专利名称：有电磁致动器的换气门操纵装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述有电磁致动器的换气门操纵装置。
操纵换气门的电磁致动器通常有两块开关磁铁，亦即开启磁铁和关闭磁铁，在它们的极面之间装有可相对于气门轴线同轴移动的衔铁。衔铁直接或通过衔铁挺杆作用在换气门的气门杆上。在按惯性振荡器原理的致动器中，预紧的弹簧机构作用在衔铁上。通常两个被预紧的压缩弹簧用作弹簧机构，亦即一个上部和一个下部的气门弹簧。上部气门弹簧沿换气门的开启方向加载，而下部的气门弹簧沿其关闭方向加载。当磁铁未激励时，衔铁被气门弹簧保持在磁铁之间的一个平衡位置上。
若在起动时致动器被活化，或关闭磁铁或开启磁铁短时过激励，或衔铁通过起振程序激励至其谐振频率，以便从平衡位置吸出。在换气门的关闭位置，衔铁贴靠在被激励的关闭磁铁极面上并被关闭磁铁固持。此关闭磁铁进一步预紧沿开启方向作用的气门弹簧。为了开启换气门，切断关闭磁铁并接通开启磁铁。沿开启方向作用的气门弹簧使衔铁加速超越平衡位置，从而使衔铁被开启磁铁吸住。衔铁停靠在开启磁铁的极面上并被它固持。为了重新关闭换气门，切断开启磁铁和接通关闭磁铁。沿关闭方向作用的气门弹簧使衔铁加速超越平衡位置去关闭磁铁。衔铁被关闭磁铁吸住，挡靠在关闭磁铁的极面上并被它固持。
从一开始就未考虑的或随时间推移会改变的参数，例如各构件的加工公差、不同材料的热膨胀、上部和下部气门弹簧不同的弹簧刚度以及由于气门弹簧老化引起的下沉现象等，可以导致由气门弹簧确定的平衡位置与在极面之间的能量学中心位置不一致或没有一个确定的位置。此外，这些参数可能造成衔铁不再完全贴靠在磁铁的极面上，从而在衔铁挺杆与气门杆之间形成间隙和/或换气门不再能完全关闭。
在一项早期的申请DE 19647305.5中描述了一种间隙补偿件，其中，致动器浮动地装在气缸盖内。致动器通过衔铁和沿衔铁运动方向的两侧所设的两块电磁铁打开和关闭换气门。弹簧机构装在致动器与换气门的气门顶之间，其中上部的开启弹簧支承在致动器上，而下部的关闭弹簧支承在气缸盖上。在背对换气门的一侧，在盖板与致动器之间有一间隙补偿件，它不仅补偿正的而且补偿负的气门间隙。
此间隙补偿件有第一液压元件，包括一个在缸内的间隙补偿活塞。间隙补偿活塞位于背对换气门和根据内燃机状况控制的第一压力腔与面朝换气门的第二压力腔之间。活塞内有一单向阀，它在关断弹簧的作用下保持在关闭位置。在第一压力腔过压时单向阀朝第二压力腔方向打开。关断弹簧设计为当不存在间隙时单向阀不打开，并因而切断两个压力腔之间的连接。
在间隙补偿活塞与缸之间有一定量的间隙作为节流连接器，压力介质可通过它从第二压力腔向外逸出。间隙补偿件支承在上部盖板上，盖板与气缸盖固定连接。间隙补偿件可以或只传递压力，或按另一种设计在关闭过程传递压力和拉力。
若致动器朝换气门方向移动得过多使换气门没有完全关闭，亦即存在负间隙，则第二压力腔内的压力在换气门沿关闭方向作用的气门弹簧的作用下增加。由于压力增加使压力介质从第二压力腔经节流连接器逸出，直至换气门重新完全关闭为止。
若换气门正确关闭，但衔铁挺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。因此第二压力腔内的压力降至低于第一压力腔的压力，从而使单向阀克服关断弹簧的力打开。压力介质从第一压力腔流入第二压力腔，直至间隙被补偿。这一过程可能要持续气门的多个工作循环。因为在间隙补偿过程中致动器的位置改变，从而也改变了气门弹簧的平衡位置，所以这一平衡位置不再与能量学的中心位置一致。其结果是改变了弹簧机构的振动特性、磁铁的能量需求以及换气门的开启和关闭过程。
本发明的目的是创造一种操纵具有间隙补偿件的换气门的装置，其中，弹簧机构的平衡位置与致动器的位移无关。按本发明此目的通过权利要求1的特征达到，而本发明有利的设计和进一步发展可见从属权利要求。
按本发明沿关闭方向作用的气门弹簧以其自由端间接或直接支承在致动器上，确切地说以合乎目的的方式令致动器在开启磁铁与换气门之间构成弹簧腔，气门弹簧装在其中，气门杆或衔铁挺杆经此腔延伸。因此弹簧机构与致动器连接成一个结构单元，在这种情况下气门弹簧的平衡位置与此结构单元相对于气缸盖的位置无关。此致动器可在气缸盖外部装配、调整和检验。
按简单的方式弹簧腔可由薄板壳构成，它围绕着致动器并支承在致动器背对弹簧腔的端面上。在这种情况下按有利的方式薄板壳的支承面由弯曲的边缘部分构成。
另一种方案在于，弹簧腔由罐构成，它与致动器通过螺纹连接。在这种情况下螺纹最好设在致动器面朝换气门的端面处的致动器伸出部分上。通过螺纹连接可以调整弹簧机构的平衡位置，这种螺纹连接例如借助于锁紧螺母防松。
沿关闭方向作用的气门弹簧以其自由端支承在弹簧腔相应的端面上。此端壁按简单的方式可由支承盘构成，支承盘支承在弹簧腔的内部台肩上，例如支承在环槽的侧面。为了简化装配和减少零件种类，合乎目的的是气门弹簧有一公共的弹簧座，它借助于螺纹连接夹紧在气门杆上的凸缘与定距套管之间。因此当致动器装入气缸盖后换气门可从燃烧室一侧插入致动器并与弹簧座连接，其中衔铁已在预装配的致动器中固定在定距套管上。
按本发明的一种设计，间隙补偿件由一弹簧构成，它支承在气缸盖上并用剩余关闭力朝关闭位置的方向给致动器加载。由此保证换气门无间隙地关闭并补偿了因磨损或下沉现象引起的可能的变化。除此之外不需要附加地预紧气门弹簧。采用弹簧可以取消液压式气门补偿。由此减小了运动的质量。此外不需要供油。
由下面的
其他的优点。附图表示了本发明的实施例。说明书和权利要求书中包含了许多组合的特征。行家们既可合乎目的地逐个研究这些特征，也可有意义地将它们进一步组合。
附图中图1通过气缸盖和两个换气门以及两种致动器方案的局部剖面；以及图2通过具有一个作为间隙补偿件的弹簧的致动器第三种方案剖视图。
图1表示两个换气门1，它们控制气缸盖5内的两个换气通道14。换气通道14有在燃烧室一侧的气门座圈13，在关闭状态换气门1以其气门顶12压靠在气门座圈13上。
电磁致动器2和3操纵换气门1，它们通过其气门杆11借助于气门导管15在气缸盖5内导引。致动器2和3有两块开关磁铁，更确切地说是一块上部的关闭磁铁8和一块下部的开启磁铁7。衔铁9在磁铁7和8的极面之间运动，它通过衔铁挺杆10作用在换气门1的气门杆11上。采用衔铁挺杆10有利于加工。若衔铁9与气门杆11直接连接，则可以取消衔铁挺杆。
致动器2、3在开启磁铁7与换气门1之间有弹簧腔19，其中装有一个由两个气门弹簧16和17组成的弹簧机构。气门弹簧16、17以一端支承在一公共的弹簧座18上，后者固定在衔铁挺杆10上。在这种情况下，上部的预紧的气门弹簧16通过将它的自由端支承在开启磁铁7上沿开启方向作用，而下部的预紧的气门弹簧17通过将其支承在弹簧腔19的一个面朝换气门1的端壁上沿关闭方向作用。当磁铁不供电时，由气门弹簧16、17的平衡位置确定衔铁9的位置。此位置最好应与能量学中心位置一致。
致动器2、3设计有间隙补偿件6，它支承在气缸盖5的盖板4上，一旦在换气门1的关闭状态下出现负的或正的间隙时，它沿轴向调整浮动地安装在气缸盖5中的致动器2、3。因为气门弹簧16和17处于致动器2、3的弹簧腔19内并因而构成一个组件，所以平衡位置和中心位置不受通过液压作用的间隙补偿件6调整致动器2、3的影响。
致动器2与致动器3在弹簧腔19的设计方面略有不同。在致动器3中弹簧腔由薄板壳20构成，它在磁铁7、8的区域围绕着致动器3以及在与弹簧腔19相对侧有向里弯边的边缘部分21并借助于此边缘部分使薄板壳20支承在关闭磁铁8上。薄板壳20支承在开启磁铁7上的台肩35构成平衡面。
在致动器2中弹簧腔19由罐22构成，它通过螺纹24固定在开启磁铁7的伸出部分23上。可用锁紧螺母25保险的螺纹24同时用于调整能量学中心位置。
按图2的设计表示了一种致动器26，其中弹簧17支承在其上的弹簧腔19的端壁由支承盘31构成，支承盘本身支承在弹簧腔19的内部台肩上。此台肩由环槽30的外侧面构成，支承盘31装入环槽30内。为此，支承盘31设计为分开的或径向弹性的。
在按图2的设计中间隙补偿件由弹簧28构成，它一端支承在气缸盖5上，另一端支承在致动器26上最好支承在凸缘27上，并用剩余关闭力沿换气门关闭方向给致动器26加载。由此保证换气门1始终无间隙地关闭，并为此不再需要液压元件和供应管道。此外避免了附加的质量，要不然它们会增大换气门1的运动质量。若换气门1开启，致动器26经短的弹簧行程后支靠在盖板4上。
在按图2的设计中，弹簧座18直接固定在换气门1的气门杆11上，确切地说，对于两个气门弹簧16和17为公共的弹簧座18一侧贴靠在气门杆11的凸缘34上，另一侧通过定距套管32借助螺纹连接装置33夹紧。因此，换气门1可从气缸盖5的燃烧室一侧通过气门导管15插入弹簧座18内，并借助可从外部接近的螺纹连接装置33通过定距套管32固定。
权利要求
1.操纵内燃机换气门的装置，包括一个电磁致动器，它浮动地装在气缸盖内并支承在间隙补偿件上以及有开启磁铁和关闭磁铁，在它们的极面之间装有可相对于气门轴线轴向移动的衔铁，衔铁直接或通过衔铁挺杆作用在气门杆上；以及，包括一个沿开启方向和一个沿关闭方向作用在换气门上的预紧的气门弹簧，它们装在致动器与换气门之间并以一端通过弹簧座支承在气门杆或衔铁挺杆上，其中沿开启方向作用的气门弹簧以其自由端支承在致动器上，其特征为沿关闭方向作用的气门弹簧(17)以其自由端间接或直接支承在致动器(2、3、26)上。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征为致动器(2、3、26)在开启磁铁(7)与换气门(1)之间构成弹簧腔(19)，气门弹簧(16、17)装在其中和气门杆(11)或衔铁挺杆(10)经此腔延伸。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征为弹簧腔(19)由薄板壳(20)构成，它围绕着致动器(2)并支承在致动器(3)背对弹簧腔(19)的端面上。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征为支承面由薄板壳(20)弯曲的边缘部分(21)构成。
5.按照权利要求1至2所述的装置，其特征为弹簧腔(19)由罐(22)构成，它与致动器(2)通过螺纹连接。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征为致动器(2)在其面朝换气门(1)的端面有一带螺纹(24)的伸出部分(23)。
7.按照权利要求2所述的装置，其特征为弹簧腔(19)面朝换气门(1)的端面由一分开的或弹性的支承盘(31)构成，它支承在弹簧腔(19)的内部台肩上。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征为环槽(30)构成此内部台肩。
9.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为气门弹簧(16、17)有一公共的弹簧座(18)，它借助于螺纹连接装置(33)夹紧在气门杆(11)上的凸缘(34)与定距套管(32)之间。
10.按照前列诸权利要求之一所述的装置，其特征为支承在气缸盖(5)上的弹簧(28)用剩余关闭力沿关闭位置的方向给致动器(26)加载。
全文摘要
本发明涉及一种操纵内燃机换气门的装置,包括一个电磁致动器,它浮动地装在气缸盖内并支承在间隙补偿件上以及有开启磁铁和关闭磁铁,在它们的极面之间装有可相对于气门轴线轴向移动的衔铁,衔铁直接或通过衔铁挺杆作用在气门杆上;以及,包括一个沿开启方向和一个沿关闭方向作用在换气门上的预紧的气门弹簧,它们装在致动器与换气门之间并以一端通过弹簧座支承在气门杆或衔铁挺杆上,其中沿开启方向作用的气门弹簧以其自由端支承在致动器上。本发明建议,沿关闭方向作用的气门弹簧以其自由端间接或直接支承在致动器上。
文档编号F01L9/04GK1277655SQ98810609
公开日2000年12月20日 申请日期1998年10月24日 优先权日1997年11月13日
发明者托马斯·斯托尔克, 亚历山大·冯盖斯伯格 申请人:戴姆勒-克莱斯勒股份公司