用于物体的轴向移动的致动器的制作方法

本发明涉及一种用于物体的轴向移动的致动器。本发明在对高速度以及轴向可移动性的精确的可控制性具有较高的要求的应用中是特别地有用的。本发明特别地涉及一种用于内燃机的气体交换阀致动器，其中致动器建议用于驱动一个或多个入口阀或者出口阀，其分别控制与内燃机的气缸有关的空气的供应和排空。因此，本发明的致动器特别地适合于驱动发动机阀以及因此消除对内燃机中的一个或多个凸轮轴的需要。

本发明的致动器包括致动器活塞盘以及气缸容积，所述致动器活塞盘将所述气缸容积分成第一部分以及第二部分并且能在非活动位置与活动位置之间在所述气缸容积中沿轴向方向来回地移动。所述致动器进一步包括在压力流体入口与所述气缸容积的第一部分之间延伸的入口通道，布置于所述入口通道中的第一入口阀阀体，在所述气缸容积的第一部分与压力流体出口之间延伸的出口通道，以及布置于所述出口通道中的出口阀阀体。

背景技术：

因此，致动器(通常被称为气动致动器)包括致动器活塞盘，其能在第一位置(非活动位置)与第二位置(活动/延伸位置)之间沿轴向方向移动。通过控制对比如加压气体/空气的压力流体的供应实现所述移动，所述压力流体作用于所述致动器活塞盘并且驱动所述致动器活塞盘。致动器活塞盘反过来直接地或者间接地作用于要被移动的物体(例如发动机阀)，以控制它的位置。

在具有发动机阀的应用中，当致动器活塞盘处于非活动位置中时，发动机阀与它的底座接触，并且当致动器活塞盘处于活动位置中时，发动机阀为打开的，亦即位于距离它的底座一定距离处。

在已知的致动器中，入口阀阀体通常由通过电磁体驱动的滑阀阀体构成。在例如美国8,973,541中，公开的是，第一入口阀以及出口阀连接至彼此并且构成同一个滑阀阀体的部分，其中滑阀阀体由电构件直接地驱动或者电构件经由未指定的以及不明确的“先导-从动(pilot-slave)”布置(其在所述文件中完全未被描述)间接地控制滑阀阀体。然而，似乎可能的是，这样的“先导-从动-布置”接受的是，电构件使“先导件(pilot)”移动，所述“先导件”通过电构件/先导件控制对作用于滑阀阀体的并且使滑阀阀体移动的压力流体的供应间接地驱动滑阀阀体(为“从动件(slave)”)，如在例如美国3,727,595中所示出的。

具有被组合成同一个滑阀阀体的第一入口阀以及第二入口阀的所公开的设计的一个缺点是，滑阀阀体具有较大的质量，其阻碍与致动器被给予关于操作状态的改变(从非活动的至活动的)的指令有关的较快的加速度。换句话说，从关闭的入口通道至完全地打开的入口通道的转换时间是过长的，并且滑阀阀体的、在入口通道将要被打开时的初始运动是最慢的，这与所希望的相反。另外，当座阀阀体处于从第一位置至第二位置的运动中时，将发生所谓的通流(draught)。通流势必造成的是，入口在出口仍然为打开的的同时被打开，导致压力流体直接地穿过致动器而不执行任何有用的工作。在其中使用普通的滑阀阀体的所公开的设计中防止通流的唯一的方式为，不要在滑阀阀体开始运动时打开入口通道直至在出口通道已经被关闭之后，这势必造成滑阀阀体的不必要的较长的位移，其浪费时间并且消耗不必要的量的压力流体。

最大的问题是，常常发生压力流体越过滑阀阀体的一定的泄漏，这也势必造成未执行有用的工作的压力流体的增加的消耗。压力流体的全部消耗直接地与致动器的能量消耗相连接并且因此将消耗保持至最小值是关键的。

技术实现要素：

本发明的目的在于消除用于物体的轴向移动的先前已知的致动器的以上所提到的缺点和缺陷以及提供一种改进的致动器。本发明的基本目的是提供一种最初所限定的类型的改进的致动器，其减小从关闭的入口通道至完全地打开的入口通道的转换时间以及减小压力流体的消耗。

本发明的另一个目的是提供一种致动器，其完全地消除压力流体在致动器处于非活动状态中时的泄漏。

根据本发明，通过最初所限定的致动器实现至少基本目的，所述致动器具有在独立权利要求中所限定的特征。在从属权利要求中进一步限定本发明的优选实施例。

根据本发明的第一方面，提供一种最初所限定的类型的致动器，其特征在于，所述致动器包括能在非活动位置与活动位置之间在孔中来回地移动的从动活塞；并且其特征在于，所述第一入口阀阀体由具有非活动位置的座阀阀体构成，在所述非活动位置处所述入口通道为关闭的，所述从动活塞被构造成在它的从非活动位置至活动位置的运动期间猛撞所述第一入口阀阀体以及使它移动至活动位置，在所述活动位置处所述入口通道为打开的，所述出口阀阀体连接至所述从动活塞并且能与所述从动活塞联合地移动。

因此，本发明以以下见解为基础：当致动器被给予关于从非活动状态至活动状态的操作状态的改变的指令以便使物体移动时，使用从动活塞来猛撞第一入口阀阀体。因此，从动活塞处于运动中并且在它撞击/猛撞第一入口阀阀体时具有相当大的速度，第一入口阀阀体将立即地从它的非活动位置(关闭位置)移动至它的完全地打开的活动位置。这势必造成的是，当物体(致动器被构造成使其移动)将要从静止不动加速时，入口通道立即地完全地打开并且最大压力流体流可在致动器活塞盘的在气缸容积中的整个移动期间流动至气缸容积的第一部分中。

通过将座阀阀体用作第一入口阀阀体，确保的是，在致动器处于非活动状态中时、亦即当第一入口阀阀体关闭时，不会发生压力流体的泄漏。

根据本发明的一个优选实施例，所述致动器包括布置于所述入口通道中的第二入口阀阀体，所述第二入口阀阀体刚性地连接至所述致动器活塞盘并且能在非活动位置与活动位置之间与所述致动器活塞盘联合地移动。所述第二入口阀阀体被构造成在所述致动器活塞盘位于距离它的非活动位置至少预定距离处时关闭所述入口通道，亦即获得压力脉冲长度与致动器活塞盘/物体的位移之间的直接相关。

根据一个优选实施例，所述致动器进一步包括被构造成经由控制压力通道将控制压力传递至从动活塞的电控先导阀，所述先导阀被构造成分别使它自身处于休止状态中以及活动状态中，在所述休止状态中所述控制压力通道与所述先导阀的控制流体出口流体连通，在所述活动状态中所述控制压力通道与控制流体入口流体连通。

通过其他从属权利要求以及通过对优选实施例的以下具体描述，本发明的另外的优点以及特征为显而易见的。

附图说明

通过参考附图对优选实施例的以下具体描述，对本发明的以上所提到的以及其它的特征和优点的更完整的理解将为显而易见的，其中：

图1为根据第一实施例的本发明的致动器的示意图，其中所述致动器处于非活动状态中；

图2为根据图1的致动器的示意图，其中所述致动器处于活动状态中；

图3为根据第二实施例的本发明的致动器的示意图；

图4为根据第三实施例的本发明的致动器的示意图；以及

图5为根据第四实施例的本发明的致动器的示意图。

具体实施方式

最初参考图1和2，其公开本发明的致动器的第一实施例，以及公开与其它构件分离的本发明的基本想法。本发明涉及一种用于物体的轴向移动的、总体标示为1的致动器，比如用于内燃机的气体交换阀2的轴向移动的致动器1。以下，将参考其中致动器1被用于驱动内燃机中的一个或多个入口阀或出口阀2的应用以示例性的而非限制性的目的描述本发明。

在所示实施例中，致动器1包括致动器壳体3，限定气缸容积或者室的气缸4，致动器活塞盘5，其布置于所述气缸容积中并且其能在非活动的休止位置(图1)与活动位置/下死点(图2)之间在所述气缸容积中沿轴向方向来回地移动。致动器活塞盘5将所述气缸容积分成第一上部部分6以及第二下部部分7。气体交换阀2的阀轴终止于气缸容积的第二部分7中，并且气体交换阀2被通过传统的阀弹簧或者气体弹簧(未示出)沿向上的方向偏置。致动器活塞盘5通过优选地通过弹簧装置沿图中的向上的方向偏置而返回至它的非活动位置。所述弹簧装置可为位于气缸容积的第二部分7中的机械弹簧或者气体弹簧。如果致动器活塞连接至内燃机的入口阀或出口阀并且驱动内燃机的入口阀或出口阀，则弹簧可由将气体交换阀提升至它的关闭位置的阀弹簧构成。然而，实现偏置的替代的解决方案在本发明的范围内为可能的。

致动器1进一步包括总体标示为8的致动器活塞杆，其刚性地连接至致动器活塞盘5并且从致动器活塞盘5轴向地延伸，并且其与致动器活塞盘一起形成致动器活塞。致动器活塞杆8消除致动器活塞盘5的偏斜设定的风险。致动器活塞杆8在所示实施例中具有：较粗的第一部分9，其位于距离致动器活塞盘5一定距离处并且与致动器壳体3中的孔紧密配合；以及在较粗的部分9与致动器活塞盘5之间延伸的并且连接较粗的部分9与致动器活塞盘5的较细的第二部分10。在此实施例中，较粗的部分9构成第二入口阀阀体，以下将对其进行描述。

致动器1还包括压力流体回路、优选地气动压力流体回路，该气动压力流体回路被构造成将气体或者气体混合物(例如空气)可控制地供应至气缸容积的第一部分6，以产生致动器活塞盘5从非活动位置至活动位置的移动，并且气动压力流体回路被构造成从气缸容积的第一部分6可控制地排空气体或者气体混合物，以产生致动器活塞盘5从活动位置至非活动位置的返回运动。

压力流体回路包括在致动器壳体3中的压力流体入口12与气缸容积的第一部分6之间延伸的入口通道11，以及在气缸容积的第一部分6与致动器壳体3中的压力流体出口14之间延伸的出口通道13。所述入口通道11经由压力流体入口12连接至压力流体源(hp)，并且所述出口通道13经由压力流体出口14连接至压力流体槽(lp)。换句话说，致动器1的压力流体入口12被构造成连接至压力流体源(hp)，并且压力流体出口14被构造成连接至压力流体槽(lp)。压力流体源可为属于内燃机并具有或不具有附属槽的压缩机、或者仅仅为压力槽。压力流体槽可为具有比在压力流体源中所产生的压力低的压力的任何点，例如返回通向压缩机的导管。压力流体回路优选地为具有上升的回流压力的封闭的系统，亦即压力流体槽(lp)具有例如4-6巴的压力，并且压力流体源具有例如15-25巴的压力。

致动器1包括布置于所述入口通道11中的第一入口阀阀体15，其用于控制入口通道11中的压力流体流动越过第一入口阀阀体15所在的位置，亦即被布置成分别打开和关闭入口通道11。因此，入口通道11在第一入口阀阀体15位于它的非活动位置中时关闭并且在第一入口阀阀体15位于它的活动位置中时打开。对于本发明而言，必要的是，第一入口阀阀体15由座阀阀体构成，由此获得用于入口阀阀体15的几何学上良好地限定的非活动位置，以及使入口通道11在第一入口阀阀体15位于它的非活动位置中时不会有越过第一入口阀阀体15的泄漏。优选地通过弹簧16沿入口通道11的一个关闭方向偏置入口阀阀体15。

致动器包括从动活塞(slavepiston)17，其能在非活动位置与活动位置之间在致动器壳体3中的孔18中来回地移动，从动活塞17被构造成在它的从非活动位置至活动位置的运动期间猛撞(ram)第一入口阀阀体15以及使它移动至它的活动位置，在该活动位置中入口通道11为打开的。术语猛撞意味着，从动活塞17在它撞击入口阀阀体15时处于运动中，入口阀阀体15为静止不动的并且其由此处于运动中。在猛撞之后，从动活塞17将入口阀阀体15驱动至它的活动位置并且将它保持于它的活动位置中。紧接从动活塞17已经碰撞打开/猛撞入口阀阀体15之后，优选的是，入口阀阀体15获得比从动活塞17更高的速度以及由此获得入口通道11的更快速的打开。从动活塞17接着追寻第一入口阀阀体15。弹簧19位于从动活塞17与第一入口阀阀体15之间，于是入口阀阀体15有助于在入口阀阀体15关闭入口通道11时使从动活塞17返回至它的非活动位置中并且将从动活塞17保持于它的非活动位置中。另外，位于入口通道11中的压力流体也起在入口阀阀体15关闭时使从动活塞17返回的作用。

优选地，被构造成猛撞第一入口阀阀体15的从动活塞17的端部包括轴向地延伸的销17'，其相对于第一入口阀阀体15的套筒/凹槽15'以伸缩关系布置。应当指出的是，可发生反向关系，亦即从动活塞17包括套筒或凹槽并且第一入口阀阀体15包括销。这种设计使得消除第一入口阀阀体15的偏斜设定的风险。

在所公开的实施例中，致动器包括电控先导阀20(还被称作多通阀)，其被构造成经由控制压力通道21将控制压力传递至从动活塞17。所谓电控意味着通过电磁装置(比如螺线管22)、通过压电装置等等控制。因此，控制压力通道21从先导阀20延伸至与被构造成猛撞入口阀阀体15的从动活塞17的端部相对的从动活塞17的端部。先导阀20被构造成采取非活动状态(图1)，其中控制压力通道21与先导阀20的控制流体出口23处于流体连通，以及采取活动状态(图2)，其中控制压力通道21与控制流体入口24处于流体连通。先导阀20的控制流体入口24被构造成连接至压力流体源(hp)，并且先导阀20的控制流体出口23被构造成连接至压力流体槽(lp)。

应当指出的是，在所有图中，先导阀20被绘制为位于致动器壳体3外部，这为完全地可能的，仍然优选的是，先导阀20以及控制压力通道21完全地或者部分地位于致动器壳体3内。

在一个优选实施例中，先导阀20包括先导阀阀体装置25，其能在非活动位置与活动位置之间来回地移动，其中通过弹簧26沿朝向所述先导阀阀体装置25的非活动位置的方向偏置先导阀阀体装置25。螺线管22被构造成在所述螺线管22被启动时使先导阀阀体装置25沿朝向它的活动位置的方向移动。螺线管22的启动由于来自发动机控制单元的状态指令的改变(亦即将发动机阀2打开的指令)而发生，所述发动机控制单元反过来例如被以曲柄轴的位置为基础启动。

致动器1优选地包括第二入口阀阀体，其布置于所述入口通道11中，并且其在所公开的实施例中由致动器活塞杆8的较粗的部分9构成，亦即第二入口阀阀体9刚性地连接至致动器活塞盘5并且能在非活动位置与活动位置之间与致动器活塞盘5联合地移动，并且被布置成分别地打开和关闭入口通道11。第二入口阀阀体被构造成在第二入口阀阀体位于它的非活动位置中时容许入口通道11中的流体流。第二入口阀阀体被构造成在致动器活塞盘5位于距离它的非活动位置至少预定距离处时保持入口通道11关闭。

根据所公开的实施例，第一入口阀阀体15以及第二入口阀阀体9彼此串联地布置，以及优选地第二入口阀阀体9布置于第一入口阀阀体15与气缸容积的第一部分6之间，因为第一入口阀阀体15提供比由滑阀阀体所构成的第二入口阀阀体9更好的密封。

致动器1还包括布置于所述出口通道13中的出口阀阀体27，其用于控制出口通道13中的压力流体流动越过出口阀阀体27所在的位置，亦即被布置成分别地打开和关闭出口通道13。出口阀阀体27在第一实施例中由滑阀阀体构成。通过弹簧28沿朝向出口阀阀体27的非活动位置(其中出口通道13为打开的)的方向偏置出口阀阀体27。根据第一实施例，先导阀20被构造成经由所述控制压力通道21将所述控制压力传递至出口阀阀体27。因此，控制压力通道21从先导阀20延伸至与出口阀阀体27的受弹簧28的作用影响的出口阀阀体27的端部相反的出口阀阀体27的端部。因此，在根据图1和2的第一实施例中，出口阀阀体27与从动活塞17分离。在先导阀20被启动时，将在从动活塞17猛撞和打开第一入口阀阀体15之前出口阀阀体27将完全地或者在很大程度上关闭出口通道13。

现在参考图3，其公开本发明的致动器1的第二实施例。将仅仅描述与其它实施例的差别。

在第二实施例中，出口阀阀体27连接至从动活塞17并且能与从动活塞17联合地移动。这势必造成的是，出口通道13将在入口通道11被第一入口阀阀体15打开之前被出口阀阀体27完全地或者在很大程度上关闭。因此，防止通流以及压力流体的不必要的消耗。当出口阀阀体27连接至从动活塞17时，不需要单独的弹簧来朝向出口阀阀体27的非活动位置偏置出口阀阀体27。

致动器1优选地包括液压回路，该液压回路包括锁定容积29、止回阀30以及液压阀，致动器活塞杆8被布置成结合致动器活塞盘5的在气缸容积中的轴向移动相对于所述锁定容积29沿轴向方向移动。容许液体(油)经由止回阀30流动至液体填充的锁定容积29中以及经由液压阀从锁定容积29流出。液压阀包括液压阀阀体31，其能在非活动位置(其中锁定容积29为打开的)与活动位置(其中锁定容积29为关闭的)之间来回地移动，在所公开的实施例中，通过弹簧32沿朝向液压阀阀体31的非活动位置的方向偏置液压阀阀体31。换句话说，当致动器活塞从非活动位置(图1)移动至活动位置(图2)时，致动器活塞杆8留出用于使液体流入至锁定容积29中的空间并且液压阀为关闭的，以及当致动器杆从活动位置移动至非活动位置时，液压阀必须首先被打开，于是液体被从锁定容积29压出。

根据第二实施例，先导阀20被构造成经由所述控制压力通道21将所述控制压力传递至液压阀阀体31。因此，控制压力通道21从先导阀20延伸至与液压阀阀体31的受弹簧32的作用影响的端部相对的液压阀阀体31的端部。因此，液压阀阀体31在根据图3的第二实施例中与从动活塞17分离。应当指出的是，在根据图1和2的第一实施例中，液压阀阀体31连接至出口阀阀体27并且能与出口阀阀体27联合地移动。当液压阀阀体31在第一实施例中连接至出口阀阀体27时，不需要单独的弹簧来朝向液压阀阀体31的非活动位置偏置液压阀阀体31。

应当指出的是，出口阀阀体27以及液压阀阀体31分别地具有相同的功能，而与位置无关。

现在参考图4，其公开本发明的致动器1的第三实施例。将仅仅描述与其它实施例的差别。

在第三实施例中，出口阀阀体27与从动活塞17分离，并且液压阀阀体31连接至从动活塞17并且能与从动活塞17联合地移动。当液压阀阀体31连接至从动活塞17时，不需要单独的弹簧来朝向液压阀阀体31的非活动位置偏置液压阀阀体31。出口阀阀体27在第三实施例中由座阀阀体构成，优选地通过弹簧33沿出口通道13的一个关闭方向偏置所述座阀阀体。出口阀阀体27优选地包括用于消除其偏斜设定风险的引导销27'。如在第一实施例中，先导阀20被构造成经由所述控制压力通道21将所述控制压力传递至所述出口阀阀体27。出口阀阀体27的加压区域之间的相互关系确保正确的功能。

现在参考图5，其公开本发明的致动器1的第四、最优选的、实施例。将仅仅描述与其它实施例的差别。在第四实施例中，出口阀阀体27以及液压阀阀体31连接至从动活塞17并且能与从动活塞17联合地移动。本实施例包括最小数量的活动部分。

若未提到其它的，则在下文中将独立于实施例描述致动器1的功能。

在起始位置中，致动器1处于它的非活动状态中(参见例如图1)，亦即先导阀20处于非活动状态中并且螺旋管22未被启动，并且低流体压力在控制压力通道21中起作用。第一入口阀阀体15处于关闭位置中，致动器活塞盘5处于非活动位置中/上死点以及第二入口阀阀体9处于打开位置中，出口阀阀体27根据实施例处于打开或关闭位置中，并且液压阀阀体31为打开的(参见例如图1)。因此，致动器在非活动状态中既不消耗动力也不消耗压力流体。

当控制单元给予致动器1应当执行物体/发动机阀的移动的状态信号/指令的改变时，螺线管22被启动并且先导阀20改变为活动状态(参见图2)。这导致高流体压力在控制压力通道21中起作用，于是从动活塞17以及液压阀阀体31朝向它们的活动位置移动，同时出口阀阀体27根据实施例朝向它的活动位置移动或者被固定于它的活动位置中。当从动活塞17已经获得速度时，从动活塞17猛撞入口阀阀体15，入口阀阀体快速地朝向它的活动位置移动并且立即地将入口通道11打开。

当入口通道11被打开时，压力流体开始经由入口通道11从压力流体源(hp)流动至气缸容积的第一部分6中，并且具有较高压力的压力流体作用于致动器活塞盘5的上侧且使致动器活塞沿向下的方向移动。当致动器活塞杆8向下移动时，液体被越过止回阀30吸入至锁定容积29中。出口阀阀体27保持关闭。当致动器活塞盘5已经移动预定的距离时，第二入口阀9切断入口通道11中的压力流体流，亦即防止压力流体从压力流体源(hp)继续流入至气缸容积的第一部分6。当从压力流体源(hp)的压力流体供应被切断时，致动器活塞盘5在压力流体在气缸容积的第一部分6中膨胀期间继续移动一定的距离。

当致动器活塞盘5已经到达它的活动位置/下死点时，由于锁定容积29中的液体不被容许排空，致动器活塞5被锁定(保持在位)。

当物体/发动机阀2将开始它的返回运动时，使螺线管22停止作用，于是先导阀20采取它的非活动状态，并且低流体压力在控制压力通道21中起作用。现在容许从动活塞17移动至它的非活动位置，于是第一入口阀阀体15将入口通道11关闭并且有助于使从动活塞17返回，液压阀阀体31被打开以容许将液体从锁定容积29排空，出口阀阀体27将出口通道13打开，并且可通过弹簧构件使致动器活塞盘5向上移动至非活动位置。

本发明的可能的修改形式

本发明并不仅仅限于以上所描述的以及在附图中所示出的实施例，其主要地具有示例说明性的以及解释说明性的目的。本发明的应用意欲涵盖在本文中所描述的优选实施例的所有的调节以及变形，因此由所附权利要求的措辞限定本发明并且可在所附权利要求的范围内以各种方式修改设备。

还应当指出的是，应当在设备被依照附图定向的情况下理解/阅读与术语(比如上方、下方、上部、下部、等等)有关的/关于术语的所有的信息，其中附图被定向成使得可以以正确的方式阅读标引。因此，相似的术语仅仅表示所示实施例中的相互关系，若根据本发明所述的设备设置有另一种构造/设计，则所述相互关系可能改变。

应当指出的是，即使未明确地说明可将来自一个特定实施例的特征与另一个实施例中的特征组合，在可能的时候这将被认为是显而易见的。