CN101287894B - 液压换向阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液压换向阀(9)的电磁致动单元(10)，所述电磁致动单元(10)包括：衔铁(18)，其轴向可移动地布置在衔铁空间(30)内；磁极铁心(29)，其布置在容座(27a)中，且在所述衔铁(18)的运动方向上界定所述衔铁空间(30)。本发明提供了一种旨在避免在衔铁(18)的引导面上产生沉积的措施，由此提高致动单元(10)的动力学特性和响应性能并且将迟滞效应和致动单元的运行故障的危险降至最低。

Description

液压换向阀
技术领域
本发明涉及一种液压换向阀的电磁致动单元，所述电磁致动单元带有：在衔铁空间内径向可移动地布置的衔铁、布置在容座中的磁极铁心和在所述衔铁的运动方向中界定的衔铁空间。
背景技术
这种换向阀例如在内燃机中被用于控制液压凸轮轴调节器。这些换向阀由电磁致动单元和阀部分组成。阀部分表示换向阀的液压部分，其中其上构成至少一个输入连接部、至少一个运行连接部和存储箱连接部。借助电磁致动单元，该阀部分的特定的连接部能够液压地相互连接并且因此能够将压力介质流动导向。
这种换向阀能够一体地形成，其中电磁致动单元位置固定地与阀部分相连接。在这种情况下，换向阀被定位在例如在汽缸盖上或者汽缸盖罩上形成的容座内，并且通过压力介质管路与凸轮轴调节器的压力室相连接。
在另外实施形式中，电磁致动单元和阀部分被实施为分开的构件，其中阀部分径向地在凸轮轴调节器的内转子内部布置。在此例如可以这样考虑，阀部分布置在容座内，该容座构建于内转子、凸轮轴或者凸轮轴的延长部上。在这种情况下，阀部分与凸轮轴和内转子同轴布置，并且绕同一个转动轴与它们一同转动。
电磁致动单元在轴向上布置到该阀部分，其中所述电磁致动单元例如位置固定地固定在链盒上或者相似物上。电磁致动单元操控推杆的轴向位置，该推杆再控制阀部分的调节活塞的轴向位置。
对于用于控制凸轮轴调节器的换向阀的使用来说，正常情况下其将构成4/3或者4/2比例阀。例如在DE 102 11 467 A1中公开了这样一种比例阀。在这种情况下，电磁致动单元由磁轭(磁极铁心)、线圈、壳体、衔铁和连接元件构成，所述连接元件容纳用于线圈供电的电插座连接。
线圈和磁极铁心相互同轴地布置在电磁致动单元的壳体内部。线圈的内部构成有衔铁空间，所述衔铁空间在径向由线圈的围绕注塑部、且在轴向的一端由壳体以及在轴向的另一端由容纳于衔铁空间内的磁极铁心所界定。在衔铁空间内部布置沿轴向可移动的衔铁，推杆固定于该衔铁上，该推杆穿入磁极铁心的开口，并且该推杆沿径向支承在该开口中。衔铁、壳体和磁极铁心构成了磁力线的磁通路径，所述磁力线因对线圈施加电流而引发。
阀部分由阀壳和在阀壳内轴向可移动地布置的调节活塞组成。阀壳以中央螺栓的形式实施，所述中央螺栓布置在凸轮轴调节器的内转子的内部，并且将其与凸轮轴抗转动地连接。在内转子上布置相对其可转动地支承的外转子，所述外转子在所示的实施形式中借助链条驱动与曲轴建立驱动连接。
在阀壳的外壳面上形成多个压力介质连接部，它们分别被用于输入连接部、输出连接部和运行连接部。这些运行连接部与在凸轮轴调节器内部构成的、相互作用的多个压力室连通。
在阀壳的内部布置轴向可移动的调节活塞，其中该调节活塞的外径配合于该阀壳的内径。在调节活塞的外壳面上形成有环形槽，相邻的压力介质连接部能够通过这些环形槽相互连接。
通过线圈的供电，衔铁被挤压到磁极铁心的方向上，其中这种移动借助在该衔铁上安装的推杆被传递到所述调节活塞。这时所述调节活塞将逆着支承在阀壳上的弹簧沿轴向运动，由此从输入连接部到运行连接部的压力介质流动和从另一个运行连接部到输出连接部的压力介质流动就被控制了。这样压力介质将被输给凸轮轴调节器的这些压力室或者从其输出，由此凸轮轴相对于曲轴的相位能够被改变。
为了在运行期间能够保证实现衔铁轻而易举的轴向移动而设计：给衔铁空间输送少量的润滑介质。允许机油少量地泄露到致动单元的内部，即可达到上述设计。
在致动单元使用期限内，在致动单元内的润滑介质的微弱循环将会引发：沉积物、例如老化的机油或者异物沉积在衔铁的工作面上或者在致动单元内部聚积油泥。这将会引发致动单元的劣化的响应性能、较高的迟滞效应和较低的动力学特性，直到衔铁的卡死并由此导致致动单元失效，然后进而导致凸轮轴调节器失效。
发明内容
本发明的任务在于，避免上面列出的那些缺点，并因而实现一种电磁致动单元，该电磁致动单元在具有较低的迟滞效应的同时，持续地具有高响应性能、高动力学特性，其中应该提高使用寿命、降低或者至少不提高费用和生产成本。
根据本发明的任务将如此解决，设计至少一个排出通道，该排出通道既与衔铁空间也与致动单元的外部连通。
更进一步还可以设计：将该衔铁与推杆相连，所述推杆穿过磁极铁心中的开口，并被该开口径向支承。
致动单元的衔铁空间沿径向和轴向至少部分地由线圈包围，所述线圈能够通过连接元件供电。在衔铁空间内部布置沿轴向可移动的衔铁，所述衔铁支承在与衔铁的外轮廓匹配的引导面上。衔铁在衔铁空间内的轴向位置能够通过线圈的供电有针对性地被调节。所述引导面例如可以通过至少部分地由线圈的围绕注塑部支承的衔铁引导套或者通过围绕注塑部自身来构成。沿衔铁的轴向，优选朝向阀部分方向，衔铁空间通过磁极铁心来界定。磁极铁心布置在容座内，所述容座能够例如通过衔铁引导套、线圈的围绕注塑部、或者在至少部分地围绕致动单元的壳体内来构成。磁极铁心能够例如借助压配合抗转动且固定地固定在该容座中。所述致动单元借助形成在壳体上的保持板固定在周围结构(例如链盒)上，其中所述保持板如此布置并如此构造，即：所述致动单元仅能够在周围结构处的一个定向上安装。
衔铁的运动借助与该衔铁相连接的推杆，被传递到轴向相对致动单元布置的阀部分的调节活塞上。在此，推杆穿伸入在磁极铁心上形成的开口，在该开口中该推杆被径向支承且轴向引导。
为了达到高响应动力学特性并实现较低的迟滞效应，设计：在内燃机的运行期间小量的、机油形式的润滑介质被输送给衔铁空间。根据本发明建议：在致动单元上构造排出系统，通过该排出系统在衔铁空间内的机油能够从致动单元中排出。由此在衔铁空间内产生一种冲洗效果。这可以避免在引导面或者衔铁上沉积例如老化的机油或者异物的沉积物。此外，异物，例如内燃机的污物或者碎屑，能够被从致动单元中冲洗出来，并且避免在致动单元内部的油泥的聚积。这样以较小的摩擦力进行衔铁在衔铁空间内的运动，并且不存在衔铁卡死的危险。衔铁的响应性能和运动的动力学特性始终保持在高水平，并且迟滞效应和出现故障的危险明显降低了。
在本发明的具体实施方案中设计：排出通道在地理最低点处通入到衔铁空间。
通过将排出通道的、到衔铁空间内的通入设计在某点处，在所述点处位于致动单元内的机油由于重力的原因而聚积，使得致动单元在特别重要的阶段(内燃机的运行间歇期间)内运行可靠地被排空。因为衔铁不执行任何运动，因此机油在该运行阶段不会持续地循环。沉积效应最可能发生在这个阶段内。通过致动单元的、完整的、自动的排空克服这种危险。
在本发明有优点的改进例中设计，排出通道通入到链盒中。
在链条驱动的凸轮轴调节器的情况下，致动单元穿伸入链盒的凸缘部。为了避免从致动单元排出的机油到达车辆的发动机舱，必须确保：机油无泄露地回流到内燃机的曲轴箱内。一种廉价的解决方案将如此实现，即：排出通道同样延伸穿过链盒的凸缘部的开口，并且通入到其内部。
在本发明的具体实施方案中设计：排出通道构成为在磁极铁心中的排出钻孔。另选的可以设计：排出通道形成在磁极铁心和磁极铁心的容座的壁之间。在此可以设计：排出通道被构成为在磁极铁心的外壳面上的轴向槽，或者被构成为在容座的壁的内壳面上的轴向槽。另选的是磁极铁心能够力配合地固定在壳体的容座开口内部，其中排出通道被构成为磁极铁心和容座之间的环形通道，并且排出通道通过在容座开口的内壳面的空隙、通过在磁极铁心的外壳面的空隙或者壳体开口与致动单元的外部连通。
所建议的实施形式描述了一种廉价或者不昂贵的、可实现的解决方案，其不提高或者几乎不提高生产成本。在各个组件的生产过程中，排出通道通过在生产工具上的很小的改动就能够被顾及。
更进一步还可以设计：致动单元控制构成为中心阀的换向阀，其中换向阀径向地布置在用于可变地调节内燃机的控制时间的装置的内转子的内部。
附图说明
根据下述说明并结合附图可以得到本发明的其他特征，其中简化地示出了本发明的实施例。其中：
图1以纵剖面图示出安装在凸轮轴上的凸轮轴调节器，带有实施为中心阀的换向阀；
图2a以纵剖面图示出根据本发明的致动单元的第一实施形式；
图2b示出沿着箭头IIB、出自图2a的根据本发明的致动单元的平面图；
图3a以纵剖面图示出根据本发明的致动单元的另一实施形式；
图3b示出沿着箭头IIIB、出自图3a的根据本发明的致动单元的平面图；
图4a以纵剖面图示出根据本发明的致动单元的另一实施形式；
图4b示出沿着箭头IVB、出自图4a的根据本发明的致动单元的平面图；
图5a以纵剖面图示出根据本发明的致动单元的另一实施形式；
图5b示出沿着箭头VB、出自图5a的根据本发明的致动单元的平面图；
图6a以纵剖面图示出根据本发明的致动单元的另一实施形式；
图6b示出沿着箭头VIB、出自图6a的根据本发明的致动单元的平面图。
具体实施方式
在图1中示出了凸轮轴调节器1，该凸轮轴调节器1布置在凸轮轴2的驱动侧端部。凸轮轴调节器1由内转子3、外转子4和两个侧盖5组成。内转子3抗转动地与凸轮轴2连接，并且内转子3与外转子4同轴地布置。侧盖5在轴向界定凸轮轴调节器1。在外转子4的内壳面设置有凹座6，这些凹座6由外转子4、内转子3和侧盖5压力密封地界定。在内转子3的外壳面布置有叶片7，其中每一个叶片7都伸入到各个凹座6中，并且将其分隔成相对作用的压力室。
通过在外转子4的外壳面上布置的链轮8，外转子4与未示出的曲轴建立驱动连接。借助通过压力室和叶片7而构成的液压调节装置，传递到外转子4的曲轴扭矩将会传递到内转子3、并因此传递到凸轮轴2。通过压力介质输送给各个压力室或者从各个压力室排出，能够在一定的角度范围内调节或者保持外转子4和内转子3之间的相位。由此凸轮轴2相对于曲轴的相位在一定的区间内可变地可调节。
凸轮轴调节器1的这种构成方式及其运行方式，对于专业人员来说早已熟知，并例如在DE 103 55 502 A1中已有所公开。
为了控制凸轮轴2相对于曲轴的相位而设计液压换向阀9，该液压换向阀9由电磁致动单元10和阀部分11构成。换向阀9被构造成中心阀，其中阀部分11径向地在内转子3的内部、并且与此同轴地布置，或者围绕共同的转动轴线与其一起转动或者保持静止。
阀部分11由阀壳12和调节活塞13共同组成，其中阀部分11布置在中空结构的凸轮轴2的内部。基本空心圆柱体形式的阀壳12具有两个运行连接部A和B、输入连接部P和两个输出连接部T。在阀壳12的内部轴向可移动地容纳调节活塞13。通过调节活塞13的相对于阀壳12的合适定位，每个运行连接部A和B或者可以与输入连接部P相连或者可以与输出连接部T相连。运行连接部A和B通过压力介质管路14与压力室处于液压连接中。通过调节活塞13在阀壳12内部的合适定位，凸轮轴调节器1的各个压力室能够选择性地被输送给压力介质，或者能够从其输出压力介质，并由此调节凸轮轴2相对于曲轴的相位。
还会详细说明的电磁致动单元10沿轴向安置到凸轮轴2和阀部分11。在所示的实施形式中，致动单元10穿伸入链盒15的凸缘部15b，所述致动单元10通过保持板16与其固定地、抗转动地用螺栓拧紧。在此提供多个保持板16，其如此布置，使得致动单元10仅能够以限定的定向安装到链盒15。
围绕致动单元10的壳体26的外径配合于凸缘部15b的开口的内径，其中在构件之间的密封位置上布置第一密封元件15a。
借助推杆17，衔铁18的轴向运动能够传递到调节活塞13，并且由此所述调节活塞13能够逆着弹簧件19的力沿轴向移动。由此在运行连接部A、B和输入连接部P以及输出连接部T之间的液压连接能够被有针对性地控制，并且由此影响凸轮轴2的相对于曲轴的相位。
接下来根据图2a阐述电磁致动单元10的构造及其运行方式。
电磁致动单元10具有线圈体20和与该线圈体20一体化构造的连接元件21。线圈体20承载了由合适的金属线的多个绕阻组成的线圈22，并且至少部分由不可磁化的材料制成的围绕注塑部23包围。在线圈体20的背离凸轮轴的那一侧布置磁轭24，所述磁轭24在所示的实施形式中具有片状的和套状的部分24a、24b。套状的部分24b伸入线圈22的环绕注塑部23的径向内部的中空室中，其中所述部分24b的外径配合于围绕注塑部23的内径。片状的部分24a在轴向方向上贴靠在围绕注塑部23上，并且由此确定了磁轭24的轴向位置。另选的可以想到的是，套状的部分24b可以在生产围绕注塑部23时整合到该围绕注塑部23中。
径向地在套状的部分24b和围绕注塑部23内部，布置杯形的衔铁引导套25，所述衔铁引导套25的开放端朝向凸轮轴2，并且沿轴向经过线圈体20和围绕注塑部23向外延伸。衔铁引导套25的开放端环形向外延伸。
此外线圈体20还布置在杯形壳体26内，在壳体26的底部有容座开口27。衔铁引导套25的开放端在壳体26的底部和围绕注塑部23之间沿径向延伸，其中设计第二密封元件28，所述第二密封元件28密封在壳体26和衔铁引导套25之间的密封位置。
容座开口27是部分容座27a，其中容纳磁极铁心29。在所示的实施形式中磁极铁心29借助压配合与容座开口27固定在壳体26上，并且磁极铁心29沿轴向凸入到衔铁引导套25中。
衔铁引导套25和磁极铁心29界定衔铁空间30，在该衔铁空间30中布置轴向可移动的衔铁18。与衔铁18相连接的推杆17延伸穿过构建磁极铁心29上的开口32，其中推杆17的端部在致动单元10装配好的状态下贴靠在调节活塞13上。如图2a所示，在开口32的内部可以设计滑动套筒33，以最小化在此位置处的摩擦损失。
在内燃机运行过程中，控制设备调节致动单元10的供电电流，由此生成致动单元10内部的磁场。磁极铁心29、壳体26、磁轭24和衔铁18此时用作为磁通路径，所述磁通路径通过在衔铁18与磁极铁心29之间的气隙而完整。此时取决于线圈22的供电电流的大小的力，沿磁极铁心29的方向作用到衔铁18上。通过平衡作用到衔铁18上的磁力和作用到调节活塞13上的弹簧力，衔铁18并由此调节活塞13能够定位于两个极限位置之间的任何一个位置上。
不仅在磁极铁心29中，而且在衔铁18中构成轴向延伸的钻孔34a、34b。借助在衔铁18中的压力平衡钻孔34a，当衔铁18在衔铁空间30中移动时，能够实现衔铁18前方的空间和其后方的空间之间的压力平衡。通过在磁极铁心29中的溢流钻孔34b，衔铁空间30无压力地被供给溢流油。通过这种输送润滑介质到衔铁空间30中，可以减少衔铁18和衔铁引导套25之间的摩擦，并进而最小化致动单元10的响应时间和滞后现象。
如果衔铁空间30中的润滑介质没有持续地更换，就存在这样的危险：在润滑介质中包含的沉积物积存在衔铁装置表面，或者在致动单元10中聚积油泥。这些异物可能会导致致动单元10的响应性能劣化、甚至衔铁18卡死在衔铁引导套25中并由此导致换向阀9失效。
为了能够保证持续地由致动单元10排出润滑介质，在图2a和图2b所示的实施形式中在衔铁引导套25的地理最低点，也就是说在润滑介质因为重力自己聚积到的那个点处，以轴向槽35a的形式构成排出通道35。另选的是，轴向槽35a可以形成在磁极铁心29的外壳面上，其中所述轴向槽35a仍然再次设置在衔铁引导套25的地理最低点上。轴向槽35a将衔铁空间30与致动单元10的外部连通。
首先在内燃机运行间歇期间，进入到致动单元10的润滑介质聚积在轴向槽35a通向衔铁空间30的位置点上，由此这些润滑介质能够回流到链盒15中。有利的方式是，或者衔铁引导套25或者衔铁18配有轴向延伸的凹面或者凸面，从而存在于衔铁18后侧的机油能够抵达轴向槽35a。由此陈旧的机油、油泥和异物能够从致动单元10中排出，因而致动单元10的响应性能和动力学特性能够始终保持在高水平上，最小化迟滞效应并提升运行可靠性。
因为润滑介质在内燃机的运行间歇期间能够完全从致动单元10中排出，衔铁18或者衔铁引导套25有利地配有滑动层，该滑动层为衔铁18在衔铁引导套25中提供了防摩擦性能，以预防在该位置处的磨损。
图3a和3b示出了根据本发明的致动单元10的另一实施形式，它与图2a和2b所示的致动单元10相似地构成。不同之处在于，在该实施形式中，衔铁18的部分引导面通过磁极铁心29来构成。排出通道35以在磁极铁心29上构成的排出钻孔35b的形式来实施，所述排出钻孔35b一方面在衔铁空间30的地理最低点处通入该衔铁空间30，另一方面通入到链盒15中。
在图4a和4b所示的本发明另选实施形式中，衔铁18的部分引导面再次通过自身沿轴向延伸的磁极铁心29的部分构成。衔铁引导套25的、贴靠在壳体26的底部的部分的内径，实施得比磁极铁心29的外径略大一点。由此形成构成为环形通道35c的排出通道35，其通过环形的开口与衔铁引导套25的内部，特别是在衔铁空间30的地理最低点处，连通。环形通道35c的直径沿着其轴向的延伸、从环形开口起升高直至最大值。通过壳体26的容座开口27的内壳面上的空隙36，环形通道35c能够与致动单元10的外部连通。另选的是，环形通道35c通过在磁极铁心29的外壳面上的空隙36与致动单元10的外部连通。在这两种情况下，空隙36再次布置在环形通道35c的地理最低点。
图5a和5b示出一种相对于图4a和4b所示的、另选的实施形式，其中环形通道35c通过在壳体26的底部内构成的壳体开口37与致动单元10的外部连通。壳体开口37再次形成在环形通道35c的地理最低点处。
图6a和6b示出了根据本发明的致动单元10的另外实施形式，其中在磁极铁心29和衔铁引导套25之间再次构成环形通道35c，压力介质通过该环形通道35c被输送到壳体开口37。壳体开口37在这种情况下被构造在壳体26的圆筒形部分上，其中在壳体26的底部和围绕注塑部23之间构成径向延伸的通道38，该通道38既与环形通道35c也与壳体开口37连通。通道38在环形通道35c的地理最低点通入到该环形通道35c中，并且壳体开口37布置在该通入区域的下方。
所有的实施形式都有排出通道35，该排出通道35在地理最低点通入到衔铁空间30中，并且将其与致动单元10的外部连接，优选是与链盒15的内部连接。进入到衔铁空间30中的润滑介质现在持续不断地(当然首先是在内燃机的运行间歇期间)返回到链盒15，由此例如陈旧的机油或者异物的、在衔铁引导套25内的沉积被克服，并且由此保证致动单元10的运行可靠性。
附图标记
1      凸轮轴调节器
2      凸轮轴
3      内转子
4      外转子
5      侧盖
6      凹座
7      叶片
8      链轮
9      换向阀
10     致动单元
11     阀部分
12     阀壳
13     调节活塞
14     压力介质管路
15     链盒
15     a第一密封元件
15     b凸缘部
16     保持板
17     推杆
18     衔铁
19     弹簧件
20     线圈体
21     连接元件
22     线圈
23     围绕注塑部
24     磁轭
24a    片状的部分
24b    套状的部分
25     衔铁引导套
26     壳体
27     容座开口
27     a容座
28     第二密封元件
29     磁极铁心
30     衔铁空间
32     开口
33     滑动套筒
34a    压力平衡钻孔
34b    溢流钻孔
35     排出通道
35a    轴向槽
35b    排出钻孔
35c    环形通道
36     空隙
37     壳体开口
38     通道
A      运行连接部
B      运行连接部
P      输入连接部
T      输出连接部

Claims (9)

1.液压换向阀(9)的电磁致动单元(10)，所述电磁致动单元(10)具有：
-衔铁(18)，所述衔铁(18)轴向可移动地布置在衔铁空间(30)内；和
-磁极铁心(29)，所述磁极铁心(29)布置在容座(27a)内，并且在所述衔铁(18)的运动方向上界定所述衔铁空间(30)；
其特征在于，
提供至少一个排出通道(35)，所述排出通道(35)既与所述衔铁空间(300)也与所述致动单元(10)的外部连通，并且
所述排出通道(35)被构造为在所述磁极铁心(29)内的排出钻孔(35b)。
2.根据权利要求1所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，将所述衔铁(18)与推杆(17)相连，所述推杆(17)穿过所述磁极铁心(29)内的开口(32)延伸，并被所述开口(32)径向地支承。
3.根据权利要求1所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述排出通道(35)在地理最低点处通入到所述衔铁空间(30)内。
4.根据权利要求1所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述排出通道(35)通入到链盒(15)中。
5.液压换向阀(9)的电磁致动单元(10)，所述电磁致动单元(10)具有：
-衔铁(18)，所述衔铁(18)轴向可移动地布置在衔铁空间(30)内；和
-磁极铁心(29)，所述磁极铁心(29)布置在容座(27a)内，并且在所述衔铁(18)的运动方向上界定所述衔铁空间(30)；
其特征在于，
提供至少一个排出通道(35)，所述排出通道(35)既与所述衔铁空间(300)也与所述致动单元(10)的外部连通，并且
所述排出通道(35)被构造在所述磁极铁心(29)和所述磁极铁心(29)的所述容座(27a)的壁之间。
6.根据权利要求5所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述排出通道(35)被构造为在所述磁极铁心(29)的外壳面上的轴向槽(35a)。
7.根据权利要求5所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述排出通道(35)被构造为在所述容座(27a)的壁的内壳面上的轴向槽(35c)。
8.根据权利要求5所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述磁极铁心(29)力配合地固定在壳体(26)的容座开口(27)内部，其中，所述排出通道(35)被构造为在所述磁极铁心(29)和所述容座(27a)之间的环形通道(35c)，并且所述排出通道(35)通过在所述容座开口(27)的内壳面上的空隙(36)、通过在所述磁极铁心(29)的所述外壳面上的空隙(36)或者壳体开口(37)与所述致动单元(10)的外部连通。
9.根据权利要求1所述的电磁致动单元(10)，其特征在于，所述致动单元(10)控制被构造成中心阀的换向阀，其中，所述换向阀径向地在用于可变地调节内燃机的控制时间的装置的内转子的内部布置。
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