CN106414920B - 用于凸轮轴调节器的控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于凸轮轴调节器的控制阀。控制阀包括空心柱体形地构造的控制活塞，该控制活塞在其相比于相邻区段在直径上减小的活塞头上具有径向布置的活塞开口。压力介质沿着控制活塞的外周侧面流动，到达活塞开口中并引起依赖于控制活塞在周向方向上的相对位置的流动力。为了削弱该依赖性，活塞开口和套管开口以在周边上分布的方式布置，其中，在活塞开口的轴线之间的角度不同于在套管开口的轴线之间的角度，并且其中，依赖于控制活塞相对控制套管在周向方向上的相对位置，由活塞开口和套管开口同时覆盖的相同的角度范围保持近似相同。

Description

用于凸轮轴调节器的控制阀
技术领域
本发明涉及控制阀的领域，该控制阀与凸轮轴调节器一起用于调节内燃机的运行。利用这种装置对换气期间进行的过程施加影响：对凸轮轴的相位的调节改变其相对于曲轴的相位的位置；进而，换气阀的打开和关闭时间可以移动到所经过的循环过程的较早或较晚的时间点。调节的目的在于在考虑发动机综合特性曲线的情况下优化内燃机的运行，以降低消耗和排放。调节的质量取决于对相对相位的可靠调整，由此产生对控制阀的精确度的高要求。
背景技术
由DE 10 2008 004 591 A1公知一种控制阀，其包含阀壳体，该阀壳体具有至少一个输入接头、至少两个供应接头或者工作接头以及至少一个输出接头。在阀壳体内部引导设计为空心的并且可轴向移动的控制活塞，通过该控制活塞可将输入接头依赖位置地通过至少一个第一压力介质通路与工作接头连接，而另一个工作接头可通过至少一个第二压力介质通路与输出接头连接。至少一个不面朝输出接头的工作接头可以与输出接头通过第三压力介质通路连接，该第三压力介质通路的走向部分地通过控制活塞的内部引导。相反，可以使面朝输出接头的工作接头直接与输出接头连接，压力介质通路在控制活塞与控制套管之间延伸。
发明内容
本发明的任务在于提出一种控制阀，该控制阀能够实现阀活塞位置的特别精确的调整。
根据本发明，该任务通过在周边上布置活塞开口和套管开口来解决，其中，活塞开口的轴线之间的角度不同于套管开口的轴线之间的角度，并且其中，依赖于控制活塞相对控制套管在周向方向上的相对位置，由活塞开口和套管开口同时覆盖的相同的角度范围保持近似相同。
根据本发明的观点，在控制活塞上径向布置的开口影响所提供的液压介质的特性曲线走向，并因此依赖于控制阀的切换位来影响液压介质的体积流。液压介质在轴向方向上沿着控制活塞的外周侧面流动，到达径向开口中并引起流动力。
但是对特性曲线走向的影响仅间接地起作用：所实现的走向直接依赖于控制活塞相对于控制套管的轴向位。一方面，通过控制活塞的轴向定位产生期望的切换位。但是，另一方面由于控制活塞的不精确定位不期望地改变控制区段的特性。因此，特性曲线的不均匀走向可以直接归因于驱控不同切换位置的定位精度和重复精度。
对控制活塞的驱控通常借助电磁驱动的执行器来实现。电磁体的衔铁依赖于电磁体的供电在轴向方向上移动，通过推杆将衔铁运动变换成控制活塞的轴向运动。通过电磁体产生的并传递到推杆上的力又反作用于弹簧力。控制活塞的轴向定位因此取决于由推杆的分离力和方向相反的弹簧力调整出的力平衡。与平衡相关的力的稳定性确定了定位精度和重复精度。
活塞头上的径向开口影响力平衡。依赖于切换位，液压介质在轴向方向上沿着控制活塞的外周侧面流动。该流动到达控制活塞的径向开口(活塞开口)中并对控制活塞施加流动力。因此，该流动力必须在确定力平衡时予以考虑。
液压介质的流动沿着限定的道路进行，该道路通过套管开口预定。该流动因此不均匀地在控制活塞的周边上分布。因此在确定力平衡时必须考虑控制活塞的相对控制套管的位置随机出现的相对位置；控制活塞相对于控制套管的位置不防扭转地固定。因此，控制活塞的随机位置以及流动的走向决定了液压介质流是否到达活塞头上的径向开口中。到达活塞头上的径向开口中的流动力因此可以是预先不确定的并可以直接导致特性曲线的不均匀走向。
本发明以简单的方式降低了特性曲线走向的关于控制活塞在周向方向上的相对位置以及关于流动走向存在的依赖性。而在知晓该依赖性的情况下，本领域技术人员会尝试直接克服不均匀的特性曲线走向的起因：首先可以固定控制活塞在周向方向上的位置，替选地通过将液压介质的流动走向均匀地分布在控制活塞的周边上来消除该起因。
然而，直接的途径导致了使得控制阀的其他特性变差的解决方案：首先，对控制活塞在周向方向上的位置的固定(例如借助引导部)需要对所存在的实施方式的很大程度上的结构配合。控制活塞的引导部导致与本发明相比更高的生产成本，这是因为不仅控制套管而且控制活塞均必须在结构上匹配于引导部。此外，构件的匹配还带来其他缺点；例如，引导部作用到环槽的走向中并因此损害控制阀的多变化性。
一个替选的解决方案可以在于，将液压介质的流动走向在控制活塞的周边上均匀分布。因此，由于流动而作用到控制活塞上的力不依赖于其在周向方向上的相对位置。但是该解决方向与本发明相比也是具有缺点的。均匀的分布在结构上不可避免地具有连接在活塞头上的开口与控制套管上的开口之间的较大的轴向距离。而利用本发明避免了该缺点，并且同时在紧凑的控制阀结构方式的情况下实现了近似均匀的特性曲线走向。
特性曲线质量的另一改进方案通过如下方式获得，即，径向布置的活塞开口的数目和径向布置的套管开口的数目不具有公约数。该实施方案的优点在于特别均匀地分布的流动力。在控制活塞在周向方向上(相对于控制套管位置)的可能位置的整个范围内，最多一个活塞开口和一个套管开口重叠；其他开口仅部分重叠。
在一个优选实施方案中提出，将径向布置的活塞开口的数目选择成比径向布置的套管开口的数目多一个开口或者少一个开口。
以有利方式，本发明可以按如下方式设计，即，在活塞头上构造出三个或者五个径向布置的活塞开口，而在控制套管上构造出四个径向布置的套管开口。本发明的思想可以在该实施方案中以最小的加工成本实现。这同样适用于如下的情况，即，在控制套管上构造出三个或者五个径向布置的套管开口，而在活塞头上构造出四个径向布置的活塞开口。
在另一优选设计方案中，径向布置的活塞开口和径向布置的套管开口可以轴向错位地布置。尽管仍然存在流动力作用的问题；但是如果通过轴向错位对流动走向造成影响，从而流动分布在控制活塞的外周侧面的更大面积上，那么可以实现特性曲线质量的进一步改善。同时可以在很大程度上维持控制阀的紧凑结构形式。
在本发明的一个有利改进方案中，控制套管和压力介质导引嵌入件一体地构造。在这种情况下，压力介质导引嵌入件和控制套管共同执行控制套管的功能。
控制阀优选用于凸轮轴调节器中。只要将该控制阀用于凸轮轴调节器中，那么在活塞头和控制套管上的径向布置的开口就是用于液压介质的输出开口或输入开口。
附图说明
下面参照实施例更详细地解释本发明，其中，参引了附图。相同作用的元件在附图中用相同的附图标记表示。其中：
图1示出控制阀的纵剖面。该图示出一个特别适合于凸轮轴调节器的实施例；
图2示出图1的控制阀的控制活塞的立体视图；
图3示出图2的控制活塞的横截面；
图4示出图1的控制阀的控制套管的立体视图；以及
图5示出图4的控制套管的横截面。
具体实施方式
图1中示出控制阀1的一个特别适合于凸轮轴调节器的实施例。该控制阀1配置成中心阀的形式，该中心阀可以插入叶片室结构类型的凸轮轴调节器的转子的中心孔中(未示出)。本领域技术人员从DE 10 2005 052481 A1已知控制阀与凸轮轴调节器之间的协同作用的原理，该文献中也记载了到液压系统上的接驳。明确地引用所述文献的公开内容。
图1示出控制阀1，其具有阀壳体2、压力介质导引嵌入件3和控制套管4以及具有控制活塞5。控制阀1还包含弹簧元件6、止回阀单元7和锁定环8。
阀壳体1包括阶梯状扩展的壳身9，该壳身具有壳体杆10，该壳体杆设有外螺纹11。由压力介质导引嵌入件3和控制套管4组成的单元布置在壳体空腔12中并形成用于控制活塞5的轴向引导。
控制活塞5具有(从图2可以看出)第一区段13和第二区段14，两者包围具有较小直径的第三区段15。第三区段15与控制套管的内壁成形出控制槽16。活塞头17a形成面朝壳体空腔开口17的第四区段，该第四区段具有与第二区段14的直径相比减小的直径。在活塞头16上存在径向布置的活塞开口18。其他径向布置的开口存在于阀壳体上、压力介质导引嵌入件上和控制套管上，它们形成第一径向通道19、第二径向通道20和套管开口21。第一和第二径向通道19、20形成供应接头或者工作接头A或者B。
通过第三径向通道22(输入部或者压力接头P)可以将压力介质通过未详细示出的压力介质线路输送给控制阀1。压力介质通过中心开口23在壳体空腔12的方向上流动并且经过环状过滤器24和止回阀单元7。所示的控制阀的止回阀单元7设计为具有密封圈的止回阀，通过止挡25防止密封圈过度伸长；但是也可以考虑止回阀的其他实施方案，例如由球体成形出的封闭元件。
通过控制槽开口26，压力介质流到达控制槽16中。与其中一个供应接头或者工作接头A或者B的连接通过控制活塞5的轴向定位进行，该轴向定位例如通过电磁驱动的(未示出的)调整单元克服弹簧单元7的力进行调整。根据控制活塞5的轴向位置，压力介质通过控制槽16要么流动向供应接头要么流动向工作接头A或者B。未与输入部连接的相应工作接头与输出部(箱接头T)连接，通过壳体空腔开口17进行输出。从工作接头A输出的压力介质通过第一径向通道19进入壳体空腔17中并通过活塞空腔27继续沿其路径行进直至输出部或者箱接头T。通过活塞开口18进行排出。
压力介质从工作接头B的输出采取其他路径。由于控制活塞5的轴向姿态释放了朝向壳体空腔开口17的直接路径。压力介质通过套管开口21流动到壳体空腔12中，沿着控制活塞5的外周侧面继续行进其路径并最终到达输出部或者箱接头T。在输出期间压力介质流作用到活塞开口18中并产生流动力。通过近似相同大小的同时由活塞开口和套管开口18、21覆盖的角度范围(见图3、5)，将流动力对控制活塞5与控制套管4在周向方向上的相对姿态的依赖性降低。
图1的控制活塞5在图2中示出。示出了第一区段或者说第一控制棱边13和第二区段或者说第二控制棱边14，两者包围具有减小的直径的第三区段15。在第一区段13上邻接第四区段，该第四区段形成活塞头17a。控制活塞在其活塞头17a上具有三个径向布置的活塞开口18。活塞开口18可以是基本上圆形的，但是也可以通过其他几何形状形成。
在图3中示出了图2的控制活塞5的横截面。在活塞开口18的轴线之间围出一个角度，该角度称为活塞角度28。在所示的实施方案中，活塞开口18的轴线之间的活塞角度28在所有的轴线之间同样大，因此活塞开口18在活塞头17a的周向上均匀分布。
然而也可以考虑活塞开口18在活塞头17a的周边上的不均匀分布。在这种情况下，不仅在活塞开口18的轴线之间的单独的角度必须不同于套管开口21的轴线之间的单独的角度，而且在活塞开口18的轴线之间的角度逐步相加的总和也必须不同于套管开口21的轴线之间的角度逐步相加的总和，全角除外。
图1的控制套管1在图4中示出。在控制套管4上构造了第一压力介质通道29、第二压力介质通道或者第四套管开口21以及控制开口26。第四套管开口21在周边上均匀分布并且可以构造为沿轴向方向延伸的缝隙；但是其他各种几何形状也可以用于液压介质的输出。
在图5中通过控制套管4的横截面示出套管开口的轴线之间的角度，其在这里称为套管角度30。套管开口21在周边上均匀分布地布置。但是同样也考虑不均匀分布；在这种情况下同样，不仅在活塞开口18的轴线之间的单独的角度必须不同于套管开口21的轴线之间的单独的角度，而且在活塞开口18的轴线之间的角度逐步相加的总和也必须不同于套管开口21的轴线之间的角度逐步相加的总和，全角除外。
附图标记列表
1 控制阀
2 阀壳体
3 压力介质导引嵌入件
4 控制套管
5 控制活塞
6 弹簧元件
7 止回阀
8 锁定环
9 壳身
10 壳体杆
11 外螺纹
12 壳体空腔
13 第一区段或者第一控制棱边
14 第二区段或者第二控制棱边
15 第三区段
16 控制槽
17 壳体空腔开口
17a 第四区段或者活塞头
18 活塞开口
19 第一径向通道
20 第二径向通道
21 套管开口或者第二压力介质通道
22 第三径向通道
23 中心开口
24 环状过滤器
25 止挡
26 控制槽开口
27 活塞空腔
28 活塞角度
29 第一压力介质通道
30 套管角度

Claims (10)

1.一种控制阀，所述控制阀具有空心柱体形地构造的控制活塞，所述控制活塞在其相比于相邻区段在直径上减小的活塞头上具有径向布置的活塞开口，并且所述控制阀具有用作所述控制活塞的轴向引导的控制套管，所述控制套管在其面朝所述活塞头的端部区段上具有径向布置的套管开口，并且所述控制阀具有两个适合用于引导压力介质流的压力介质通路，其中，其中一个所述压力介质通路延伸穿过所述套管开口并且至少部分地在轴向方向上沿着所述活塞头的外周侧面的一个区段延伸，其特征在于，所述活塞开口和所述套管开口以在周边上分布的方式布置，其中，在所述活塞开口的轴线之间的角度不同于在所述套管开口的轴线之间的角度，并且其中，依赖于所述控制活塞相对所述控制套管在周向方向上的相对位置，由所述活塞开口和所述套管开口同时覆盖的相同的角度范围保持近似相同。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述活塞开口和/或所述套管开口在周边上不均匀地分布，其中，不仅在所述活塞开口的轴线之间的单独的角度不同于在所述套管开口的轴线之间的单独的角度，而且在所述活塞开口的轴线之间的角度逐步相加的总和也不同于在所述套管开口的轴线之间的角度逐步相加的总和，全角除外。
3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述径向布置的活塞开口的数目和所述径向布置的套管开口的数目不具有公约数。
4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述径向布置的活塞开口的数目比所述径向布置的套管开口的数目多一个开口或者少一个开口。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的控制阀，其特征在于，在所述活塞头上构造出三个或者五个径向布置的活塞开口，而在所述控制套管上构造出四个径向布置的套管开口。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的控制阀，其特征在于，在所述控制套管上构造出三个或者五个径向布置的套管开口，而在所述活塞头上构造出四个径向布置的活塞开口。
7.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述径向布置的活塞开口和所述径向布置的套管开口轴向错位地布置。
8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述控制套管和压力介质导引嵌入件一体地构造。
9.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，在所述活塞头上和在所述控制套管上径向布置的开口是用于液压介质的输出开口或输入开口。
10.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述控制阀用于控制凸轮轴调节器。
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