CN102449357A - 用于内燃机的阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的阀装置，尤其是汽车，包括具有至少两个流体连接件(20，22)的壳体(12)，中空的阀元件(24)，该阀元件在壳体中在至少连个转动位置之间被旋转支撑，所述阀元件包括至少两个开口(26，28)，所述开口依赖于阀元件的转动位置并能够与壳体的液体连接件相连接，以及用于转动该阀元件的驱动器(44)。根据本发明，所述阀元件(24)与轴(30)耐转矩地(torque proof)连接，所述轴在壳体的两个相对的轴承(32，36)处被可旋转地支撑，其中所述轴至少在一端被可旋转地支撑在轴承套(34)中，所述轴承套被接收在转矩不受围绕着轴线旋转影响的其中一个轴承里，其中所述轴承套(34)的内表面和/或外表面为球状。

Description

用于内燃机的阀装置
本发明涉及一种用于内燃机尤其是汽车的内燃机的阀装置，包括具有至少两个流体连接件的壳体，中空的阀元件，所述阀元件在壳体中在至少连个转动位置之间被旋转支撑，所述阀元件包括至少两个开口，所述开口依赖于阀元件的转动位置并能够与壳体的流体连接件相连接，以及用于转动该阀元件的驱动器。此类阀装置被应用于例如汽车内燃机的冷却循环系统中。为了这个目的常常提供多路径的阀元件，多路径的阀元件中的适当的转动位置允许冷却液从冷却液供应源供给到发动机组，旁通管甚或汽车的热循环中。可以从DE 103 51852 A1或者DE 10 2006 038 213 A1中了解此类装置。
该装置通常具有密封装置，所述密封装置将阀元件相对于壳体密封起来，以便于没有液体可以从该装置中泄露。但是，当具有相对大的元件公差时，该阀元件在所提供的轴承上不能被准确地支撑的情况是可能发生的。这尤其可能发生在通过注塑成型制成的构件的情况中，这种构件常常使用于此类装置。这可能损害密封性能，从而会使液体以不希望的方式泄露。此外，元件公差甚或腐蚀可能导致在壳体中的阀元件的旋转性受损。
基于前面描述的现有技术，本发明的目的在于提供一种上述类型的阀装置，其在任何时候都能够可靠地保障紧密性和正常运行。
通过权利要求1的主题可以实现这个目的。可以在从属权利要求、说明书和附图中发现有益的结构。
作为上述类型的阀装置，本发明实现了该目的，因为阀元件与轴耐转矩(torgue proof)连接，轴在壳体的两个相对的轴承处被可旋转地支撑，其中该轴至少在一端被可旋转支撑在轴承套中，轴承套被接收在转矩不受围绕所述轴线旋转影响的其中一个轴承里，其中轴承套的内表面和/或外表面为球状。
该阀装置尤其可以用于应用于汽车内燃机中的冷却液中并且因此构成此类冷却系统的冷却液控制器的一部分。但是，其它的应用也是可行的，例如用于传输润滑剂，比如石油。本身已知，壳体可以具有两个或更多的连接件。同样的适用于该阀元件。尤其是，在最简单的情况下，该壳体可以包括两个液体连接件和两个阀元件开口。该阀元件可以在两个比如偏移90度的转动端位置之间旋转。在第一转动端位置，阀元件在壳体的两个流体连接件之间开设通道，但是在第二转动端位置阀元件关闭这个通道。但是，提供三个或四个(或更多个)用于壳体的连接件也是可行的，这些阀元件具有两个或多于两个的开口，从而不同的壳体的连接件可以按需要连接在一起。例如，各个连接件可以通向冷却液供应源，发动机组的冷却管道和用于输送该冷却液通过该发动机组的旁通管和/或也可以选择通向汽车的热循环。根据需求，尤其是根据内燃机的温度，冷却液然后可以完全或部分地供给到发动机组中或通过旁通管转向。
通过驱动器转动与阀元件连接的轴。例如，该驱动器可以是具有真空压力元件或类似装置的气动驱动器，以及用于压力传动装置的适当的隔膜。但是，其它驱动器也是可行的，例如电动驱动器。也可以另外提供适当的传感器，比如温度传感器，根据温度传感器的测量结果进行驱动。通过膨胀材料的恒温驱动器(thermostatic drive)也同样可行。在这种情况下以恒温器的方式进行自动驱动控制。
阀装置还可以包括与阀元件的形状相符合的密封装置。为了这个目的，它可以包括密封地靠着阀元件的外表面的密封环或类似物，凭借密封环或类似物该阀元件密封地转动。密封装置将阀元件相对于外壳密封起来，从而没有液体从该装置中泄露出来。
根据本发明，该轴至少在一端被支撑在轴承套中，与该轴相接触的轴承套的内表面和/或与该轴承相接触的轴承套外表面是球状的。例如，轴承套的外表面可以是凸形的。例如，轴承套的内表面可以同样是凸形的。但是，轴承套的外表面和/或内表面也可能是凹形的。
如果轴承套的外表面是球状的，例如凸形的，接收轴承套的壳体的轴承的内表面可以相应地是球状的，比如凹形的。
根据本发明的轴承套的球形允许一个或两个支撑所述轴的轴承发生位置偏离，也就是说位置从所需要的轴向(比如垂直地)偏离，这可以因为元件差异或腐蚀而可能发生。因此，本发明允许该轴在轴承中围绕至少一个沿轴线垂直延伸的转轴进行一定程度的旋转。轴承套的凸面确保了阀元件在壳体中总是处在正确的位置，即使是在此类旋转的情况下也是如此。这保障了在任何时候阀装置可靠的紧密性。与此同时，提供无压力支撑以及轴的无故障和低摩擦转动是可能的，即使是在元件偏差或腐蚀的情况下。
在这个方面，轴在它的两端区域被可旋转地支撑。它可以被支撑尤其是在它的两端区域在不同情况下在相应的轴承套里，根据本发明以该方式形成的所述轴承套的内表面和/或外表面为球状。这进一步改善了该支撑并且进而改善了阀元件的紧密性和旋转性。总之，将轴承套的外表面或轴承套的内表面构造成球状是足够的。但是，不排除将轴承套的外表面和内表面都构造成球状的可能性。与轴相接触的轴承的内表面的凸面特别有效地降低了在轴旋转的过程中由于在轴和轴承套之间有污物进入而导致轴堵塞的危险。
阀元件可以是球形的，具体而言它可以采用球扇体(ball segment)或球杯体的形状。球形在结构上特别简单。但是，具体而言，任何其它旋转对称的形状也适用于阀元件，例如圆柱体形或椭圆体形。
根据另外的结构，轴承套可以在它的外表面上包括朝着轴的轴向延伸的突出物，该突出物是在接收轴承套的轴承的凹槽中被引导，所述凹槽也可以在所述轴的轴向方向上延伸。这点尤其可靠地确保了轴承套的适应性调节，所述轴承套不受在轴承中围绕轴线的旋转的扭矩的影响。这种结构允许了轴承套的二维移动以及例如在垂直面上沿着轴承套的旋转轴线延伸的轴的二维移动。轴围绕着单个垂直于轴线延伸的旋转轴旋转是特别有可能的，所述旋转通过凹槽和突出物的形状和位置来预先设定。例如，为了这个目的，凹槽和突出物可以是矩形截面的。在运动反转的情况下，轴承套在它的外表面上可以包括在轴的轴向方向上延伸的凹槽，在凹槽中接收轴承套的轴承的突出物被引导，所述突出物也在所述轴的轴向方向上延伸。成形于轴承套或凹槽上的突出物以及成形于轴承套或突出物上的凹槽可以在不同的情况下延伸超过轴承套的全长。
根据另外的结构，轴承套可以在它的外表面上包括旋转对称的突出物，尤其是圆柱形的突出物，该突出物在接收轴承套的轴承的凹槽中被导向，所述凹槽在所述轴的轴向方向上延伸。这种结构尤其简便地允许轴承套的适应性调节扭矩不受在轴承中围绕轴线的旋转的影响。与此同时，轴承套的三维移动和轴的三维移动可能不仅仅是在一个平面内，而是在任何所需要的垂直于轴线延伸的平面内。该轴因而可以围绕着所需要的垂直于轴线延伸的旋转轴旋转。这会带来更大的移动自由和更好的公差补偿并且进一步保障了阀装置的紧密性和运行。在运动反转的情况下，轴承套可以在它的外表面上再次包括在轴的轴向方向上延伸的凹槽，在该凹槽中接收轴承套的轴承的旋转对称的突出物(尤其是圆柱形的突出物)被引导。旋转对称的突出物，无论是成形于轴承套上或是成形于轴承上的，可以在轴的轴向方向上居中成形于轴承套或轴上，以特别允许轴的顺利移动。如果旋转对称的突出物是圆柱形的突出物，该圆柱体轴线可以特别垂直地位于轴承套的外表面或者轴承的内表面上。
对于特别密实的结构，根据另外的结构，驱动器可以包括垂直延伸到与阀元件相连接的轴上的驱动杆，例如活塞杆，该杆通过驱动器在其轴向方向上是可移动的并且通过偏心装置对与阀元件相连接的轴起作用。如果驱动杆轴向移动，那么所述驱动杆的轴向移动通过偏心装置转化成旋转，例如偏心地作用与与阀元件连接的轴上的偏心腿，并且从而带来与阀元件相连接的轴的旋转和阀元件的旋转。
参考附图本发明的示例性的实施例将在下面更加详细地说明，其中：
图1在局部剖视图中示出了根据本发明的阀装置的一部分；
图2示出了根据本发明的第一典型实施例的支座的两个立体分解图；
图3以两个立体剖面图示出了图2中显示的支座；
图4示出了显示在图3中的支座在三种操作状态下的立体剖视图；
图5示出了根据本发明根据第二典型实施例的支座的两个立体分解图；
图6示出了显示在图5中的支座的两个立体剖视图；
图7示出了显示在图6中的支座在两种操作状态下的立体剖视图；
图8示出了根据本发明根据第三典型实施例的支座的两个立体分解图；
图9示出了显示在图8中的支座的两个立体剖视图，以及
图10示出了显示在图9中的支座在三种操作状态下的立体剖视图。
除非另外注明，在图中相同的附图标记用于指示相同的项目。图1以局部垂直剖面的形式示出了根据本发明阀装置10的一部分。阀装置10具有壳体12，在图示的例子中壳体12大体上包括上半壳体14和下半壳体16，该下半壳体16通过密封环18紧密地连接，例如用螺丝拧紧，到上板壳体14。在所列举的例子中，壳体12具有两个流体连接件20，22，在本例中提供所述两个流体连接件用于输送用于汽车内燃机的冷却液。球杯形的阀元件24被设置在壳体12中。在所列举的例子中，阀元件24同样具有两个彼此连通的开口26，28。理所当然的是壳体12和/或阀元件24也可以具有多于两个的连接件或开口。阀元件24与在壳体12中的可旋转地被支撑的轴30一体连接。在它的两个端点，轴30在壳体12的相应的轴承32，36上可旋转地被支撑。虽然在图1中在它的右手端，轴30在壳体12的轴承36上通过适当的轴颈被直接支撑，但是在它的对面，在图1中在左手端，轴30通过设置在轴承32中的轴承套34被支撑以便于转矩不受朝着轴30的轴向旋转的影响。轴30的旋转轴在图1中以附图标记38示出。根据本发明的轴30的所述支座，没有在图1中详细示出，将会在下面更加详细地考虑。
然后阀元件24通过轴30的旋转而旋转。在所列举的例子中，轴30和阀元件24可以在两个彼此偏置90度的转动端位置之间旋转。在图1所示的第一转动端位置，阀元件24的相互连通的开口26，28一起连接壳体12的两个流体连接件20和22。在另一方面，在旋转了90度的转动端位置(未示出)，阀元件24关闭了流体连接件20与22之间的连接从而关闭了用于冷却液的通道。
图1还示出了包括密封环40的密封装置，所述密封环通过弹性环42压入阀元件24的外部表面。密封装置以及尤其是密封环40把阀元件24相对于壳体12密封起来，从而通过液体连接件20，22传送的冷却液不能从阀装置10中泄露出去。此外，图1概要地示出了用于旋转轴30和阀元件24的驱动器44。在所述例子中，驱动器是具有真空压力元件46的气动驱动器44，为了说明的目的，所述真空压力元件在图1中部分切开示出。在真空压力元件46中设置隔膜48，所述隔膜可以通过真空连接件50上下移动。在图1中没有以更加详细的方式示出但本身已知，隔膜48与活塞杆52相连接。隔膜48的上下移动相应地带动了活塞杆52的上下移动。活塞杆52通过偏心地位于轴30上的车桥枢轴动作(没有在图1中更加详细地示出)。通过这种偏心装置，活塞杆的上下移动被转化成轴30的相应的旋转并且因而引起阀元件24的旋转。没有在图1中显示的传感器，例如温度传感器，可以例如测量内燃机的温度。驱动器44然后可以通过处理测量结果的控制方式来驱动，从而根据需要引起或中断通过阀元件24在液体连接件20，22之间的连接。
显而易见的是此处壳体12由两个半壳体14，16组成。这些半壳体14，16限定了轴承32，36的位置。由于在塑料壳体部件由注射成型所制造的情况下，常常会有一定程度的元件尺寸公差(dimensional tolerance)。这导致在支撑轴30时的不精确。污物也可能进入轴承中。然后泄露可能在密封装置的区域出现，或者出现其它故障，比如阀元件的堵塞。为了解决这个问题本发明提出一种支撑装置，该支撑装置在图2至10中在一些典型实施例中图示出。
图2的子图a)是由两个半壳体组成的壳体12的轴承32高度图解视图。在图2b)中图2a)的轴承布置在第二幅图中示出。在例子中轴承32在它的内表面包括矩形截面的凹槽54，该凹槽在轴30的轴向方向上延伸。例如这在图3a)的分解图中很容易看到。此外，显而易见的是轴承32的内表面是凹球面。呈球体(ball segment)形式的轴承套34被插入到轴32中。轴承套34在它的外表面上具有中心圆柱形突起56，当如在图3b)中所示当被安装在轴承32的凹槽54中时该突起会被引导。轴承套34具有圆柱形轴向开口，同样的圆柱形轴30被旋转地插入到该开口中用于支撑(图3b)。
尽管轴承套34围绕着轴30的旋转轴的旋转被圆柱形凸起56和凹槽54之间的相互作用阻止，但是轴承套34的球形凸形外表面和轴承32的相应的球形凹形内表面允许轴30围绕着垂直延伸到轴线38的旋转轴旋转。这显示在显示有两种不同的操作状态的图4a和4b中。在例子中这种旋转轴沿着轴承32的上部和下部分割线延伸并且穿过牵引面(the plane of the drawing)。而且，在纵向凹槽54中的圆柱形突出物56的引导允许轴30的三维移动。尤其是，如在图4c所示，为了进一步的操作状态，轴也可以围绕着旋转轴旋转，该旋转轴垂直延伸到位于两个轴承半体(bearing halves)32和轴线38之间的分割面并且在牵引面中。根据本发明这种支撑结构允许元件公差将得到补偿并且将腐蚀的危害效果降到最低，以便于根据本发明阀装置的紧密性和功能在任何时候都得到保障。
根据本发明的图5，6和7示出了轴承的第二种结构。这种结构主要与图2到图4中所示的布置相对应。与在图2到图4中所示的轴承布置相比，在这个典型实施例中的该轴承套34具有矩形截面的突出物58，该突出物58也朝轴30的轴向延伸。该突出物58在形状和结构上与在轴承32中成形的凹槽45相符合并且当如图6b所示装配时，在该突出被引导。具体而言，突出物58以伸长的方式朝轴承套的轴向延伸并且不是相应地旋转对称。这种结构允许轴30二维移动，其中该轴30可以围绕垂直地延伸到轴线38的旋转轴旋转。在例子中该旋转轴沿着轴承32的上半部和下半部的分隔面延伸并且穿过牵引面。在图7a)和b)中示出这两种操作状态。
根据本发明图8到10示出了轴承装置的第三种典型实施例。这种结构再次主要地与前述附图中所示的结构相对应。但是，与前述结构不同，在这个典型实施例中，轴承套34的外表面和轴承32的相应的内表面是圆柱的而不是球状的。但是，这从在图9a)中的分解表征来看尤其清楚，轴承套34的内表面具有球面形状，尤其是凸出的球面形状。在图9b)所示的安装状态下，圆柱形的轴30因此再次能够在轴承套34中进行三维的自由活动。尤其是如同在图4所示的结构中，轴30的三维活动也是有可能在这第三个实施例中的。在图8到10所示的典型实施例中，此处围绕着任何与轴线38相垂直的所需要的旋转轴旋转是有可能的。在这个示例性实施例中，阀装置10的弹性和紧密性以及功能进一步地加强了。而且，在这个结构中也特别有效地避免了由于污物进入轴和轴承34之间的空间而导致轴30和阀元件24的堵塞。

Claims (7)

1.一种用于内燃机尤其是汽车的内燃机的阀装置，包括壳体(12)，该壳体具有至少两个流体连接件(20，22)，中空的阀元件(24)，该阀元件在壳体(12)中在至少两个转动位置之间被旋转地支撑，所述阀元件(24)包括至少两个开口(26，28)，所述开口依赖于阀元件(24)的转动位置，所述开口能够与壳体(12)的流体体连接件(20，22)相连接，以及用于转动所述阀元件(24)的驱动器(44)，
其特征在于所述阀元件(24)与轴(30)耐转矩(torque proof)连接，所述轴在壳体(12)的两个相对的轴承(32，36)处被旋转支撑，其中所述轴(30)至少在一端被被可旋转地支撑在轴承套(34)中，轴承套(34)被接收在其中一个轴承(32)中，转矩不受围绕着轴线(38)的旋转的影响，其中所述轴承套(34)的内表面和/或外表面为球状。
2.根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于阀元件(24)是球形。
3.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于轴承套(34)在它的外表面上包括在轴(30)的轴向方向上延伸的突出物(58)，所述突出物被引导在接收所述轴承套(34)的轴承(32)的凹槽(54)中，所述凹槽也在轴(30)的轴向方向上延伸。
4.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于轴承套(34)在它的外表面上包括在轴(30)的轴线方向上延伸的凹槽，接收轴承套(34)的轴承(32)的突出物被在该凹槽中引导，所述突出物也在轴(30)的轴线方向上延伸。
5.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于所述轴承套(34)在它的外表面上包括旋转对称的突出物(56)，尤其是圆柱体突出物(56)，该突出物在接收轴承套(34)的轴承(32)的凹槽(54)中被引导，所述凹槽在轴(30)的轴向方向上延伸。
6.根据权利要求1或2所述的阀装置，其特征在于所述轴承套(34)在它的外表面上包括在轴(30)的轴向方向上延伸的凹槽，接收所述轴承套(34)的轴承(32)的旋转对称的突出物，尤其是圆柱体突出物，在该凹槽中被引导。
7.根据前述任一权利要求所述的阀装置，其特征在于所述驱动器(44)包括垂直于轴(30)延伸的驱动杆(52)，所述轴(30)与阀元件(24)连接，所述驱动杆通过驱动器(44)可在其轴向方向上移动并且通过偏心装置对与所述阀元件(24)相连接的轴(30)起作用，并且能够以这种方式转动所述轴。
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