专利名称：用于改变内燃机控制时间的装置的控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于改变内燃机控制时间的装置的控制阀，带有一个基本上空心圆柱体构成的阀门外壳、一个设置在阀门外壳内部可轴向移动的控制活塞、一个压力油连接管、两个工作连接管、至少一个油箱连接管，其中，工作连接管、压力油连接管和油箱连接管作为径向连接管构成，而工作连接管通过控制活塞在阀门外壳内部的轴向移动可与压力油连接管和油箱连接管连接。
背景技术：
在内燃机上为控制换气阀使用凸轮轴。凸轮轴这样安装在内燃机上，使安装在它们上面的凸轮紧贴在例如挺杆、气门压杆或者平衡杆这些凸轮组件上。如果凸轮轴处于旋转状态，那么凸轮在凸轮组件上滚压，凸轮组件再控制换气阀。通过凸轮的位置和形状因此既确定换气阀的打开持续时间，也确定打开幅度以及打开和关闭时间点。
现代的发动机方案趋于气门机构可变设计。一方面气门开度和气门打开持续时间应可变构成，直至各个气缸完全断开。对此的方案如可开关的凸轮组件或者电动液压的或者电子的气门控制装置。此外事实证明具有优点的是，内燃机运行期间可以影响换气阀的打开和关闭时间。在此方面，特别值得期望的是可以单独影响进气门或排气门的打开或关闭时间点，以便例如有针对性地调整确定的气门重叠。通过在取决于例如实际转速或实际载荷这些发动机实际特性曲线范围的情况下调整换气阀的打开或关闭时间点，可以降低单位动力燃料消耗，对废气特性产生积极影响，提高发动机效率、最大扭矩和最大功率。
通过相对于曲轴改变凸轮轴的相位达到换气阀控制时间的所述可变性。在此方面，凸轮轴大多通过链条、皮带、齿轮传动装置或者相同作用的传动方案与曲轴传动连接。在由凸轮轴传动的链条、皮带或者齿轮传动装置和凸轮轴之间安装一个用于改变内燃机控制时间的装置，下面亦称为凸轮轴调节器，它将曲轴的扭矩传递到凸轮轴上。在此方面该装置这样构成，使内燃机运行期间曲轴和凸轮轴之间的相位保持稳定，如果需要的话，可以使凸轮轴在一定的角度范围内相对于曲轴扭转。
在具有进气门和排气门各一个凸轮轴的内燃机上，这种内燃机可以装备各一个凸轮轴调节器。由此可以在时间上彼此相对推移进气门和排气门的打开和关闭时间点，并有针对性地调整气门重叠。
现代凸轮轴调节器的底座大多处于凸轮轴传动侧的末端上。但凸轮轴调节器也可以设置在中间轴、不旋转的部件或者曲轴上。凸轮轴调节器由一个由曲轴传动与曲轴保持固定相位关系的传动轮、一个与凸轮轴传动连接的从动件和一个将传动轮的扭矩传递到从动件上的调整机构组成。传动轮在凸轮轴调节器不设置在曲轴上的情况下可以作为链条、皮带或者齿轮构成，并借助于一个链条、皮带或者齿轮传动装置由曲轴传动。调整机构可以电动、液压或者气动工作。
可液压调整的凸轮轴调节器的两种优选实施方式是所谓的轴向活塞调节器和旋转活塞调节器。
在轴向活塞调节器中，传动轮与活塞和活塞与从动件分别通过斜齿啮合连接。活塞将一个由从动件和传动轮构成的空腔分成两个彼此轴向设置的压力室。如果现在将一个压力室加载压力油，而另一个压力室与油箱连接，那么活塞在轴向上移动。活塞的轴向移动通过斜齿啮合转换成传动轮与从动件以及凸轮轴与曲轴的相对扭转。
液压凸轮轴调节器的第二实施方式是所谓的旋转活塞调节器。在该实施方式中，传动轮与定子抗扭连接。定子和转子彼此同心设置，其中，转子例如借助于2级精压配合、螺栓连接或者焊接连接与凸轮轴、凸轮轴的加长段或者中间轴力量、形状或者材料合理地连接。在定子上构成多个在切向上相距的空腔，它们从转子出发径向向外延伸。空腔在轴向上通过侧盖限制。与转子连接的叶片在每个空腔内延伸，叶片将每个空腔分成两个压力室。通过将各压力室与压力油泵或与油箱有针对性的连接，可将相对于曲轴调整或保持凸轮轴的相位。
为控制凸轮轴调节器，传感器测定例如像载荷状态和转速这些发动机的特性数据。将这些数据传输到电子控制单元，该单元根据这些数据与内燃机特性参数曲线的对比向不同压力室控制压力油的供给和排放。
为了相对于曲轴调整凸轮轴的相位，在液压凸轮轴调节器上，一个空腔的两个相对作用的压力室的一个与压力油泵连接，而另一个则与油箱连接。在与从另一个室排放压力油的连接下，向一个室输送压力油使分隔压力室的活塞在轴向上移动，由此在轴向活塞调节器上通过斜齿啮合凸轮轴相对于曲轴扭转。在旋转活塞调节器上，通过一个室的压力加载和另一个室的压力卸载产生叶片的移动并因此使凸轮轴向曲轴扭转。为保持相位，两个压力室或者与压力油泵连接，或者既与压力油泵也与油箱断开。
输送到或来自压力室的压力油流借助于大多为4/3-比例阀的控制阀进行控制。阀门外壳具有各一个压力室的连接管(工作连接管)、一个通向压力油泵的连接管和至少一个通向油箱的连接管。在基本上空心圆柱体构成的阀门外壳内部设置一个可轴向移动的活塞。控制活塞可以借助于一个电磁执行元件逆弹簧件的弹力轴向进入两个确定的终端位置之间的任何位置。此外，控制活塞具有环形槽和控制边，由此各压力室可有选择地与液压油泵或者与油箱连接。同样可以具有控制活塞的位置，在该位置上压力室既与液压油泵也与液压油箱断开。
DE 102 15 939 C1介绍了这样一种控制阀。它基本上由一个电磁伺服传动装置、一个空心圆柱体构成的阀门外壳和一个同样空心圆柱体构成可在阀门外壳内部轴向移动的控制活塞组成。控制活塞可以借助于逆弹簧件作用的伺服传动装置在阀门外壳内部移动到任意位置。
阀门外壳的外壳面上加装三个彼此轴向相距的环形槽，槽内加工多个通入阀门外壳内部的径向开口。每个环形槽利用对应的径向开口构成一个径向连接管。空心圆柱体构成的控制活塞在其外壳面上具有一个环形槽。每两个相邻的连接管可以借助于该环形槽取决于控制活塞相对于阀门外壳的位置相互连接。此外，具有在轴向上分布的第四连接管。
在该案例中，由于控制活塞的几何形状，必须强制性将在控制活塞轴向上所见的径向外部连接管作为工作连接管使用，而中间连接管作为压力油或者油箱连接管使用。
在这种实施方式中对这种情况产生不利影响，即在控制活塞的内部很难将例如像过滤器或者单向阀这种附加部件在压力油连接管和工作连接管之间一体化。此外，必须分别使用两个这种部件，这样就导致增加了总成本和该装置的重量。
这种类型的阀门不适合专门作为控制阀设置在凸轮轴调节器从动件中心孔内部的中心阀使用，因为向压力油连接管或油箱连接管的压力油输送或压力油排放通过从动件进行。由此增加了生产这种部件的成本。此外，由于将压力油连接管或油箱连接管设置在工作连接管之间，不必要地加大了凸轮轴调节器的最小轴向结构宽度。
发明内容
本发明的目的因此在于避免所述的这种缺陷并因此提供一种液压控制阀，其中，在控制阀的内部可以很容易地将附加部件一体化，而且该控制阀在实施方式中作为中心阀不会对凸轮轴调节器的成本或者轴向结构空间产生不利影响。
依据本发明该目的由此得以实现，即在控制阀的轴向上，连接管按压力油连接管、油箱连接管、工作连接管、工作连接管的顺序设置。
在一可选择的实施方式中，在控制阀的轴向上，连接管按油箱连接管、压力油连接管、工作连接管、工作连接管的顺序设置。
通过控制阀具有可直接相邻的工作连接管和上面连接油箱和压力油连接管，凸轮轴调节器可以这样构成，使其在轴向上仅在两个工作连接管的区域内延伸，由此可以将凸轮轴调节器的轴向结构空间降低到最低限度。
因为油箱和压力油连接管因此设置在凸轮轴调节器的外面，所以无需通过凸轮轴调节器从动件的压力油复杂的输送或排放管线，由此可以低成本加工凸轮轴调节器。
在本发明一具有优点的进一步构成中，控制活塞空心构成。压力油连接管通过加装在控制活塞外壳面上的第二开口可在控制活塞相对于阀门外壳的任何位置上与控制活塞的内部相通。此外，取决于控制活塞与阀门外壳的位置，工作连接管之一或者没有工作连接管与控制活塞的内部相通，或者取决于控制活塞与阀门外壳的位置，工作连接管之一或者两个工作连接管与控制活塞的内部相通。
压力油在这种设置中通过压力油连接管和第二开口输送到控制活塞的内部，并取决于控制活塞相对于阀门外壳的位置从那里到达轴向依次设置的工作连接管。像工作连接管和压力油连接管之间的单向阀或者压力油连接管和工作连接管之间的过滤器这类部件，可以设置在连接管之间控制活塞内部的结构空间内，其中，为使两个工作连接管工作各自仅需设置一个部件。
在本发明一具有优点的进一步构成中，在压力油连接管和工作连接管之间设置一个单向阀。内燃机工作期间，凸轮轴调节器的液压系统由于凸轮轴变换扭矩承受很高的压力波动。这种压力峰值会导致损坏压力油泵或者皮带或者链条传动装置的其他部件。为防止这种压力峰值导入内燃机的液压系统，在阀门的工作连接管和压力油连接管之间设置一个单向阀。这种设置特别适用于带有中心阀的凸轮轴调节器，因为单向阀的这个位置具有与压力波动的出现部位尽可能小的距离。通过将单向阀设置在控制阀内部，提高了调节器的扭转刚度及其位置稳定性。
下面借助简化示出本发明实施例的附图对本发明的其他特征进行说明。其中图1示出用于改变带有压力油回路的内燃机控制时间装置的纵剖面；图2示出沿图1所示装置II-II线段的横截面；图3示出依据本发明控制阀的纵剖面。
具体实施例方式
图1和2示出用于改变内燃机控制时间的装置1。装置1基本上由定子2和与其同心设置的转子3组成。传动轮4与定子2抗扭连接并在所示的实施方式中作为链轮构成。同样可以设想传动轮4作为皮带或者齿轮的实施方式。定子2可旋转支承在转子3上，其中，在所示实施例中定子2的内表面上具有五个在切向上相距的间隙5。间隙5在径向上由定子2和转子3限制，在切向上由定子2的两个侧壁6限制，在轴向上通过第一和第二侧盖7、8限制。每个间隙5按照这种方式压力密封封闭。第一和第二侧盖7、8与定子2借助于例如螺栓这样的连接件9连接。
在转子3的外壳面上构成轴向分布的叶片槽10，其中，在每个叶片槽10内设置一个径向延伸的叶片11。叶片11在每个间隙5内延伸，其中，叶片11在径向上紧贴在定子2上，在轴向上紧贴在侧盖7、8上。每个叶片11将间隙5分成两个彼此相对工作的压力室12、13。为保证叶片11压力密封紧贴在定子2上，在叶片槽10槽底14和叶片11之间安装片簧件15，对叶片11在径向上加载力。
借助于第一和第二压力油管线16、17，第一和第二压力室12、13可以通过控制阀18与压力油泵19或者油箱20连接。由此构成一个伺服传动装置，可以使定子2相对于转子3相对扭转。在此方面，或者所有第一压力室12与压力油泵19和所有第二压力室13与油箱20连接，或者它们完全相反配置。如果第一压力室12与压力油泵19和第二压力室13与油箱20连接，那么第一压力室12扩展到第二压力室13。由此产生叶片11在箭头21所示的切向方向上移动。通过叶片11的移动使转子3相对于定子2扭转。
定子2在所示的实施方式中借助于作用其传动轮4上未示出的链条传动装置由曲轴传动。同样可以设想定子2借助于皮带或者齿轮传动装置传动。转子3例如借助于2级精压配合或者通过借助于中心螺栓的螺栓连接与未示出的凸轮轴力量、形状或者材料合理地连接。从作为向或从压力室12、13输送或排放压力油的结果转子3相对于定子2的相对扭转中，产生凸轮轴和曲轴之间的相移。通过向压力室12、13内有针对性地输送或排放压力油，因此可以有针对性地改变内燃机换气阀的控制时间。
压力油管线16、17在所示的实施方式中作为基本上径向设置的孔构成，它们从转子3的中心孔22向其外壳面延伸。在中心孔22的内部可以设置一个未示出的中心阀，通过该阀压力室12、13可以有针对性地与压力油泵19或油箱20连接。另一种可能性在于，在中心孔22的内部设置一个压力油分配器，将压力油管线16、17通过压力油通道和环形槽与安装在外部的控制阀18的连接管连接。
间隙5基本上径向分布的侧壁6具有切向上延伸到间隙5内的成型部位23。成型部位23作为叶片11的止挡使用，并保证即使在转子3占用其相对于定子2的两个极端位置之一，叶片11紧贴在侧壁6之一上的情况下，也能供给压力室12、13压力油。
例如在内燃机启动期间装置1压力油供给不足的情况下，转子3由于凸轮轴向其施加的变换和牵引扭矩不可控制地相对于定子2运动。在第一阶段，凸轮轴的牵引扭矩将转子相对于定子挤压到与定子旋转方向相反的切向上，直至转子止挡在侧壁6上。接着，凸轮轴施加到转子3上的变换扭矩造成转子3以及间隙5内的叶片11来回摆动，直至至少压力室12、13之一完全充满压力油。这样导致装置1内更高的磨损并发出噪音。为避免这一点，装置1内具有止动件24。为此在转子3的轴向孔25内设置一个钵状活塞26，它通过弹簧27在轴向上加载力。弹簧27轴向支承在排气件28的一个侧面上，并利用其与此远离的轴向末端设置在钵状构成的活塞26内部。在第一侧盖7内这样构成一个滑槽29，使转子3相对于定子2在相当于内燃机启动期间位置的一个位置上止动。在该位置上，活塞26在装置1压力油供给不足的情况下借助于弹簧27挤压到滑槽29内。此外，具有在装置1供给压力油已足情况下将活塞26压回轴向孔25内并取消止动的方法。这一点通常利用压力油完成，将压力油通过未示出的压力油管线导入在活塞26的盖侧端面上构成的空隙30内。为了能够从轴向孔25的弹簧室排出泄漏油，排气件28具有轴向分布的槽，沿槽可以将压力油导向第二侧盖8内的孔。
图1还示出了压力油回路31。从油箱20借助于压力油泵19向控制阀18的压力油连接管P供给压力油。同时通过油箱连接管T将压力油从控制阀18导入油箱20。控制阀18还具有两个工作连接管A、B。借助于逆第一弹簧件33弹力作用的电磁执行元件32可以将控制阀18送入三个位置。在相当于执行元件32无绕流状态的控制阀18第一位置上，工作连接管A与油箱连接管T和压力油连接管P与工作连接管B以及与第二压力室13连接。在中间位置上，无论是工作连接管A还是工作连接管B既与压力油连接管P也与油箱连接管T断开。在控制阀18的第三位置上，压力油连接管P与工作连接管A并因此与第一压力室12连接，而第二压力室13通过工作连接管B与油箱连接管T连接。
图3以纵剖面示出依据本发明的控制阀18。基本上圆柱体构成的阀门外壳34具有一个径向压力油连接管P、一个径向油箱连接管T1、两个工作连接管A、B和一个轴向油箱连接管T2。径向连接管P、T1、A、B作为彼此轴向相距的第一环形槽35构成，加装在阀门外壳34的外壳面内。第一环形槽35具有多个通入阀门外壳34内部的第一开口36。在阀门外壳34的内部可轴向移动设置一个同样基本上空心圆柱体构成的控制活塞37。控制活塞的轴向末端借助于壁段37a压力密封限制。壁段37a可与控制活塞整体构成或者为此单独构成。借助于未示出的执行元件32可以将控制活塞37逆第一弹簧件33的弹力在两个极端值内送入并保持在任意位置。
控制活塞37的外壳面具有第二、第三和第四环形槽38、39、40。第二和第三环形槽38、39通过第二和第三开口41、42与控制活塞37的内部相通。第二环形槽38这样构成，使其在控制活塞37相对于阀门外壳34的任何位置上与压力油连接管P第一环形槽35的第一开口36相通。
内燃机运行期间，压力油从压力油连接管P通过第二环形槽38和第二开口41到达控制活塞37的内部。在图3所示控制活塞37的第一位置上，压力油通过第三开口42和第三环形槽39到达工作连接管B。由于第二压力室13通过工作连接管B利用压力油加载，压力油从第一压力室12排向工作连接管A，并通过其第一开口36到达轴向设置的油箱连接管T2。
如果电磁执行元件32绕流，那么控制活塞37逆第一弹簧件33的弹力移动。结果工作连接管B的第一开口36通过第三环形槽39的第一控制边43覆盖增加。工作连接管A的第一开口36通过控制活塞37的第二控制边44覆盖同样增加。如果控制活塞37达到未示出的中间位置，那么工作连接管A通过第二控制边44的完全覆盖不再与轴向油箱连接管T2连接。此外，无论工作连接管A还是工作连接管B均不与第三环形槽39相通。
可以选择控制活塞37这样构成，在中间位置上使两个工作连接管A、B与第三环形槽39相通。
如果控制活塞37继续逆第一弹簧件33的弹力移动，那么第三控制边45释放工作连接管A通向第三环形槽39的第一开口36。从压力油连接管P进入的压力油现在仅到达工作连接管A。同时第四环形槽40既与工作连接管B也与径向油箱连接管T1相通。按照这种方式，压力油从压力油泵19进入第一压力室12，从而造成转子3与定子2的相对扭转。从第二压力室13排出的压力油通过工作连接管B和第四环形槽40到达径向油箱连接管T1。第三控制边45和第四环形槽40可以这样构成，在控制活塞37移动期间，首先使工作连接管A与压力油泵19连接，然后工作连接管B与油箱20连接。也可以选择同时产生两个连接。
控制活塞37在远离壁段37a的轴向末端上借助于钵状套管46压力密封封闭。该套管在控制活塞37的内部力量合理地定位。此外，套管46可以作为执行元件32一未示出的挺杆作用点使用。
内燃机运行期间，由于凸轮轴的变换扭矩在装置1的内部产生压力波动。在此方面出现压力峰值，传递到压力油回路31内并会损坏其他消耗器。这一点可以通过在压力油回路31内设置一个单向阀47得到抑制。
在控制阀(37)的实施方式中，单向阀47设置在工作连接管A、B和压力油连接管P之间。连接管按P-T-A-B或者T-P-A-B顺序轴向设置，其中，工作连接管A、B的顺序任意，可以使单向阀47设置在控制活塞37的内部。在此方面，为保护压力油回路31只需要单向阀47。通过单向阀47设置在控制活塞37内部无需附加的结构空间。另一优点在于，特别是在控制阀18作为中心阀使用的情况下，出现压力波动的位置和单向阀47之间的距离最小。压力波动实际上在出现位置上即被阻截。
单向阀47由弹性阻流体48组成，它借助于第二弹簧件49压入单向阀47的阀座50内。阻流体48、第二弹簧件49和阀座50设置在钵状外壳51的内部。第二弹簧件49支承在外壳51的底部。
安装期间将单向阀47压入控制活塞37的内部。在此方面这些部件这样构成，使控制活塞37的内部外壳面和外壳51之间产生力量合理的压力密封连接。在此方面，具有优点的是在控制活塞37的内部构成一个轴向止挡52，将单向阀47压入控制活塞37时起到行程限制的作用。可以选择行程控制压入单向阀47。
从压力油连接管P进入的压力油通过第二开口41到达控制活塞37的内部。从一定的压力起，阻流体48逆第二弹簧件49的弹力移动，压力油通过加装在外壳底部上的第四开口53到达第三开口42。
附图标记1装置2定子3转子4传动轮5间隙6侧壁7第一侧盖8第二侧盖9连接件10叶片槽11叶片12第一压力室13第二压力室14槽底15片簧件16第一压力油管线17第二压力油管线18控制阀19压力油泵20油箱21箭头22中心孔23成型部位24止动件25轴向孔26活塞27弹簧28排气件29滑槽30空隙31压力油回路
32执行元件33第一弹簧件34阀门外壳35第一环形槽36第一开口37控制活塞37a壁段38第二环形槽39第三环形槽40第四环形槽41第二开口42第三开口43第一控制边44第二控制边45第三控制边46套管47单向阀48阻流体49第二弹簧件50阀座51外壳52轴向止挡53第四开口P压力油连接管T油箱连接管T1径向油箱连接管T2轴向油箱连接管A第一工作连接管B第二工作连接管
权利要求
1.用于改变内燃机的控制时间的装置(1)的控制阀(18)，带有- 一个基本上空心圆柱体构成的阀门外壳(34)，- 一个设置在阀门外壳(34)内部且可轴向移动的控制活塞(37)，- 一个压力油连接管(P)，- 两个工作连接管(A、B)，- 至少一个油箱连接管(T1)，- 其中，工作连接管(A、B)、压力油连接管(P)和油箱连接管(T1)作为径向连接管构成，并且- 工作连接管(A、B)通过控制活塞(37)在阀门外壳(34)内部的轴向移动而可与压力油连接管(P)和油箱连接管(T1)连接，其特征在于，- 在控制阀(18)的轴向上，连接管按压力油连接管(P)、油箱连接管(T1)、工作连接管(A、B)、工作连接管(A、B)的顺序设置。
2.用于改变内燃机的控制时间的装置(1)的控制阀(18)，带有- 一个基本上圆柱体构成的阀门外壳(34)，- 一个设置在阀门外壳(34)内部且可轴向移动的控制活塞(37)，- 一个压力油连接管(P)，- 两个工作连接管(A、B)，- 至少一个油箱连接管(T1)，- 其中，工作连接管(A、B)、压力油连接管(P)和油箱连接管(T1)作为径向连接管构成，以及，- 工作连接管(A、B)通过控制活塞(37)在阀门外壳(34)内部的轴向移动而可与压力油连接管(P)和油箱连接管(T1)连接，其特征在于，- 在控制阀(18)的轴向上，连接管按油箱连接管(T)、压力油连接管(P)、工作连接管(A、B)、工作连接管(A、B)的顺序设置。
3.按权利要求1或2所述的控制阀(18)，其中，控制活塞(37)空心构成。
4.按权利要求3所述的控制阀(18)，其中，压力油连接管(P)通过加装在控制活塞(37)的外壳面中的第二开口(41)而可在控制活塞(37)相对于阀门外壳(34)的任何位置上与控制活塞(37)的内部相通。
5.按权利要求4所述的控制阀(18)，其中，取决于控制活塞(37)对于阀门外壳(34)的位置，工作连接管(A、B)之一或者没有工作连接管(A、B)与控制活塞(37)的内部相同。
6.按权利要求4所述的控制阀(18)，其中，取决于控制活塞(37)对于阀门外壳(34)的位置，工作连接管(A、B)之一或者两个工作连接管(A、B)与控制活塞(37)的内部相通。
7.权利要求3所述的控制阀(18)，其中，在压力油连接管(P)和工作连接管(A、B)之间设置一个单向阀(47)。
全文摘要
本发明涉及用于改变内燃机的控制时间的装置(1)的控制阀(18)，带有一个基本上空心圆柱体构成的阀门外壳(34)、一个设置在阀门外壳(34)内部可轴向移动的控制活塞(37)、一个压力油连接管(P)、两个工作连接管(A、B)、至少一个油箱连接管(T
文档编号F01L1/04GK1696476SQ20051007125
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月13日 优先权日2004年5月14日
发明者安德烈亚斯·施特劳斯, 安德烈亚斯·勒尔, 延斯·霍佩 申请人:依纳-谢夫勒两合公司