DE102009004445B3 - Rotary slide for operating fluid circuit for internal combustion engine, has valve element which is driven by cross section adjusting element that is supported in flow channel of housing in rotating manner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehschieber für einen mehrere Zweige aufweisenden Betriebsmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, der mindestens ein in einem ersten Strömungskanal eines Gehäuses drehbar gelagertes Querschnittsverstellglied aufweist, das mit mindestens einer Betriebsmittelskreislauf-Anschlussöffnung des Gehäuses zum Einstellen eines Durchströmungsquerschnittes des Betriebsmittelkreislaufs zusammenwirkt.The The invention relates to a rotary valve for a plurality of branches Operating fluid circuit of an internal combustion engine, the at least one in a first flow channel a housing rotatable has stored Querschnittsverstellglied, with at least a resource circuit port of the housing for Setting a flow cross-section of the working fluid circuit cooperates.
Drehschieber
der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Dabei wird der Drehschieber dazu verwendet, für Zweige des Betriebsmittelkreislaufs
der Brennkraftmaschine unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte einzustellen,
und so das Strömungsvolumen
in den unterschiedlichen Zweigen des Betriebsmittelkreislaufs zu steuern.
Bekannte Drehschieber weisen dazu mindestens ein Querschnittsverstellglied
auf, das in einem ersten Strömungskanal
eines Gehäuses
drehbar gelagert angeordnet ist. Ein solches Querschnittsverstellglied
ist in der Regel im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet und weist
in seiner Mantelfläche
mindestens eine Durchströmungsöffnung auf,
die mit einer in dem Gehäuse
ausgebildeten Betriebsmittelkreislauf-Anschlussöffnung derart zusammenwirkt,
dass je nach Drehwinkelstellung des Querschnittsverstellglieds durch Überlagerung der
Durchströmungsöffnung mit
der Betriebsmittelkreislauf-Anschlussöffnung ein Durchströmungsquerschnitt
freigegeben wird. Sind mehrere Betriebsmittelskreislauf-Anschlussöffnungen
und/oder Durchströmungsöffnungen
vorgesehen, können
auf einfache Art und Weise mehrere Zweige eines Betriebsmittelkreislaufs
mittels des Querschnittsverstellglieds gesteuert werden. Durch den
Drehschieber kann dabei das Betriebsmittel in die unterschiedlichen
Zweige aufgeteilt und/oder aus den unterschiedlichen Zweigen vermischt
werden. Ein entsprechender Drehschieber ist beispielsweise aus der
Nachteilig ist dabei, dass mittels des bekannten Drehschiebers nur eine begrenzte Anzahl von Einstellmöglichkeiten zur Verfügung steht. Vielmehr hat das Verstellen eines Durchströmungsquerschnitts zwangsweise die Veränderung eines anderen Durchströmungsquerschnitts zur Folge.adversely is that by means of the known rotary valve only a limited Number of settings to disposal stands. Rather, the adjustment of a flow cross section forcibly the change another flow cross section result.
Die
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, einen Drehschieber zu schaffen, der auf einfache Art und Weise weitere Einstellmöglichkeiten für Durchströmungsquerschnitte erlaubt.It Thus, the object of the invention to provide a rotary valve, the simple way further adjustment for Durchströmungsquerschnitte allowed.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in dem Gehäuse zumindest ein zweiter Strömungskanal ausgebildet ist, in dem ein von dem Querschnittsverstellglied zum Einstellen eines weiteren Durchströmungsquerschnitts antreibbares Ventilelement linear verlagerbar angeordnet ist. Es ist also vorgesehen, dass neben dem ersten Strömungskanal ein zweiter Strömungskanal durch das Gehäuse führt, wobei das Ventilelement in dem zweiten Strömungskanal linear verlagerbar angeordnet und durch das Querschnittsverstellglied antreibbar ist. Im Gegensatz zu dem verdrehbaren Querschnittsverstellglied wird also mittels des Ventilelements ein Durchströmungsquerschnitt durch eine Linearbewegung anstelle einer Drehbewegung eingestellt. Dadurch ergeben sich weitere Einstellmöglichkeiten für den Betriebsmittelkreislauf. Insbesondere ist es durch die vorteilhafte Ausbildung möglich, durch Ansteuern des einen Querschnittsverstellglieds, vorteilhafterweise mittels eines Elektromotors, Durchströmungsquerschnitte sowohl für den ersten als auch für den zweiten Strömungskanal einzustellen.The The object underlying the invention is achieved in that in the case at least a second flow channel is formed, in which one of the Querschnittsverstellglied for Setting a further flow cross-section drivable Valve element is arranged linearly displaceable. So it's planned that next to the first flow channel a second flow channel through the housing leads, wherein the valve element in the second flow channel linearly displaceable arranged and driven by the Querschnittsverstellglied. In contrast to the rotatable Querschnittsverstellglied is So by means of the valve element, a flow cross-section through a linear movement set in place of a rotary motion. This results in more settings for the Operating circuit. In particular, it is through the advantageous Training possible, through Driving the one Querschnittsverstellglieds, advantageously by means of an electric motor, flow cross sections for both the first and also for the second flow channel adjust.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal eine Gehäuseöffnung für eine Wirkverbindung zwischen dem Querschnittsverstellglied und dem Ventilelement ausgebildet. Das bedeutet, dass das Querschnittsverstellglied und das Ventilelement innerhalb des Gehäuses miteinander wirkverbunden sind, und der Drehschieber eine kompakte, leicht handhabbare Einheit bildet. Mittels der Wirkverbindung ist das Ventilelement durch das Querschnittsverstellglied antreibbar. Vorteilhafterweise sind die Gehäuseöffnung und/oder die Wirkverbindung derart ausgestaltet, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungskanal nicht stattfindet, der zweite Strömungskanal also als separater Strömungs kanal ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise sind dazu entsprechende Dichtungselemente in beziehungsweise an der Gehäuseöffnung vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform ist es denkbar, zwischen dem ersten Strömungskanal und dem zweiten Strömungskanal mittels der Gehäuseöffnung eine Strömungsverbindung zu realisieren, sodass Betriebsmittel auch durch die Gehäuseöffnung von dem ersten in den zweiten Strömungskanal oder anders herum strömen/fließen kann.Advantageously, a housing opening for an operative connection between the cross-section adjustment member and the valve element is formed between the first flow channel and the second flow channel. This means that the Querschnittsverstellglied and the valve element within the housing are operatively connected to each other, and the rotary valve forms a compact, easy to handle unit. By means of the operative connection, the valve element can be driven by the Querschnittsverstellglied. Advantageously, the housing opening and / or the operative connection are designed such that a liquid exchange between the first and the second flow channel does not take place, the second flow channel is thus formed as a separate flow channel. Appropriately, corresponding sealing elements are provided in or at the housing opening. In an alternative embodiment, it is conceivable to realize a flow connection between the first flow channel and the second flow channel by means of the housing opening, so that operating medium can also flow / flow through the housing opening from the first into the second flow channel or vice versa.
Bevorzugt ist die Wirkverbindung als ein Zahnradgetriebe ausgebildet. Zweckmäßigerweise greifen dazu Zähne des Zahnradgetriebes im Bereich der Gehäuseöffnung ineinander, um eine formschlüssige Wirkverbindung von dem Querschnittsverstellglied zu dem Ventilelement zu gewährleisten.Prefers the operative connection is designed as a gear transmission. Appropriately, grab with teeth of the gear transmission in the region of the housing opening into one another positive Operative connection of the cross-section adjustment member to the valve element to ensure.
Besonders bevorzugt wird das Zahnradgetriebe von einer Außenzahnung des Querschnittsverstellglieds und einer Zahnstange des Ventilelements gebildet. Unter der Außenzahnung sind dabei auf der Außenseite der Mantelfläche des Querschnittsverstellglieds angeordnete, zahnförmige Erhebungen und/oder Vertiefungen zu verstehen, die in Umfangsrichtung aufeinander folgen. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Außenzahnung einstückig mit dem Querschnittsverstellglied ausgebildet ist, also von diesem gebildet wird. Die Zahnstange des Ventilelements, die zweckmäßigerweise in der Bewegungsrichtung des Ventilelements ausgerichtet ist, sodass die Zähne axial beziehungsweise linear hintereinander angeordnet sind, ist vorteilhafterweise einstückig mit dem Ventilelement ausgebildet. Greifen die Außenzahnung und die Zahnstange ineinander, so kann auf einfache Art und Weise durch Verdrehen des Querschnittsverstellglieds das Ventilelement linear verlagert und dadurch der weitere Durchströmungsquerschnitt eingestellt werden.Especially Preferably, the gear transmission of an external toothing of the Querschnittsverstellglieds and a rack of the valve element. Under the external teeth are on the outside the lateral surface the Querschnittsverstellglieds arranged, tooth-shaped elevations and / or To understand wells that follow each other in the circumferential direction. Conveniently, is provided that the external teeth one piece is formed with the Querschnittsverstellglied, that is from this is formed. The rack of the valve element, which expediently is aligned in the direction of movement of the valve element, so the teeth axially or linearly arranged one behind the other is advantageously in one piece formed with the valve element. Grasping the external teeth and the rack into each other, so can in a simple way by turning the Querschnittsverstellglieds the valve element displaced linearly and thereby the further flow cross section be set.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Querschnittsverstellglied senkrecht oder nahezu senkrecht zu dem Ventilelement ausgerichtet ist. Mit anderen Worten legen die Drehachse des Querschnittsverstellglieds und die Bewegungsachse des Ventilelements senkrecht zueinander. Dies ermöglicht eine besonders einfache Gestaltung der Verzahnung des Zahnradgetriebes. Wobei natürlich auch andere Ausrichtungen des Ventilelements zu dem Querschnittsverstellglied beziehungsweise der Zahnstange zu dem Querschnittsverstellglied denkbar sind. Auch ist es denkbar, eine Schrägverzahnung vorzusehen.Farther is provided that the Querschnittsverstellglied vertically or Aligned almost perpendicular to the valve element. With others Words set the axis of rotation of the Querschnittsverstellglieds and the Movement axis of the valve element perpendicular to each other. This allows for a special simple design of the teeth of the gear transmission. Of course, too other orientations of the valve element to the Querschnittsverstellglied or the rack to the Querschnittsverstellglied are conceivable. It is also conceivable to provide a helical toothing.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Außenzahnung nur über einen begrenzten Umfangswinkelbereich des Querschnittsverstellglieds. Die Außenzahnung erstreckt sich also nicht über den gesamten Umfangswinkelbereich, sodass sie einem üblichen Zahnrad ähneln würde, sondern bedeckt nur ein Umfangssegment des Querschnittsverstellglieds. Das hat zur Folge, dass bei einer Umdrehung des Querschnittsverstellglieds das Ventilelement nur dann verlagert wird, wenn die Außenzahnung in die Zahnstange eingreift. Mit anderen Worten steht das Querschnittsverstellglied nur über einen bestimmten Drehwinkelbereich mit dem Ventilelement in Eingriff und kann dieses nur über diesen bestimmten Drehwinkelbereich antreiben beziehungsweise verlagern. Dies ermöglicht eine individuelle Einstellung unterschiedlicher Durchströmungsquerschnitte des Betriebsmittelkreislaufs. Befindet sich das Querschnittsverstellglied beispielsweise außer Eingriff mit dem Ventilelement, so kann ein Durchströmungsquerschnitt durch das Querschnittsverstellglied eingestellt werden, während der durch das Ventilelement eingestellte Durchströmungsquerschnitt unverändert bleibt. Soll auch der durch das Ventilelement einstellbare Durchströmungsquerschnitt verändert werden, muss das Querschnittsverstellglied zumindest so weit verdreht werden, dass die Außenzahnung mit der Zahnstange in Eingriff gelangt. Ab dann wird auch das Ventilelement verlagert und somit der weitere Durchströmungsquerschnitt eingestellt.In a preferred embodiment According to the invention, the outer toothing extends over only one limited circumferential angular range of the cross section adjustment member. The external teeth does not extend over the entire circumference angle range, making it a standard Gear would resemble, but covers only one circumferential segment of the cross section adjustment member. The As a result, during one revolution of the cross-section adjustment the valve element is only displaced when the external teeth engages the rack. In other words, the Querschnittsverstellglied stands only over a certain range of rotation angle with the valve element into engagement and can only do this over drive or shift this particular rotation angle range. This allows a individual adjustment of different flow cross sections of the operating fluid circuit. Is the Querschnittsverstellglied for example, except Engagement with the valve element, so can a flow cross-section be adjusted by the Querschnittsverstellglied while passing through the valve element set flow area remains unchanged. Should also be adjustable by the valve element flow area changed be, the Querschnittsverstellglied must be at least as far rotated, that the external teeth engaged with the rack. From then also the valve element shifted and thus set the further flow cross section.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Wirkverbindung eine Ventilelement-Arretierung auf. Diese dient dazu, das Ventilelement in seiner Position zu arretieren, wenn sich das Zahnradgetriebe beziehungsweise die Außenzahnung und die Zahnstange außer Eingriff befinden. Somit bleibt der zuvor eingestellte weitere Durchströmungsquerschnitt gewährleistet, auch wenn das Ventilelement axial, beispielsweise durch das strömende Fluid/Betriebsmittel, beaufschlagt wird.To a development of the invention, the operative connection a Valve element detent on. This serves to lock the valve element in position, when the gear transmission or the external toothing and the rack except Intervention are. Thus, the previously set further flow cross section remains guaranteed even if the valve member is axially, for example by the flowing fluid / equipment, is charged.
Vorteilhafterweise weist dazu das Querschnittsverstellglied in mindestens einem außenzahnungsfreien Umfangswinkelbereich einen mit der Zahnstange in Eingriff bringbaren ringsegmentförmigen Sicherungsradialvorsprung auf. Der Sicherungsradialvorsprung befindet sich dabei – in Axialerstreckung des Querschnittsglieds gesehen – auf gleicher Höhe wie die Auszahnung. Wird das Querschnittsverstellglied derart verdreht, dass die Außenzahnung außer Eingriff mit der Zahnstange gelangt, kommt der Sicherungsradialvorsprung in Wirkkontakt mit der Zahnstange. Zweckmäßigerweise ist der Sicherungsradialvorsprung derart ausgebildet, dass er mit seiner Mantelfläche an gegenüberliegenden Flanken benachbarter Zähne der Zahnstange anliegt, und somit ein Verlagern der Zahnstange beziehungsweise des Ventilelements formschlüssig verhindert. Während die Zahnflanken in Berührungskontakt mit der Mantelfläche des Sicherungsradialvorsprungs stehen, kann das Querschnittsverstellglied weiter verdreht werden, ohne dass das Ventilelement verlagert wird oder verlagert werden kann. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Sicherungsradialvorsprung über den gesamten außenzahnungsfreien Umfangswinkelbereich des Querschnittsverstellglieds, sodass das Ventilelement stets dann arretiert ist, wenn sich die Verzahnung außer Eingriff befindet.advantageously, points to the Querschnittsverstellglied in at least one Außahnahnungsfreien Circumference angular range one engageable with the rack annular segment Locking radial projection on. The locking radial projection is located doing it - in Axial extent of the cross-sectional member seen - at the same height as the Indentation. If the cross-section adjustment member is rotated in such a way that the external teeth are disengaged comes with the rack, the backup radial projection comes in operative contact with the rack. Conveniently, the backup radial projection designed so that it with its lateral surface on opposite Flanks of adjacent teeth the rack rests, and thus a displacement of the rack or the Valve element positively prevented. While the tooth flanks in touching contact with the lateral surface the Sicherungsradialvorsprungs stand, the Querschnittsverstellglied be further rotated without the valve element is displaced or can be relocated. Appropriately, the extends Securing radial projection over the entire non-dentition Circumference angular range of the cross section adjustment member, so that Valve element is always locked when the teeth except Engaged.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilelement ein Ventilschaft eines Ventils. Zweckmäßigerweise weist das Ventilelement an einem Ende des Ventilschafts einen ersten Ventilteller auf, der mit einer entsprechenden Betriebsmittelkreislauf-Anschlussöffnung des zweiten Strömungskanals des Gehäuses (axial) zusammenwirkt, um den weiteren Durchströmungsquerschnitt einzustellen. Alternativ oder zusätzlich weist das Ventil(element) ein zweites Ventil an dem anderen Ende des Ventilschafts auf, mittels dessen ein zweiter weiterer Durchströmungsquerschnitt, wie oben beschrieben, eingestellt werden kann. Vorteilhafterweise ist der jeweilige Ventilteller zumindest bereichsweise elastisch verformbar ausgebildet, sodass beim Verschließen der Anschlussöffnung ein dichtes Verschließen gewährleistet ist. Natürlich sind aber auch andere, dem Fachmann bekannte, linear verstellbare Ventilmechanismen denkbar.To In a further development of the invention, the valve element is a valve stem a valve. Conveniently, the valve element has a first one at one end of the valve stem Valve disc mounted with a corresponding resource circuit port of the second flow channel of the housing (axially) cooperates to adjust the further flow cross-section. Alternatively or in addition the valve (element) has a second valve at the other end the valve stem, by means of which a second further flow cross-section, as described above, can be adjusted. advantageously, is the respective valve disc at least partially elastic formed deformable, so that when closing the connection opening a ensures tight closure is. Naturally but are also other, known in the art, linearly adjustable Valve mechanisms conceivable.
Schließlich ist vorgesehen, dass der Betriebsmittelkreislauf als Kühlmittelkreislauf und der Drehschieber als Thermostat für den Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist. Durch entsprechendes Ansteuern des Querschnittsverstellglieds mittels des Elektromotors können dadurch die unterschiedlichen Zweige des Kühlmittelkreislaufs vermengt oder getrennt werden, um beispielsweise in einem bestimmten Zweig des Betriebsmittelkreislaufs Betriebsmittel mit einer bestimmten Temperatur zu erhalten. Dadurch kann beispielsweise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine durch entsprechendes Einstellen des Drehschiebers ein sogenannter kleiner Kreislauf eingestellt werden, der ein besonders schnelles Erwärmen des Kühlmittels und somit der Brennkraftmaschine ermöglicht.Finally is provided that the resource cycle as a coolant circuit and the rotary valve is designed as a thermostat for the coolant circuit is. By appropriately driving the Querschnittsverstellglieds by means of the electric motor can thereby mixing the different branches of the coolant circuit or be separated, for example, in a particular branch of the resource cycle resources with a specific To obtain temperature. This can, for example, during a cold start the internal combustion engine by adjusting the rotary valve accordingly a so-called small circuit can be set, which is a special fast heating of the coolant and thus the internal combustion engine allows.
Der erfindungsgemäße Drehschieber zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Gehäuse zumindest ein zweiter Strömungskanal ausgebildet ist, in dem ein von dem Querschnittsverstellglied antreibbares Ventilelement linear verlagerbar angeordnet ist. Darüber hinaus ist der Drehschieber vorteilhafterweise nach einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.Of the Rotary valve according to the invention is characterized in that in the housing at least a second flow channel is formed, in which a drivable by the Querschnittsverstellglied Valve element is arranged linearly displaceable. Furthermore the rotary valve is advantageously after one or more the embodiments described above educated.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigenin the Below, the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. To demonstrate
In
der
Wie
weiter in der
In
dem Überschneidungsbereich
der Gehäuseteile
Die
Wirkverbindung
Die
Wie
in der
Bei
dem zweiten Strömungskanal
Wie
aus der
- 11
- Drehschieberrotary vane
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Gehäuseteilhousing part
- 44
- Gehäuseteilhousing part
- 55
- Querschnittsverstellgliedcross section adjustment
- 66
- Mantelflächelateral surface
- 77
- Innenseiteinside
- 88th
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 99
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 1010
- ZulaufIntake
- 1111
- ZulaufIntake
- 1212
- DurchströmungsöffnungFlow opening
- 1313
- DurchströmungsöffnungFlow opening
- 1414
- Stirnendefront end
- 1515
- Ablaufprocedure
- 1616
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 1717
- Strömungskanalflow channel
- 1818
- Strömungskanalflow channel
- 1919
- Stirnendenends
- 2020
- Stirnendenends
- 2121
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 2222
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 2323
- Betriebsmittelkreislauf-AnschlussöffnungResources circulation port opening
- 2424
- Ventilelementvalve element
- 2525
- Ventiltellervalve disc
- 2626
- Ventiltellervalve disc
- 2727
- Ablaufprocedure
- 2828
- Gehäuseöffnunghousing opening
- 2929
- Wirkverbindungoperatively connected
- 3030
- Zahnradgetriebegear transmission
- 3131
- Außenzahnungexternal teeth
- 3232
- SicherungsradialvorsprungBackup radial projection
- 3333
- Ventilschaftvalve stem
- 3434
- Zahnstangerack
- 3535
- Ventilelement-ArretierungValve element detent
- 3636
- Zahnflanketooth flank
- 3737
- Zahnflanketooth flank
- 3838
- Mantelflächelateral surface
- 3939
- Durchbruchbreakthrough
- 4040
- Stützelementsupport element
- 4141
- Thermostatthermostat
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