance.
  • screws 5 are loosened, turning nut 30a the screw 30 of the base body 1 more or less strong pressed against the plate springs 31 and thus the distance 13 (Fig 1) varies.
  • valve clearance or Residual air gap setting only the upper magnet is adjustable. After correct valve lash setting related to one corresponding base air gap is the base body 1 by the Screws 5 screwed to the box.
  • the magnet is adjusted against, for example Spring tension using an eccentric cam or over a screw mechanism.
  • Advantageously Ensuring permanent adjustment of counter elements provided that secure the cam or screw elements.
  • Fig. 4 is a unit with two drives for two Valves 58a and 58b in a 90 ° (compared to FIGS. 1 to 3) rotated view shown.
  • the basic body is 41 designated by the screws 45 (corresponding to 5) on box not shown can be attached.
  • the basic body 41 carries two support plates 42 and 43, one each Torsion bar 46 and 47 is attached.
  • the carrier plates can be fastened to the base body 41 by rivets or screws.
  • the torsion bar can be fastened in the carrier plate by a positive connection is effected, e.g. can one square connected with the torsion bar or a toothing in shrink the carrier plate. Also one can Welding e.g. Laser welding can be used.
  • the Connection from the torsion bars to the anchor levers 49 can in done in the same way.
  • a metal bushing can be shrunk in the armature lever.
  • the support bearings 50 for the free ones can also be seen here Ends of the torsion bars 46 and 47, in particular as needle bearings are trained.
  • the valves 58 are also here Coupling spring coupled.
  • a threaded nut 59 and one Spindle 60 are used for valve adjustment.
  • actuating rods 60 two adjacent Actuators act on a valve stem 61 (Fig. 5).
  • FIG. 6 shows a cylinder 7 of an internal combustion engine, whose piston 72 is currently in the upper position.
  • An inlet valve 73 and an outlet valve 74 are shown which are guided in the cylinder head 75.
  • Valves 73 and 74 are driven by electromagnetic drives, which in Boxes 76 and 77 are housed. These are not through screws shown screwed onto the cylinder head 75.
  • drives have two electromagnets and one mounted on a torsion bar via a connecting part Anchor on.
  • the torsion bar is dimensioned such that the Anchor without driving an electromagnet in one Intermediate position.
  • On the connecting part is one Actuator rod 78 and 79 attached via a Overtravel spring 80 or 81 with valve stem 73 or 74 connected is.
  • the overtravel springs 80 and 81 provide Normally a rigid coupling of the valve stem to the Actuating rod 78 or 79. Only if the anchor one executes a larger stroke than the valve can take part in, the Spring action.
  • the actuating rod including the overtravel spring protrude here from the bottom of the box.
  • the parts are preferably not out of the box stick out.
  • the connection between overtravel spring and Valve stem is detachable: e.g. have the overtravel springs 80 and 81 has a slot which, when installed in a groove of the Valve stem is inserted.
  • the actuating rod 78 or 79 is preferably made of Made of aluminum. With 82 a spark plug is designated. This could also be housed in one of the boxes.
  • a common cover 83 is for the two boxes 76 and 77 provided, in which the suction pipe 84 of the cylinder 71 is integrated is.
  • the Electronics 85 of the drive unit e.g. B. also for several Drives attached. It is 86 through thermal insulation thermally insulated from the actual drive.
  • Heatsink 87 of the electronics protrude into the intake manifold and become so well cooled by the relatively cool intake air.
  • Cover 83 and electronics 84 and heat sink 87 can by a common screw 88 may be attached.
  • one open - and lockable flap 79 to be integrated alternately a resonance suction tube - or To enable vibrating intake manifold operation.
  • the torsion bar 90 is shown in box 91.
  • an anchor 93 via a connecting part 92
  • Electromagnet shown by two magnets, not shown can be moved up and down.
  • the screws 94 shown with which the box 91 is attached to the cylinder head is.
  • Actuating rod 95 (corresponds to 16 of FIG. 1) attached.
  • Fig. 7 also shows a centering part 98 and in the cylinder block a housing centering 99. This ensures that the valve coupling is centered using the lift nut and snaps into the valve.
  • a locking device here 100 is provided, which is rotatable about the point 101. she serves as an assembly aid.
  • the seal 102 is between Box and lid recognizable.
  • the electrical connection (contacting) of the solenoids with the electronics is in this arrangement the electronics very easy to do because all contacts with the PCB can be connected. They can also Stroke sensors housed in the electronics (on the board) become.
  • the possible placement of the spark plugs in the Box means a "dry" housing, which means the insulation effort and the required ignition energy decreased.

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Abstract

Es wird ein elektromagnetischer Antrieb beschrieben, der zwei sich gegenüberliegende Elektromagnete (2, 3) und einen dazwischen hin- und herbewegbaren Anker (10) aufweist. Der Anker (10) wird durch Federkräfte in einer Zwischenstellung gehalten und durch die Kraft der Elektromagnete (2, 3) in die Endstellung gebracht. Der Anker (10) ist mittels einer Torsionsfeder (6) gelagert und wenigstens ein Antrieb samt Lagerung ist zu einer Baueinheit zusammengefaßt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein Antrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist, z. B. aus der EP 0 043 426 B1 bekannt. Ein Problem bei derartigen Antrieben, insbesondere bei ihrem Einsatz zum Antreiben von Ventilen in Verbrennungsmotoren ist die Wärmeabfuhr aus den Magnetspulen. Es ist bekannt, dieses Problem durch aufwendige Wasser- oder Ölumspülungen zu lösen. Darüber hinaus zeigen die bekannten Lösungen nicht gelöste Probleme, wie z. B. geschlossene Montageeinheit mit elektrischem Anschluß und Justierung der Magnetsysteme auf Restluftspalt.
Aus der DE 36 16 540 A1 ist ein elektromagnetischer Antrieb für ein Ventil bekannt, bei dem der Antrieb zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist. Der Anker ist hier durch eine Wälzlagerung gelagert. Zusätzlich wird hier dann außerhalb der Baueinheit noch eine Torsionsfeder mit einem Übertragungshebel benötigt, auf den der Antrieb einwirkt. Es ergeben sich hier große zu bewegende Massen, was einen hohen Leistungsbedarf des Antriebs nach sich zieht.
Die DE-A-2 334 211 offenbart ebenfalls einen elektromagnetischen Stellmotor der eingangs genannten Art, bei dem der Anker mittels einer Torsionsfeder gelagert ist und wobei der gesamte Stellmotor eine Baueinheit bildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Anker möglichst reibungsarm zu lagern und eine montagefreundliche Anordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird eine vorprüfbare Einheit geschaffen, welche bei Anwendung zum Ventilantrieb für viele Motorentypen als Standard, als modulares Montagemodul eingesetzt werden kann.
Es ist kostengünstig gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zwei Antriebe zu einer Baueinheit zusammenzufassen. Wenn hierbei diese beiden Antriebe auf einem gemeinsamen Grundkörper montiert werden, kann das Problem der Wärmeabfuhr durch Einbettung der Spulen in den Grundkörper gut gelöst werden. Man kann eine voll prüfbare Baueinheit schaffen, die über einen gemeinsamen Stecker nach außen verbunden ist Bei der Erfindung kann die Torsionsfeder lang werden, weil die gesamte Breite der Einheit genutzt werden kann. Außerdem kann die Torsionsfeder mit Ventilbetätigung und Anker mit einer Trägerplatte vormontiert werden. Es ist eine gute Justierung des Magnetsystems unter Eliminierung aller Toleranzen möglich, insbesondere auch dann, wenn ein mechanisches Rastsystem verwendet wird, das den Anker in den Endlagen ohne Elektromagneterregung festhält und die Raststellungen als Bezugslagen genutzt werden. Darüber hinaus können die Magnete mittels Schrauben oder Nieten auf den Magnetanker bezogen hinsichtlich des Restluftspaltes justiert und verfestigt werden. Die Unteransprüche enthalten weitere Ausgestaltungen der Erfindung.
Bei den unterschiedlichen Betriebstemperaturen z. B. Kaltstart, Warmlauf, eingeschwungener Zustand, Wiederstart haben die an der Wärmeübertragung beteiligten Bauteile wie Zylinderblock, Ventil und dessen Betätigung unterschiedliche Ausdehnungen mit unterschiedlichem Zeitverhalten. Diese haben dann wiederum Einfluß auf die Ankerlage, d.h. Restluftspalt in geschlossenem Zustand des Ventils, bei der das Magnetsystem wirksam ist. Die unterschiedlichen Restluftspalte bedeuten Aufwand in der Stellungsregelung und höheren elektrischen Leistungsverbrauch bei größeren Luftspalten. Durch entsprechende Materialwahl kann diese Änderung sehr klein gehalten werden.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Grundkörper mit zwei darauf befestigten Antrieben in Seitenansicht samt einem angetriebenen Ventil,
Fig. 2 und 3
Ausführungsbeispiele ähnlich Figur 1
Fig. 4
ein weiteres Ausführungsbeispiel in anderer Ansicht,
Fig. 5
ein durch zwei Antriebe angetriebenes Ventil,
Fig. 6 und 7
Kastenausgestaltungen.
In Figur 1 ist ein Grundkörper mit 1 bezeichnet. Es ist in der Darstellung der Fig. 1 im wesentlichen nur ein Antrieb zu erkennen. Der zweite liegt dahinter. Der sichtbare Antrieb weist zwei Elektromagnete 2 und 3 auf, deren Joche durch Schrauben 4 mit dem Grundkörper verbunden sind. Die Wicklungen der Elektromagnete 2 und 3 sind hier der Einfachheit halber nur schematisch dargestellt. Der Grundkörper 1 ist mittels Schrauben 5 an einem Kasten la befestigt, der seinerseits mittels Schrauben 5a am Zylinderblock 20 befestigt ist.
Zwischen den Magnetpolen der Elektromagnete 2 und 3 ist ein Anker 10 vorgesehen, der durch eine Torsionsfeder z. B. einen Drehstab 6 beweglich gelagert ist. Der Drehstab 6 und der entsprechende Drehstab 7 für den Anker des anderen Antriebs sind zur Verdeutlichung perspektivisch dargestellt. Sie sind im Grundkörper eingebettet, einseitig in diesen eingespannt (der Drehstab 6 bei 8) und am anderen Ende, z. B. mittels eines Nadellagers gelagert. Ein Ankerhebel 9 ist das Verbindungselement zwischen Drehstab 6 und Anker 10.
Rechts oben ist ein Rastsystem vorgesehen, das aus einer um eine Achse 11 kippbaren Wippe 12, einem Rastmagneten 13, einer Feder 14 und einer kugelgelagerten Rastrolle 15 besteht, die in den Endstellungen des Ankers über, bzw. unter den Anker schnappt und diesen in den Endstellungen festhält. Auf die Rastrolle wird später nochmals eingegangen. Im Grundkörper kann eine nicht sichtbare Anschlußdose für einen Stecker vorgesehen sein.
Der Anker 10 betätigt über eine Betätigungsstange 16 und eine Stellschraube 17 ein Ventil 18 entgegen der Kraft einer Feder 19. Durch die Stellschraube 17 kann die Länge der Betätigungsstange 16 verändert werden. Sie dient der Einstellung des Ventilspiels bei der strichpunktiert gezeichneten Stellung des Ankers und dann geschlossenem Ventil 18. Die Feder 19 und die Vorspannung des Drehstabs 6 bilden die Federkräfte, die ohne Erregung eines Elektromagneten den Anker in die Zwischenstellung bringen.
In der Fig. 1 sind Maße I1 für die Ventillänge, I2 für die Ventilblockdicke, I3 für den Abstand der Achse des Drehstabs 6 vom Ventilblock und I4 für die Länge der Betätigungsstange 16 eingetragen.
Die Materialien, d. h. die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ventilblocks 20, des Ventils 18, der Betätigungsstange 16 und des Kastens la sind nun unter Berücksichtigung der Längen I1 bis I4 so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß bei geschlossenem Ventil 18 trotz unterschiedlicher Temperaturen jeweils nur ein geringes Ventilspiel auftritt.
In Fig. 2, die sich von Fig. 1 nur geringfügig unterscheidet, sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Es fehlt hier das Rastsystem; die Verstellschraube 17 ist mittels einer Ventilfeder 21 mit dem Ventilschaft 18 verbunden. Diese Feder ist eine Überhubfeder, die unterschiedliche Wege des Ankers und des Ventils in gewissem Umfang ausgleichen kann. Außerdem ist hier die oben erwähnte Anschlußdose 22 aufgezeichnet. Die Rückstellkraft des Systems wird hier in beiden Richtungen von der Torsionsfeder erledigt.
In Fig. 3 ist eine Höhenverstellmöglichkeit des Antriebs samt Federlagerung gegenüber dem Kasten la bzw. dem Zylinderblock dargestellt, sie besteht aus einer Schraube 30 und einer Tellerfeder 31.
Die Höhenverstellmöglichkeit dient der Ventilspieleinstellung. Bei gelösten Schrauben 5 wird durch Verdrehen der Mutter 30a der Schraube 30 der Grundkörper 1 mehr oder weniger stark gegen die Tellerfedern 31 gedrückt und damit der Abstand 13 (Fig 1) variiert.
Alternativ ist es auch möglich, daß zur Ventilspiel- oder Restluftspalteinstellung nur der obere Magnet verstellbar ist. Nach richtiger Ventilspieleinstellung bezogen auf einen entsprechenden Restluftspalt wird der Grundkörper 1 durch die Schrauben 5 an dem Kasten festgeschraubt.
Zur Verstellung nur des oberen Magneten kann sowohl der obengenannte Schraubmechanismus (30,30a) eingesetzt werden, als auch eine Konstruktion, bei der der Magnet, entsprechend der Ankerkonstruktion, mittels eines Hebels einseitig gelenkig um eine Achse drehverstellbar gelagert ist. Durch eine Verdrehung um diese Achse sind Restluftspalt und Ventilspiel einstellbar, da sich der relative Abstand zwischen den Polen der sich gegenüberliegenden Magnetjoche verändert.
Die Verstellung des Magneten erfolgt beispielsweise gegen eine Federspannung mittels eines exzentrischen Nocken oder über einen Schraubenmechanismus. Vorteilhafter Weise werden zur Gewährleistung einer dauerhaften Verstellung Konterelemente vorgesehen, die die Nocken- oder Schraubenelemente sichern.
In Fig. 4 ist eine Baueinheit mit zwei Antrieben für zwei Ventile 58a und 58b in einer um 90° (gegenüber Fig. 1 bis 3) gedrehten Sicht gezeigt. Der Grundkörper ist mit 41 bezeichnet, der durch die Schrauben 45 (entsprechend 5) am nicht gezeigten Kasten befestigt werden kann. Der Grundkörper 41 trägt zwei Trägerplatten 42 und 43, an denen je ein Drehstab 46 und 47 befestigt ist. Die Trägerplatten können durch Nieten oder Schrauben am Grundkörper 41 befestigt sein. Die Befestigung des Drehstabs in der Trägerplatte kann durch eine formschlüssige Verbindung bewirkt werden, z.B. kann ein mit dem Drehstab verbundener Vierkant oder eine Verzahnung in der Trägerplatte eingeschrumpft sein. Auch kann eine Verschweißung z.B. Laserschweißung verwendet werden. Die Verbindung von den Drehstäben zu den Ankerhebeln 49 kann in gleicher Weise erfolgen. Zum Verschweißen mit dem Drehstab kann in dem Ankerhebel eine Metallbuchse eingeschrumpft sein. Zu erkennen sind hier auch die Stützlager 50 für die freien Enden der Drehstäbe 46 und 47, die insbesondere als Nadellager ausgebildet sind. Die Ventile 58 sind auch hier über eine Überhubfeder angekoppelt. Eine Gewindemutter 59 und eine Spindel 60 dienen der Ventileinstellung.
Zur Betätigung eines großen Ventils (z.B. bei 3-Ventil-Motoren) können die Betätigungsstangen 60 zweier benachbarter Antriebe auf einen Ventilschaft 61 einwirken (Fig. 5).
In Fig. 6 ist ein Zylinder 7 eines Verbrennungsmotors gezeigt, dessen Kolben 72 sich gerade in der oberen Stellung befindet. Es sind ein Einlaßventil 73 und ein Auslaßventil 74 gezeigt, die im Zylinderkopf 75 geführt sind. Die Ventile 73 und 74 werden durch elektromagnetische Antriebe angetrieben, die in Kasten 76 und 77 untergebracht sind. Diese sind durch nicht gezeigte Schrauben auf dem Zylinderkopf 75 aufgeschraubt. Die Antriebe weisen, wie oben gezeigt, zwei Elektromagnete und einen an einem Drehstab über ein Verbindungsteil gelagerten Anker auf. Der Drehstab ist derart bemessen, daß sich der Anker ohne Ansteuerung eines Elektromagneten in eine Zwischenstellung einstellt. An dem Verbindungsteil ist eine Betätigungsstange 78 bzw. 79 befestigt, die über eine Überhubfeder 80 bzw. 81 mit dem Ventilschaft 73 bzw. 74 verbunden ist. Die Überhubfedern 80 und 81 stellen im Normalfall eine starre Ankopplung des Ventilschafts an die Betätigungsstange 78 bzw. 79 dar. Nur wenn der Anker einen größeren Hub ausführt als das Ventil mitmachen kann, tritt die Federwirkung ein.
Die Betätigungsstange einschließlich der Überhubfeder ragen hier aus dem Kastenboden heraus. Zum besseren Schutz werden die Teile jedoch vorzugsweise nicht aus dem Kasten herausragen. Die Verbindung zwischen Überhubfeder und Ventilschaft ist lösbar: z.B. weisen die Überhubfedern 80 und 81 einen Schlitz auf , der bei der Montage in eine Rille des Ventilschafts eingeschoben wird. Aus Wärmeausdehnungsgründen wird die Betätigungsstange 78 bzw. 79 vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Mit 82 ist eine Zündkerze bezeichnet. Diese könnte auch in einem der Kästen untergebracht sein.
Für die beiden Kästen 76 und 77 ist ein gemeinsamer Deckel 83 vorgesehen, in den das Saugrohr 84 des Zylinders 71 integriert ist. An der unteren Wand 84a des Saugrohrs 84 ist die Elektronik 85 der Antriebseinheit, z. B. auch für mehrere Antriebe befestigt. Sie ist durch eine Wärmeisolation 86 gegenüber dem eigentlichen Antrieb wärmeisoliert. Kühlkörper 87 der Elektronik ragen in das Saugrohr hinein und werden so von der relativ kühlen Ansaugluft bestens gekühlt. Deckel 83 und Elektronik 84 und Kühlkörper 87 können durch eine gemeinsame Schraube 88 befestigt sein. Im Deckel 83 kann eine öffen - und verschließbare Klappe 79 integriert sein, um abwechselnd einen Resonanzsaugrohr - oder Schwingsaugrohrbetrieb zu ermöglichen.
In Fig. 7, die im wesentlichen mit der linken Hälfte der Fig. 6 übereinstimmt, ist der Drehstab 90 im Kasten 91 gezeigt. Am Drehstab ist über ein Verbindungsteil 92 ein Anker 93 eines Elektromagneten gezeigt, der durch zwei nicht gezeigte Magnete auf- und abbewegt werden kann. Hier sind auch die Schrauben 94 gezeigt, mit denen der Kasten 91 am Zylinderkopf befestigt ist. An dem Verbindungsteil 92 ist nicht sichtbar die Betätigungsstange 95 ( entspricht 16 der Fig. 1) befestigt. An ihr ist auch der Träger 96 befestigt, der Teil eines Hubsensors 97 ( z. B. Hall-Sensor) ist.
Fig. 7 zeigt auch ein Zentrierteil 98 und im Zylinderblock eine Gehäusezentrierung 99. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die Ventilankopplung mittels der Überhubmutter zentriert und im Ventil einrastet. Auch ist hier eine Rasteinrichtung 100 vorgesehen, die um den Punkt 101 verdrehbar ist. Sie dient als Montagehilfe. Auch ist hier die Abdichtung 102 zwischen Kasten und Deckel erkennbar.
Wenn von einer Unterbringung in einem Kasten die Rede ist, so ist hierunter auch zu verstehen, daß der Kasten erst bei der Montage auf dem Zylinderblock aus verschiedenen Teilen entsteht.
Durch die Integration des Saugrohres in den Deckel des Kastens werden Kosten und Gewicht eingespart. Durch die wenigstens teilweise Unterbringung der Elektronik der Antriebseinheit oder zumindest deren Kühlkörper im relativ kühlen Saugrohr einerseits und der Isolierung der Elektronik, wird die Elektronik einer nur geringen Wärmebelastung ausgesetzt, was zu einer wesentlich verringerten Ausfallrate der Elektronikbauteile führt. (Arrhenius-Gesetz).
Es läßt sich hier relativ einfach ein Schaltsaugrohr mit Steuereinrichtung integrieren.
Die elektrische Verbindung (Kontaktierung) der Magnetspulen mit der Elektronik ist bei dieser Anordnung der Elektronik sehr einfach auszuführen, da alle Kontakte mit der Leiterplatte verbunden werden können. Auch können die Hubsensoren in der Elektronik (auf der Platine) untergebracht werden. Die mögliche Unterbringung der Zündkerzen in dem Kasten bedeutet eine "trockene" Unterbringung, wodurch sich der Isolationsaufwand und die benötigte Zündenerqie verringert.

Claims (33)

  1. Elektromagnetischer Antrieb (2,3,10) mit zwei Elektromagneten (2,3), insbesondere deren Polflächen wenigstens teilweise einander zugewandt sind und mit einem zwischen diesen Polflächen hin- und herbewegbaren Anker (10), der bei abgeschalteten Magneten (2,3) durch Federkräfte (6,7) in eine Zwischenstellung gebracht und dort gehalten wird und bei Einschalten eines der Elektromagnete (2,3) in eine Endstellung in der Nähe der Polflächen des entsprechenden Elektromagneten (2,3) gebracht wird, wobei der Anker (10) mittels einer Torsionsfeder (6) gelagert ist, die die Federkräfte zumindest teilweise erzeugt, und auf ein anzutreibendes Teil (18) einwirkt und wenigstens ein Antrieb (2,3,10) samt Lagerung (6) zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist, und diese Baueinheit auf einem Bauteil (20) befestigt ist, das das anzutreibende Teil (18) enthält dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Baueinheiten auf einem Halte- oder Trägerelement (la), insbesondere in einem weitgehend geschlossenen Kasten, untergebracht sind und daß dieses Halte- oder Trägerelement (1a) auf dem Bauteil (20) befestigt ist.
  2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit zwei Antriebe (2,3,10) umfaßt, die auf einem gemeinsamen Grundkörper (1) montiert sind.
  3. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit die beiden Antriebe (2,3,10) samt Lagerung (6, 7) umfaßt.
  4. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (2,3) mittels Schrauben (4) oder Nieten, am Grundkörper (1) befestigt sind, und die Restluftspalteinstellung durch Justage des Magnetsystemes vor der Befestigung erfolgt.
  5. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfedern (6, 7) auf annähernd gleicher Höhe nebeneinander oder untereinander angeordnet sind.
  6. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfedern (6, 7) im Grundkörper (1) abgestützt und gelagert sind.
  7. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Steckverbinderanschluß 21 aufweist und als überprüfbare Einheit ausgebildet ist. (Fig. 2)
  8. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die einzelnen Antriebe zum Antreiben je eines Ventils eines Verbrennungsmotors dienen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilspieleinstellschraube (17) vorgesehen ist, zur Einstellung des Ventilspiels.
  9. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die einzelnen Antriebe zum Antreiben je eines Ventils eines Verbrennungsmotors dienen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ventilspieleinstellung jede Baueinheit mittels einer Verstelleinrichtung (30, 30a) verstellbar ist.
  10. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ventilspiel- oder Restluftspalteinstellung der obere Magnet (3) verstellbar ist.
  11. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet, insbesondere über einen Hebel als Verbindungselement, einseitig gelenkig um eine Achse drehverstellbar gelagert ist.
  12. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet über einen Nocken- oder Schraubenmechanismus um die Achse drehverstellbar ist.
  13. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Wicklungen (20) der Elektromagnete mit dem Grundkörper (1) in Berührung stehen.
  14. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebe ein Ventil antreiben (Fig. 5).
  15. Elektromagnetischer Antrieb nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (46, 47) an einem Ende in eine Trägerplatte (42, 43) eingespannt ist und am freien Ende mit einem eine Verbindung zum Anker (10) bildenden Ankerhebel (49) verbunden ist und daß die Trägerplatte (42, 43), die Torsionsfeder (46, 47) und der Ankerhebel (49) eine Montageeinheit bilden, die in der Baueinheit kraft- oder formschlüssig befestigt ist.
  16. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Torsionsfeder (46, 47) eine Abstützlagerung (50) aufweist.
  17. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützlagerung ein Nadellager ist.
  18. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder (46, 47) mit der Trägerplatte (42, 43) und dem Ankerhebel verschweißt ist.
  19. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfeder durch entsprechendes Profil über form- oder kraftschlüssige Verbindungen mit der Trägerplatte und dem Ankerhebel verbunden sind.
  20. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgestaltungen und die Materialien des Ventilblocks, des Ventils (18) und des Betätigungsglieds (16) derart gewählt sind, daß in der Schließstellung des Ventils (18), bei unterschiedlichen Motortemperaturen ein möglichst geringer Einfluß auf den Ankerhub oder das Ventilspiel auftritt.
  21. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkräfte durch einen Torsionsstab (6) und eine Druckfeder (19) am Ventil erzeugt werden. (Fig. 1)
  22. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Antriebe auf ein Ventil wirken.
  23. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- oder Trägerelement, insbesondere der Kasten (la; 6, 7) mit seinem Boden auf dem Zylinderkopf (20; 75) aufgesetzt und mit ihm verbunden ist.
  24. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (6, 7) einen Deckel (73) aufweist, und daß in diesem das Saugrohr (84) eines Zylinders (71) des Verbrennungsmotors integriert ist.
  25. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (85) der Antriebseinheit wenigstens teilweise im Saugrohr (84) angeordnet ist.
  26. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlkörper (87) der Elektronik (85) der Antriebseinheit in das Saugrohr (84) hineinragen.
  27. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (85) gegenüber den Antrieben wärmeisoliert ist. (Isolation 86)
  28. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zündkerze in dem Kasten untergebracht ist.
  29. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsglieder (16, 78,79) aus Aluminium bestehen.
  30. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil eine Rasteinrichtung (100) als Montagehilfe aufweist.
  31. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 30 dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (76, 77) ein Zentrierteil (98) aufweist und im Zylinderblock eine Zentrierung (99) für den Kasten (76, 77) vorgesehen ist.
  32. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß in der Deckeleinheit (83) ein Schaltsaugrohr (89) mit Steuereinheit integriert ist.
  33. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckeleinheit (83) mit Schrauben (88) mit dem abgedichteten Kasten verbunden ist.
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