液压式阀门间隙补偿元件 【技术领域】
本发明涉及一种用于内燃机阀动装置的液压式阀门间隙补偿元件，特别是一种按权利要求1前序部分所述的用于内燃机阀动装置的液压式阀门间隙补偿元件。
背景技术
液压式阀门间隙补偿元件的作用是补偿凸轮升程向内燃机换气阀上传递元件之间由于磨损或者热膨胀形成的间隙。按照这种方式，应达到一种低噪音和低磨损的阀动装置以及凸轮升程曲线与阀门升程曲线尽可能的一致。
EP 1 298 287 A2公开了一种内燃机阀动装置的液压式阀门间隙补偿元件，它具有以下特征：
-阀门间隙补偿元件的外壳具有盲孔，其中引导带有密封间隙的活塞；
-活塞具有活塞底，其与盲孔共同限制高压室，而低压室处于活塞底的上面；
-压力室通过活塞底上的中心轴向孔连接，该孔通过设置在活塞底底面上的控制阀控制；
-控制阀具有带有半球形密封面的阀门关闭体，该半球形密封面与设置在活塞底上的圆柱体环形密封面共同构成圆形密封线；
-阀体弹簧支承在同心轴向孔和处于孔下面密封面之间的台阶上，在打开方向上向阀门关闭体加载，而高压室内的过压在关闭方向上向阀门关闭体加载；
-关闭体盖具有盖法兰、基本上圆柱体的盖中心件和设有至少一个孔的盖底；
-关闭体盖支承在活塞底上并对中，而且盖底起到限制阀门关闭体升程的作用；
-活塞通过盖法兰由设置在高压室内地压力弹簧施加压力。
这种液压式阀门间隙补偿元件由于与常用的液压式阀门间隙补偿元件相比反向设置关闭体弹簧，所以称为(Reverse Spring)反弹式液压阀门间隙补偿元件并缩写为RSHVA用于下面的说明。
RSHVA的特征是对热力学、减少有害物质和内燃机机械负荷的积极作用。RSHVA正常功能的重要前提是不变的升程和阀门关闭体的关闭压力。由此达到RSHVA不变的空升程。
分类构成的EP 1 298 287 A2的阀体弹簧这样设计，安装RSHVA时使阀门在高压室和低压室之间可以进行流体交换，但在高压室内压力上升时尽可能迅速地逆阀体弹簧的弹力关闭。这种弹力因此必须相当低。因此，球形阀门关闭体通过可能的侧向绕流在旋转中偏移，并随同阀体弹簧侧向移动。由此改变阀体弹簧的关闭力和作为此后果的RSHVA的空升程。在极端情况下，阀体弹簧会进入控制阀的配合间隙内，从而造成进一步改变空升程和失调，或者甚至会导致RSHVA完全失灵和阀体弹簧损坏。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种RSHVA，它具有现有技术中所述的优点，但避免了其缺点。
该目的根据本发明通过独立权利要求1的特征得以实现。
通过利用导向间隙环绕阀门关闭体与RSHVA的轴线平行分布的圆柱体导向面，控制阀关闭时流动的液流在关闭方向上向阀门控制体加载。其作用主要是流体静力，从而阀门关闭体像活塞那样线性运动。
导向面之间同样轴向平行流动的液流很小并起到阀门关闭体在其导向面上对中的作用。与受引导的阀门关闭体的流体静力和轴向加载相反，无引导阀门关闭体的无引导流体动力加载会导致其具有所述缺点的偏心位置和旋转运动。此外，用于关闭过程的流体动力加载阀门关闭体比流体静力加载需要更大的油量。
不同构成阀门关闭体的情况下具有的优点是，阀体弹簧可以作为圆柱体或者锥形压力弹簧构成。
对控制阀的动力学来说有益的是，阀门关闭体取代钢，例如由钛或者陶瓷制成。
作为与活塞底连接的无切削加工的圆柱体导向面适合采用关闭体盖圆柱体中心件的内面。
具有优点的是，活塞底的底面具有一直延伸到圆柱体环形密封面的对中孔，其具有能支承在孔内对中的盖法兰的凸肩。按照这种方式确定关闭体盖的轴向和径向位置。
本发明一种具有优点的进一步构成在于，阀门关闭体作为球体或者作为通过圆柱体中间件加长的球体(所谓的针)构成，盖底具有起到限制升程作用的中心件，其带有环绕中心件旋转对称设置的优选作为孔构成的开口。旋转对称设置的孔的作用是压力油均匀轴向流向阀门关闭体，其按照这种方式不在旋转中偏移。
在针上附加通过轴向引导的圆柱体中间件防止针环绕水平轴线旋转。
此外具有优点的是，阀门关闭体具有加长的圆柱体中间件和远离阀座的削平末端，关闭体盖具有带中心开口的盖底，该开口优选作为中心孔构成并且其边缘区域起到限制阀门关闭体升程的作用。阀门关闭体通过加长圆柱体中间件的轴向强制导向必然防止环绕水平轴线旋转。
本发明一种具有优点的构成在于，控制阀的阀门关闭体在其远离阀座的末端上具有例如圆柱体的销子，其直径连同导向间隙相当于关闭体盖中心孔的直径，其长度大于阀门关闭体的升程。由此保证阀门关闭体在整个升程期间精确的轴向导向。
如果销子和与其配合的孔不具有圆柱体的形状，那么还可以达到强制阻止环绕阀门关闭体纵向轴线旋转的目的。作为断面例如可以考虑角形、多边形或者齿形的圆柱体断面。
不使用销子，但采用阀门关闭体及其导向面圆柱体中间件的相应造型设计，可以达到同样的效果。
通过阀门关闭体具有至少一个优选平面这样轴向平行侧面分布的造型，达到阀门关闭体环绕所有轴线防扭转构成的目的。平面提供了加工方面的优点，但也可以设想其他任意的轴向平行分布的断面。
包括球体在内的阀门关闭体的所有结构均适用于平面或者其他任意的圆柱体造型设计。
阀门关闭体环绕所有轴线防扭转的另一种构成在于，该阀门关闭体与其加长的圆柱体中间件附加具有至少一个向下无侧凹的偏心空隙，与关闭体盖的相应台阶相对应。空隙的作用是防止环绕纵向轴线扭转，而无侧凹则是阀门关闭体轴向运动的前提。
如果阀门关闭体具有扁平的球窝作为密封面和连接在其上面的平面末端作为关闭体盖的盖底上限制升程的挡块，而且关闭体盖盘形构成的话，可以降低控制阀的结构高度。阀门关闭体的这种结构体现了圆盘阀的趋势。其抗翻转性可以通过利用导向间隙与盖底配合的销子得到保证。
阀门关闭体的一种防止环绕水平轴线扭转的构成在于，阀门关闭体具有带优选圆柱体相对凹陷部位的球体造型，其中，锥形阀体弹簧靠近阀座的凹陷部位作为支座使用，而远离阀座的凹陷部位则与盖底的定心导向凸缘相对应并起到阀门关闭体的挡块和导向作用。
本发明一种具有优点的进一步构成在于，与活塞底连接的圆柱体导向面为进入活塞底底面并一直延伸到圆柱体环形密封面的同心孔，该孔利用导向间隙至少环绕阀门关闭体的导向线或导向面，关闭体盖与其圆柱体盖中心件在活塞底外径减小的端部上对中，而且盖法兰处于减小端部的凸肩上以及盖底处于活塞底的底面上。
在这种方案中，关闭体盖仅用于阀门关闭体的升程限制和均匀供油。但也可以设想，在阀门关闭体底面上成型的销子在与盖底上相应中心开口的结合下，防止环绕水平轴线翻转并同时防止环绕纵向轴扭转。
高压室和低压室之间液体迅速交换的优点在于，控制阀的同心孔在从其下端直至圆柱体导向面的至少上端或直至紧贴在升程限制面上的阀门关闭体的圆形导向线区域内具有加大的直径。相应构成的阀体弹簧将阀门关闭体一直运动到其升程限制并因此进入内径加大的区域内，内径加大可以使压力室之间进行无节流的液体交换。
灵活多变构成控制阀的优点是，各控制阀导向方面重要的特征可以互换或组合。
低成本批量生产的优点是提供一种用于调整阀门关闭体阀门升程的方法，借助主控阀门关闭体测量控制阀的实际升程，并通过相应成对的阀门关闭体调整额定升程。
另一种用于调整阀门关闭体阀门升程的方法在于，测量控制阀的实际升程，并通过关闭体盖盖底的后续降低调整额定升程。
【附图说明】
下面借助附图的实施例对本发明的其他特征进行说明。其中：
图1示出活塞下部的纵剖面，该活塞带有活塞底、控制阀、作为球体构成的阀门关闭体和具有多个孔的盖底；
图2示出如图1的纵剖面，但作为阀门关闭体的是通过圆柱体中间件加长的球体；
图3示出如图2的纵剖面，但是加长的圆柱体中间件和平面的末端以及带有中心孔的盖底；
图4示出如图3的纵剖面，但阀门关闭体在其远离阀座的末端具有圆柱体的销子，其连同导向间隙的直径相当于中心孔的直径；
图5示出如图3的纵剖面，但阀门关闭体具有一个侧面轴向平行的平面；
图6示出如图3的纵剖面，但带有一个具有无向下侧凹的偏心空隙；
图7示出如图3的纵剖面，但带有控制阀，其阀门关闭体具有扁平的球窝并且其关闭体盖盘形构成；
图8示出如图1的纵剖面，但带有阀门关闭体，它具有用于阀体弹簧的相对圆柱体凹陷部位和盖底的导向凸缘；
图9示出带有活塞底的控制阀的纵剖面，活塞的与活塞底连接的导向面是从下面进入活塞底的中心孔的表面；
图10示出如图9的纵剖面，但带有直径加大的同心孔，从孔的下端一直延伸到紧贴在升程限制处上阀门关闭体的圆柱体导向面的上端。
【具体实施方式】
图1示出活塞1下部的纵剖面，它是未示出的RSHVA的组成部分，在其盲孔内利用密封间隙引导活塞1。
活塞1具有活塞底2，其将设置在活塞1下面未示出的盲孔内的高压室3与设置在活塞1内活塞底2上面的低压室4分开。
处于活塞底2内的是控制阀5，控制连接两个压力室3和4的中心轴向孔6。
控制阀5具有球形阀门关闭体7，其在设置在活塞底2上圆柱体环形密封面8和升程限制面9之间运动。球形阀门关闭体7和圆柱体环形密封面8在圆形密封线内接触。
升程限制面9是关闭体盖10的一部分，关闭体盖具有盖法兰11、圆柱体盖中心件12和盖底13。
盖底13具有中心件24，其内面是升程限制面9并且由均匀分布的孔21环绕。
盖法兰11紧贴在同心凹陷部位15的凸肩14上，该凹陷部位从活塞底2的底面16出发进入活塞底内。盖法兰11在凹陷部位15内定中。因为同心凹陷部位15很容易进入，所以安装时将关闭体盖10卡入并由此轴向定位。
圆柱体盖中心件12的内面作为活塞底固定的导向面20，其利用导向间隙环绕球形阀门关闭体7的圆形导向线40。凸肩14也可以在活塞底2内加工得更深些，以便减小活塞底固定的导向面20和圆柱体环形密封面8之间的轴向距离，并因此保证阀门关闭体7直至控制阀5关闭的导向。
通过设置在中心轴向孔6下面的同轴轴向孔18形成台阶19，在台阶上支承阀体弹簧17。该弹簧在打开方向上向球形阀门关闭体7加载。球形阀门关闭体7及其导向面20可以具有至少一个未示出的轴向平行的平面，用于防止环绕垂直轴线旋转。
处于高压室3内的是压力弹簧23，其向盖法兰11上的活塞1施加压力。
根据本发明的控制阀5的工作原理如下：
在凸轮的升程阶段，高压室3处于压力下。该压力也作用于紧贴在其密封面8上的阀门关闭体7。由于高压，通过活塞1和盲孔之间的密封间隙释放出一定量的油。由此RSHVA大致受到压缩，从而阀动装置在随后凸轮的基本循环阶段具有阀门间隙。按照这种方式，高压室3泄压，活塞1借助压力弹簧23从盲孔向外运动直至阀门间隙搭接。由此在高压室3内形成低压。通过该低压并通过阀体弹簧17的弹力，阀门关闭体7在升程限制面9的方向上运动。因此油流行程畅通，它从低压室4出来通过阀门关闭体7和导向面20之间的孔6和18以及通过孔21到达高压室3内。
在下个升程阶段中，必须首先通过球形阀门关闭体7的移动关闭控制阀5。这一点通过孔21排出少量的油实现，由此阀门关闭体7均匀地作为活塞流体静力逆阀体弹簧17的弹力向密封面8运动。在此方面，导向面20阻止球形阀门关闭体7侧向偏移，其中，其流体静力的均匀加载还防止其环绕水平或者垂直轴线旋转。这种效果也可以通过球形阀门关闭体7的侧面削平和与此配合的导向面20得到支持。
通过控制阀5根据本发明的构成，避免了阀门关闭体7关闭力的变化并因此RSHVA空升程的变化。此外，防止阀体弹簧17卡在球形阀门关闭体7及其密封面8之间，并因此防止基本设计失调或者甚至RSHVA的完全失灵。
在图2至8中，通过阀门关闭体上和从属的关闭体盖或导向面的变化对图1中提出的方案进行了修改。图2示出带有阀门关闭体7a的控制阀5a，阀门关闭体7a作为通过圆柱体中间件25加长的球体(所谓的针)构成。阀门关闭体7a的特征在于其强制性纵向导向。关闭体盖10a基本上相当于图1的关闭体盖10。关闭体盖10a也具有盖底13，其带有作为限制升程由孔21环绕的中心件24。
图3示出的控制阀5b具有阀门关闭体7b，带有加长的圆柱体中间件29和远离阀座的削平末端26。
关闭体盖10b在盖底13a内具有中心孔27，其边缘区域起到限制阀门关闭体7b升程的作用。中心孔27通过从高压室3流出的油还保证阀门关闭体的均匀加载。阀门关闭体7b的特征也是强制性纵向导向。
图4示出控制阀5c，其阀门关闭体7c与图3的区别在于在其远离阀座的末端26a上具有圆柱体销子28，其连同导向间隙的直径相当于关闭体盖10c中心孔27a的直径，其长度大于阀门关闭体5c的升程。圆柱体中间件29和圆柱体销子28起到阀门关闭体7c强制纵向导向的作用。通过销子28和中心孔27a互补的造型，可以达到额外防止阀门关闭体7c环绕其纵轴线扭转的目的。
图5示出控制阀5d，其阀门关闭体7d在其加长的圆柱体中间件29的区域内具有侧面轴向平行的平面30，其对应面设置在关闭体盖10d盖中心件12a的内圆周上。平面的数量当然还可以更多，其中加工技术上适合采用两个相对的平面。所有平面的作用均在于防止阀门关闭体7d环绕其纵轴线和水平轴线转动。
图6示出控制阀5e，其阀门关闭体7e具有向下无侧凹的偏心空隙31，其与关闭体盖10e的相应台阶32共同作用。空隙31在与台阶32的结合下防止阀门关闭体7e环绕其纵轴线转动，加长的圆柱体中间件29翻转。
图7示出带有阀门关闭体7f的控制阀5f，其具有作为密封面的扁平球窝33和连接在其上面远离阀座的平面末端26b，其作为关闭体盖10f的盖底13b上限制升程的挡块。盘形的扁平关闭体盖10f可与抗翻转扁平结构的阀门关闭体7f共同降低控制阀5f的结构高度。
图8示出带有阀门关闭体7g的控制阀5g，它具有带圆柱体相对凹陷部位34、34a的球体形状。靠近阀座的凹陷部位34起到支承锥形阀体弹簧17a的作用，与关闭体盖10g盖底13c定心导向凸缘35共同作用远离阀座的凹陷部位34a起到挡块的作用并使其难以环绕纵轴线转动。
图9示出带有球形阀门关闭体7的控制阀5h，阀门关闭体7在进入活塞底2a底面16a内的定心和轴向平行的孔36内引导。在这里，起到活塞底固定、圆柱体和轴向平行导向面20a作用的是孔36的内面，它利用导向间隙环绕球形阀门关闭体7。孔36一直延伸到活塞底2a的圆柱体环形密封面8a。由此，阀门关闭体7利用其导向线40轴向平行一直引导到与密封面8a接触并防止旋转运动。
关闭体盖10h利用其圆柱体盖中心件12b在活塞底2a外径减小的端部37上定中心。盖法兰11a在设置在高压室3内的压力弹簧23a的压力下紧贴在减小端部37的凸肩38上，而盖底13d处于活塞底2a的底面16a上。带有升程限制面9由孔21a环绕的定心中心件24a起到限制阀门关闭体7升程的作用。
控制阀5h的工作原理相当于图1的上述控制阀5。
图10示出控制阀5i，其阀门关闭体7紧贴在升程限制面9上，其孔36a在从其底端39一直到阀门关闭体7a、7b(参见图2和3)圆柱体导向面25、29上端或一直到阀门关闭体7圆柱体导向线40的区域内具有扩展的内径41。在阀门关闭体7的所示位置上，通过扩展孔36a的横截面，沿阀门关闭体7在高压室和低压室3、4之间进行尽可能无干扰的物质交换。在控制阀5i的关闭过程中，阀门关闭体7在从升程限制面9直至圆柱体环形密封面8a的关闭行程上通过孔36a。从凸轮升程开始时直至控制阀5i关闭，阀门关闭体7的传动通过从高压室3通过孔21a均匀流来的油进行。球形阀门关闭体7的均匀加载防止其旋转运动并造成控制阀5i的迅速关闭。