CN1261943A - 借助电磁致动器操纵换气门的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操纵换气门的装置,包括一个电磁致动器,它固定安装在一构件内并有开启磁铁和关闭磁铁,在两者之间沿轴向可移动地装有衔铁,衔铁通过衔铁推杆与弹簧系统一起作用在气门杆上,以及包括一个间隙补偿机构。本发明建议,将间隙补偿机构设在衔铁推杆与气门杆之间。

Description

借助电磁致动器操纵换气门的装置

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述借助电磁致动器操纵换气门的装置。

用于操纵换气门的电磁致动器通常有两块开关磁铁，一块开启磁铁和一块关闭磁铁，在它们的极面之间与换气门的换气门轴线同轴并可移动地装有一衔铁。衔铁直接地或通过衔铁螺栓作用在换气门的气门杆上。在按惯性振荡器原理工作的致动器中，通常包括两个预紧压力弹簧的有预紧力的弹簧机构作用在衔铁上，而且一个是上部的气门弹簧和一个是下部的气门弹簧。上部气门弹簧朝换气门的开启方向作用，下部的气门弹簧朝其关闭的方向作用。在开关磁铁没有电流流动时衔铁在这些气门弹簧作用下保持在一个平衡位置，这一位置最好与开关磁铁的几何中心一致。

若起动致动器，关闭磁铁或开启磁铁短时过激励或衔铁通过起振程序处于振荡状态，以便将衔铁从平衡位置吸出。在配气门闭合位置衔铁贴靠在流过电流的关闭磁铁的极面上并被关闭磁铁保持住。此关闭磁铁预紧了沿开启方向作用的气门弹簧。为了打开配气门，断开关闭磁铁，接通开启磁铁。沿开启方向作用的气门弹簧使衔铁加速越过平衡位置，所以衔铁被开启磁铁吸住。衔铁挡靠在开启磁铁的极面上并被它固定住。为了使配气门重新关闭，断开开启磁铁，接通关闭磁铁。沿关闭方向作用的气门弹簧使衔铁加速越过平衡位置去关闭磁铁。衔铁被关闭磁铁吸住，并挡靠在关闭磁铁的极面上和被它固定住。

从一开始没有考虑的或随时间改变的量，例如各构件的加工误差、不同材料的热膨胀等，它们会导致衔铁不再完全贴靠在磁铁的极面上，在衔铁推杆与气门杆之间形成间隙和/或换气门不再完全关闭。

由一项老的申请，DE19647305.5已知一种间隙补偿机构，其中，致动器浮动地装在气缸盖中。致动器通过衔铁和沿运动方向设在衔铁两侧的两块电磁铁打开和关闭换气门。在背对换气门的一侧，盖板与致动器之间有一个间隙补偿机构，它既补偿正的也补偿负的气门间隙。

间隙补偿机构有一个包括在缸内的间隙补偿活塞的第一液压元件。间隙补偿活塞位于第一个背对换气门取决于内燃机的工作控制的压力腔与第二个面对换气门的压力腔之间。在活塞内有一单向阀，它在制动弹簧作用下保持在关闭位置。当第一压力腔内过压时单向阀朝第二压力腔方向开启。制动弹簧设计为，当不存在间隙并因而两个压力腔之间的通路关闭时单向阀不能打开。

在间隙补偿活塞与缸之间有一确定的间隙作为节流连接装置，压力介质可通过它从第二压力腔向外泄出。间隙补偿机构支承在上盖板上，上盖板与气缸盖固定连接。此间隙补偿机构只能传递压力。

若因为致动器朝换气门方向移动得过远换气门没有正确关闭，也就是存在负间隙，则在第二压力腔内由于换气门朝关闭位置的方向作用的气门弹簧的作用使压力上升。此压力上升促使压力介质可从第二压力腔经由节流连接装置泄出，直至换气门重新完全关闭为止。

若换气门正确关闭，但是在衔铁推杆与换气门之间存在间隙，则换气门的气门弹簧不再作用在第二压力腔上。因此在第二压力腔内的压力比第一压力腔的压力低，所以单向阀克服制动弹簧打开。压力介质从第一压力腔流入第二压力腔，直到间隙被补偿为止。这种补偿通过气门的多个工作循环进行。

间隙补偿机构只是插入致动器的一个孔内，所以两个部分可以相对移动并因而易于装配。然而这样一来造成了下列结果，即，致动器在操纵关闭磁铁关闭换气门的整个时间过程中由于朝换气门方向的反力而卸载。此外，一旦衔铁碰到开启磁铁的极面，间隙补偿机构便卸载。若间隙补偿机构卸载，它便伸展。如果致动器开启换气门，则产生一个方向相反的反力，间隙补偿装置为对抗此反力相应地使其工作受阻并因而只能缓慢地下沉。其结果是此间隙补偿机构伸展量越来越大以及不再能完全关闭换气门。在这里产生了一种类型的泵送效应。除了换气门不能正确关闭并在这种情况下进行燃烧的危险外，开关磁铁需要更高的能量，以便将衔铁从偏心的位置吸出。此外产生一种所谓行程损失，因为在关闭过程中致动器逆换气门的运动方向移动。

这一问题通过先有技术的另一种方案解决，其中，间隙补偿机构与致动器固定连接并因而可以承受拉力和压力。这第二种方案的间隙补偿机构除第一个以外还有第二个包括一个缸的液压元件，第一缸借助于一个环形扩张段在此缸内导引。环形扩张段同时用作在上和下压力腔之间的分隔活塞，这两个压力腔通过一环形节流间隙连接。除此以外此间隙补偿机构与前面所介绍的方案结构相同。

若通过致动器关闭换气门，反力通过第一缸传给下压力腔。因为反力只持续一个短时间，所以在上和下压力腔之间不发生明显的压力介质平衡。致动器不运动。但正和负的间隙可通过多个气门循环得到补偿。

这种受拉力和压力负荷的间隙补偿机构的装配成本特别高和复杂，致动器仿佛借助于间隙补偿机构悬挂在盖板上，尤其是因为由于空间的原因换气门沿致动器的方向歪斜地互相发散地安装。必须为每个换气门和致动器设一块带密封装置和螺钉组的盖板。

除了难以装配和由此引起的昂贵的结构外，在没有电流流过开关磁铁时气门弹簧将致动器缓慢地向上移动，因此，衔铁从其在开关磁铁极面之间的几何中心位置移出。在这种可受拉和压负荷的间隙补偿机构中，第二液压元件，取决于其功能，可能被阻止快速补偿回到中心位置。中心位置要经多个循环后才能完全到达。其结果是仍然需要大的能量以及存在换气门不能被保持住的危险，因为换气门以过高的速度碰撞在关闭磁铁的极面上并被重新弹回，或在上气门弹簧作用下没有加速到足够地靠近开启磁铁。

因此在这两种先有技术的实施形式中，由于这些随时间改变的参数，不能获得可重复的气门升程曲线。

由DE 33 11 250 A1已知一种借助电磁致动器操纵换气门的装置，其中，间隙补偿机构设在衔铁与气门杆之间，它只能传递压力。此间隙补偿机构密封地封闭以及没有通过它供压力介质的压力管接头。

由老的专利申请DE 196 24 296 A1已知一种借助电磁致动器操纵换气门的装置，其中，间隙补偿机构设在衔铁推杆与气门杆之间。此间隙补偿机构装在一个位于衔铁椎杆与气门杆之间的杯状推杆内，后者本身可沿气门轴线方向移动地在致动器壳体的底板内导引。在底板内延伸有一个供油通道，它通过杯状推杆上的圆周槽和横向孔与液压式间隙补偿机构连接。

本发明的目的是按这样的方式设计一种用于操纵具有间隙补偿机构的换气门的装置，即基本上避免泵送作用并保证迅速复位到中心位置。此外，间隙补偿机构应便于装配并供以压力介质。

按本发明通过权利要求1的特征达到此目的，本发明有利的设计和发展可见从属权利要求。按本发明建议了一种液压式间隙补偿机构，它通过在衔铁推杆内沿纵向的通道与一压力管接头连通。

换气门必须始终可靠关闭。为了做到这一点，换气门直接或间接地支承在它上面的间隙补偿机构应有一种缓慢地连续缩短的趋势。这在具有适当节流部位的液压间隙补偿机构中达到。若由于间隙补偿机构缩得过短而使衔铁不再足够地靠近关闭磁铁，则必须沿反方向进行快速补偿，补偿借助一个打开的单向阀实现。这样一种具有快速补偿和具有缓慢补偿的重复的过程，促使换气门始终在一个使间隙得到最佳调整的范围内运动。

具有压力管接头的间隙补偿机构保证通过单向阀迅速地再充填。此外，间隙补偿机构用发动机油冲洗，发动机油经一定时期后更换。空气和凝结的气泡通过冲洗过程排除，在间隙补偿机构内始终存在的是有工作能力的油。

间隙补偿机构夹紧在衔铁推杆与位于沿开启方向作用的上气门弹簧与沿关闭方向作用的下压力弹簧之间的气门杆之间。两个气门弹簧预紧到这样的程度，即，当开关磁铁未流过电流时衔铁运动到开关磁铁极面之间接近中心的位置，并与此同时在换气门处于关闭位置或处于关闭位置前不久下气门弹簧的剩余关闭力作用在间隙补偿机构上、衔铁推杆上和作用在衔铁上。若衔铁被关闭磁铁吸到其极面前不远处以及衔铁的动能忽略不计，则在关闭磁铁上必须施加一个力，它等于沿开启方向作用的上部气门弹簧的弹簧力减去沿关闭方向作用的下部气门弹簧的剩余关闭力。与必须施加在关闭磁铁上的力相同的力作为反力反向作用在致动器上。这个力使先有技术的间隙补偿机构卸载并尤其是导致泵送效应。在位于衔铁推杆与气门杆之间的间隙补偿机构则相反，始终存在着一个至少有剩余关闭力大小的压紧力，因此基本上避免了泵送作用。

致动器有比换气门及其气门杆或衔铁及其衔铁推杆大得多的质量。在按本发明的设计中处于衔铁推杆与致动器之间的间隙补偿机构只须移动质量小的衔铁或换气门，所以通过控制漏泄可以补偿出现的小量泵送作用，不会因漏油量过大而使间隙补偿机械过软。

为了运动重的致动器需要大的能量。在本发明中致动器固定安装，通过间隙补偿机构只移动质量小的衔铁及其衔铁推杆或换气门及其气门杆，因而节约了能量。

由于致动器固定安装在例如气缸盖内或致动器支架内，避免了比较昂贵和浮动地安装。此外，此间隙补偿机构可以在换气门装配后方便地装在气门杆上，或可以与致动器预装配。

在按本发明将间隙补偿机构设在衔铁推杆与气门杆之间的情况下，间隙补偿机构只使用一个液压元件，亦即它们只承受压力而没有拉力。由此保证在重新起动后，由弹簧系统确定的衔铁平衡位置准确和迅速地又调整到开启磁铁和关闭磁铁的极面之间的几何中心位置。在间隙补偿机构第一次卸载时，亦即在换气门的第一次关闭位置，间隙补偿机构调整到准确的长度，没有第二个液压元件阻挡这一过程。

可以获得可再现的气门升程曲线。换气门的关闭可靠、准确和噪声小，以及致动器可与间隙补偿机构方便、快速和结构方面的成本低地装配。

按本发明另一种设计建议，间隙补偿机构只在关闭位置前不久和在关闭位置的区域内与压力管接头连通。只有在换气门关闭时，亦即将其阀盘贴靠在阀座环上时，才得出间隙补偿机构须伸展多大的长度尺寸，以便一方面使换气门以其阀盘良好密封地贴靠在阀座环上，另一方面使衔铁准确贴靠在关闭磁铁的极面上。

本发明其他详情以及由此得到的优点可见下面对实施例的说明。在说明中以及在权利要求中相关联地描绘和说明了许多特征。专业人员可有利地逐个看待这些特征，除此之外也可综合这些特征将它们合理地组合。

附图中：

图1电磁致动器和具有间隙补偿机构的换气门，间隙补偿机构与

   压力管接头连通；

图2按图1所示实施例的致动器，其中间隙补偿机构通过衔铁推

   杆内的通道与压力管接头连通；以及

图3按权利要求2所示实施例的致动器，其中衔铁推杆构成间隙

   补偿机构的一部分。

图1表示用于操纵换气门1的致动器2，它固定安装在构件3，例如致动器支架或气缸盖内的槽35中。致动器2有一开启磁铁4和一关闭磁铁5，衔铁6沿轴向可移动地装在两者之间。衔铁6固定在衔铁推杆7上或与之设计成一体，衔铁通过衔铁推杆作用在换气门1的气门杆9上。此外，致动器2在开启磁铁4的下面有一个弹簧系统8，包括一个沿关闭方向作用的下气门弹簧30和一个沿开启方向作用的上气门弹簧31。下气门弹簧30朝换气门1的方向支承在构件3上，以及朝背离换气门1的方向支承在一个固定在气门杆9上的弹簧盘32上。上气门弹簧31朝换气门1的方向支承在一个固定在衔铁推杆7上的弹簧盘33上，以及朝背离换气门1的方向支承在开启磁铁4上。气门弹簧30、31预紧到这样的程度，即，在开关磁铁4、5没有电流流过时衔铁6处于一个在开关磁铁4、5之间大体中心的位置，以及直接在换气门1关闭位置前存在下气门弹簧30的剩余关闭力和直接在换气门开启位置前存在上气门弹簧31的剩余开启力。

在衔铁推杆7与气门杆9之间通过气门弹簧30、31的预紧力夹紧一个液压的间隙补偿机构10。此间隙补偿机构10通过杯15供入压力油，杯15设在间隙补偿机构10与衔铁椎杆7之间并以其侧壁34局部围绕着间隙补偿机构10，以及外面借助于滑动摩擦在一个供入油压并固定在气缸盖上的导套14内导引。

导套14由单独的构件52构成，后者装在构件3的槽35内。构件52以其外圆周贴靠在槽35的内轮廓上，并通过凸缘37沿背离换气门1的方向支承在开启磁铁4上，而朝换气门1的方向支承在构件3内或气缸盖内的台阶29上。构件52在其外圆周上有一压力腔36，它通过此压力腔36经通道38与压力管接头13连通。通道39从压力腔36引向导套14并通入环槽40。在换气门1关闭位置前不久或在其关闭位置，在杯15与间隙补偿机构10之间构成的内腔41通过杯15中的通道42与环槽40连通。间隙补偿机构10通过导套44径向导引。衔铁6及其衔铁推杆7、间隙补偿机构10和换气门1可以旋转对称地安装。通过环槽40保证，杯15可与装配时的定向无关地供入压力油。如果需要，压力油可通过在杯15内部的盖侧43上的孔56从上面输入间隙补偿机构10。压力油通过杯15输入是一项成熟的技术并因而是一项不会带来什么问题的技术。不过压力油也可以有或没有杯15直接从侧面输入一个适当设计的间隙补偿机构中。此间隙补偿机构也可以直接在构件3内被导引。

图2表示了本发明的一种设计，其中，间隙补偿机构11通过在衔铁推杆16内的一个沿纵向延伸的通道18供入压力油或与压力管接头13连接。用于间隙补偿机构11的导套21和尤其杯15是不需要的。取消了在间隙补偿机构11上的摩擦以及使运动的质量较小。

压力油从压力管接头13经通道46并通过环47面朝换气门1的端面上的环槽49供往在开启磁铁4下面的环47。在环47内压力油流向制在环47内圆周上的第二环槽48。环47朝换气门1的方向支承在构件3内的台阶51上，而沿背对换气门1的方向支承在开启磁铁4上，或开启磁铁4支承在环47上，因此环47沿纵向准确定位。开启磁铁4的下面离间隙补偿机构11的距离较短，压力油可以方便地供入，不会妨碍衔铁6的运动。环槽48对内与衔铁推杆16的导套21邻接，导套21装在开启磁铁4内。导套21在环槽48的所在区域内有一横向通道45，它向里朝着衔铁推杆16通入环槽20内。在关闭位置前不久和在关闭位置，在衔铁推杆16内与通道18连通的横向通道19停止在导套21内的环槽20处。因此，间隙补偿机构11在关闭位置前不久和在关闭位置与压力管接头13连通并供入压力油，以便在需要时伸展到适当的长度。

借助于环槽49、48和20，环47、导套21和衔铁推杆16可与方向无关旋转对称地安装，从而简化了装配。此外，导套21沿纵向通过台阶50固定在开启磁铁4上也有助于简化装配，由此使导套21内的横向通道45在装配时可方便和准确地沿纵向定位。环47可设计为单个零件；但它也可以成形在开启磁铁4上成为一体，并因而构成整体的一个组成部分。

通道18也可以在其他区域内如同在衔铁推杆16的导套21内那样与压力管接头13连接，例如在从关闭磁铁5的方向起为贯通的通道18的情况下等。不过导套21特别适用于此，因为利用了现有的摩擦面，也就是说不增添新的摩擦面，此外它还用压力油润滑并因而减少了摩擦。

间隙补偿机构11有一个缸22和一个活塞24，两者之间包含了一个压力腔26。压力腔26通过一个没有表示的节流器与相邻的腔28、与弹簧腔以及通过单向阀27与通道18连通。

间隙补偿机构11设计成独立的有工作能力的组件，它套在衔铁推杆16上并因而可以预装配和事先检验。此间隙补偿机构11最好能易于套上并尽管如此设计为防丢失的，例如借助于一个未画出的装在一个环槽内的O型圈等。

图3表示了一种间隙补偿机构12，其中活塞25由衔铁推杆17的一部分构成。它只不过是将一种类型的缸23套在衔铁推杆17上，在缸23与衔铁推杆17之间构成压力腔26。单向阀27装在衔铁推杆17内的一个槽55中。此间隙补偿机构12可设计得更经济和更轻。运动的质量减小。还可以令气门杆9构成间隙补偿机构12的一部分，例如将缸23与气门杆9设计为一体，亦即此间隙补偿机构12除单向阀27以外全部由衔铁推杆17和气门杆9构成。

若起动致动器2，间隙补偿机构10、11、12在换气门1第一次的关闭位置调整其准确的长度，也就是说衔铁6准确地贴靠在关闭磁铁5的极面上以及换气门1的阀盘53完全密封地贴靠在阀座环(54)上。在整个工作期间，间隙补偿机构10、11、12受压力作用并有缩短的趋势，以便始终可靠地关闭，这是借助于经由节流器持续地将油排入弹簧腔内达到的。若间隙补偿机构10、11、12由于漏泄而缩得过短，通过打开单向阀27以及使压力腔26与压力管接头13连通，使它在换气门1的关闭位置重新调整为准确的长度。由于这种重复的过程，换气门1始终在一个最佳间隙的范围内运动，间隙补偿机构10、11、12没有泵送效应。

Claims (8)

1.操纵换气门(1)的装置，包括一电磁致动器(2)，它装在构件(3)内并有一开启磁铁(4)和一关闭磁铁(5)，在两者之间沿轴向可移动地装有衔铁(6)，衔铁通过衔铁推杆(7、16、17)与弹簧系统(8)一起作用在气门杆(9)上，以及包括一液压间隙补偿机构(10、11、12)，它装在衔铁推杆(7、16、17)与气门杆(9)之间并通过压力管接头(13)供入压力介质，其特征为：衔铁推杆(16、17)沿纵向有一通道(18)，间隙补偿机构(11、12)通过它与压力管接头(13)连通。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征为：间隙补偿机构(10、11、12)在换气门(1)关闭位置前不久和在其关闭位置的范围内与压力管接头(13)连通。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征为：通道(18)朝衔铁(6)的方向封闭，在开启磁铁(4)下面通过横向通道(19)与压力管接头(13)连通。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征为：横向通道(19)通过环槽(20)与压力管接头(13)连通。

5.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为：通道(18)通过衔铁推杆(16、17)的导套(21)与压力管接头(13)连通。

6.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为：间隙补偿机构(10、11、12)有一个封闭在缸(22、23)与活塞(24、25)之间的压力腔(26)，它通过单向阀(27)与压力管接头(13)以及通过节流器与毗邻的腔(28)连通。

7.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为：衔铁推杆(17)和/或气门杆(9)至少构成间隙补偿机构(12)的一部分(25)。

8.按照权利要求7所述的装置，其特征为：衔铁推杆(17)构成间隙补偿机构(12)的活塞(25)。

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