EP0971100A1 - Magnetische Abschirmung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung - Google Patents

Magnetische Abschirmung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung Download PDF

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EP0971100A1 EP19990112531 EP99112531A EP0971100A1 EP 0971100 A1 EP0971100 A1 EP 0971100A1 EP 19990112531 EP19990112531 EP 19990112531 EP 99112531 A EP99112531 A EP 99112531A EP 0971100 A1 EP0971100 A1 EP 0971100A1
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    • Y10T137/8225—Position or extent of motion indicator
    • Y10T137/8242—Electrical

Definitions

  • the invention relates to an actuator for electromagnetic valve control with a device for determining the position of the anchor plate, the Device consists of a magnetic field sensor and a magnetic field transmitter.
  • actuators for electromagnetic valve control are known for example from US 4,957,074.
  • an actuator for electromagnetic valve control from the opening magnet and the closing magnet which by at least a component made of a non-ferromagnetic material separated from each other are.
  • This component can be formed, for example, by a housing part become.
  • the anchor plate made of a ferromagnetic material, by energizing the excitation coil of the opening magnet or the excitation coil of the closer magnet is moved in the respective direction.
  • the Yoke of the opening magnet has a bushing for a plunger the forces acting on the anchor plate on at least one gas exchange valve transmits.
  • the actuator can for example be designed so that the actuator spring on the the side of the actuator opposite the gas exchange valve on the outside of the closer magnet is arranged.
  • This is an extension of Tappet arranged a push rod having an actuator spring plate, which is supported by a bushing in the yoke of the closer magnet.
  • the yoke of the closer magnet has a passage for the push rod surrounding, forming a wall in the one Internal thread is incorporated.
  • a Screw cap screwed in which together with the wall creates a cavity forms in which the actuator spring resting on the actuator spring plate is arranged.
  • the pretension can be adjusted by turning the screw cap the actuator spring can be changed, which is the rest position of the anchor plate is adjustable.
  • An actuator forms a functional unit with a gas exchange valve, whereby the gas exchange valve, corresponding to a conventional cylinder head with camshafts, by means of a valve spring and a valve spring plate in the valve seat of the cylinder head is pulled.
  • the anchor plate is in the rest position of the functional unit exactly in the middle between the opening magnet and the closing magnet, wherein the valve spring and the actuator spring are biased.
  • the valve plate the gas exchange valve is in the middle position between the valve seat of the cylinder head at which the gas exchange valve is closed and the position in which the gas exchange valve is opened to the maximum.
  • Actuator a device for determining the position of the anchor plate, the a signal proportional to the position of the anchor plate to one of the actuators transmit assigned control electronics.
  • the device is, for example from a fixed, attached to the yoke of the closer magnet Magnetic field sensor, and one attached to the oscillating push rod Magnetic field transmitter.
  • the control electronics calculate for regulation the flight behavior of the anchor plate based on the signal of the magnetic field sensor the required current and the times at which the opening magnet and the closing magnet can be switched.
  • the magnetic field sensors sense the field strength of one of the oscillating ones Components of the actuator attached magnetic field encoder.
  • Such Device for determining the position is from the above US 4,957,074 known.
  • the disadvantage of this device for determining the position of the anchor plate consists in the fact that the field line course of the magnetic field generator from the metallic, partly oscillating components of the actuator, for example the actuator spring is influenced.
  • the invention has for its object an actuator for electromagnetic Valve control with a magnetic field sensor and a magnetic field transmitter having device for determining the position of the anchor plate specify the field line of the magnetic field encoder not of the metallic, possibly oscillating, components of the actuator is influenced.
  • the magnetic field sensor and the magnetic field transmitter are surrounded by a magnetic shield. Due to the magnetic shielding, the magnetic field sensor only senses the field strength dependent on the distance to the magnetic field transmitter Magnetic field sensor.
  • the magnetic shield preferably consists of a material with soft magnetic properties, creating the field lines in the magnetic Shielding.
  • the push rod is attached to the magnetic field encoder. It points the closer magnet is a wall surrounding the bushing forming with an internal thread in which a screw cap is screwed in. Between the actuator spring plate and the screw cap an actuator spring is arranged. As a magnetic shield is between the actuator spring and the push rod on which the magnetic field encoder is attached, a metallic sleeve is arranged, the magnetic field sensor, which is fixed to the closer magnet, between the Metallic sleeve and the push rod arranged in the magnetic field encoder is.
  • the magnetic shield formed as a metallic sleeve is a component of the screw cap, where appropriate the entire screw cap is made of a material with soft magnetic properties.
  • the magnetic field sensor is screwed into the screw cap with a holding device.
  • the magnetic field sensor as an analog Hall sensor and the magnetic field sensor as a permanent magnet is trained.
  • the following is an actuator for electromagnetic valve control one having a magnetic field sensor and a magnetic field transmitter Device for determining the position of the anchor plate by a magnetic Shield is surrounded, based on an embodiment shown and explained in connection with a figure.
  • FIG. 1 is an actuator for electromagnetic valve control with a Device for determining the position of the anchor plate AP shown, the from a magnetic field sensor MS, which is designed as an analog Hall sensor, and a magnetic field generator MG, which is designed as a permanent magnet, consists.
  • the actuator consists of the yoke of the opening magnet ⁇ M and the yoke of the Closing magnet SM, made by two from a non-ferromagnetic Material spacers DS are separated from each other. Between the spacers DS oscillates the anchor plate AP, on which the plunger S attached, which the forces acting on the anchor plate AP via a Execution in the yoke of the opening magnet ⁇ M on a gas exchange valve transmits.
  • the actuator spring AF is in a radial symmetry around the bushing the push rod SS formed, forming a wall of the yoke of the closer magnet SM.
  • the wall points to the Inside a thread into which a screw cap SD is screwed. The prestressing of the actuator spring AF be changed, whereby the rest position of the anchor plate AP is adjustable.
  • the screw cap SD has a central recess in the middle which also has an internal thread.
  • the recess is tubular extended. This tubular extension forms the metallic one Magnetic shield MA designed for the sleeve at the end the push rod SS attached permanent magnet MG.
  • the screw cap SD and the metallic sleeve MA are made in one piece, which is why the Whole screw cap SD made of a material with soft magnetic properties is made.
  • the analog Hall sensor MS can be adjusted in its position to the permanent magnet MG. This adjustment is necessary if the middle position of the anchor plate through the Twisting the screw cap SD was changed, which also changes the Position of the analog Hall sensor to the permanent magnet MG changed.
  • the electrical device not shown, also takes place via the holding device HV Wiring of the analog Hall sensor MS.
  • the magnetic shield MA which is designed as a metallic sleeve, which is part of the screw cap SD, senses the analog Hall sensor MS only the distance between the analog Hall sensor and the Permanent magnet MG dependent magnetic field strength of the permanent magnet MG, whereby a control unit assigned to the actuators Undistorted signal proportional to the position of the anchor plate AP Available.

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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. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, wobei die Vorrichtung aus einem Magnetfeldsensor und einem Magnetfeldgeber besteht. 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 getrennt sind. Dieses Bauteil kann beispielsweise durch ein Gehäuseteil gebildet werden. Zwischen dem Öffnermagnet und dem Schließermagnet befindet sich die aus einem ferromagnetischen Material bestehende Ankerplatte, die durch Bestromen der Erregerspule des Öffnermagneten oder der Erregerspule 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 Gaswechselventil überträgt.
Der Aktor kann beispielsweise so ausgeführt sein, daß die Aktorfeder auf der dem Gaswechselventil entgegengesetzten Seite des Aktors an der Außenseite 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 Schubstange 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 Hohlraum 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 Ankerplatte 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 Gaswechselventils, 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 Schließermagnet zum exakt richtigen Zeitpunkt mit einer genau bemessenen Stromstärke 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 beispielsweise aus einem ortsfesten, am Joch des Schließermagneten befestigten Magnetfeldsensor, und einem an der oszillierenden Schubstange angebrachten Magnetfeldgeber. Die Steuerelektronik berechnet zur Regelung des Flugverhaltens der Ankerplatte auf Basis des Signals des Magnetfeldsensors die erforderliche Stromstärke sowie die Zeitpunkte, an denen der Öffnermagnet und der Schließermagnet geschaltet werden.
Die Magnetfeldsensoren sensieren die Feldstärke des an einem der oszillierenden Bestandteile des Aktors angebrachten Magnetfeldgebers. Eine derartige 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, beispielsweise der Aktorfeder, beeinflußt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisenden Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte 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 Patentanspruchs 1 gelöst, wobei der Magnetfeldsensor und der Magnetfeldgeber von einer magnetischen Abschirmung umgeben sind. Durch die magnetische Abschirmung sensiert der Magnetfeldsensor ausschließlich die vom Abstand zum Magnetfeldgeber abhängige Feldstärke des Magnetfeldgebers.
Die magnetische Abschirmung besteht vorzugsweise aus einem Material mit weichmagnetischen Eigenschaften, wodurch die Feldlinien in der magnetischen Abschirmung geführt werden.
Am der Ankerplatte entgegengesetzten Ende der einen Aktorfederteller aufweisenden 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 zwischen der Aktorfeder und der Schubstange, an der der Magnetfeldgeber befestigt ist, eine metallische Hülse angeordnet, wobei der Magnetfeldsensor, der ortsfest mit dem Schließermagnet verbunden ist, zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange bei dem Magnetfeldgeber angeordnet 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 weichmagnetischen 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 Magnetfeldsensor als analoger Hallsensor und der Magnetfeldgeber als Permanentmagnet ausgebildet ist.
Im folgenden wird ein Aktor zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer einen Magnetfeldsensor und einen Magnetfeldgeber aufweisenden Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, die von einer magnetischen Abschirmung umgeben ist, anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert.
Es zeigt:
Figur
die schematische Darstellung eines Aktors zur elektromagnetischen Ventilsteuerung mit einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Ankerplatte, die von einer magnetischen Abschirmung 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. Zwischen 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 Schubstange SS auf, die in einer Durchführung in dem Joch des Schließermagneten SM gelagert ist, und die die auf die Ankerplatte AP einwirkenden Kräfte auf die Aktorfeder AF überträgt. Dazu ist an dem der Ankerplatte AP entgegengesetzten Ende der Schubstange SS ein Aktorfederteller AFT ausgearbeitet, auf dem die Aktorfeder AF aufliegt, und über den die Aktorfeder AF die Schubstange SS gegen die Ankerplatte AP preßt. Auf der Seite des Aktorfedertellers AFT ist in der Schubstange SS ein axiales Innengewinde eingearbeitet, in das ein Magnethalter MH zur Aufnahme des Permanentmagneten MG eingeschraubt wird.
Die Aktorfeder AF befindet sich in einer radialsymmetrisch um die Durchführung der Schubstange SS ausgebildeten, eine Wandung bildende Ausformung 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 rohrartig verlängert ausgeführt. Diese rohrartige Verlängerung bildet die als metallische 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 weichmagnetischen Eigenschaften 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 elektrische 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 Permanentmagneten 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 Magnetfeldgeber (MG) aufweisenden 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 weichmagnetischen Eigenschaften besteht.
  3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ankerplatte (AP) ein Stößel (S) angebracht ist, daß in Verlängerung des Stößels (S) eine mit der Ankerplatte (AP) oszillierende, einen Aktorfederteller (AFT) aufweisende Schubstange (SS) angeordnet ist, an der der Permanentmagnet (MG) befestigt ist, und die in einer Durchführung im Schließermagnet (SM) gelagert ist, daß der Schließermagnet (SM) eine die Durchführung umgebende, eine Wandung bildende Ausformung mit einem 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 metallische Hülse angeordnet ist, und daß zwischen der metallischen Hülse und der Schubstange (SS) bei dem Magnetfeldgeber (MG) der Magnetfeldsensor (MS) angeordnet ist, der ortsfest mit dem Schließermagnet (SM) verbunden 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 Magnetfeldsensor (MS) mit einer Haltevorrichtung in den Schraubdeckel (SD) eingeschraubt ist.
  6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (MS) ein analoger Hallsensor ist und der Magnetfeldgeber (MG) ein Permanentmagnet ist.
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