专利名称：带有侧面流出功能以及控制边缘的平板式止回阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的止回阀装置和一种用于控制汽车的介质流动方向的方法。本发明还涉及止回阀装置在凸轮轴调节系统中、在液压式皮带或链条张紧系统中以及在汽车中的应用。
背景技术：
在汽车的液压式压力系统中设有止回阀，止回阀用于对确定的液压介质的流动方向加以控制，它能够在确定的流动方向下被打开并在相反的流动方向下被闭合。液压式压力系统(例如凸轮轴调节系统以及链条张紧或皮带系统)在汽车中常常会形成大量的消耗。从中会使得在液压式系统中的多个位置处经常发生传动液流失，从而形成压力峰值以及波动的压力。这对于被设置的止回阀提出了尤其高的要求，止回阀应该保证确定的流动方向而不让流动逆转。由于压力具有波动特征，所以并不需要打开或者关闭止回阀就能对其产生影响。
在汽车中、特别是在凸轮轴调节系统中还设有用于将流动逆转并带有侧边流出功能的止回阀。这种止回阀的流入以及流出开口具有不同的入口，从而能够使得流动逆转。带有侧边流出功能的止回阀从例如DE 29 01 902以及EP 12 84 340中已有所公开。在DE 29 01 902描述的带有侧边流出功能的止回阀中有一滚珠元件在导轨中移动使得流入开口被闭合。当流入开口中的压力级上升的时候，滚珠移动到开口位置，在开口位置中液流横断面得以调节。止回阀能够单独区分流动位置和闭合位置，从而能够非常突然并且未有延迟地生成相变。在贴在流入开口与流出开口的压力级作用下，止回阀能够自行打开或闭合，从而使得从压力逆转到阀门闭合期间能够泄漏更大的液体量。从EP 1284 340中同样公开有一种用于凸轮轴调节系统并带有侧边流出功能的阀门，它能够借助控制装置得以被控制。
传统的止回阀在压力比发生变化时借助其结构设置突然打开。当止回阀的入口侧与出口侧恰好受到波动的压力时，由于波动与叠加而常常导致止回阀无意地被打开。当止回阀突然打开或者闭合时，由于在传动液管道中的传动液柱的惯性而导致在系统中出现压力峰值，它能够损害联机的消耗。
波动的压力在阀门入口侧与出口侧产生叠加，期间相关的止回阀不能按照目的被打开，从而导致在两个压力系统之间产生传动液渗滤。
发明内容
本发明的任务是提供一种有效的止回阀。
相应地公开一种用于控制介质流动方向的止回阀装置与方法，止回阀装置在汽车中的应用，以及止回阀装置在凸轮轴调节系统和/或皮带或链条张紧系统中的应用。
根据一个示例性实施例提供一种用于凸轮轴调节系统的止回阀装置。它具有阀套和阀门元件，该阀套具有流入开口、流出开口以及密封边缘。阀门元件可移动地或滑动地支承在阀套中，当阀门元件位于第一位置时，在流出开口与阀门元件之间能够提供第一液流横断面，当阀门元件位于第二位置时，流出开口被阀门元件闭合。当阀门元件在第一移动区域内移动时，液流横断面发生连续变化，当阀门元件在第二移动区域内移动时提供有一相对于第一液流横渡面被缩小的液流横断面。当阀门元件位于第二位置时，阀门元件位于密封边缘处。
在另外一个示例性实施例中提供一种用于控制凸轮轴调节系统中介质流动方向的方法。阀门元件在第一位置与第二位置之间移动。当阀门元件移动时，在第一移动区域内的第一液流横断面持续变化。当阀门元件在第二移动区域内移动时提供了相对于第一液流横断面缩小了的液流横断面。当阀门元件位于第二位置时，液流横断面在流出开口与阀门元件之间借助密封边缘得以闭合。
在另外一个示例性实施例中，止回阀装置应用于汽车中。在另外一个示例性实施例中，止回阀装置应用于凸轮轴调节系统和/或液压式皮带或链条张紧系统中。
对液流横断面的定义应该理解为通过间隔而引起的平面，介质或液压压力或润滑剂能够流动通过液流横断面。液流横断面可以被定义为例如从阀门元件上方边缘到阀套开口处边缘的平面。当阀门元件移动时，阀门上方边缘到阀套之间的距离也随之变化，特别是被释放出的流动面的开口在阀套中发生变化，从而使得液流横断面对应于阀门元件的移动而发生变化。因此，阀套与阀门元件的几何结构确定阀门的液流横断面。只要位于阀门元件与阀套平面之间的距离或平面恒定的，那么液流横断面也保持恒定。
阀门元件可以设为滚珠或者设为平板或盘状物。例如对于平板式的阀套来说，在阀套中从平板边缘到阀套的距离、特别是平板边缘到位于平板边缘对面的开口的边缘的距离能够确定液流横断面。
对于传统的止回阀来说，液流横断面或者流动体积能够突然被增大或减小，其中，由于在传动液管道中的传动液柱具有惯性，从而可能在系统中形成较高的压力波动，这能够损害所连接的消耗器。根据本发明的实施例创造一种止回阀，借助这种止回阀使得在闭合过程期间流动体积能够率先连续地减少到一个最小流动体积、并在连接状态中被闭合。相反对于突然闭合的阀门而言，流动体积会率先被连续地减少到最小量。在减小到一个确定的流动体积之后，止回阀能够中断流动而在此期间不引起压力波动。换句话说，液流横断面以两级被减小或者被放大。例如当阀门元件从开启位置向闭合位置移动时，阀门元件率先使得流动连续或持续地减小，直到到达一个最小的液流横断面，然后该液流横断面会在第二移动区域的末端区域中借助密封边缘而被突然闭合。当阀门的其它闭合期间，这个最小的液流横断面在第二区域中基本上保持恒定。在该区域中，只要阀门元件将阀套中的开口遮盖或密封，被减少的流动或被缩小的液流横断面就能够借助泄漏而被唤回。
当阀门元件被压向流入开口或密封边缘时，流动基本完全中断。由于液流横断面已然被连续地缩小到一个最小量，所以能够借助减小的体积流量而十分高效地阻止压力波动。此外还能在流入开口闭合时减小阀门元件的冲击速度。由此使得阀门元件的闭合力与碰撞能量得以减小，从而能够减少噪音的生成。与传统止回阀相比，借助密封边缘能够改善按照发明的阀门的密封作用、并因此而减小或完全避免在连接位置中流动的泄漏。
在凸轮轴调节系统中作用有两个不同的振荡的压力。其中，一个是与转速相关的油泵的压力，另一个是凸轮轴调节器中的振荡的压力。在大多汽车中，油泵直接被发动机机组驱动，从而能够借助不同的发动机加速度给不同的点火时间点提供不同的效率或者提供油泵的波动压力供给。这种波动的压力可以位于止回阀的流入开口处并对阀门元件产生影响。
另一方面，邻近的压力在凸轮轴调节系统方面同样能够减轻压力波动。例如通过凸轮轴的不规则转动形成这种压力波动。为了将发动机阀门打开而使凸轮轴的凸轮撞向阀门开口装置，从而使得凸轮轴每一次都得以很小的制动，进而在凸轮轴调节系统中引起压力波动。当液压用油的振荡的压力共同作用时，在邻近的压力不利叠加的情况下，封闭的止回阀会短时间开启。当油泵侧面上的压力未能如期升高到在凸轮轴调节器方面邻近的压力时，这一压差会导致阀门短时间开启并致使液压式传动液被不期望地引入凸轮轴调节器。这种效应一定会影响到阀门开启时间的调节，进而影响发动机总的控制。
从上述可以直接得出，当压力比逆转时，更大量的传动液或润滑液通过被打开的止回阀从凸轮轴调节器中流走。这导致调节速度显著减小并导致凸轮轴相对于曲轴的相位不期望的波动。
在本发明的另外一个示例性实施例中，当遇到这种不期望的开启情况时，在阀门元件在第一移动区域内流过显著的体积流量之前，阀门元件会由于压力波动而率先带着被缩小的液流横断面穿越第二移动区域。传动的止回阀在出现不期望的波动情况下直接开启从而出现较高的体积流量，与其相比，本发明在出现不期望的波动情况下能够独立使得出现较小的体积流量。这可以通过下述来创立，即流动量在第一移动区域内被持续放大之前使得带有被缩小的液流横断面的阀门元件率先穿过第二移动区域。在带有较高压力波动的系统中，第二移动区域的长度能够在设计上加以变化，这样就能提供一个较大的缓冲距离。因此，当流入与流出开口之间的压差持续并增强时才将止回阀开启。当单纯涉及到波动的压力时，阀门元件会因此而位于第二移动区域中。阀门元件能够在封闭的状态中并且压力被叠加时移动而并不会使得传动液在流入开口与流出开口之间逆转。
根据本发明的另外一个示例性实施例，在流入开口处能够提供第一压力级，在流出开口处能够提供第二压力级。当第一压力级大于第二压力级时，阀门元件被密封边缘间隔。当第二压力级大于第一压力级时，阀门元件向密封边缘移动。由于在第一压力级与第二压力级之间的压力差，而使得阀门元件独立移动。因此不用外加控制就能保证介质的确定流动方向。
在另外一个本发明的示例性实施例中的阀套具有密封边缘，当阀门元件位于第二位置时，阀门元件紧贴在密封边缘处。在此期间，阀门元件的支撑面在第二位置中被减小，从而在阀门开启期间能够调节使得液压式传动物质较早地流动。
在另外一个本发明的示例性实施例中的阀套具有圆锥形内表面，这样能使得液流横断面在阀门元件与阀套之间的第二移动区域内持续缩小。当阀门元件穿过第二移动区域时，液流横断面在阀门元件边缘与圆锥形的阀套之间持续缩小。因此能够更好地削减压力峰值，从而不损害所连接的消耗器。
在另外一个本发明的示例性实施例中，阀门元件能够利用弹簧力和/或磁力移动。在这种情况下，弹簧力和/或磁力作用在流入开口的方向上，从而支持阀门元件的移动。根据弹簧力或磁力的强度能够调节流入开口压力级与流出开口压力级之间的压差，根据压差可以使得阀门元件开启或闭合。通过对弹簧力或磁力加以定义的选择能够对止回阀的激活按目的进行控制。
在另外一个本发明的示例性实施中，流入开口具有第一法线，流出开口具有第二法线。第一流出开口以及流入开口这样设置在阀套处，使得两条法线相交。对流入开口与流出开口如此设置可以使得流动能够沿着任意的方向逆转。在另外一个本发明的示例性实施例中，流入开口与流出开口被设置在阀套处，第一法线与第二法线成直角相交。
在另外一个本发明的示例性实施例中的阀套具有另外一个流出开口，该流出开口也具有一条法线。这条法线与第一流入开口的法线是平行设置的。在这一另外的流出开口中可以提供第二压力级。因此，由于第二流出开口而使得第二压力级在其作用线上相对于第一压力级的作用线发生作用，第一压力级通过流入开口对阀门元件发生作用。在此期间，阀门元件能够更好地被激活，因为第一与第二压力级的作用线能够直接相对并因此而产生更好的激活。把流动物从这一另外的流出开口换到流入开口是没有必要的。
在另外一个本发明方法的示例性实施例中，第一压力级被提供在流入开口处，第二压力级被提供在流出开口处。当第一压力级大于第二压力级时，阀门元件被密封边缘间隔。当压力级大于第一压力级时，阀门元件向密封边缘靠拢。因此，由于压差而使得阀门元件能够自动地独自在第一与第二位置之间移动。
在另外一个本发明的示例性方法实施例中，阀门元件在第二位置中被提供在密封边缘处。
在另外一个本发明的示例性方法实施例中，液流横断面在第二移动区域内借助阀套的圆锥形表面持续缩小。
按照另外一个本发明的示例性方法实施例，阀门元件借助弹簧力和/或磁力移动。
止回阀装置的成形对工序及应用可以是有价值的、也可以是无价值的。
对于凸轮轴调节系统来说，就按照发明的止回阀的使用地来说，止回阀可以在液压式压力室之间的压力管道中，也可以在油泵与凸轮轴调节系统之间的压力管道中。
例如就常见的止回阀的侵入式安装以及装载来讲能够形成相关的较大压力损失。这些常见的止回阀能够凭借它们的波动特性而在整个液压式系统中制造缺点，例如就凸轮轴调节器而言。标准止回阀需要近似静止的状态以及高体积流量以保证效率。在动态使用以及当体积流量较小时，标准止回阀表现的比较弱。当使用所述的止回阀时，能够平缓地创立闭合与开启状态之间过渡边界，从而能够在受到振荡压力的情况下使得功能保持完好，疲劳强度能够被提高，此外还能避免压力峰值以及较高的压力损失。就使用在凸轮轴调节系统中来讲，能够提高凸轮轴调节器的调节速度，并且能改善调节预备。在液压式系统中的其它附近的组件通过压力峰值的减小而得以减负，从而使得这些组件的耐久性乃至功能得以提高。此外还能使闭合过程能够更好地进行。
下面通过参考所附视图进一步描述发明实施例，从而进一步阐释并更好地理解本发明。
图1A至1C发明的示例性实施例中的止回阀装置示图。
具体实施例方式
相同或相似的构件在不同的图中设有相同的图标。展示是示意性的并且是不全面的。
图1A至1C展示的是按照本发明示例性实施例的用于汽车的止回阀装置。止回阀具有阀套1以及阀门元件4，阀套1具有流入开口2和流出开口3，阀门元件4可移动地支承在阀套1中。当阀门元件4位于第一位置时，在流出开口3与阀门元件4之间的第一液流横断面A1被调节(图1A)。当阀门元件4位于第二位置时，流出接口3被阀门元件4闭合。因此不会提供液流横断面。当阀门元件4在第一移动区域B1和第二移动区域B2中移动时，液流横断面A将持续变化。其中，液流横断面A在第一移动区域B1内的持续变化与液流横断面在第二移动区域B2内的持续变化是不一样的。
当阀门元件4位于第一位置的时候，在阀门元件4的上边缘与所谓控制边缘8之间会形成第一移动区域B1并形成液流横断面A1。第一压力级P1贴在流入开口处，第二压力级P2贴在流出开口处。当P1大于等于P2的压力比例向P2大于等于P1的压力比例改变时，为了让阀门或液流横断面闭合，阀门元件4会由于压力级P2向流入开口2的方向移动。在阀门元件4离开第一移动区域B1期间，液流横断面A1持续缩小。
第二移动区域B2定义在控制边缘8与闭合位置之间。当阀门元件4离开第二移动区域B2时，液流横断面A1在区域B2中是近似恒定的，直到流入开口闭合。期间不允许液流突然闭合或者突然中断。由于在传动液管道中产生传动液液柱的惯性，因此使得压力峰值得以避免。
另外可以想到的是，把阀套1的内表面在第二移动区域B2之中实施为圆锥形的流入，从而在阀门元件4经过的时候能够调节使得液流横断面A2持续缩小。
此外在图1A至1C中还示有驱动元件5，通过它可以支持阀门元件4的移动。其中，驱动元件5能够以弹簧元件或磁体(例如永久磁体或电磁体)来构建。由此可以调整阀门元件的移动灵敏度。例如当压力P1与P2之间的压力差(也就是说在压力P2大于等于压力P1的情况)非常小时，尽管如此，借助驱动元件5依然能够使得阀门元件4移动以闭合流入开口2。
另外图1A至1C还示出，流入开口被实施为与投影面垂直，流出接口被实施为与投影面水平。流入面的法线2’与流出面3的法线相交。在此期间，流动方向可以被逆转，尽管如此，借助止回阀依然能够避免流动的逆转。另外，在封闭的状态中，传动液能够支撑阀门元件并且不会对压力P2的作用线、压力P1的作用线或阀门元件4的移动方向带来影响。
在图1A至1C描述了按照发明的止回阀的闭合过程与开启过程。一开始，在图1A中，阀门处于被开启的位置。当压力级P2升高并超过压力级P1时，阀门元件4向着流入开口2的方向移动。液流横断面A1迅速缩小直到到达控制边缘8的时候，流动被中断。从第二控制区域B2开始、也就是说在控制边缘8与闭合位置之间，较小的液流横断面A2得以保持近似恒定，从而能够消除压力峰值与波动。
为了支持阀门元件4能够恰好在闭合过程中移动，可在阀套中设置另外一个流出开口6并使其与流入开口2的法线平行，从而在介质流入的时候借助压力级P2使得阀门元件4支持在闭合过程中的闭合移动。
下面将借助图1A至1C描述一个根据发明的止回阀的闭合过程开始的时候压力P1比压力P2高。从而止回阀被打开并且介质从流入开口2流向流出开口3(图1A)。当压力P2比压力P1高的时候，体积流量的流动被逆转并且止回阀的阀门元件4向着闭合位置的方向移动。阀门元件4或者平板首先到达控制边缘8。当到达控制边缘8时，回流体积流量基本被中断并且流出开口3基本与流入开口2分离(图1B)。单凭泄漏可以使得体积流量的流动缩小，因为控制边缘的内表面与阀门元件的边缘之间小距离地间隔。此时，压力P2持续增高并且平板或者阀门元件4撞向密封边缘7(图1C)。止回阀在这时候完全闭合并且流入开口2与流出开口3分离。此外，由于泄漏而使得体积流量的流动基本上完全中断。
将止回阀的闭合过程分为两个步骤可以使压力峰值减小。首先通过控制边缘8使得流出开口3与流入开口2全部分离。该过程不会在系统中释放压力峰值。下一步使密封边缘7闭合，该闭合导致流出开口2与流入开口3完全分离。通过逆转的闭合过程能够使得平板或阀门元件4缓慢进入密封座，从而使得液压系统中形成明显较小的压力峰值。
同样可以实施的是提高按照发明的止回阀的调节速度以及改善止回阀的调节预备。在平板4被撞入密封座的时候，由于系统会发生波动而限制密封座不会马上被闭合。然而通过控制边缘8已然实施闭合，这样便使得止回阀位于早先被定义的闭合位置中。这导致在例如凸轮轴调节器回移过程中产生的压力柱能够提早支撑在止回阀上，并且使得凸轮轴调节器只能缓慢地向回波动。
当压力P1大于压力P2时，止回阀开启。这时会产生短时间的压差叠加，如此一来，在把阀门元件4从密封座取走之后，止回阀不会直接处于完全被打开的状态，从而在调节器或阀门元件4继续回移的过程中，油柱始终还会碰到一个止回阀的封闭位置并立刻支撑在止回阀上。
进一步需指明的是，“广泛的”并不意味着都含有其它的元件或步骤，“一个”并不意味着数量只有一个。还需指明的是，参考上述实施例之一所描述的特征或步骤也能够结合其它上述实施例中的特征和步骤而加以运用。附图标记在权利要求中不看作限制因素。
权利要求
1.用于凸轮轴调节系统的止回阀装置，其特征在于，止回阀装置具有带有流入开口(2)、流出开口(3)以及密封边缘(7)的阀套(1)；阀门元件(4)，其可移动地支承在阀套(1)中；其中，当阀门元件(4)位于第一位置时，在流出开口(3)与阀门元件(4)之间可提供第一液流横断面(A1)；当阀门元件(4)位于第二位置时，流出开口(3)被阀门元件(4)闭合；当阀门元件(4)在第一移动区域(B1)中移动时，液流横断面(A1)持续变化；当阀门元件(4)在第二移动区域(B2)中移动时，可提供相对于第一液流横断面(A1)被缩小的液流横断面(A2)；并且当阀门元件(4)位于第二位置中时，阀门元件(4)邻接在密封边缘(7)处。
2.按照权利要求1所述的止回阀装置，其中，在流入开口(2)处可提供第一压力级(P1)；在流出开口(3)处可提供第二压力级(P2)；当第一压力级(P1)大于第二压力级(P2)时，阀门元件(4)与密封边缘(7)间隔；当第二压力级(P2)大于第一压力级(P1)时，阀门元件(4)向密封边缘(7)移动。
3.按照前述权利要求之一所述的止回阀装置，其中，阀套(1)在第二移动区域(B2)中具有圆锥形内表面，从而使得液流横断面在阀门元件(4)与阀套(1)之间的第二移动区域(B2)中可连续缩小。
4.按照前述权利要求之一所述的止回阀装置，其中，阀门元件(4)能够借助弹簧力和/或磁力移动。
5.按照前述权利要求之一所述的止回阀装置，其中，流入开口(2)构成第一法线(2’)，流出开口(3)构成第二法线，流出开口(3)与流入开口(2)被这样设置在阀套(1)处，使得这两条法线相交。
6.按照权利要求5所述的止回阀装置，其中，流出开口(3)与流入开口(2)被这样设置在阀套(1)处，使得第一法线(2’)与第二法线成直角相交。
7.按照权利要求2至7之一所述的止回阀装置，其中，阀套(1)具有一个另外的流出开口(6)；这个另外的流出开口(6)具有一条法线；流出开口(6)的这条法线与流入开口(2)的第一法线(2’)平行设置；在这一另外的流出开口(6)处可提供第二压力级(P2)。
8.用于控制汽车中介质流动方向的方法，其特征在于，该方法包括当阀门元件(4)位于第一位置时，在阀套(1)的流出开口(3)与阀门元件(4)之间提供液流横断面(A1)；阀门元件(4)在第一位置与第二位置之间移动；并且当阀门元件(4)在第一移动区域(B1)内移动时，液流横断面(A1)持续变化；当阀门元件(4)在第二移动区域(B2)内移动时，提供相对于第一液流横断面(A1)缩小的液流横断面(A2)；并且当阀门元件(4)位于第二位置时，借助密封边缘(7)闭合在流出开口(3)与阀门元件(4)之间的缩小的液流横断面(A2)。
9.按照权利要求8所述的方法，在流入开口(2)处提供第一压力级(P1)；并且在流出开口(3)处提供第二压力级(P2)；当第一压力级(P1)大于第二压力级(P2)时，阀门元件(4)与密封边缘(7)间隔并位于第一位置；并且当第二压力级(P2)大于第一压力级(P1)时，阀门元件(4)向密封边缘(7)靠近并且位于第二位置。
10.按照权利要求8至9之一所述的方法，其中，由于阀套(1)的圆锥形内表面，液流横断面在第二移动区域(B2)内连续缩小。
11.按照权利要求8至10之一所述的方法，其中，阀门元件(4)借助弹簧力和/或磁力移动。
12.按照权利要求1至7之一所述的止回阀装置在汽车中的应用。
13.按照权利要求1至7之一所述止回阀装置在凸轮轴调节系统中以及/或者在液压式皮带或链条张紧系统中的应用。
全文摘要
本发明描述的是用于汽车的止回阀装置。止回阀装置具有阀套(1)和阀门元件(4)，该阀套具有流入开口(2)、流出开口(3)以及密封边缘(7)，阀门元件(4)可移动地支承在阀套(1)中。当阀门元件(4)位于第一位置时，能够在流出开口(3)与阀门元件(4)之间提供第一液流横断面(A1)。当阀门元件位于第二位置时，流出开口(3)被阀门元件(4)闭合。同时，阀门元件(4)可移动地支承在这两个位置之间。当阀门元件(4)在第一移动区域(B1)内移动时，液流横断面(A1)持续改变，当阀门元件(4)在第二移动区域(B2)中移动的时候能够提供相对于第一液流横断面(A1)缩小了的液流横断面(A2)。当阀门元件(4)位于第二位置时，阀门元件(4)位于密封边缘(7)处。
文档编号F01L1/344GK101063416SQ20071010194
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者马可·施米特 申请人:谢夫勒两合公司