CN105569759B

CN105569759B - 液压阀和凸轮轴相位调节器

Info

Publication number: CN105569759B
Application number: CN201510621796.7A
Authority: CN
Inventors: 迪特马尔·舒尔策
Original assignee: Hilite Germany GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: DE102014115903A1; US20160230611A1; US9739182B2; EP3015662A1; DE102014115903B4; EP3015662B1; CN105569759A

Abstract

本发明涉及一种凸轮轴相位调节器的液压阀，其中，空心活塞33在其面对压力介质接口P的端部处具有较小第一外径D1的第一活塞截段、紧接着相邻于该第一活塞截段具有较大第二外径D2的第二活塞截段且具有中等第三外径D3的第三活塞截段，其中，空心活塞具有压力面A1,A3，其空心活塞可各自被加载压力介质接口P指向的轴向力F1,F3，且在空心活塞33处构造有另一设置在第二活塞截段处的压力面A2，其作为空心活塞的唯一的压力面可被加载以朝向压力介质接口P的轴向力F2，其中，由两个轴向的方向作用到空心活塞上的力F1,3,F2大致相同大小，从而使得在第一活塞截段处的力F1通过在工作接口A,B之间存在的力F2,F3被大致平衡。

Description

液压阀和凸轮轴相位调节器

技术领域

本发明涉及一种用于凸轮轴相位调节器的液压阀以及涉及一种凸轮轴相位调节器。

背景技术

由卷号DE 10 2012 106 096 A1的德国专利申请已知一种带有液压阀的凸轮轴相位调节器，其具有带有由阶梯孔出发的工作接口的阶梯孔。在该孔内，压力平衡的空心活塞可轴向移动，其中，带有第一外径的空心活塞可在孔截段内密封容错地被移动且该空心活塞紧接着相邻于该第一外径具有在其中一个工作接口的区域中带有较大外径的侧表面和在另一工作接口的区域中带有较小外径的侧表面，其中，由两个侧表面各自发出有流入边缘和流出边缘。两个流入边缘彼此背离，而流出边缘彼此面对，从而使得被引入到空心活塞的空腔中的供应压力一方面处在由较小外径构成的投影的圆面处，从而使得力在轴向上起作用，与之相反供应压力在另一方面处在由较大外径扣除第一外径构成的投影的环面处，以便于创造一种带有液压阀的凸轮轴相位调节器，其压力介质接口与两个工作接口在共同的侧面上轴向相邻。在其中所建议的液压阀仅可以巨大的生产成本来制造。

发明内容

因此，本发明基于如下目的，即，在结构和功能上改善上述液压阀。尤其地，该阀的制造成本和流动阻力应被降低。

用于凸轮轴相位调节器的根据本发明的液压阀包括具有带有横向孔形式的两个由阶梯孔出发的工作接口的阶梯孔的阀壳体、在孔内在第一与第二终端位置(Endlage)之间可轴向移动地布置的压力平衡的空心活塞和用于将压力介质轴向引入到空心活塞的空腔中的活塞入口，其可与压力介质接口相连接，其中，压力介质接口由阀壳体的壳体入口构成。

另外，该液压阀包括由空心活塞的空腔引出的用于连接压力介质接口与工作接口中的一个的活塞出口、两个用于连接工作接口与压力介质存储器的油箱接口以及通过控制元件空心活塞轴向调节空心活塞的挺杆，其中，空心活塞在其面对压力介质接口的端部处具有带有较小的第一外径的第一活塞截段、紧接着相邻于该第一活塞截段具有带有较大的第二外径的第二活塞截段且具有带有中等的第三外径的第三活塞截段，其中，三个活塞截段各自在阀壳体的壳体截段中可密封容错地被移动。较小、中等和较大的称呼定义了外径彼此的尺寸关系。

为了压力平衡，空心活塞在第一活塞截段和第三活塞截段处各自具有压力面，其在空心活塞的压力加载的情形中可各自被加载以由压力介质接口指向(wegweisenden)的轴向力，其总地作为力作用到空心活塞上，且在空心活塞处构造有另一设置在第二活塞截段处的压力面，其作为空心活塞的唯一的压力面可被加载以朝向压力介质接口的轴向力，其中，由两个轴向方向作用到空心活塞上的力大致相同大小，从而使得在第一活塞截段处的力通过在工作接口之间存在的力被大致平衡。

换而言之，空心活塞在以通过压力介质接口被引入的压力介质的压力加载的情形中由于轴向力的补偿被力平衡且在液压阀的空心活塞处的轴向力不依赖于压力介质的压力。

通过以阀壳体的不同壳体截段和带有构造在其处的压力面的空心活塞的相应的活塞截段的所建议的构造可实现如下，即，降低液压阀的制造成本且尤其地低成本地制造和装配大致上旋转对称的空心活塞。有利地，空心活塞此外不具有引起流动技术缺点的斜面。

优选地，第一壳体截段由布置在阀壳体的孔中的套管构成。第一壳体截段由此可以简单的方式设置在阀壳体中且空心活塞的装配可被简化。在此，套管可例如通过压入或借助于销钉连接以简单的方式被装入。备选地，第三壳体截段可由布置在阀壳体的孔中的套管构成。

根据本发明的一种有利的设计方案，压力介质接口在轴向上跟随有由孔出发的作为第一油箱接口的横向孔，其跟随有第一工作接口且紧接着跟随有第二工作接口，其中，第二工作接口在轴向上跟随有第二油箱接口，其由轴向的壳体出口构成。通过该接口顺序可提供轴向非常短地构造的液压阀。同时，在壳体出口的区域中的第二油箱接口使得被联接到挺杆处的控制元件的润滑成为可能。

优选地，在第一活塞截段处的压力面由投影的圆面构成，而在第二和第三活塞截段处的压力面通过彼此面对的环面构成。在空心活塞中或在阀壳体中的额外的孔由此无须设置用于构成必要的压力面。

根据本发明的一种有利的构造方案，在套管与在第一和第二活塞截段之间构成的阶梯之间设置有用于连接第一工作接口与第一油箱接口的第一环形室。

优选地，在阶梯与套管之间的第一环形室中布置有用于空心活塞的回位弹簧且回位弹簧的弹簧预紧力根据另一有利的构造方案可借助于套管来调整。

在第二与第三活塞截段之间优选地设置有第二环形室，其按照空心活塞的位置构造用于工作接口与压力介质接口经由活塞出口的连接。

根据一种有利的实施方案，在第三活塞截段与壳体出口之间设置有第三环形室，其构造用于连接工作接口与第二油箱接口。在阀壳体中的额外的径向孔由此可取消。

第三环形室可以简单的方式通过第三活塞截段的台阶来设置。

壳体入口可根据本发明的有利的构造方案轴向或径向地构造在阀壳体中。

通过止回阀在壳体入口中的布置可以简单且可靠的方式防止压力介质在压力介质接口的方向上的回流。在此，止回阀可例如设置成球形止回阀或板式止回阀。

优选地，挺杆可与空心活塞相联接地设置。然而，挺杆的与空心活塞一件式的构造是可能的。

根据本发明的液压阀尤其地作为径向在凸轮轴相位调节器的转子内的中央阀得到使用，凸轮轴相位调节器带有定子和相对于定子在第一终端位置与第二终端位置之间可转动的用于调节内燃机的凸轮轴的转子。然而如下同样是可能的，即，该液压阀布置在转子之外作为分散式阀。

附图说明

下面借助一个实施例用图解及示例的方式对本发明作进一步说明。其中：

图1显示了根据本发明的凸轮轴相位调节器的横截面，且

图2以纵截面形式显示了用于控制根据图1的凸轮轴相位调节器的液压阀。

具体实施方式

利用根据图1的凸轮轴相位调节器14，在内燃机的运行期间在凸轮轴18处相对驱动轮2的角度位置被无级地改变。通过转动凸轮轴18，换气阀的开启和闭合时刻被如此地变换，即，内燃机在相应转速的情形中带来其最佳的性能。凸轮轴相位调节器14具有圆柱形的定子1，其与驱动齿轮2抗扭地相连接。在该实施例中，驱动轮2是链轮，未进一步示出的链条经由其被引导。驱动轮2然而同样可以是齿形皮带轮，作为驱动元件的驱动皮带经由其被引导。经由该驱动元件和驱动轮2，定子1与曲轴驱动连接。

定子1包括圆柱形的定子基体3，在其内侧处径向向内以相同的间距伸出叶片4。在相邻的叶片4之间构成间隙5，压力介质经由在图2中进一步示出的中央布置的液压阀30控制地被带入到其中。在相邻的叶片4之间耸立有翼片6，其径向向外由转子8的圆柱形的转子毂7伸出。该翼片6将在叶片4之间的间隙5各自划分成两个压力室9和10。其中一个压力室9关联于在“提前”的方向上的调节，与之相反另一压力室10关联于在“延迟”的方向上的调节。

叶片4以其端面密封地贴靠在转子毂7的外侧表面处。翼片6在其侧以其端面密封地贴靠在定子基体3的圆柱形的内壁处。

转子8与凸轮轴18抗扭地相连接。为了改变在凸轮轴18与驱动轮2之间的角度位置，转子8相对于定子1被转动。为此，按照期望的转动方向在压力室9或10中的压力介质被置于压力之下，而相应地另一压力室10或9朝向油箱T被卸载。为了将转子8相对定子1逆时针摆动到示出的位置中，由液压阀30将在转子毂7中的环形的第一环形转子通道置于压力之下。由该第一转子通道，然后另外的通道11通到压力室10中。该第一转子通道配属于第一工作接口A。为了与之相反顺时针摆动转子8，转子毂7中的第二环形转子通道被由液压阀置于压力之下、通入到通道13中。该第二转子通道配属于第二工作接口B。

这两个转子通道关于中心轴22彼此轴向间隔地布置，从而使得其在图1的图纸平面中彼此重叠。

凸轮轴相位调节器14被放置到实施成空心管16构建的凸轮轴18上。为此，转子8被插到凸轮轴18上。空心管16具有孔，其将配属于两个工作接口A,B的转子通道与液压阀30的横向孔28,29液压地相连接。

因此，凸轮轴相位调节器14可借助于在图2中以纵截面示出的液压阀30被摆动，其尤其地作为径向在凸轮轴相位调节器14的转子8内的中央阀得到使用。然而如下同样是可能的，即，液压阀30布置在转子8之外。

如由图2可得悉的那样，液压阀30包括阀壳体31，其具有横向孔28,29形式的带有由阶梯孔出发的工作接口A,B的阶梯孔32。在孔32内轴向可移动地布置有在第一与第二终端位置之间压力平衡的空心活塞33，其具有用于将压力介质轴向引入到空心活塞33的空腔35中的活塞入口34。活塞入口34可与压力介质接口P相连接，其由阀壳体31的轴向构造的壳体入口36构成。备选地，壳体入口同样可径向构造在阀壳体31中。

另外，液压阀30包括由空心活塞33的空腔35引出的、用于依赖于空心活塞33在阀壳体31中的位置用于连接压力介质接口P与工作接口A,B中的一个的、多个径向孔形式的活塞出口37。

两个油箱接口TA,TB用于工作接口A,B与未示出的压力介质存储器的各自的连接。

如由图2可见的那样，压力介质接口P在轴向上跟随有由孔32出发的作为第一油箱接口TA的横向孔27，其跟随有附属于其的第一工作接口A且紧接着跟随有第二工作接口B，第二工作接口B又在轴向上跟随有其配属的第二油箱接口TB。该接口顺序使得轴向非常短地构造的液压阀30成为可能。

第二油箱接口TB由阀壳体31的轴向的壳体出口48构成，从而可同时使得未显示的控制元件的润滑成为可能，该控制元件为了轴向调节空心活塞33与和空心活塞33相连接的挺杆38相联接。备选地，挺杆38同样可与空心活塞33一件式地设置。

在其面对压力介质接口P的端部处，空心活塞33具有带有较小的第一外径D1的第一活塞截段39，其在阀壳体31的第一壳体截段42中可密封容差地被移动。阀壳体31包括套管45，其构成第一壳体截段42且例如可通过压入或借助于销钉连接被装入到孔32中。

紧接着相邻第一活塞截段39相邻地设置有带有较大的第二外径D2的第二活塞截段40和带有中等的第三外径D3的第三活塞截段41，其在阀壳体31的第二和第三壳体截段43,44中可密封容差地被移动。较小、中等和较大的称呼定义了外径彼此的尺寸关系：D2>D3>D1。

本发明的一种未示出的备选的实施方式作如下设置，即，借助于孔32的阶梯构造第一壳体截段42且借助于套管构造第三壳体截段44，以便于使得空心活塞33到阀壳体31中的装配成为可能。

为了压力平衡，空心活塞33在第一和第三活塞截段39和41处各自具有压力面A1和A3，其在空心活塞33的压力加载的情形中可各自被加载以由压力介质接口P指向的轴向力F1和F3。两个力F1和F3总地作为力F1,3作用到空心活塞33上。

与之相反，另一设置在第二活塞截段40处的压力面A2可被加载以朝向压力介质接口P的轴向力F2。压力面A2是在方向P上被加载以轴向力的唯一的面。力F1和F3如此地设计，即，由两个轴向方向作用到空心活塞33上的力F_1,3,F2大致相同大小，由此空心活塞33在以通过压力介质接口P被引入的压力介质的压力加载的情形中通过两个力F_1,3和F2的平衡来力平衡，且例如控制元件和回位弹簧49的轴向力不依赖于压力介质的压力作用到空心活塞33上。

在第一活塞截段39处的压力面A1如由图2变得清楚的那样由投影的圆面构成，在这种情况下压力介质不仅以压力加载在第一活塞截段39构造的环面57而且以压力加载挺杆38的圆面58。

压力面A2和A3在第二和第三活塞截段40,41处构造成彼此面对的环面64,65，其如在图2中可见的那样各自由空心活塞33的轴向台阶51,52形成。

在套管45与在第一和第二活塞截段39,40之间构成的阶梯47之间设置有用于连接第一工作接口A与第一油箱接口TA的第一环形室46。阶梯47首先使得在油箱接口TA的方向上的阻尼径流成为可能。

将空心活塞33在未加载的状态中对着未显示的轴向止挡按压到其第一终端位置中的回位弹簧49布置在套管46和阶梯47的轴向面63之间的第一环形室46中，从而使得弹簧预紧力可通过套管46的轴向定位来调整。

在第二与第三活塞截段40,41之间另外设置有第二环形室50，其按照空心活塞33的位置经由活塞出口37连接工作接口A,B与压力介质接口P。在空心活塞33的在图2中所显示的位置中，第二工作接口B与压力介质接口P相连接，因为台阶52的背对壳体出口48的控制边缘59尚未完全跨越横向孔29。第一工作接口A的在台阶51处构造的面对壳体出口48的控制边缘60在壳体出口48的方向上完全跨越横向孔28，从而防止P在工作接口A的方向上的流经。与之相反，第二活塞截段40的另一控制边缘61处在横向孔28的区域中，由此可实现压力介质由第一工作接口A经由第一环形室46在油箱接口TA的方向上的流经。

在第二环形室50中，压力介质的压力不依赖于空心活塞33的位置作用到环面64,65上，由此压力平衡由此实现，即，轴向力F1大致与力F2和F3相减的结果相同大小。力F1于是通过在工作接口A和B之间的环形室50中存在的力F2和F3被大致平衡。

设置在第三活塞截段41与壳体出口48之间的第三环形室53使得第二工作接口B与第二油箱接口TB的连接成为可能，只要第三活塞截段41的面对壳体出口48的控制边缘62对着回位弹簧49在压力介质接口P的方向上的力被移动到横向孔29的区域中。

如显而易见的那样，第三环形室53由第三活塞截段41的台阶55构成，由此第三环形室53可简单地设置。在此，所构造的阶梯56首先使得在油箱接口TB的方向上的阻尼径流成为可能。

通过止回阀54在壳体入口36中的布置可以简单且可靠的方式防止压力介质在压力介质接口P的方向上的回流。在此，止回阀54可例如设置成球形止回阀或板式止回阀。

通过以阀壳体31的不同壳体截段42,43,44和带有构造在其处的压力面A1,A2,A3的空心活塞33的各自的活塞截段39,40,41的所建议的构造可实现如下，即，降低液压阀30的制造成本且尤其地低成本地制造和装配大致上旋转对称的空心活塞33。有利地，空心活塞33此外不具有引起流动技术缺点的斜面。

附图标记列表

1 定子

2 驱动轮

3 定子基体

4 叶片

5 间隙

6 翼片

7 转子毂

8 转子

9 压力室

10 压力室

11 通道

13 通道

14 凸轮轴相位调节器

16 空心管

18 凸轮轴

22 中心轴

27 横向孔

28 横向孔

29 横向孔

30 液压阀

31 阀壳体

32 孔

33 空心活塞

34 活塞入口

35 空腔

36 壳体入口

37 活塞出口

38 挺杆

39 第一活塞截段

40 第二活塞截段

41 第三活塞截段

42 第一壳体截段

43 第二壳体截段

44 第三壳体截段

45 套管

46 第一环形室

47 阶梯

48 壳体出口

49 回位弹簧

50 第二环形室

51 台阶

52 台阶

53 第三环形室

54 止回阀

55 台阶

56 阶梯

57 环面

58 圆面

59 控制边缘

60 控制边缘

61 控制边缘

62 控制边缘

63 面

64 环面

65 环面

A 工作接口

A1 压力面

A2 压力面

A3 压力面

B 工作接口

D1 第一外径

D2 第二外径

D3 第三外径

F1 力

F2 力

F3 力

F_1,3 力

P 压力介质接口

TA 油箱接口

TB 油箱接口

Claims

1.用于凸轮轴相位调节器(14)的液压阀(30)，其带有

a.阀壳体(31)，该阀壳体具有带有横向孔(28,29)形式的两个由阶梯孔出发的第一工作接口(A)和第二工作接口(B)的阶梯孔(32)，

b.在所述阶梯孔(32)内在第一与第二终端位置之间可轴向移动地布置的压力平衡的空心活塞(33)，

c.用于将压力介质轴向引入到所述空心活塞(33)的空腔(35)中的活塞入口(34)，其可与压力介质接口(P)相连接，其中，所述压力介质接口(P)由所述阀壳体(31)的壳体入口(36)构成，

d.从所述空心活塞(33)的空腔(35)中引出的用于连接所述压力介质接口(P)与所述第一工作接口(A)和第二工作接口(B)中的一个的活塞出口(37)，

e.两个用于连接所述第一工作接口(A)和第二工作接口(B)与压力介质存储器的第一油箱接口(TA)和第二油箱接口(TB)，

f.通过控制元件轴向调节所述空心活塞(33)的挺杆(38)，

g.其中，所述空心活塞(33)在其面对所述压力介质接口(P)的端部处具有带有较小的第一外径(D1)的第一活塞截段(39)，

h.紧接着相邻于该第一活塞截段(39)具有带有较大的第二外径(D2)的第二活塞截段(40)，且

i.具有带有中等的第三外径(D3)的第三活塞截段(41)，其中，所述三个活塞截段(39,40,41)可各自在所述阀壳体(31)的第一壳体截段(42)、第二壳体截段(43)和第三壳体截段(44)中可密封容错地被移动，

j.其中，为了压力平衡，所述空心活塞(33)在所述第一活塞截段(39)和所述第三活塞截段(41)处各自具有压力面(A1,A3)，其在所述空心活塞(33)的压力加载的情形中可各自被加载以由所述压力介质接口(P)指向的轴向力F1,F3，其总地作为力F_1,3作用到所述空心活塞(33)上，在所述第一活塞截段(39)处的压力面(A1)由投影的圆面构成，且在所述空心活塞(33)处构造有另一设置在所述第二活塞截段(40)处的压力面(A2)，其作为所述空心活塞(33)的唯一的压力面可被加载以朝向所述压力介质接口(P)的轴向力F2，其中，由两个轴向方向作用到所述空心活塞(33)上的力F_1,3,F2大致相同大小，从而使得在所述第一活塞截段(39)处的力F1通过在所述第一工作接口(A)和第二工作接口(B)之间存在的力F2,F3被大致平衡。

2.根据权利要求1所述的液压阀(30)，其特征在于，所述第一壳体截段(42)由布置在所述阀壳体(31)的阶梯孔(32)中的套管(45)构成。

3.根据权利要求1所述的液压阀(30)，其特征在于，所述第三壳体截段(44)由布置在所述阀壳体(31)的阶梯孔(32)中的套管构成。

4.根据前述权利要求2所述的液压阀(30)，其特征在于，所述压力介质接口(P)在轴向上跟随有由所述阶梯孔(32)出发的作为第一油箱接口(TA)的横向孔(27)，第一油箱接口跟随有所述第一工作接口(A)且紧接着跟随有所述第二工作接口(B)，其中，所述第二工作接口(B)在轴向上跟随有第二油箱接口(TB)，其由轴向的壳体出口(48)构成。

5.根据前述权利要求3所述的液压阀(30)，其特征在于，所述压力介质接口(P)在轴向上跟随有由所述阶梯孔(32)出发的作为第一油箱接口(TA)的横向孔(27)，第一油箱接口跟随有所述第一工作接口(A)且紧接着跟随有所述第二工作接口(B)，其中，所述第二工作接口(B)在轴向上跟随有第二油箱接口(TB)，其由轴向的壳体出口(48)构成。

6.根据前述权利要求1至3中一项所述的液压阀(30)，其特征在于，设置在第二活塞截段(40)处的压力面(A2)和第三活塞截断(41)处的压力面(A3)由在所述第二和第三活塞截段(40,41)处彼此面对的环面(64,65)构成。

7.根据权利要求4所述的液压阀(30)，其特征在于，在所述套管(45)与在所述第一和第二活塞截段(39,40)之间构成的阶梯(47)之间设置有用于连接所述第一工作接口(A)与所述第一油箱接口(TA)的第一环形室(46)。

8.根据权利要求7所述的液压阀(30)，其特征在于，在所述阶梯(47)与所述套管(45)之间的第一环形室(46)中布置有用于所述空心活塞(33)的回位弹簧(49)。

9.根据权利要求8所述的液压阀(30)，其特征在于，所述回位弹簧(49)的弹簧预紧力可借助于所述套管(45)来调整。

10.根据前述权利要求7所述的液压阀(30)，其特征在于，在所述第二与所述第三活塞截段(40,41)之间设置有第二环形室(50)，其按照所述空心活塞(33)的位置构造用于所述第一工作接口(A)和第二工作接口(B)与所述压力介质接口(P)经由所述活塞出口(37)的连接。

11.根据权利要求10所述的液压阀(30)，其特征在于，在所述第三活塞截段(41)与所述壳体出口(48)之间设置有第三环形室(53)，其用于连接所述第二工作接口(B)与所述第二油箱接口(TB)的连接。

12.根据权利要求11所述的液压阀(30)，其特征在于，所述第三环形室(53)由所述第三活塞截段(41)的台阶(55)构造。

13.根据前述权利要求1至3中一项所述的液压阀(30)，其特征在于，所述壳体入口(36)轴向布置在所述阀壳体(31)中。

14.根据前述权利要求1至3中一项所述的液压阀(30)，其特征在于，所述壳体入口径向布置在所述阀壳体(31)中。

15.根据前述权利要求1至3中一项所述的液压阀(30)，其特征在于，在所述壳体入口(36)处布置有止回阀(54)。

16.根据前述权利要求1至3中一项所述的液压阀(30)，其特征在于，所述挺杆(38)与所述空心活塞(33)相联接地设置。

17.带有定子(1)和相对于所述定子(1)在第一终端位置与第二终端位置之间可转动的用于调节内燃机的凸轮轴(18)的转子(8)的凸轮轴相位调节器(14)，其特征在于，控制所述转子(8)的转动的凸轮轴相位调节器(14)具有根据前述权利要求中一项所述的液压阀(30)。