專利名稱：借助電磁致動器操縱換氣門的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1前序部分所述借助電磁致動器操縱換氣門的裝置。
用于操縱換氣門的電磁致動器通常有兩塊開關磁鐵，一塊開啟磁鐵和一塊關閉磁鐵，在它們的極面之間與換氣門的換氣門軸線同軸并可移動地裝有一銜鐵。銜鐵直接地或通過銜鐵螺栓作用在換氣門的氣門桿上。在按慣性振蕩器原理工作的致動器中，通常包括兩個預緊壓力彈簧的有預緊力的彈簧機構作用在銜鐵上，而且一個是上部的氣門彈簧和一個是下部的氣門彈簧。上部氣門彈簧朝換氣門的開啟方向作用，下部的氣門彈簧朝其關閉的方向作用。在開關磁鐵沒有電流流動時銜鐵在這些氣門彈簧作用下保持在一個平衡位置，這一位置最好與開關磁鐵的幾何中心一致。
若起動致動器，關閉磁鐵或開啟磁鐵短時過激勵或銜鐵通過起振程序處于振蕩狀態(tài)，以便將銜鐵從平衡位置吸出。在配氣門閉合位置銜鐵貼靠在流過電流的關閉磁鐵的極面上并被關閉磁鐵保持住。此關閉磁鐵預緊了沿開啟方向作用的氣門彈簧。為了打開配氣門，斷開關閉磁鐵，接通開啟磁鐵。沿開啟方向作用的氣門彈簧使銜鐵加速越過平衡位置，所以銜鐵被開啟磁鐵吸住。銜鐵擋靠在開啟磁鐵的極面上并被它固定住。為了使配氣門重新關閉，斷開開啟磁鐵，接通關閉磁鐵。沿關閉方向作用的氣門彈簧使銜鐵加速越過平衡位置去關閉磁鐵。銜鐵被關閉磁鐵吸住，并擋靠在關閉磁鐵的極面上和被它固定住。
從一開始沒有考慮的或隨時間改變的量，例如各構件的加工誤差、不同材料的熱膨脹等，它們會導致銜鐵不再完全貼靠在磁鐵的極面上，在銜鐵推桿與氣門桿之間形成間隙和/或換氣門不再完全關閉。
由一項老的申請，DE19647305.5已知一種間隙補償機構，其中，致動器浮動地裝在氣缸蓋中。致動器通過銜鐵和沿運動方向設在銜鐵兩側的兩塊電磁鐵打開和關閉換氣門。在背對換氣門的一側，蓋板與致動器之間有一個間隙補償機構，它既補償正的也補償負的氣門間隙。
間隙補償機構有一個包括在缸內(nèi)的間隙補償活塞的第一液壓元件。間隙補償活塞位于第一個背對換氣門取決于內(nèi)燃機的工作控制的壓力腔與第二個面對換氣門的壓力腔之間。在活塞內(nèi)有一單向閥，它在制動彈簧作用下保持在關閉位置。當?shù)谝粔毫η粌?nèi)過壓時單向閥朝第二壓力腔方向開啟。制動彈簧設計為，當不存在間隙并因而兩個壓力腔之間的通路關閉時單向閥不能打開。
在間隙補償活塞與缸之間有一確定的間隙作為節(jié)流連接裝置，壓力介質(zhì)可通過它從第二壓力腔向外泄出。間隙補償機構支承在上蓋板上，上蓋板與氣缸蓋固定連接。此間隙補償機構只能傳遞壓力。
若因為致動器朝換氣門方向移動得過遠換氣門沒有正確關閉，也就是存在負間隙，則在第二壓力腔內(nèi)由于換氣門朝關閉位置的方向作用的氣門彈簧的作用使壓力上升。此壓力上升促使壓力介質(zhì)可從第二壓力腔經(jīng)由節(jié)流連接裝置泄出，直至換氣門重新完全關閉為止。
若換氣門正確關閉，但是在銜鐵推桿與換氣門之間存在間隙，則換氣門的氣門彈簧不再作用在第二壓力腔上。因此在第二壓力腔內(nèi)的壓力比第一壓力腔的壓力低，所以單向閥克服制動彈簧打開。壓力介質(zhì)從第一壓力腔流入第二壓力腔，直到間隙被補償為止。這種補償通過氣門的多個工作循環(huán)進行。
間隙補償機構只是插入致動器的一個孔內(nèi)，所以兩個部分可以相對移動并因而易于裝配。然而這樣一來造成了下列結果，即，致動器在操縱關閉磁鐵關閉換氣門的整個時間過程中由于朝換氣門方向的反力而卸載。此外，一旦銜鐵碰到開啟磁鐵的極面，間隙補償機構便卸載。若間隙補償機構卸載，它便伸展。如果致動器開啟換氣門，則產(chǎn)生一個方向相反的反力，間隙補償裝置為對抗此反力相應地使其工作受阻并因而只能緩慢地下沉。其結果是此間隙補償機構伸展量越來越大以及不再能完全關閉換氣門。在這里產(chǎn)生了一種類型的泵送效應。除了換氣門不能正確關閉并在這種情況下進行燃燒的危險外，開關磁鐵需要更高的能量，以便將銜鐵從偏心的位置吸出。此外產(chǎn)生一種所謂行程損失，因為在關閉過程中致動器逆換氣門的運動方向移動。
這一問題通過先有技術的另一種方案解決，其中，間隙補償機構與致動器固定連接并因而可以承受拉力和壓力。這第二種方案的間隙補償機構除第一個以外還有第二個包括一個缸的液壓元件，第一缸借助于一個環(huán)形擴張段在此缸內(nèi)導引。環(huán)形擴張段同時用作在上和下壓力腔之間的分隔活塞，這兩個壓力腔通過一環(huán)形節(jié)流間隙連接。除此以外此間隙補償機構與前面所介紹的方案結構相同。
若通過致動器關閉換氣門，反力通過第一缸傳給下壓力腔。因為反力只持續(xù)一個短時間，所以在上和下壓力腔之間不發(fā)生明顯的壓力介質(zhì)平衡。致動器不運動。但正和負的間隙可通過多個氣門循環(huán)得到補償。
這種受拉力和壓力負荷的間隙補償機構的裝配成本特別高和復雜，致動器仿佛借助于間隙補償機構懸掛在蓋板上，尤其是因為由于空間的原因換氣門沿致動器的方向歪斜地互相發(fā)散地安裝。必須為每個換氣門和致動器設一塊帶密封裝置和螺釘組的蓋板。
除了難以裝配和由此引起的昂貴的結構外，在沒有電流流過開關磁鐵時氣門彈簧將致動器緩慢地向上移動，因此，銜鐵從其在開關磁鐵極面之間的幾何中心位置移出。在這種可受拉和壓負荷的間隙補償機構中，第二液壓元件，取決于其功能，可能被阻止快速補償回到中心位置。中心位置要經(jīng)多個循環(huán)后才能完全到達。其結果是仍然需要大的能量以及存在換氣門不能被保持住的危險，因為換氣門以過高的速度碰撞在關閉磁鐵的極面上并被重新彈回，或在上氣門彈簧作用下沒有加速到足夠地靠近開啟磁鐵。
因此在這兩種先有技術的實施形式中，由于這些隨時間改變的參數(shù)，不能獲得可重復的氣門升程曲線。
由DE 33 11 250 A1已知一種借助電磁致動器操縱換氣門的裝置，其中，間隙補償機構設在銜鐵與氣門桿之間，它只能傳遞壓力。此間隙補償機構密封地封閉以及沒有通過它供壓力介質(zhì)的壓力管接頭。
由老的專利申請DE 196 24 296 A1已知一種借助電磁致動器操縱換氣門的裝置，其中，間隙補償機構設在銜鐵推桿與氣門桿之間。此間隙補償機構裝在一個位于銜鐵椎桿與氣門桿之間的杯狀推桿內(nèi)，后者本身可沿氣門軸線方向移動地在致動器殼體的底板內(nèi)導引。在底板內(nèi)延伸有一個供油通道，它通過杯狀推桿上的圓周槽和橫向孔與液壓式間隙補償機構連接。
本發(fā)明的目的是按這樣的方式設計一種用于操縱具有間隙補償機構的換氣門的裝置，即基本上避免泵送作用并保證迅速復位到中心位置。此外，間隙補償機構應便于裝配并供以壓力介質(zhì)。
按本發(fā)明通過權利要求1的特征達到此目的，本發(fā)明有利的設計和發(fā)展可見從屬權利要求。按本發(fā)明建議了一種液壓式間隙補償機構，它通過在銜鐵推桿內(nèi)沿縱向的通道與一壓力管接頭連通。
換氣門必須始終可靠關閉。為了做到這一點，換氣門直接或間接地支承在它上面的間隙補償機構應有一種緩慢地連續(xù)縮短的趨勢。這在具有適當節(jié)流部位的液壓間隙補償機構中達到。若由于間隙補償機構縮得過短而使銜鐵不再足夠地靠近關閉磁鐵，則必須沿反方向進行快速補償，補償借助一個打開的單向閥實現(xiàn)。這樣一種具有快速補償和具有緩慢補償?shù)闹貜偷倪^程，促使換氣門始終在一個使間隙得到最佳調(diào)整的范圍內(nèi)運動。
具有壓力管接頭的間隙補償機構保證通過單向閥迅速地再充填。此外，間隙補償機構用發(fā)動機油沖洗，發(fā)動機油經(jīng)一定時期后更換?？諝夂湍Y的氣泡通過沖洗過程排除，在間隙補償機構內(nèi)始終存在的是有工作能力的油。
間隙補償機構夾緊在銜鐵推桿與位于沿開啟方向作用的上氣門彈簧與沿關閉方向作用的下壓力彈簧之間的氣門桿之間。兩個氣門彈簧預緊到這樣的程度，即，當開關磁鐵未流過電流時銜鐵運動到開關磁鐵極面之間接近中心的位置，并與此同時在換氣門處于關閉位置或處于關閉位置前不久下氣門彈簧的剩余關閉力作用在間隙補償機構上、銜鐵推桿上和作用在銜鐵上。若銜鐵被關閉磁鐵吸到其極面前不遠處以及銜鐵的動能忽略不計，則在關閉磁鐵上必須施加一個力，它等于沿開啟方向作用的上部氣門彈簧的彈簧力減去沿關閉方向作用的下部氣門彈簧的剩余關閉力。與必須施加在關閉磁鐵上的力相同的力作為反力反向作用在致動器上。這個力使先有技術的間隙補償機構卸載并尤其是導致泵送效應。在位于銜鐵推桿與氣門桿之間的間隙補償機構則相反，始終存在著一個至少有剩余關閉力大小的壓緊力，因此基本上避免了泵送作用。
致動器有比換氣門及其氣門桿或銜鐵及其銜鐵推桿大得多的質(zhì)量。在按本發(fā)明的設計中處于銜鐵推桿與致動器之間的間隙補償機構只須移動質(zhì)量小的銜鐵或換氣門，所以通過控制漏泄可以補償出現(xiàn)的小量泵送作用，不會因漏油量過大而使間隙補償機械過軟。
為了運動重的致動器需要大的能量。在本發(fā)明中致動器固定安裝，通過間隙補償機構只移動質(zhì)量小的銜鐵及其銜鐵推桿或換氣門及其氣門桿，因而節(jié)約了能量。
由于致動器固定安裝在例如氣缸蓋內(nèi)或致動器支架內(nèi)，避免了比較昂貴和浮動地安裝。此外，此間隙補償機構可以在換氣門裝配后方便地裝在氣門桿上，或可以與致動器預裝配。
在按本發(fā)明將間隙補償機構設在銜鐵推桿與氣門桿之間的情況下，間隙補償機構只使用一個液壓元件，亦即它們只承受壓力而沒有拉力。由此保證在重新起動后，由彈簧系統(tǒng)確定的銜鐵平衡位置準確和迅速地又調(diào)整到開啟磁鐵和關閉磁鐵的極面之間的幾何中心位置。在間隙補償機構第一次卸載時，亦即在換氣門的第一次關閉位置，間隙補償機構調(diào)整到準確的長度，沒有第二個液壓元件阻擋這一過程。
可以獲得可再現(xiàn)的氣門升程曲線。換氣門的關閉可靠、準確和噪聲小，以及致動器可與間隙補償機構方便、快速和結構方面的成本低地裝配。
按本發(fā)明另一種設計建議，間隙補償機構只在關閉位置前不久和在關閉位置的區(qū)域內(nèi)與壓力管接頭連通。只有在換氣門關閉時，亦即將其閥盤貼靠在閥座環(huán)上時，才得出間隙補償機構須伸展多大的長度尺寸，以便一方面使換氣門以其閥盤良好密封地貼靠在閥座環(huán)上，另一方面使銜鐵準確貼靠在關閉磁鐵的極面上。
本發(fā)明其他詳情以及由此得到的優(yōu)點可見下面對實施例的說明。在說明中以及在權利要求中相關聯(lián)地描繪和說明了許多特征。專業(yè)人員可有利地逐個看待這些特征，除此之外也可綜合這些特征將它們合理地組合。
附圖中

圖1電磁致動器和具有間隙補償機構的換氣門，間隙補償機構與壓力管接頭連通；圖2按圖1所示實施例的致動器，其中間隙補償機構通過銜鐵推桿內(nèi)的通道與壓力管接頭連通；以及圖3按權利要求2所示實施例的致動器，其中銜鐵推桿構成間隙補償機構的一部分。
圖1表示用于操縱換氣門1的致動器2，它固定安裝在構件3，例如致動器支架或氣缸蓋內(nèi)的槽35中。致動器2有一開啟磁鐵4和一關閉磁鐵5，銜鐵6沿軸向可移動地裝在兩者之間。銜鐵6固定在銜鐵推桿7上或與之設計成一體，銜鐵通過銜鐵推桿作用在換氣門1的氣門桿9上。此外，致動器2在開啟磁鐵4的下面有一個彈簧系統(tǒng)8，包括一個沿關閉方向作用的下氣門彈簧30和一個沿開啟方向作用的上氣門彈簧31。下氣門彈簧30朝換氣門1的方向支承在構件3上，以及朝背離換氣門1的方向支承在一個固定在氣門桿9上的彈簧盤32上。上氣門彈簧31朝換氣門1的方向支承在一個固定在銜鐵推桿7上的彈簧盤33上，以及朝背離換氣門1的方向支承在開啟磁鐵4上。氣門彈簧30、31預緊到這樣的程度，即，在開關磁鐵4、5沒有電流流過時銜鐵6處于一個在開關磁鐵4、5之間大體中心的位置，以及直接在換氣門1關閉位置前存在下氣門彈簧30的剩余關閉力和直接在換氣門開啟位置前存在上氣門彈簧31的剩余開啟力。
在銜鐵推桿7與氣門桿9之間通過氣門彈簧30、31的預緊力夾緊一個液壓的間隙補償機構10。此間隙補償機構10通過杯15供入壓力油，杯15設在間隙補償機構10與銜鐵椎桿7之間并以其側壁34局部圍繞著間隙補償機構10，以及外面借助于滑動摩擦在一個供入油壓并固定在氣缸蓋上的導套14內(nèi)導引。
導套14由單獨的構件52構成，后者裝在構件3的槽35內(nèi)。構件52以其外圓周貼靠在槽35的內(nèi)輪廓上，并通過凸緣37沿背離換氣門1的方向支承在開啟磁鐵4上，而朝換氣門1的方向支承在構件3內(nèi)或氣缸蓋內(nèi)的臺階29上。構件52在其外圓周上有一壓力腔36，它通過此壓力腔36經(jīng)通道38與壓力管接頭13連通。通道39從壓力腔36引向導套14并通入環(huán)槽40。在換氣門1關閉位置前不久或在其關閉位置，在杯15與間隙補償機構10之間構成的內(nèi)腔41通過杯15中的通道42與環(huán)槽40連通。間隙補償機構10通過導套44徑向導引。銜鐵6及其銜鐵推桿7、間隙補償機構10和換氣門1可以旋轉對稱地安裝。通過環(huán)槽40保證，杯15可與裝配時的定向無關地供入壓力油。如果需要，壓力油可通過在杯15內(nèi)部的蓋側43上的孔56從上面輸入間隙補償機構10。壓力油通過杯15輸入是一項成熟的技術并因而是一項不會帶來什么問題的技術。不過壓力油也可以有或沒有杯15直接從側面輸入一個適當設計的間隙補償機構中。此間隙補償機構也可以直接在構件3內(nèi)被導引。
圖2表示了本發(fā)明的一種設計，其中，間隙補償機構11通過在銜鐵推桿16內(nèi)的一個沿縱向延伸的通道18供入壓力油或與壓力管接頭13連接。用于間隙補償機構11的導套21和尤其杯15是不需要的。取消了在間隙補償機構11上的摩擦以及使運動的質(zhì)量較小。
壓力油從壓力管接頭13經(jīng)通道46并通過環(huán)47面朝換氣門1的端面上的環(huán)槽49供往在開啟磁鐵4下面的環(huán)47。在環(huán)47內(nèi)壓力油流向制在環(huán)47內(nèi)圓周上的第二環(huán)槽48。環(huán)47朝換氣門1的方向支承在構件3內(nèi)的臺階51上，而沿背對換氣門1的方向支承在開啟磁鐵4上，或開啟磁鐵4支承在環(huán)47上，因此環(huán)47沿縱向準確定位。開啟磁鐵4的下面離間隙補償機構11的距離較短，壓力油可以方便地供入，不會妨礙銜鐵6的運動。環(huán)槽48對內(nèi)與銜鐵推桿16的導套21鄰接，導套21裝在開啟磁鐵4內(nèi)。導套21在環(huán)槽48的所在區(qū)域內(nèi)有一橫向通道45，它向里朝著銜鐵推桿16通入環(huán)槽20內(nèi)。在關閉位置前不久和在關閉位置，在銜鐵推桿16內(nèi)與通道18連通的橫向通道19停止在導套21內(nèi)的環(huán)槽20處。因此，間隙補償機構11在關閉位置前不久和在關閉位置與壓力管接頭13連通并供入壓力油，以便在需要時伸展到適當?shù)拈L度。
借助于環(huán)槽49、48和20，環(huán)47、導套21和銜鐵推桿16可與方向無關旋轉對稱地安裝，從而簡化了裝配。此外，導套21沿縱向通過臺階50固定在開啟磁鐵4上也有助于簡化裝配，由此使導套21內(nèi)的橫向通道45在裝配時可方便和準確地沿縱向定位。環(huán)47可設計為單個零件；但它也可以成形在開啟磁鐵4上成為一體，并因而構成整體的一個組成部分。
通道18也可以在其他區(qū)域內(nèi)如同在銜鐵推桿16的導套21內(nèi)那樣與壓力管接頭13連接，例如在從關閉磁鐵5的方向起為貫通的通道18的情況下等。不過導套21特別適用于此，因為利用了現(xiàn)有的摩擦面，也就是說不增添新的摩擦面，此外它還用壓力油潤滑并因而減少了摩擦。
間隙補償機構11有一個缸22和一個活塞24，兩者之間包含了一個壓力腔26。壓力腔26通過一個沒有表示的節(jié)流器與相鄰的腔28、與彈簧腔以及通過單向閥27與通道18連通。
間隙補償機構11設計成獨立的有工作能力的組件，它套在銜鐵推桿16上并因而可以預裝配和事先檢驗。此間隙補償機構11最好能易于套上并盡管如此設計為防丟失的，例如借助于一個未畫出的裝在一個環(huán)槽內(nèi)的O型圈等。
圖3表示了一種間隙補償機構12，其中活塞25由銜鐵推桿17的一部分構成。它只不過是將一種類型的缸23套在銜鐵推桿17上，在缸23與銜鐵推桿17之間構成壓力腔26。單向閥27裝在銜鐵推桿17內(nèi)的一個槽55中。此間隙補償機構12可設計得更經(jīng)濟和更輕。運動的質(zhì)量減小。還可以令氣門桿9構成間隙補償機構12的一部分，例如將缸23與氣門桿9設計為一體，亦即此間隙補償機構12除單向閥27以外全部由銜鐵推桿17和氣門桿9構成。
若起動致動器2，間隙補償機構10、11、12在換氣門1第一次的關閉位置調(diào)整其準確的長度，也就是說銜鐵6準確地貼靠在關閉磁鐵5的極面上以及換氣門1的閥盤53完全密封地貼靠在閥座環(huán)(54)上。在整個工作期間，間隙補償機構10、11、12受壓力作用并有縮短的趨勢，以便始終可靠地關閉，這是借助于經(jīng)由節(jié)流器持續(xù)地將油排入彈簧腔內(nèi)達到的。若間隙補償機構10、11、12由于漏泄而縮得過短，通過打開單向閥27以及使壓力腔26與壓力管接頭13連通，使它在換氣門1的關閉位置重新調(diào)整為準確的長度。由于這種重復的過程，換氣門1始終在一個最佳間隙的范圍內(nèi)運動，間隙補償機構10、11、12沒有泵送效應。
權利要求
1.操縱換氣門(1)的裝置，包括一電磁致動器(2)，它裝在構件(3)內(nèi)并有一開啟磁鐵(4)和一關閉磁鐵(5)，在兩者之間沿軸向可移動地裝有銜鐵(6)，銜鐵通過銜鐵推桿(7、16、17)與彈簧系統(tǒng)(8)一起作用在氣門桿(9)上，以及包括一液壓間隙補償機構(10、11、12)，它裝在銜鐵推桿(7、16、17)與氣門桿(9)之間并通過壓力管接頭(13)供入壓力介質(zhì)，其特征為銜鐵推桿(16、17)沿縱向有一通道(18)，間隙補償機構(11、12)通過它與壓力管接頭(13)連通。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征為間隙補償機構(10、11、12)在換氣門(1)關閉位置前不久和在其關閉位置的范圍內(nèi)與壓力管接頭(13)連通。
3.按照權利要求1所述的裝置，其特征為通道(18)朝銜鐵(6)的方向封閉，在開啟磁鐵(4)下面通過橫向通道(19)與壓力管接頭(13)連通。
4.按照權利要求3所述的裝置，其特征為橫向通道(19)通過環(huán)槽(20)與壓力管接頭(13)連通。
5.按照前列諸權利要求之一所述的裝置，其特征為通道(18)通過銜鐵推桿(16、17)的導套(21)與壓力管接頭(13)連通。
6.按照前列諸權利要求之一所述的裝置，其特征為間隙補償機構(10、11、12)有一個封閉在缸(22、23)與活塞(24、25)之間的壓力腔(26)，它通過單向閥(27)與壓力管接頭(13)以及通過節(jié)流器與毗鄰的腔(28)連通。
7.按照前列諸權利要求之一所述的裝置，其特征為銜鐵推桿(17)和/或氣門桿(9)至少構成間隙補償機構(12)的一部分(25)。
8.按照權利要求7所述的裝置，其特征為銜鐵推桿(17)構成間隙補償機構(12)的活塞(25)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操縱換氣門的裝置,包括一個電磁致動器,它固定安裝在一構件內(nèi)并有開啟磁鐵和關閉磁鐵,在兩者之間沿軸向可移動地裝有銜鐵,銜鐵通過銜鐵推桿與彈簧系統(tǒng)一起作用在氣門桿上,以及包括一個間隙補償機構。本發(fā)明建議,將間隙補償機構設在銜鐵推桿與氣門桿之間。
文檔編號F01L1/24GK1261943SQ98806746
公開日2000年8月2日 申請日期1998年7月1日 優(yōu)先權日1997年7月5日
發(fā)明者羅蘭德·施韋格勒, 托馬斯·斯托爾克, 德克·斯特魯貝爾, 亞歷山大·馮蓋斯伯格 申請人:戴姆勒-克萊斯勒股份公司