EP1375845A1 - Cam shaft less valve actuator with position signal device for valve stem - Google Patents

Cam shaft less valve actuator with position signal device for valve stem Download PDF

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EP1375845A1
EP1375845A1 EP03011134A EP03011134A EP1375845A1 EP 1375845 A1 EP1375845 A1 EP 1375845A1 EP 03011134 A EP03011134 A EP 03011134A EP 03011134 A EP03011134 A EP 03011134A EP 1375845 A1 EP1375845 A1 EP 1375845A1
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EP
European Patent Office
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plunger
target
actuator
assembly according
connecting layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03011134A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Petra Klingenbrunn
Vinh Nguyen
Ewald Jördens
Walter Strzoda
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TRW Deutschland GmbH
Original Assignee
TRW Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • F01L2009/2167—Sensing means
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    • 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
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism

Definitions

  • the invention relates to an assembly consisting of an oscillating moving plunger and a target attached to the outer periphery of the plunger for generating position signals, the target in a circumferential groove in the Tappet added and manufactured by means of soldering or gluing Connection layer is connected to the plunger.
  • the invention further relates to a camshaft-less actuator containing the assembly for actuation of a lift valve of an internal combustion engine.
  • the camshaftless valve trains are often electromagnetic Actuators. So that the plunger can be positioned exactly, it is necessary to determine its position as precisely as possible. So-called targets are used for this the plungers provided, the positions of which are designed accordingly Sensors can be determined. So far, so-called Copper targets used. For this purpose, a groove in the ram is filled with copper. Then the plunger is usually machined on the outside so that the Copper-filled area without a step into the adjacent outer surface of the plunger transforms.
  • an actuator in which The outer circumference of the plunger is at least simply slotted, as a separate, Prefabricated part trained target ring is attached, which is made of one material Fe-based or made of a ferritic material and in one on the plunger formed circumferential groove is inserted.
  • a target ring based on Fe or consists of a ferritic material a sensor can be used that works with lower frequencies than with a target made of copper.
  • the invention provides an actuator that operates largely without interference signals, which enables an exact position determination by the assigned sensor and thus the life of the valve train via improved control elevated.
  • an assembly is provided according to the invention, which consists of a oscillating plunger and one on the outer periphery of the plunger fixed target for generating position signals, especially for a camshaftless actuator of an internal combustion engine, the target in a circumferential groove in the plunger and by means of soldering or Adhesive connection layer produced is connected to the plunger, and the is characterized in that the connection layer to the mechanical Decoupling of the plunger and the target is designed to be force-isolating.
  • connection layer is achieved by vibrations and other external forces occurring no longer from the ram to the Target transferred but already taken up by the connection layer and be absorbed.
  • the occurrence of interference signals by a time-dependent change of the magnetic properties of the target safely prevented and the target mechanically and magnetically decoupled from the plunger.
  • the force-insulating design of the connection layer is preferred thereby achieves that the connecting layer has a porosity, the porosity, measured as the ratio between pore volume and sample volume, preferred is at least about 10%, particularly preferably at least about 30%. Due to the porosity introduced into the connection layer, in particular simply increases the elasticity of the layer and a vibration-damping effect can be achieved.
  • the introduction of a porosity into the connection layer for example, by using Blowing agents or sacrificial materials during the manufacture of the solder or Adhesive connection, as in principle in the manufacture of Foams is known.
  • the assembly according to the invention particularly preferably has a Connection layer on which the target against the transmission of train and Compressive stresses isolated.
  • the invention also relates to a camshaftless actuator for Actuation of a lift valve of an internal combustion engine, with an oscillating one moved, coupled to the stroke valve tappet, the inventive Contains assembly.
  • the actuator is preferably an electromagnetic one Actuator with one or two coils.
  • the plunger forms the anchor shaft. This actuates the valve stem and is coupled to the valve stem or possibly even connected in one piece.
  • a sensor can be located in the actuator near the preferably ring-shaped target be provided, the location, speed or acceleration of the Target rings and thus the ram detected.
  • the target ring can consist of two or more in a known manner adjacent ring segments, preferably circular ring segments, be composed, which can form separate, prefabricated parts.
  • This Embodiment offers the advantage that the target ring is not when fastening must be elastically deformed, but that the segments from radially outside of the seat on the plunger is simply inserted into the circumferential groove and by means of the solder or adhesive connection can be attached.
  • the target preferably consists of a ferritic iron alloy, steel or another ferritic material, such as that from DE 201 15 060 U1 is known.
  • ferritic alloys allows the exact Position determination and thus increases the signal accuracy.
  • the plunger or Anchor shaft can be made of non-magnetic, martensitic or austenitic Materials or alloys are formed. Because of their stability and Austenitic alloys are particularly preferred for mechanical strength.
  • the invention provides an actuator with one by mechanical and magnetic decoupling target free of interference, by the signal quality and the accuracy of the position determination clearly can be increased.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 in the region of the cylinder head shown, in which the lift valve 12 by a camshaft-less valve train in Form of an electromagnetic actuator 14 is actuated.
  • the actuator 14 comprises two electromagnets 16, 18 through which an armature or, more generally said a plunger 20 extends at its lower end with the Lift valve stem 22 is connected so that the axial, oscillating movement of the Tappet 20 immediately corresponding movement of the lift valve 12th causes.
  • the axial movement of the plunger 20 is to be path-controlled, which is why the position of the plunger must be determined as precisely and quickly as possible.
  • a sensor 24 surrounding the plunger is for determining the position of the plunger 20 provided. Radially inward of the sensor 24 is a target ring 26 in one Circumferential groove 27 fastened in the plunger 20 without play and gap. The sensor 24 determines the position of the target ring 26 and thus the plunger 20 and Lift valve 22.
  • the target ring 26 is preferably made of an iron alloy, steel or a ferritic material formed. Alternatively, conventional ones can also be used Copper targets are used. In the embodiment shown, the Target ring is a separate, prefabricated part that can be glued or attached to the ram Soldering is attached.
  • the plunger or anchor shaft 20 preferably consists of a austenitic alloy. But it can also be martensitic or non-magnetic Materials are used.
  • the geometry of the target ring 26 and that of the target ring Circumferential groove 27 can be freely selected, as is the case, for example, in DE 201 15 060 U1 is described.
  • the target ring 26 preferably consists of two or more Ring segments that simply from the radially outside on the plunger, more precisely in the circumferential groove forming sections of the outer circumference are used.
  • the Segments, more precisely cylinder half shells, are in the circumferential groove and if necessary also attached to each other by soldering or gluing.
  • the Dimensions of the segments are matched to that of the circumferential groove, so that as radially and circumferentially as possible no gap or between the segments Shock occurs.
  • plunger or anchor shaft 20 and target ring 26 is in the figure 2 shown in detail. It can be seen in particular that the plunger 20 and the in the circumferential groove 27 in the ram inserted target ring 26 by means of a soldering or bonding layer 40 produced by adhesive bonding.
  • the connecting layer 40 is for the mechanical decoupling of the plunger 20 and of the target ring 26 is designed to be force-isolating. This means that the Connection layer 40 in particular that caused by vibrations of the plunger caused compressive and tensile stresses, which are no longer be transferred to the target ring 26.
  • connection layer 40 is one porous solder joint with a porosity of at least 10%, measured as Pore volume in relation to the volume of the sample.
  • the solder joint can by soldering the plunger 20 and the target ring 26 with conventional, mostly silver-containing high-temperature solders are produced that additionally Contain sacrificial materials or propellants to create porosity. about the proportion of the sacrificial materials or the blowing agents can be the porosity of the connection layer can be set in a targeted manner, with the porosity should be at least 10%. Below this limit is the force isolating one Effect of the connection layer is no longer guaranteed.
  • connection layer 40 is at least 30%, which makes the Elasticity of the connection layer and its vibration-damping effect can also be increased.
  • connection layer made of an elastomer, i.e. a plastic Rubber elasticity. It is also conceivable for gluing the Tappet 20 and the target 26 to use a foam, for example based on polyurethane, which creates a porous, closed-cell or can form open-cell connection layer 40.
  • Test trials with the assembly according to the invention in one camshaftless valve train resulted in a significant reduction in Interference signals at the sensor and thus an improved accuracy of Determining the position of the ram. Ultimately, this will result in improved control of the valve train, which also increases the life of the component.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

An electromagnetic camshaft actuator (14) has a porous high temperature solder, foam or elastomer force isolating layer between the shaft (20) and a position, speed and acceleration recording sensor (24) magnetic target (26) fitted around the shaft. An Independent claim is made for a shaft-less cam.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe bestehend aus einem oszillierend bewegten Stößel und einem auf dem Außenumfang des Stößels befestigten Target zur Erzeugung von Positionssignalen, wobei das Target in einer Umfangsnut im Stößel aufgenommen und mittels einer durch Löten oder Kleben hergestellten Verbindungsschicht mit dem Stößel verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung einen die Baugruppe enthaltenden nockenwellenlosen Aktuator zur Betätigung eines Hubventils einer Brennkraftmaschine.The invention relates to an assembly consisting of an oscillating moving plunger and a target attached to the outer periphery of the plunger for generating position signals, the target in a circumferential groove in the Tappet added and manufactured by means of soldering or gluing Connection layer is connected to the plunger. The invention further relates to a camshaft-less actuator containing the assembly for actuation of a lift valve of an internal combustion engine.

Häufig sind die nockenwellenlosen Ventiltriebe elektromagnetische Aktuatoren. Damit der Stößel exakt positioniert werden kann, ist es erforderlich, seine Lage möglichst exakt zu bestimmen. Hierzu werden sogenannte Targets an den Stößeln vorgesehen, deren Positionen mittels entsprechend ausgelegter Sensoren bestimmt werden können. Bislang werden hauptsächlich sogenannte Kupfertargets verwendet. Dazu wird eine Nut im Stößel mit Kupfer gefüllt. Anschließend wird der Stößel üblicherweise außenseitig bearbeitet, damit der mit Kupfer gefüllte Bereich absatzlos in die angrenzende Außenfläche des Stößels übergeht.The camshaftless valve trains are often electromagnetic Actuators. So that the plunger can be positioned exactly, it is necessary to determine its position as precisely as possible. So-called targets are used for this the plungers provided, the positions of which are designed accordingly Sensors can be determined. So far, so-called Copper targets used. For this purpose, a groove in the ram is filled with copper. Then the plunger is usually machined on the outside so that the Copper-filled area without a step into the adjacent outer surface of the plunger transforms.

Aus der DE 201 15 060 U1 ist ein Aktuator bekannt, bei dem auf dem Außenumfang des Stößels ein wenigstens einfach geschlitzter, als separates, vorgefertigtes Teil ausgebildeter Targetring befestigt ist, der aus einem Werkstoff auf Fe-Basis oder aus einem ferritischen Werkstoff besteht und in eine am Stößel gebildete Umfangsnut eingelegt ist. Durch einen Targetring, der auf Fe-Basis oder aus einem ferritischen Werkstoff besteht, kann ein Sensor verwendet werden, der mit niedrigeren Frequenzen als bei einem Target aus Kupfer arbeitet.From DE 201 15 060 U1 an actuator is known in which The outer circumference of the plunger is at least simply slotted, as a separate, Prefabricated part trained target ring is attached, which is made of one material Fe-based or made of a ferritic material and in one on the plunger formed circumferential groove is inserted. Through a target ring based on Fe or consists of a ferritic material, a sensor can be used that works with lower frequencies than with a target made of copper.

Durch die Verwendung von niedrigeren Frequenzen zur Positionsbestimmung des Stößels ist allerdings auch die Empfindlichkeit der Sensoren gegenüber Störsignalen größer. Untersuchungen haben ergeben, daß die schnelle oszillierende Bewegung der Stößel zu Abknickschwingungen führt, die insbesondere im dem durch die Umfangsnut ohnehin mechanisch geschwächten Targetbereich auftreten. Durch die Abknickschwingungen werden Druck- und Zugspannungen vom Stößel auf das Target übertragen, die die magnetischen Eigenschaften des Targets zeitabhängig ändern und so zu Störsignalen führen.By using lower frequencies for position determination of the plunger is also the sensitivity of the sensors Interference signals larger. Studies have shown that the rapid oscillating movement of the plunger leads to buckling vibrations especially in the one that is already mechanically weakened by the circumferential groove Target area occur. The bending vibrations cause pressure and Tensile stresses are transferred from the plunger to the target, which the magnetic Change the properties of the target as a function of time and thus lead to interference signals.

Die Erfindung schafft einen weitgehend störsignalfrei arbeitenden Aktuator, der eine exakte Positionsbestimmung durch den zugeordneten Sensor ermöglicht und so über eine verbesserte Steuerung auch die Lebensdauer des Ventiltriebs erhöht. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Baugruppe bereitgestellt, die aus einem oszillierend bewegten Stößel und einem auf dem Außenumfang des Stößels befestigten Target zur Erzeugung von Positionssignalen besteht, insbesondere für einen nockenwellenlosen Aktuator einer Brennkraftmaschine, wobei das Target in einer Umfangsnut im Stößel aufgenommen und mittels einer durch Löten oder Kleben hergestellten Verbindungsschicht mit dem Stößel verbunden ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindungsschicht zur mechanischen Entkopplung des Stößels und des Targets kraftisolierend ausgebildet ist.The invention provides an actuator that operates largely without interference signals, which enables an exact position determination by the assigned sensor and thus the life of the valve train via improved control elevated. For this purpose, an assembly is provided according to the invention, which consists of a oscillating plunger and one on the outer periphery of the plunger fixed target for generating position signals, especially for a camshaftless actuator of an internal combustion engine, the target in a circumferential groove in the plunger and by means of soldering or Adhesive connection layer produced is connected to the plunger, and the is characterized in that the connection layer to the mechanical Decoupling of the plunger and the target is designed to be force-isolating.

Herkömmliche Löt- oder Klebeverbindungen zur Verbindung des Targets und des Stößels sind üblicherweise massive, harte und im wesentlichen unelastische Schichten, die keine Lasten aufnehmen können. Durch die kraftisolierende Ausbildung der Verbindungsschicht wird erreicht, daß die durch Schwingungen und sonstige äußere Einflüsse auftretenden Kräfte nicht mehr vom Stößel auf das Target übertragen sondern bereits von der Verbindungsschicht aufgenommen und absorbiert werden. Damit wird das Auftreten von Störsignalen durch eine zeitabhängige Änderung der magnetischen Eigenschaften des Targets sicher verhindert und das Target mechanisch und magnetisch vom Stößel entkoppelt.Conventional solder or adhesive connections for connecting the target and the Tappets are usually massive, hard and essentially inelastic Layers that cannot take loads. Due to the force isolating Formation of the connection layer is achieved by vibrations and other external forces occurring no longer from the ram to the Target transferred but already taken up by the connection layer and be absorbed. The occurrence of interference signals by a time-dependent change of the magnetic properties of the target safely prevented and the target mechanically and magnetically decoupled from the plunger.

Die kraftisolierende Ausbildung der Verbindungsschicht wird bevorzugt dadurch erreicht, daß die Verbindungsschicht eine Porosität aufweist, wobei die Porosität, gemessen als Verhältnis zwischen Porenvolumen und Probenvolumen, bevorzugt mindestens etwa 10 %, besonders bevorzugt mindestens etwa 30 %, beträgt. Durch die in die Verbindungsschicht eingebrachte Porosität kann in besonders einfacher Weise die Elastizität der Schicht erhöht und eine schwingungsdämpfende Wirkung erzielt werden. Das Einbringen einer Porosität in die Verbindungsschicht kann beispielsweise durch die Verwendung von Treibmitteln oder Opfermaterialien während der Herstellung der Löt- oder Klebeverbindung erfolgen, wie dies im Prinzip bei der Herstellung von Schaumstoffen bekannt ist.The force-insulating design of the connection layer is preferred thereby achieves that the connecting layer has a porosity, the porosity, measured as the ratio between pore volume and sample volume, preferred is at least about 10%, particularly preferably at least about 30%. Due to the porosity introduced into the connection layer, in particular simply increases the elasticity of the layer and a vibration-damping effect can be achieved. The introduction of a porosity into the connection layer, for example, by using Blowing agents or sacrificial materials during the manufacture of the solder or Adhesive connection, as in principle in the manufacture of Foams is known.

Besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Baugruppe eine Verbindungsschicht auf, die das Target gegen die Übertragung von Zug- und Druckspannungen isoliert.The assembly according to the invention particularly preferably has a Connection layer on which the target against the transmission of train and Compressive stresses isolated.

Als Verbindungsschicht kann insbesondere ein bevorzugt silberhaltiges oder nickelhaltiges Hochtemperaturlot mit in das Lot eingebrachter Porosität verwendet werden, wobei der Lötbereich bevorzugt zwischen 900°C und 1100°C liegt. Besonders bevorzugt ist ein Lot auf der Grundlage von Ni, mit weiteren Anteilen an Cu, Cr und P. Mit dieser Lotverbindung wird eine besonders haltbare und haftfeste Verbindung zwischen dem Stößel und dem Target erreicht. Alternativ dazu ist die Verwendung einer aus einem Elastomer oder einem offen- bzw. geschlossenzelligen Schaumstoff gebildeten Klebeverbindung denkbar.A preferably silver-containing or Nickel-containing high-temperature solder with porosity introduced into the solder be used, the soldering range preferably between 900 ° C and 1100 ° C. lies. A solder based on Ni, with others, is particularly preferred Shares in Cu, Cr and P. This solder connection makes it particularly durable and a firm connection between the plunger and the target is achieved. Alternatively, the use of an elastomer or an open or closed-cell foam adhesive bond formed.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein nockenwellenloser Aktuator zur Betätigung eines Hubventils einer Brennkraftmaschine, mit einem oszillierend bewegten, mit dem Hubventil gekoppelten Stößel, der die erfindungsgemäße Baugruppe enthält. Vorzugsweise ist der Aktuator ein elektromagnetischer Aktuator mit einer oder zwei Spulen. Der Stößel bildet den Ankerschaft. Dieser betätigt den Ventilschaft und ist mit dem Ventilschaft gekoppelt oder gegebenenfalls sogar einstückig verbunden.The invention also relates to a camshaftless actuator for Actuation of a lift valve of an internal combustion engine, with an oscillating one moved, coupled to the stroke valve tappet, the inventive Contains assembly. The actuator is preferably an electromagnetic one Actuator with one or two coils. The plunger forms the anchor shaft. This actuates the valve stem and is coupled to the valve stem or possibly even connected in one piece.

In dem Aktuator kann nahe des bevorzugt ringförmigen Targets ein Sensor vorgesehen sein, der die Lage, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Targetrings und damit des Stößels erfasst.A sensor can be located in the actuator near the preferably ring-shaped target be provided, the location, speed or acceleration of the Target rings and thus the ram detected.

Der Targetring kann in bekannter Weise aus zwei oder mehr aneinandergrenzenden Ringsegmenten, vorzugsweise Kreisringsegmenten, zusammengesetzt sein, die separate, vorgefertigte Teile bilden können. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß der Targetring nicht beim Befestigen elastisch verformt werden muß, sondern daß die Segmente von radial außerhalb des Sitzes am Stößel einfach in die Umfangsnut eingelegt und mittels der Löt- oder Klebeverbindung befestigt werden können.The target ring can consist of two or more in a known manner adjacent ring segments, preferably circular ring segments, be composed, which can form separate, prefabricated parts. This Embodiment offers the advantage that the target ring is not when fastening must be elastically deformed, but that the segments from radially outside of the seat on the plunger is simply inserted into the circumferential groove and by means of the solder or adhesive connection can be attached.

Das Target besteht bevorzugt aus einer ferritischen Eisenlegierung, Stahl oder einem anderen ferritischen Material, wie dies beispielsweise aus der DE 201 15 060 U1 bekannt ist. Der Einsatz von ferritischen Legierungen erlaubt die genaue Positionsbestimmung und erhöht so die Signalgenauigkeit. Der Stößel bzw. Ankerschaft kann aus nicht-magnetischen, martensitischen oder austenitischen Werkstoffen bzw. Legierungen gebildet sein. Aufgrund ihrer Stabilität und mechanischen Belastbarkeit sind austenitische Legierungen besonders bevorzugt.The target preferably consists of a ferritic iron alloy, steel or another ferritic material, such as that from DE 201 15 060 U1 is known. The use of ferritic alloys allows the exact Position determination and thus increases the signal accuracy. The plunger or Anchor shaft can be made of non-magnetic, martensitic or austenitic Materials or alloys are formed. Because of their stability and Austenitic alloys are particularly preferred for mechanical strength.

Die Erfindung schafft, zusammenfassend gesagt, einen Aktuator mit einem durch mechanische und magnetische Entkoppelung störsignalfreien Target, durch das die Signalqualität und die Genauigkeit der Positionsbestimmung deutlich gesteigert werden kann.In summary, the invention provides an actuator with one by mechanical and magnetic decoupling target free of interference, by the signal quality and the accuracy of the position determination clearly can be increased.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

  • Figur 1 eine Längsschnittansicht durch einen in einer Brennkraftmaschine eingebauten nockenwellenlosen, elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung des Hubventils der Brennkraftmaschine,
  • Figur 2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Baugruppe im Detail, und
  • Figur 3 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Baugruppe im Bereich des Targetrings.
    • Further features and advantages of the invention result from the following description and from the following drawings, to which reference is made. The drawings show:
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view through an electromagnetic actuator without camshafts installed in an internal combustion engine, for actuating the lift valve of the internal combustion engine,
  • Figure 2 is a sectional view of the assembly according to the invention in detail, and
  • Figure 3 is an electron micrograph of a cross section through the assembly according to the invention in the area of the target ring.

    • In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 im Bereich des Zylinderkopfes dargestellt, bei der das Hubventil 12 durch einen nockenwellenlosen Ventiltrieb in Form eines elektromagnetischen Aktuators 14 betätigt wird. Der Aktuator 14 umfaßt zwei Elektromagnete 16, 18, durch die sich ein Anker oder, allgemeiner gesagt, ein Stößel 20 erstreckt, der an seinem unteren Ende mit dem Hubventilschaft 22 verbunden ist, so daß die axiale, oszillierende Bewegung des Stößels 20 unmittelbar eine entsprechende Bewegung des Hubventils 12 hervorruft. Die Axialbewegung des Stößels 20 soll weggesteuert erfolgen, weshalb die Lage des Stößels möglichst exakt und schnell ermittelt werden muß. Ein den Stößel umgebender Sensor 24 ist für die Positionsbestimmung des Stößels 20 vorgesehen. Radial einwärts des Sensors 24 ist ein Targetring 26 in einer Umfangsnut 27 im Stößel 20 spiel- und spaltfrei befestigt. Der Sensor 24 bestimmt die Lage des Targetrings 26 und damit des Stößels 20 und des Hubventils 22.1 shows an internal combustion engine 10 in the region of the cylinder head shown, in which the lift valve 12 by a camshaft-less valve train in Form of an electromagnetic actuator 14 is actuated. The actuator 14 comprises two electromagnets 16, 18 through which an armature or, more generally said a plunger 20 extends at its lower end with the Lift valve stem 22 is connected so that the axial, oscillating movement of the Tappet 20 immediately corresponding movement of the lift valve 12th causes. The axial movement of the plunger 20 is to be path-controlled, which is why the position of the plunger must be determined as precisely and quickly as possible. A sensor 24 surrounding the plunger is for determining the position of the plunger 20 provided. Radially inward of the sensor 24 is a target ring 26 in one Circumferential groove 27 fastened in the plunger 20 without play and gap. The sensor 24 determines the position of the target ring 26 and thus the plunger 20 and Lift valve 22.

    Der Targetring 26 ist bevorzugt aus einer Eisenlegierung, Stahl oder einem ferritischen Werkstoff gebildet. Alternativ dazu können auch herkömmliche Kupfertargets verwendet werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Targetring ein separates, vorgefertigtes Teil, das am Stößel durch Kleben oder Löten befestigt wird. Der Stößel oder Ankerschaft 20 besteht bevorzugt aus einer austenitischen Legierung. Es können aber auch martensitische oder nichtmagnetische Werkstoffe verwendet werden. The target ring 26 is preferably made of an iron alloy, steel or a ferritic material formed. Alternatively, conventional ones can also be used Copper targets are used. In the embodiment shown, the Target ring is a separate, prefabricated part that can be glued or attached to the ram Soldering is attached. The plunger or anchor shaft 20 preferably consists of a austenitic alloy. But it can also be martensitic or non-magnetic Materials are used.

    In Figur 1 ist noch zu erkennen, daß das Hubventil 12 durch eine an einem Federteller 28, welcher am Ventilschaft 22 befestigt ist, angreifende Druckfeder 30 in die gezeigte Schließstellung gedrückt wird.In Figure 1 it can still be seen that the lift valve 12 by one on one Spring plate 28, which is attached to the valve stem 22, engaging compression spring 30 is pressed into the closed position shown.

    Die Geometrie des Targetrings 26 und der den Targetring aufnehmenden Umfangsnut 27 ist frei wählbar, wie dies beispielsweise in der DE 201 15 060 U1 beschrieben ist. Bevorzugt besteht der Targetring 26 aus zwei oder mehr Ringsegmenten, die einfach von radial außen auf den Stößel, genauer gesagt in die den Außenumfang abschnittsweise bildende Umfangsnut eingesetzt werden. Die Segmente, genauer gesagt Zylinderhalbschalen, sind in der Umfangsnut und gegebenenfalls auch aneinander durch Löten oder Kleben befestigt. Die Abmessungen der Segmente sind auf die der Umfangsnut abgestimmt, so daß möglichst radial und umfangsmäßig zwischen den Segmenten kein Spalt oder Stoß auftritt.The geometry of the target ring 26 and that of the target ring Circumferential groove 27 can be freely selected, as is the case, for example, in DE 201 15 060 U1 is described. The target ring 26 preferably consists of two or more Ring segments that simply from the radially outside on the plunger, more precisely in the circumferential groove forming sections of the outer circumference are used. The Segments, more precisely cylinder half shells, are in the circumferential groove and if necessary also attached to each other by soldering or gluing. The Dimensions of the segments are matched to that of the circumferential groove, so that as radially and circumferentially as possible no gap or between the segments Shock occurs.

    Die Baugruppe aus Stößel bzw. Ankerschaft 20 und Targetring 26 ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Zu erkennen ist insbesondere, daß der Stößel 20 und der in die Umfangsnut 27 im Stößel eingelegte Targetring 26 mittels einer durch Löten oder Kleben hergestellten Verbindungsschicht 40 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsschicht 40 ist zur mechanischen Entkopplung des Stößels 20 und des Targetrings 26 kraftisolierend ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Verbindungsschicht 40 insbesondere die durch Schwingungen des Stößels verursachten Druck- und Zugspannungen aufnehmen kann, die somit nicht mehr auf den Targetring 26 übertragen werden.The assembly of plunger or anchor shaft 20 and target ring 26 is in the figure 2 shown in detail. It can be seen in particular that the plunger 20 and the in the circumferential groove 27 in the ram inserted target ring 26 by means of a soldering or bonding layer 40 produced by adhesive bonding. The connecting layer 40 is for the mechanical decoupling of the plunger 20 and of the target ring 26 is designed to be force-isolating. This means that the Connection layer 40 in particular that caused by vibrations of the plunger caused compressive and tensile stresses, which are no longer be transferred to the target ring 26.

    Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsschicht 40 eine poröse Lötverbindung mit einer Porosität von mindestens 10%, gemessen als Porenvolumen im Verhältnis zum Volumen der Probe. Die Lötverbindung kann durch Verlöten des Stößels 20 und des Targetrings 26 mit herkömmlichen, meist silberhaltigen Hochtemperaturloten hergestellt werden, die zusätzlich Opfermaterialien oder Treibmittel zur Erzeugung der Porosität enthalten. Über den Anteil der Opfermaterialien bzw. der Treibmittel kann die Porosität der Verbindungsschicht zielgerichtet eingestellt werden, wobei die Porosität mindestens 10% betragen sollte. Unterhalb dieser Grenze ist die kraftisolierende Wirkung der Verbindungsschicht nicht mehr gewährleistet. Bevorzugt beträgt die Porosität der Verbindungsschicht 40 jedoch wenigstens 30%, wodurch die Elastizität der Verbindungsschicht sowie deren schwingungsdämpfende Wirkung zusätzlich erhöht werden. Alternativ dazu kann eine durch Kleben hergestellte Verbindungsschicht aus einem Elastomer, das heißt einem Kunststoff mit Gummielastizität, hergestellt sein. Des weiteren ist denkbar, für das Verkleben des Stößels 20 und des Targets 26 einen Schaumstoff zu verwenden, beispielsweise auf der Grundlage von Polyurethan, wodurch sich eine poröse, geschlossenzellige oder offenzellige Verbindungsschicht 40 ausbilden kann.In a preferred embodiment, the connection layer 40 is one porous solder joint with a porosity of at least 10%, measured as Pore volume in relation to the volume of the sample. The solder joint can by soldering the plunger 20 and the target ring 26 with conventional, mostly silver-containing high-temperature solders are produced that additionally Contain sacrificial materials or propellants to create porosity. about the proportion of the sacrificial materials or the blowing agents can be the porosity of the The connection layer can be set in a targeted manner, with the porosity should be at least 10%. Below this limit is the force isolating one Effect of the connection layer is no longer guaranteed. The is preferably However, the porosity of the connection layer 40 is at least 30%, which makes the Elasticity of the connection layer and its vibration-damping effect can also be increased. Alternatively, one made by gluing Connection layer made of an elastomer, i.e. a plastic Rubber elasticity. It is also conceivable for gluing the Tappet 20 and the target 26 to use a foam, for example based on polyurethane, which creates a porous, closed-cell or can form open-cell connection layer 40.

    In Figur 3 ist der Schliff eines Querschnitts durch den Stößel 20 im Bereich des Targetrings 26 in zweihundertfacher Vergrößerung gezeigt. Zu erkennen ist, daß die Lötverbindung zwischen Stößel und Targetring eine durch Mikroporen, Fehlstellen und zum Teil Anrisse im Mikroporenbereich verursachte Porosität aufweist. Dennoch ist eine sichere Verbindung zwischen Schaft und Targetring gewährleistet.In Figure 3, the grinding of a cross section through the plunger 20 is in the area of the target ring 26 shown in two hundred times magnification. It can be seen that the solder connection between the plunger and the target ring is made by micropores, Flaws and sometimes cracks in the micropores caused porosity having. Nevertheless, there is a secure connection between the shaft and the target ring guaranteed.

    Testversuche mit der erfindungsgemäßen Baugruppe in einem nockenwellenlosen Ventiltrieb ergaben eine wesentliche Reduzierung der Störsignale am Sensor und damit eine verbesserte Genauigkeit der Positionsbestimmung des Stößels. Letztlich wird somit eine verbesserte Steuerung des Ventiltriebs ermöglicht, die auch die Lebensdauer des Bauteils erhöht.Test trials with the assembly according to the invention in one camshaftless valve train resulted in a significant reduction in Interference signals at the sensor and thus an improved accuracy of Determining the position of the ram. Ultimately, this will result in improved control of the valve train, which also increases the life of the component.

    Claims (10)

    Baugruppe bestehend aus einem oszillierend bewegten Stößel (20) und einem auf dem Außenumfang des Stößels (20) befestigten Target (26) zur Erzeugung von Positionssignalen, insbesondere für einen nockenwellenlosen Aktuator (14) einer Brennkraftmaschine (10), wobei das Target in einer Umfangsnut (27) im Stößel (20) aufgenommen und mittels einer durch Löten oder Kleben hergestellten Verbindungsschicht (40) mit dem Stößel (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) zur mechanischen Entkopplung des Stößels (20) und des Targets (26) kraftisolierend ausgebildet ist.Assembly consisting of an oscillating plunger (20) and a target (26) attached to the outer circumference of the plunger (20) for generating position signals, in particular for a camshaftless actuator (14) of an internal combustion engine (10), the target being in a circumferential groove (27) is received in the plunger (20) and is connected to the plunger (20) by means of a connecting layer (40) produced by soldering or gluing, characterized in that the connecting layer (40) for mechanically decoupling the plunger (20) and the target (26) is designed to be force-insulating. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) eine Porosität aufweist.Assembly according to claim 1, characterized in that the connecting layer (40) has a porosity. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität, gemessen als Verhältnis zwischen Porenvolumen und Probenvolumen, mindestens 10 %, bevorzugt mindestens 30% beträgt.Assembly according to claim 2, characterized in that the porosity, measured as the ratio between pore volume and sample volume, is at least 10%, preferably at least 30%. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) das Target (26) gegen die Übertragung von Zug- und Druckspannungen isoliert.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting layer (40) insulates the target (26) against the transmission of tensile and compressive stresses. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) ein Hochtemperaturlot mit in das Lot eingebrachter Porosität ist.Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting layer (40) is a high-temperature solder with porosity introduced into the solder. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) eine aus einem Elastomer gebildete Klebeverbindung ist.Assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting layer (40) is an adhesive connection formed from an elastomer. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (40) eine aus einem offen- oder geschlossenzelligen Schaumstoff gebildete Klebeverbindung ist. Assembly according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting layer (40) is an adhesive connection formed from an open-cell or closed-cell foam. Nockenwellenloser Aktuator zur Betätigung eines Hubventils (12) einer Brennkraftmaschine (10), mit einem oszillierend bewegten, mit dem Hubventil (12) gekoppelten Stößel (20), dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (14) eine Baugruppe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.Camshaftless actuator for actuating a lift valve (12) of an internal combustion engine (10), with an oscillating plunger (20) coupled to the lift valve (12), characterized in that the actuator (14) contains an assembly according to one of the preceding claims. Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (14) ein elektromagnetischer Aktuator ist und der Stößel (20) den Ankerschaft bildet, wobei der Ankerschaft mit dem Hubventil (12) gekoppelt ist.Actuator according to Claim 8, characterized in that the actuator (14) is an electromagnetic actuator and the plunger (20) forms the armature shaft, the armature shaft being coupled to the lifting valve (12). Aktuator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß nahe des Targets (26) ein Sensor (24) vorgesehen ist, der die Lage, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Targets (26) und damit des Stößels (20) erfassen kann.Actuator according to claim 9 or 10, characterized in that near the target (26) a sensor (24) is provided which can detect the position, the speed or the acceleration of the target (26) and thus of the plunger (20).
    EP03011134A 2002-06-17 2003-05-23 Cam shaft less valve actuator with position signal device for valve stem Withdrawn EP1375845A1 (en)

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