阀的制作方法

本发明涉及一种用于在车辆发动机的控制阀中使用的阀。本发明还涉及一种结合这种阀的控制阀。

背景技术：

凸轮相位器用来控制带轮/链轮相对于发动机曲轴的角度关系。可变凸轮相位器(vcp)允许相位关系在发动机运行的同时改变。典型地，凸轮相位器用来使双顶置凸轮轴上的进气凸轮移位以便加宽发动机的扭矩曲线，从而增加高rpm时的峰值功率，并且改善怠速质量。而且，排气凸轮能够通过凸轮相位器移位以便提供能够显著降低hc和nox排放的内部电荷稀释剂控制，并且改善燃料经济性。

凸轮相位器由利用来自发动机的加压润滑油的液压系统控制，以通过使凸轮轴朝向提前或延迟位置旋转而改变凸轮轴与凸轮轴之间的相对位置，因而改变气门正时。

为了控制凸轮轴的旋转，凸轮相位器设置有两个接收油的腔室：提前腔室和延迟腔室。为了使凸轮轴在提前方向上旋转，将油从延迟腔室泵送到提前腔室内，而为了使凸轮轴在延迟方向上旋转，将油从提前腔室泵送到延迟腔室内。

腔室之间的油的流动以及因此凸轮轴的旋转通过凸轮轴扭矩振荡产生，并且借助于油控制阀(ocv)控制。ocv典型地由一壳体构成，该壳体具有通向提前腔室的提前端口和通向延迟腔室的延迟端口。阀芯可在壳体内移动以使油在端口之间路由。阀芯具有内部空腔，该内部内腔具有从发动机接收油的油端口和与壳体的提前端口和延迟端口连通的开口，以允许油在腔室之间流动。

为了控制流体流入和流出阀芯，阀芯的一个开口典型地设置有诸如球阀或弹簧阀之类的单向阀，这种单向阀仅允许油在一个方向上流动，例如流入阀芯的内部空腔，但是不允许流出阀芯的内部空腔。阀芯可以移动而使得阀位于不同端口处，由此控制油流入和流出端口的方向。

然而，这些阀往往比较笨重，相当大地增加了ocv的总体尺寸，并且/或者降低了ocv的流动能力。

还期望在ocv中将发动机油源与阀芯中的油隔离开。ocv中的油往往在使用过程中变成高压油，而高压油会从油端口退回在相反方向上流入发动机内，这将导致压力损失，并因此降低凸轮相位系统的相位速率性能。可以将止回阀结合到ocv中来防止这种反向油流。然而，这些止回阀也比较笨重，并且增加了ocv的大小和重量。

针对该背景技术，本发明的目的是解决与已知ocv相关的问题中的至少一个问题。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于限制流过车辆发动机中的控制阀的开口的流动的阀。所述阀具有包括管状外壳的本体，该外壳具有在所述外壳的开口端部之间延伸的中心轴线。所述外壳包括基部和阻挡元件，所述阻挡元件具有暴露于所述外壳的内部空间的内表面和暴露于包围所述外壳的外部空间的外表面。所述阻挡元件通过可挠曲连接件连接至所述基部，从而使得所述阻挡元件能够响应于作用在所述外表面上的流体压力而朝向所述中心轴线挠曲，并且能够响应于作用在所述内表面上的流体压力而远离所述中心轴线挠曲，从而在所述阀使用时选择性地阻挡所述开口。

因为所述阀的本体由薄外壳构成，因此所述阀在所述控制阀的内部腔室内仅占据非常少量的空间，并且不会增加所述控制阀的直径或者干涉所述控制阀的内部腔室的容积。因而，与传统控制阀相比，能够减小所述控制阀的大小，同时仍然保持所述内部腔室中的相同容积，并且因此保持流过所述控制阀的相同流体流。因此，所述阀允许特别紧凑的设计，该紧凑的设计仍然允许高流体流过所述控制阀，并且仍然提供打开和关闭状态之间的确定切换。

所述阻挡元件可以包括翼瓣(petal)，流体压力能够作用所述翼瓣上，以使所述阻挡元件朝向或远离所述中心轴线挠曲。翼瓣提供了大表面面积且因此提供了作用在所述阻挡元件的表面上的较大力，从而得到允许所述阀确定地切换的大挠曲程度。

在所述阻挡元件和所述基部之间可以限定至少一个开口。所述开口允许流体特别容易地在所述阻挡元件和所述基部之间流动，由此在所述阀的打开不受阻挡时使得所述阀与流体流的干涉最小。

为了使设计简单，所述连接件可以包括至少一个弹簧臂。所述连接件可以包括在周向方向上远离所述阻挡元件延伸的一对弹簧臂。使用一对弹簧臂意味着所述阻挡元件能够在两个连接点处特别安全地连接至所述基部，同时仍然允许所述阻挡元件挠曲。

所述弹簧臂可以分叉，从而远离所述阻挡元件朝向所述管状外壳的相反端部移动。这样，所述阻挡元件可以优选地悬置在所述外壳的两个端部之间。

所述外壳可以包括用于阻挡多个开口的多个阻挡元件，每个阻挡元件均通过可挠曲的连接件连接至所述基部。在包括多个阻挡元件并且所述连接件包括一对分叉的弹簧臂的实施方式中，每个阻挡元件均可以嵌套在连接至所述外壳的相邻阻挡元件的分叉的弹簧臂之间。以这种方式嵌套所述阻挡元件可以允许紧凑地进行设计，同时维持长弹簧臂。由于对于给定力，长弹簧臂比短弹簧臂提供更高水平的挠曲，所以长弹簧臂更为有利，从而可在所述阀的打开状态和关闭状态之间提供更确定的切换。

为了设计的紧凑性，所述基部可以由围绕所述外壳的一个开口端部或两个开口端部的一个或多个带构成。

所述或每个阻挡元件可以沿着所述管状外壳的周向方向细长。这样，每个阻挡元件可用来阻挡在周向方向上对应地细长的开口。这种细长的开口由于允许比圆形开口更高的流体体积而更为有利。

所述或每个连接元件可以围绕所述外壳的圆周弯曲，并且可以被构造成使得在所述阻挡元件朝向所述外壳的中心轴线挠曲时所述连接元件的曲率增加。这样，当所述阻挡元件朝向中心轴线挠曲时所述或每个连接元件可以更紧密地有效卷绕，并且可以在所述阻挡元件远离所述中心轴线挠曲时退绕。

所述管状外壳可以为基本圆筒状，例如与圆筒状腔室的内表面齐平放置。

当没有流体压力作用在所述或每个阻挡元件的内表面或外表面上时，所述基部、连接件和阻挡元件基本齐平地放置。这样，在没有力作用在所述阀上时，所述阀可以可以被偏压到基本关闭位置。

本发明还延及用于车辆发动机的控制阀。该控制阀包括：壳体，该壳体具有用于与凸轮相位器的相应的提前腔室和延迟腔室连通的提前端口和延迟端口；阀芯，该阀芯具有内部腔室，该内部腔室具有用于与所述壳体的所述提前端口和延迟端口连通的多个开口，所述开口包括第一开口、第二开口和位于所述第一开口和所述第二开口之间的阀开口；以及

如上所述的阀，所述阀布置在所述阀芯的内部腔室中，其中所述阻挡元件的内表面暴露于所述内部腔室，并且所述阻挡元件的外表面暴露于所述阀开口，从而响应于所述阀开口中的流体压力，所述阻挡元件朝向所述中心轴线挠曲以允许流体从所述阀开口流到所述内部腔室内，并且响应于所述内部腔室中的流体压力，所述阻挡元件远离所述中心轴线挠曲以阻挡所述阀开口并防止流体从所述内部腔室流到所述阀开口内。所述阀芯可在所述壳体内在延迟位置和提前位置之间移动，在所述延迟位置，所述阀芯的阀开口与所述壳体的提前端口连通，并且所述阀芯的第二开口与所述壳体的延迟端口连通，以允许流体从所述提前腔室流到所述延迟腔室，但是防止流体从所述延迟腔室流到所述提前腔室，在所述提前位置，所述阀芯的阀开口与所述壳体的延迟端口连通，并且所述阀芯的第一开口与所述壳体的提前端口连通，以允许流体从所述延迟腔室流到所述提前腔室，但是防止流体从所述提前腔室流到所述延迟腔室。

在所述或每个阻挡元件沿着所述管状外壳的周向方向上细长的实施方式中，所述阀开口可以在所述管状外壳的周向方向上细长。这样，所述开口可以具有允许更大的流体流流过所述开口的卵形横截面。

所述阀芯可以包括流体入口，在这种情况下，所述控制阀可以包括另一个如上所述的阀，该另一个阀设置在所述阀芯的内部腔室和所述流体入口之间，使得所述阻挡元件的内表面暴露于所述内部腔室中的流体，并且使得所述阻挡元件的外表面暴露于所述流体入口中的流体，从而所述阻挡元件能够响应于所述流体入口中的流体压力而朝向所述中心轴线挠曲以允许流体从所述流体入口流到所述阀芯的内部腔室内，并且能够响应于所述内部腔室中的流体压力而远离所述中心轴线挠曲以阻挡所述流体入口，以防止流体从所述内部腔室流到所述流体入口。这样，所述阀还可以用来防止流体回流到发动机内。

在本申请的范围内，可以独立地或以任何组合的方式采用在前述段落中、权利要求和/或随后的描述和附图中阐述的各种方面、实施方式、示例和替换例以及特别是它们的各个特征。也就是说，所有实施方式和/或任何实施方式或方面的特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不相容的。

附图说明

现在将参照附图仅以示例方式描述本发明的一个或多个实施方式，其中：

图1是通过油控制阀控制的凸轮相位器组件的立体图，本发明的止回阀可以与该油控制阀一起使用；

图2是嵌入有结合本发明的止回阀的油控制阀的螺栓的剖视图，其中该油控制阀的阀芯位于第一位置；

图3、图4和图5分别是根据本发明的一个实施方式的止回阀的立体图、前视图和端视图；

图6和图7分别是图3的止回阀的立体图和端视图，其中止回阀的阻挡元件朝向阀的中心轴线a移位；

图8和图9分别是阻挡元件的立体图和端视图，表示当在阻挡元件的内表面上施加流体压力时的流体泄漏；以及

图10和图11分别是阻挡元件的立体图和端视图，表示当在阻挡元件的外表面上施加流体压力时的流体泄漏；

图12和图13是分别布置在延迟位置和提前位置的控制阀的横剖视图。

具体实施方式

图1示出了凸轮相位器组件10。该凸轮相位器组件10包括驱动凸轮轴14的凸轮相位器12。在凸轮相位器12内为两个腔室：提前腔室和延迟腔室(不可见)。螺栓16在凸轮轴的旋转轴线处结合到凸轮相位器组件10内。采取油控制阀(ocv)20的形式的控制阀结合在螺栓16内，并且控制凸轮相位器12的提前腔室和延迟腔室之间的流体流动，以使凸轮相位器12在提前方向或延迟方向上旋转。

图2示出了螺栓16和所结合的ocv20。ocv20包括具有内部空腔24的壳体22，在该例中，该壳体22由螺栓16限定。多组径向开口26、28、30、32限定通向内部空腔24的端口。在该示例中，每组开口都包括三个径向开口。提前端口26通向凸轮相位器12的提前腔室，而延迟端口28通向凸轮相位器12的延迟腔室。油端口30通向发动机油源以从发动机接收高压油。排气端口32连接至排气管或排放管。

阀芯34被往复地收纳在壳体22的内部空腔24内。阀芯34包括限定内部腔室38的本体36。内部腔室38基本为圆形横截面。多组径向开口40、42、44、46将内部腔室38连接至阀芯34的外部，并且在该示例中，每组开口包括三个开口以与ocv20的壳体22中的开口数量对应。阀芯34的径向开口40、42、44、46被布置成与壳体的径向开口26、28、30、32连通，从而提供从提前腔室往返延迟腔室以及阀芯34与发动机油源和排放管之间的油流动路径。

更具体地说，一组第一径向开口40在接近远离壳体22的油端口30的一端设置在如图2中所示的阀芯34的最左侧。第一开口40能够与壳体22的提前端口26连通。阀芯34中的第二组径向开口42能够与壳体22的延迟端口28连通。在第一开口40和第二开口42之间为一组径向阀开口44，该组径向阀开口44可以被布置成与提前端口26或延迟端口28连通。第一开口40、第二开口42和阀开口44的右侧为与壳体22的油端口30连通的一组油入口46。

壳体22中的开口40、42、44、46均在周向方向上细长。这样，开口40、42、44、46均具有基本卵形横截面。该卵形横截面允许比圆形横截面具有更高的流动面积，因此流过这些开口的流体流更大。

阀开口44和油入口46均设置有阀60。阀60为大体管状，位于阀芯34的内部腔室38中，从而使得阀60的外表面62抵靠阀芯34的内表面48放置。阀60为单向阀，该单向阀允许流体流入阀芯34的内部腔室38，但是防止流体流出阀芯34的内部腔室38。阀开口44和油入口46因此仅用作入口，而没有阀的第一开口40和第二开口42可以既用作入口又用作出口。

现在将参照图3、图4和图5更详细地描述阀60。

阀60包括限定管状外壳的本体64。在该示例中，该管状外壳为圆筒状，并且该外壳具有近似0.1mm和近似10mm的厚度。外壳64包围内部空间66。外壳64的端68、70是开口的，并且中心轴线a在开口端68、70之间延伸。因为端68、70是开口的，所以油能够在大体平行于中心轴线a的方向上流过外壳64。

外壳64包括基部72、多个阻挡元件74和将每个阻挡元件74连接至基部72的多个连接件76。连接件76是柔性的，从而阻挡元件74能够朝向和远离外壳64的中心轴线a挠曲。在该实施方式中，阻挡元件74和连接件76彼此成一体。可以例如通过对适当材料(诸如钢)的圆筒状外壳进行诸如激光切削之类的切削而形成外壳，或者可以通过任何其它合适的方法或任何其它合适的材料形成外壳。

阻挡元件74为在周向方向上围绕圆柱弯曲的翼瓣。阻挡元件74具有暴露于阀60的内部空间66的内表面82和暴露于围绕阀外壳64的阀60的外部的外表面84。每个阻挡元件74在周向方向上都是细长的，以限定类似于阀芯34的流体入口46和阀开口44的横截面的卵形形状。具体而言，每个阻挡元件74具有略微大于阀开口44或流体入口46的横截面的占位面积(footprint)。

基部72由围绕外壳的开口端部68、70以限定轮缘的带78、80构成。第一带78围绕第一开口端部68，而第二带80围绕第二开口端部70。在第一端部68，翼片86从第一带78延伸出。在使用时，翼片86用作将阻挡元件74和阀开口44之间的对准和取向固定的对准特征。

每个连接元件76由在阻挡元件74和基部72之间延伸的一对弹簧臂88、90限定。弹簧臂88、90围绕外壳64的圆周在相同的向后方向上从阻挡元件的后端91延伸开，在本例中，该向后方向为朝向阻挡元件74的左侧，如图3所示。这样，弹簧臂76在周向方向上围绕外壳的圆柱弯曲以限定弧。

弹簧臂88、90随着它们远离阻挡元件74延伸而分叉。第一弹簧臂88朝向外壳64的第一开口端部68延伸以与第一带78汇合，而第二弹簧臂90朝向外壳64的第二开口端部70延伸以与第二带80汇合。开口82、94限定在弹簧臂88、90和带78、80之间。

弹簧臂88、90是细长的，并且具有与带78、80基本相同的宽度。因为臂的细长性，在每对弹簧臂88、90之间限定大开口96。

阻挡元件74沿着外壳64的周向方向排列。在相邻阻挡元件之间设有间隔98。每个阻挡元件74位于连接至堆叠中的相邻阻挡元件的弹簧臂88、90之间的开口96中，从而嵌套在相邻阻挡元件74的弹簧臂88、90之间。

也就是说，每个弹簧臂88、90远离其阻挡元件74沿着足够长度向后延伸，从而使得弹簧臂88、90在向后相邻的阻挡元件74旁边在该向后的阻挡元件74和相应带78、80之间延伸。在该示例中，每个弹簧臂88、90在与其向后相邻的阻挡元件74的后端部91近似一致的位置处与其相应带78、80汇合。这种嵌套布置允许弹簧臂88、90比其它情况下可能的情况更长，这使得阻挡元件74更容易挠曲。

当阻挡元件74上没有作用任何压力时，阻挡元件被偏压至图3、图4和图5所示的位置，其中阻挡元件74、基部72和弹簧臂88、90基本彼此齐平放置。

图6和图7图示出阻挡元件74已经朝向外壳64的中心轴线a挠曲时的阀60。该挠曲可以通过向阻挡元件的外表面84施加压力如流体压力实现，在施加压力时，阻挡元件74克服弹簧臂88、90的弹簧力而朝向中心轴线a挠曲。

阻挡元件74的挠曲致使弹簧88、90挠曲。弹簧臂88、90围绕它们连接带78、80的点铰接。随着弹簧臂76挠曲并且阻挡元件74朝向中心轴线a移动，由弹簧臂76限定的弧的曲率增加。因此，随着阻挡元件74朝向中心轴线a挠曲，弹簧臂更紧密地有效盘绕。这样，阻挡元件74最远离弹簧臂88、90的前端部100朝向中心轴线挠曲最大量。

当压力移除时，阻挡元件74从外壳的中心轴线a移开，并且由弹簧臂76限定的弧的曲率再次减小，直到阻挡元件74恢复图3、图4和图5中所示的构造。

返回来参照图2，当阀60被集成到ocv20内时，阻挡元件74位于阀芯34内，使得每个阻挡元件74都相邻于阀开口44或流体入口46布置。这样，每个阻挡元件74的内表面都暴露于阀芯34的内部腔室38，并且每个阻挡元件74的外表面都暴露于阀开口44中或流体入口46中的流体。

图8、图9、图10和图11示出了当阀60在阀开口44处集成到ocv20内时在不同流动情况期间阀60的构造。

在图8和图9中，在阀芯的内部腔室38中比在阀芯的阀开口44中存在更高流体压力。这例如可能是因为流体已经经由油入口(在图8和图9中不可见)被喷射到螺栓的内部空间内，并因此被喷射到阀芯内。在这种情况下，内部腔室38中的流体在阻挡元件74的内表面82上施加净压力。该净压力使阻挡元件74远离阀60的中心轴线a朝向阀芯34中的阀开口44挠曲。因为阻挡元件74具有略微大于阀开口44的横截面的占用面积，阻挡元件74围绕阀开口44抵靠阀芯34的内表面48以阻挡阀开口44。如能够从图8和图9中的流动线看到的，在阻挡元件74位于该位置的情况下，只有少量流体泄漏能够流出阀出口44。

在图10和图11中，在阀芯34的内部腔室38中比在阀芯的阀开口44存在更低流体压力。这例如可能是因为流体已经经由排放管从ocv的内部空间导引出。在这种情况下，阀开口44中的流体在阻挡元件74的外表面84上施加净压力。该净压力使阻挡元件74朝向中心轴线a偏离。

如图10和图11中的流动线所示，外壳64中的间隔和开口允许流体流出阀开口44并在横向于中心轴线a的方向上流过外壳64，从而使得流体能够进入外壳64的内部空间。因而，流体能够从阀芯34的阀开口44流到外壳64的内部空间66内。

图12和图13示出了当在ocv20中使用时的阀芯30和阀60。阀芯34可在壳体22内在图12所示的延迟位置和图13所示的提前位置之间移动。在延迟位置，阀芯34的阀开口44与壳体22的提前端口26连通，并且阀芯34的第二开口42与壳体22的延迟端口28连通。阀60因此与提前端口26对准，并且流体能够从提前端口26流到阀芯34内，但是不能从阀芯34流到提前端口26内。阀芯34的第二开口42(该第二开口42没有阀)与延迟端口28对准，从而流体能够自由地流入延迟端口28。这样，当阀芯34位于延迟位置时，阀60允许流体在箭头x的方向上从提前腔室流到延迟腔室，但是防止流体从延迟腔室流到提前腔室。

在提前位置，阀芯34的阀开口44与壳体的延迟端口28连通，并且阀芯34的第一开口40与壳体22的提前端口26连通。阀60因此与延迟端口28对准，并且流体能够从延迟端口28流到阀芯34内，但是不能从阀芯34流到延迟端口28内。阀芯34的第一开口40(该第一开口40没有阀)与提前端口26对准，从而流体能够自由流入提前端口26。这样，提前位置允许流体在箭头y的方向上从延迟腔室流到提前腔室，但是防止流体从提前腔室流到延迟腔室。

在两个位置，阀芯34的流体入口46与壳体22的油入口30对准。在两种情况下，流体入口46处的阀60作用以允许油从油入口30通过流体入口46流到阀芯34的内部腔室38内，并防止油从阀芯34的内部腔室38通过流体入口46流回油入口30内并由此流回发动机内。这样，阀60防止回流并且平衡来自于发动机的油源中的压力平衡。

因而，阀60提供了用于控制提前端口26和延迟端口28之间的流体流并且用于防止流体回流到发动机内的有效手段。

此外，因为阀60的本体64由薄的圆筒状外壳构成，阀60在阀芯34的内部腔室38内仅占据非常少量的空间。具体而言，因为外壳非常薄，阀60不会增加ocv的直径或者与内部腔室38的容积干涉。因而，与传统ocv相比，能够减小嵌入有ocv20的螺栓的尺寸，同时仍然能够保持内部腔室的同样容积，因此能够保持相同的流体流过嵌入的ocv20。

阀60的阀芯34中的细长开口40、42、44、46和对应的细长阻挡元件74允许比圆形开口所允许的更高容积的流体流过阀芯34，由此进一步增加阀的容量。

阀60因此允许特别紧凑的设计，该紧凑设计仍然允许高流量流体流过ocv。

尽管在所描述的实施方式中，多组径向开口包括三个开口，并且阀对应地包括三个阻挡元件，但是将认识到，可以使用任何适当数量的开口和阻挡元件。例如，可以根据阀芯的大小改变开口和阻挡元件的数量。

以上描述的管状阀可以结合到车辆的任何其它控制阀中，在这种情况下，该管状阀可以用来以所描述的方式选择地阻挡开口。尽管已经使用可变凸轮相位器中的ocv作为所描述的阀的示例性应用，但是将认识到，控制阀不需要用来控制可变凸轮相位器，而是可以用于其它车辆应用。

本领域技术人员将认识到，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对本发明进行修改以使其采取许多另选形式。