CN101652537B - 控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制阀(18)，尤其用于用来改变内燃机的控制时间的装置(1)，该控制阀具有基本上空心圆柱形的阀壳(34)、设置在该阀壳(34)内部的并且可轴向移动的控制活塞(37)以及封闭件(39)，其中控制活塞(37)具有至少一个空心的区段，该区段通入控制活塞(37)的开口(37b)中，并且其中封闭件(39)设置在该开口(37b)中。

Description

控制阀
技术领域
本发明涉及一种控制阀，尤其用于用来改变内燃机的控制时间的装置，该控制阀具有基本上空心圆柱形的阀壳、设置在阀壳内部的并且可轴向移动的控制活塞以及封闭件，其中控制活塞具有至少一个空心的区段，该区段并入成控制活塞的开口并且封闭件设置在该开口中。此外，本发明涉及一种用于制造控制阀的方法，该控制阀尤其用于用来改变内燃机的控制时间的装置，该控制阀具有基本上空心圆柱形的阀壳、设置在阀壳内部的并且可轴向移动的控制活塞以及封闭件，其中控制活塞具有至少一个空心区段，该区段并入成控制活塞的开口。
背景技术
使用这种控制阀来控制在液压装置中的压力介质流，该液压装置例如是用于改变内燃机(凸轮轴调节装置)的控制时间的液压装置。
例如在DE 10 2004 038 252 A1中公开了这种控制阀以及凸轮轴调节装置。该凸轮轴调节装置具有两个可相互相对扭转的结构部件以及两个相互作用的压力室，其中通过对压力室的有针对性的压力加载或者说压力卸载可以选择性地改变这两个结构部件的相对相位。
借助于控制阀控制压力介质流入压力室或者说从压力室流出，该控制阀在这种情况下是4/3-比例换向阀。然而也可以考虑其它种类换向阀，尤其具有不同的接口数目和/或控制位置数目的换向阀。该控制阀基本上包括电磁伺服驱动装置、空心圆柱形的阀壳以及同样基本上空心圆柱形的并设置在阀壳内部的可轴向移动的控制活塞。该阀壳分别设有用于压力室的接口(工作接口)、用于压力介质泵的接口以及至少一个用于储存罐的接口。该控制活塞能够借助于电磁伺服元件克服弹簧元件的弹簧力轴向置于两个确定的端部位置之间的每个位置中。此外，该控制活塞设有环形槽以及控制边缘，由此，各个压力室能够选择性地与压力介质泵或者储存罐连接。同样可以设置控制活塞的位置，在该位置中压力介质室不仅与压力介质泵断开而且也与压力介质储存罐断开。
控制活塞能够借助于克服弹簧元件作用的伺服驱动装置在阀壳内部移动到任意位置上。为此目的，与伺服驱动装置相对设置的控制活塞的轴向开口借助于封闭件压力介质密封地进行封闭。可由伺服驱动装置引起线性运动的挺杆作用到该封闭件上。该封闭件借助于力配合的连接、例如通过将具有过盈的封闭件压入控制活塞的开口中与控制活塞进行连接。
在现代的内燃机中，由于换气阀克服阀门弹簧的力进行打开和关闭运动，大的交变力矩作用到凸轮轴上。该交变力矩在凸轮轴调节器中产生可能大于100巴的压力峰值。该压力峰值通过液压系统传递到控制阀中。现在会存在这样的危险，即在存在高的交变力矩以及由此存在高的压力峰值时，封闭件相对于控制活塞轴向固定会消失，并且该封闭件例如从开口中移出。这一方面会导致不能再汲取控制阀的全部的阀门升程，由此显著降低凸轮轴调节器的性能、尤其是调节速度。另一方面，封闭件相对于控制活塞的固定的轴向关系的消失会导致，在挺杆的确定的位置中控制活塞相对于阀壳的所希望的位置与实际上的位置不一致，由此强烈干扰凸轮轴调节器的调节。
发明内容
因此，本发明的目的是避免所述的缺点并且由此实现液压的控制阀，尤其要防止在运行时控制阀的性能以及调节精度变差。
在第一实施例中，该目的根据本发明通过以下方法得以实现，即封闭件具有圆周壁，该圆周壁在开口范围内基本上匹配于控制活塞的内罩面，其中该圆周壁具有至少一个带有更小外直径的材料容纳部，带有更大外直径的区域在封闭件的轴向方向上在远离开口的一侧连接到材料容纳部上，并且该控制活塞的内罩面嵌入材料容纳部中。
在此，可以将材料容纳部构造成沿封闭件的圆周方向延伸的环形槽。作为替代方案，该材料容纳部可以构造成凹口。同样可以考虑这样的实施例，即将材料容纳部构造成封闭件的轴向侧壁的圆周边缘的倒角。
在本发明的改进方案中，控制活塞在材料容纳部区域中的外直径小于控制活塞的最大外直径。
可以额外地借助于材料配合连接、粘接连接、钎焊连接或熔焊连接将封闭件(37b)与控制活塞(37)连接。
在另一实施例中，根据本发明通过以下方法实现该目的，即借助于材料配合连接、粘接连接、钎焊连接或熔焊连接将封闭件与控制活塞进行连接。
该目的通过根据本发明的方法用以下步骤得以实现：
-将封闭件定位在控制活塞的开口内部，
-将控制活塞的材料在封闭件的区域中在径向方向上向内挤压。
在此，可以通过对控制活塞进行径向的冲压、径向的圆周压制或者径向的分段压制来径向向内挤压控制活塞的材料。
作为替代方案，可以通过对控制活塞的轴向的侧面进行轴向的冲压、轴向的环形压制或者轴向的分段压制来径向向内挤压控制活塞的材料。
在根据本发明的方法的改进方案中，可以将材料挤压到至少一个构造在封闭件的圆周面上的材料容纳部中。
在这种控制阀中，在基本上空心圆柱形的阀壳内部可轴向移动地设置有控制活塞。该控制活塞至少在一个区段中构造成空心的，该区段在控制活塞的开口中结束。在此，可以将开口构造在控制活塞的一个轴向的侧面上。除了该开口，可以设置另外的开口、尤其径向的孔，控制活塞的空心的区段例如通过该孔与压力介质泵或者与工作接口相通并且通过该开口与负载相通。该控制活塞例如可以构造成基本上空心圆柱形的结构部件或者在纵向截面中构造成u形的。在开口内部设置有封闭件。该封闭件例如可以构造成圆柱形的或者锅状的，并且例如用于压力介质密封地封闭该开口。此外，可以将封闭件用作挺杆的止挡件，通过该挺杆可以将伺服元件的调节运动传递到控制活塞上。在此提出，将封闭件的径向外圆周壁在开口区域中配合控制活塞的内罩面。
为了提高封闭件的挤压力，一方面提出，在封闭件和控制元件之间形成力配合的连接。这例如可以通过将设计具有过盈的封闭件压入开口中得到实现。为了提高力配合的连接而提出，可以在将封闭件定位在开口内部之后径向向内挤压控制活塞的材料。这例如可以通过径向的冲压、径向的圆周压制或者径向的分段压制或者通过对控制活塞的轴向的侧面进行轴向的冲压、轴向的环形压制或者轴向的分段压制径向向内得到实现。
作为其叠加方案或者替代方案，封闭件的圆周壁具有至少一个带有更小外直径的材料容纳部，控制活塞的内罩面嵌入该材料容纳部中。在此，封闭件的区域在轴向方向上连接材料容纳部，该封闭件的外直径大于材料容纳部区域中的外直径。由此实现形状配合并且十分有效地防止封闭件的移动。在直径增大的区域中在远离开口的一侧连接材料容纳部的情况下，防止封闭件从控制活塞中移出。在相反的配置中，可以防止例如由于力作用到作用于封闭件的挺杆上而使得封闭件移动到控制活塞中。同样可以考虑将直径增大的区域连接到材料容纳部的两侧，由此借助于形状配合固定封闭件的位置。作为上述解决方案的叠加方案或者替代方案，可以在封闭件和控制活塞之间设置材料配合连接、粘接连接、钎焊连接或者熔焊连接。
在控制活塞上构成材料挤压期间，由于工具的作用会在控制活塞的外罩面上出现材料突起。当该材料突起超过控制活塞的最大外直径时，该材料突起会导致控制活塞卡在阀壳内部。通过在材料容纳部的区域中将控制活塞的外直径构造得比控制活塞的最大外直径小，十分有效地防止了上述情况。此外，由此形成的环形壁段可以在不同的外直径的区域之间的界限面上用作材料挤压工具的止挡。
材料挤压可以沿着控制活塞的整个圆周形成或者只是分段地形成。
附图说明
本发明的其它特征从下面的描述中以及附图中获得，在附图中简化地示出了本发明的实施例。其中：
图1是用于改变内燃机的控制时间的、具有压力介质回路的装置的纵剖图，
图2是在图1中示出的装置的横截面图，
图3是根据本发明的控制阀的纵剖图，
图4a是根据本发明的控制阀的控制活塞的第一实施例的纵剖图，
图4b是图4a中的控制活塞的透视图，
图5a是根据本发明的控制阀的控制活塞的第二实施例的横截面图，
图5b是图5a中的控制活塞沿线条A-A的纵剖图。
具体实施方式
图1和2示出了用于改变内燃机的控制时间的装置1。该装置1基本上包括定子2和与该定子同心设置的转子3。驱动轮4抗扭地与定子2连接并且在示出的实施例中构造成链轮。定子2可旋转地支承在转子3上，其中在示出的实施例中，在定子2的内罩面上设置五个沿圆周方向间隔开的凹槽5。这些凹槽5在径向方向上由定子2和转子3限定，在圆周方向上由定子2的两个侧壁6限定并且在轴向方向上由第一和第二侧盖7，8限定。每个凹槽5以该方式压力密封地封闭。
在转子3的外罩面上构造轴向延伸的叶片槽10，其中在每个叶片槽10中设置径向延伸的叶片11。叶片11在每个凹槽5中延伸，其中叶片11在径向方向上抵靠在定子2上并且在轴向方向上抵靠在侧盖7，8上。每个叶片11将凹槽5分成两个相互作用的压力室12，13。
借助于第一和第二压力介质管路16，17可以使第一和第二压力室12，13通过控制阀18与压力介质泵19或者储存罐20连接。由此构成伺服驱动装置，其可以实现定子2相对于转子3的相对扭转。如果第一压力室12与压力介质泵19连接并且第二压力室13与储存罐20连接，那么第一压力室12的膨胀要以第二压力室13的收缩为代价。由此导致叶片11沿圆周方向、即沿着由箭头21示出的方向移动。通过叶片11的移动，转子3相对于定子2扭转。
作为压力介质输入压力室12，13或者说从压力室12，13中输出的结果，转子3相对于定子2的相对扭转导致凸轮轴和曲轴之间的相位移。通过有针对性地将压力介质导入或者说导出压力室12，13，能够由此有针对性地改变或者可选择地保持内燃机的换气阀的控制时间。
压力介质管路16，17在示出的实施例中构造成基本上径向设置的孔，这些孔从转子3的中心孔22延伸到其外罩面。在中心孔22的内部可以设置未示出的中心阀，通过该中心阀可以将压力室12，13有针对性地与压力介质泵19或者说储存罐20连接。另一方案在于，在中心孔22的内部设置压力介质分配器，该压力介质分配器将压力介质管路16，17通过压力介质通道以及环形槽与安置在外面的控制阀18的接口连接。
在图3中示出了根据本发明的控制阀18的纵剖图。基本上空心圆柱形的阀壳34设计具有径向的压力介质接口P、径向的储存罐接口T1、两个工作接口A，B以及轴向的储存罐接口T2。径向接口P，T1，A，B构造成轴向相互间隔开的第一环形槽35，该环形槽构造在阀壳34的外罩面上。第一环形槽35设有多个通入阀壳34内部的第一孔36。在阀壳34内部轴向可移动地设置同样基本上空心圆柱形的控制活塞37。控制活塞37的轴向端部借助于壁段37a压力密封地进行限定。在控制活塞37的对置于壁段37a的开口37b中设置封闭件39。如此构造该封闭件39，使得其压力密封地封闭该开口37b。
借助于伺服元件32能够将控制活塞37借助于挺杆32a克服弹簧元件33的弹簧力在两个极限值内置于并且保持在任意位置中。为此目的，该伺服元件32的挺杆32a抵靠在封闭件39上。由此，伺服元件32的线性调节运动通过挺杆32a传递到封闭件39上并且由此传递到控制活塞37上。
控制活塞37的外罩面设有3个轴向间隔开的第二环形槽38。这两个外面的环形槽38通过第二孔41与控制活塞37的内部相通。通过环形槽38、第二孔41以及控制活塞37的内部，能够将压力介质从压力介质接口P根据控制活塞37在阀壳34内部的位置导向第一或者第二工作接口A，B，其中控制活塞37的内部在每个位置中都与压力介质接口P连接。同样可以在控制活塞37相对于阀壳34的位置确定时将压力介质从第二工作接口B通过中间的环形槽38输入径向的储藏罐接口T1并且从第一工作接口A输入轴向的储存罐接口T2。
由此，可以通过有针对性地影响控制活塞37在阀壳34内部的位置，将压力介质导入确定的压力室12，13并且从另外的压力室12，13中导出，这导致转子3和定子2之间的相位的相对变化并且由此导致曲轴和凸轮轴之间的相位的相对变化。
通过在控制活塞37内部的压力会存在这样的危险，即封闭件39沿轴向移动。首先通过作用到凸轮轴上的交变力矩存在这样的危险，通过换气阀弹簧引起该危险，由此会引起液压系统中大于100巴的压力。为了阻碍封闭件39的移动，在控制阀18的根据本发明的实施例中，控制活塞37和关闭元件39之间的连接应该变得牢固。这例如可以通过形状配合的和/或材料配合的连接以及/或者增强的力配合的连接来实现。同样可以考虑粘接连接或者这些连接类型的组合。
图4a和4b示出了控制活塞37的根据本发明的第一实施例。封闭件39在该实施例中构造成锅状的，其中该封闭件39的圆柱形的圆周壁39a抵靠在开口37b的内罩面37d上。在将封闭件39压入控制活塞37的开口37b的过程之后，在圆柱形的圆周壁39a的区域中将控制活塞37的材料37c径向向内挤压。这例如可以通过径向的冲压或者压制实现。在此，可以以环形槽或者分段的方式、如实施例中所示，沿着控制活塞37的整个圆周实现材料挤压。这使得控制活塞37和封闭件39之间的力配合的连接得到增强。
附加地可以提出，流动的材料容纳在控制活塞37的内罩面37d上，在封闭件39上构造一个或者多个材料容纳部40、例如圆周槽或者凹口，材料37c可以挤压到材料容纳部中。由此形成控制活塞37和封闭件39之间的形状配合，由此显著提高挤压力。
在材料挤压过程中，控制活塞37在负载压力的区域的边缘上的外直径可以变得略微更大。为了防止该直径增大导致控制活塞37夹在阀壳34内部，控制活塞37在材料挤压的区域内的外直径小于控制活塞37的最大外直径，尤其小于阀壳34的内直径。
图5a和5b示出了控制活塞37的根据本发明的第二实施例。在该实施例中，在将封闭件39定位在控制活塞37内部之后，例如借助于将具有过盈的封闭件39压入控制活塞37的开口37b的过程，将控制活塞37的材料37c径向向内挤压。其与第一实施例的区别在于借助于环形压制或者说分段压制进行轴向冲压。在此，将工具压入控制活塞37的轴向的侧面(环形壁37e)中。由此提高封闭件39和控制活塞37之间的力配合的连接，并且沿移动方向形成形状配合，由此确定封闭件39相对于控制活塞37的相对位置。
为了承受所出现的材料突起，也可以在这里设置材料容纳部40。在该实施例中，通过封闭件39的开口侧的底部的尺寸合适的倒角40a或者说尺寸合适的半径实现该材料容纳部40。在此，倒角40a能够像材料挤压一样沿着底部的整个外圆周环绕地或者只是分段地进行构造。
作为该封闭件39的所示出的锅状的实施例的替代方案，可以设置其它实施例，例如圆柱形的封闭件39。
作为替代方案，封闭件39能够借助于粘接、钎焊或者熔焊连接与控制活塞37连接。同样可以考虑第一和第二实施例与粘接、钎焊或者熔焊连接的组合。
参考标号
1     装置
2     定子
3     转子
4     驱动轮
5     凹槽
6     侧壁
7     第一侧盖
8     第二侧盖
10    叶片槽
11    叶片
12    第一压力室
13    第二压力室
16    第一压力介质管路
17    第二压力介质管路
18    控制阀
19    力介质泵
20    储藏罐
21    箭头
22    中心孔
31    压力介质回路
32       伺服元件
32a      挺杆
33       弹簧元件
34       阀壳
35       第一环形槽
36       第一孔
37       控制活塞
37a      壁段
37b      开口
37c      材料
37d      内罩面
37e      环形壁
38       第二环形槽
39       封闭件
39a      圆周壁
40       材料容纳部
40a      倒角
41       第二孔
P        力介质接口
T1       径向的储藏罐接口
T2       轴向的储藏罐接口
A        第一工作接口
B    第二工作接口

Claims (12)

1.控制阀(18)，该控制阀具有
-基本上空心圆柱形的阀壳(34)，
-设置在阀壳(34)内部的并且可轴向移动的控制活塞(37)，
-以及封闭件(39)，
-其中所述控制活塞(37)具有至少一个空心的区段，该区段并入成控制活塞(37)的开口(37b)，并且
-其中所述封闭件(39)设置在开口(37b)中，
其特征在于，
-所述封闭件(39)具有圆周壁(39a)，该圆周壁在开口(37b)区域中基本上匹配于控制活塞(37)的内罩面(37d)，
-其中所述圆周壁(39a)具有至少一个带有更小外直径的材料容纳部(40)，
-其中具有更大外直径的区域在所述封闭件(39)的轴向方向上在远离所述开口(37b)的一侧连接到所述材料容纳部(40)上，并且
-其中所述控制活塞(37)的内罩面(37d)嵌入到所述材料容纳部(40)中。
2.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，所述控制阀用于用来改变内燃机的控制时间的装置(1)。
3.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，将所述材料容纳部(40)设计成在所述封闭件(39)的圆周方向上延伸的环形槽。
4.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，将所述材料容纳部(40)设计成凹口。
5.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，将所述材料容纳部(40)设计成所述封闭件(39)的轴向侧壁的圆周边缘的倒角(40a)。
6.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，所述控制活塞(37)的外直径在所述材料容纳部(40)的区域中小于所述控制活塞(37)的最大外直径。
7.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，所述封闭件(39)借助于材料配合连接与所述控制活塞(37)连接。
8.根据权利要求1所述的控制阀(18)，其特征在于，所述封闭件(39)借助于粘接连接、钎焊连接或者熔焊连接与所述控制活塞(37)连接。
9.一种用于制造根据权利要求1至8之一所述的控制阀(18)的方法，该方法具有以下步骤：
-将所述封闭件(39)定位在所述控制活塞(37)的开口(37b)内部，
-将所述控制活塞(37)的材料(37c)在所述封闭件(39)的区域中在径向方向上向内挤压。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制活塞(37)的材料(37c)通过所述控制活塞(37)的径向的冲压、径向的圆周压制或者径向的分段压制而径向向内挤压。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制活塞(37)的材料(37c)通过对所述控制活塞(37)的轴向侧面的轴向的冲压、轴向的环形压制或者轴向的分段压制而径向向内挤压。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述材料(37c)挤压到至少一个构造在所述封闭件(39)的圆周面上的材料容纳部(40)中。
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