阅读说明：本技术 具有由外部执行器定位且包括凹槽的阀芯的用于控制凸轮相位器的油控制阀 (Oil control valve for controlling a cam phaser with a spool positioned by an external actuator and including a groove ) 是由 丹尼尔·斯坦霍普 于 2018-09-18 设计创作，主要内容包括：一种用于内燃机的凸轮相位器的油控制阀，其中阀芯由外部致动器定位。该阀包括阀芯组件，该阀芯组件包括能够在中心开口中轴向地移动的阀芯，并且在阀芯中存在至少一个凹槽。当打开时，该凹槽显著地增加了通过液压阀的流体流量。通过控制凹槽的尺寸和位置，可以控制流体流量的量。通过控制阀芯中的孔的尺寸，可以进一步控制流体流量。与不存在至少一个凹槽的情况相比，可归因于凹槽的流体流量的增加可为至少50％、100％或甚至200％。(An oil control valve for a cam phaser of an internal combustion engine in which a spool is positioned by an external actuator. The valve includes a spool assembly including a spool axially movable in a central opening and there is at least one groove in the spool. When open, the groove significantly increases the fluid flow through the hydraulic valve. By controlling the size and location of the grooves, the amount of fluid flow can be controlled. By controlling the size of the orifice in the valve spool, fluid flow can be further controlled. The increase in fluid flow attributable to the grooves may be at least 50%, 100%, or even 200% as compared to the absence of the at least one groove.)

具有由外部执行器定位且包括凹槽的阀芯的用于控制凸轮相 位器的油控制阀

相关申请

本申请要求2017年9月19日提交的美国临时申请序列号62/560273和2018年2月21日提交的美国临时申请序列号62/633180的优先权，并通过引用将其并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的凸轮相位器的油控制阀，其中阀芯由外部致动器定位，并且阀芯具有凹槽。

背景技术

用于内燃机的凸轮相位器的液压阀在本领域中是公知的。液压阀包括活塞，该活塞可在液压阀的壳体中轴向移动并且该活塞控制凸轮相位器的液压负载。期望的液压阀有许多不同的构造，并且对于每个新的期望的液压阀通常需要新的原始设计。因此，在本领域中需要在设计新的液压阀时减少对原始设计的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于凸轮相位器的液压阀，该凸轮相位器包括阀芯组件，该阀芯组件包括阀芯和至少一个位于阀芯外侧的凹槽，该阀芯能够在阀壳体的中心开口中轴向移动。阀芯组件至少具有第一位置、与保持位置相对应的第二位置和第三位置，并且当阀芯组件处于第一位置或第三位置中时，流体流过液压阀。在其之间的附加位置是可能的。当在所述第一位置或所述第三位置或所述第一位置和所述第三位置两者中打开所述至少一个凹槽时，所述至少一个凹槽显著增加通过所述液压阀的流体流量。该阀芯组件可以包括设置成一体的止回阀管和止回阀盘。液压阀可以是压力平衡的。当仅在第一位置或仅在第三位置而不是在这两个位置两者中打开所述至少一个凹槽时，所述至少一个凹槽可以显著增加通过液压阀的流体流量。一旦阀芯行程进入第一位置和/或第三位置，所述至少一个凹槽就可以显著地增加通过液压阀的流体流量，或者可以在阀芯行程在第一位置和/或第三位置中行进预定距离之后这样做。所述至少一个凹槽可以是均匀的，或者可以具有较小的凹槽部分和较大的凹槽部分。与没有所述至少一个凹槽相比，所述至少一个凹槽使流体流量增加至少50％、100％或甚至200％。阀芯可以包括相同尺寸的多个孔，或者可以包括具有至少两种不同尺寸的多个孔。

本发明的另一个目的是提供一种用于凸轮相位器的液压阀，该凸轮相位器包括阀芯组件，该阀芯组件包括在阀壳体的中心开口中能够轴向移动的阀芯。该阀芯组件具有轴向地布置在阀芯内的第一止回阀和第二止回阀，第一止回阀和第二止回阀防止流过阀芯组件的液压流体在分别与第一操作接头和第二操作接头相关联的通过阀芯的第一开口的第一流动中和通过阀芯的第二开口的第二流动中从阀芯组件的内部空间意外流出。所述阀芯组件至少具有第一位置、第二位置和第三位置。当阀芯组件处于第一位置中时，液压流体能够从第一操作接头流动到第二操作接头，当阀芯组件处于第二位置中时，液压流体不在第一操作接头和第二操作接头之间流动，并且当阀芯组件处于第三位置中时，液压流体能够从第二操作接头流动到第一操作接头。操作接头和第二操作接头根据阀芯的位置打开和闭合。止回阀能够在阀芯组件的供应管上轴向移动，并且具有相反的打开方向。第一止回阀可以抵靠在阀芯的凹部上，并且第二止回阀可以邻接在止回阀盘上。止回阀盘可以固定到供应管的端部。止回阀盘和供应管可以设置成一体。阀芯可以包括多个并入阀芯外侧上的至少一个凹槽中的孔，其中当在第一位置或第三位置或第一和第三位置两者中打开所述至少一个凹槽时，所述至少一个凹槽显著增加通过液压阀的流体流量。阀芯可以包括均具有相同尺寸的多个孔。阀芯可以包括具有至少两种不同尺寸的多个孔。所述至少一个凹槽可以偏离所述孔。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节可以从有利实施例的随后的描述和附图中得到。在不背离本发明的精神和范围的情况下，在前面的描述中所陈述的特征和特征组合以及在附图描述和附图中单独地陈述和示出的特征和特征组合不仅可以在分别陈述的组合中使用，而且可以在其它组合中使用或单独使用。使用相同的附图标记表示相同或功能等同的元件。为了清楚起见，可能元件没有在所有附图中被指定附图标记，但是没有失去它们的关联，其中：

图1示出了本发明的油控制阀组件的示例性实施例；

图2示出了用于本发明的内燃机的凸轮相位器的油控制阀的另一个示例性实施方案的组装视图；

图3示出了现有技术阀芯的示例性实施例，其中阀芯中的开口计量油流量；

图4示出了现有技术阀芯的第二示例性实施例，其中阀芯中的开口计量油流量；

图5示出了阀芯的第一示例性实施例，其中阀芯中的开口计量油流量；

图6示出了与图5的阀芯相似的阀芯的第二示例性实施例，但开口具有不同的尺寸；

图7示出了具有0mm行进(起始位置)的本发明的油控制阀组件的另一实施例；

图8示出了具有1.5mm行进(中间或保持位置)的根据图7的油控制阀；

图9示出了具有3mm行进(端部位置)的根据图7的油控制阀；

图10示出了用于具有孔但没有凹槽的阀芯的流速与阀芯行程的关系的图表，该阀芯例如是图3的阀芯；

图11示出了用于具有孔和以孔直径开始的凹槽的阀芯的流速相对于阀芯行程的图表，该阀芯例如是图4的阀芯；

图12示出了用于具有孔和在孔开口后方0.8mm开始的凹槽的阀芯的流速相对于阀芯行程的图表，该阀芯例如是图5的阀芯；

图13示出了用于具有较少的孔和在孔开口后方0.5mm开始的凹槽的阀芯的流速与阀芯行程的图表，该阀芯例如是图6的阀芯；

图14示出了壳体中的流通孔；

图15示出了小的流动面积；

图16示出了对应于暴露凹槽以增加流动的位置的增加的流动面积；

图17示出了在阀芯中的流通孔；

图18示出了在端口边缘处的孔边缘；

图19示出了增加的流动面积；以及

图20示出了具有从孔偏移的凹槽的示例性阀芯组件。

具体实施方式

本发明涉及一种用于内燃机的凸轮相位器的油控制阀，其中阀芯由外部致动器定位并且具有凹槽。在现有技术中，通过打开所钻的通道孔上的端口来实现从供应通道到控制通道的流量的计量。当阀芯移动并且端口开始打开时，仅孔的小区域未被覆盖以使油流动。这在凸轮相位器油控制阀中是重要的，其中中间位置用于保持相位器位置，并且在保持位置的任一侧上(提前或延迟)需要小流量以补偿泄漏。当希望相位器快速移动时，额外的阀芯行进露出较大的面积并增加流量。然而，与现有技术不同，本发明使用钻出的通道孔来计量保持位置附近的流量，并且将凹槽进一步放置到允许增加流量以用于快速相位器移动的行进中。有利的是，油控制阀是压力平衡的。有利的是，油控制阀可以包括设置成一体的止回阀管和止回阀盘。

图1示出了本发明的油控制阀100的示例性实施例。油控制阀100包括中心阀壳体10、弹簧12、校正盖14、弹簧16、止回阀18、流动盘20、供给过滤器22、卡环24、阀芯组件26、阀芯30、第一止回阀32、第二止回阀33、供应管34和止回阀盘40以及弹簧38。板式止回阀32、33轴向布置在阀芯30中并且可在供应管34上轴向移动，并且具有相反的打开方向。它们抵靠在阀芯30的凹部和止回阀盘40上。供应管34延伸穿过阀芯30的内部空间21，并且供应管34的右端定位在阀芯30的凹部中。止回阀盘40固定到供应管34的左端，左端包括进入止回阀32、33之间的径向供应开口41。阀壳体10具有阶梯状的孔，该阶梯状的孔具有从其伸出的工作接头(操作接头)A，B，其中压力平衡的中空活塞30可在孔内轴向移动，并且以第一外径D3在孔部分内能够以密封方式以公差移动。中空活塞30在所述第一外径D3之后相邻地具有带有大外径D2的侧表面和带有小外径Dl的侧表面。引入到中空活塞30的空腔中的供给压力首先施加到由小外径Dl形成的突出的圆形表面，使得力F1在轴向方向上是有效的。供给压力其次施加到由大外径D2减去第一外径D3形成的突出的环形表面，使得力F2在相反的轴向方向上起作用。由于圆形表面至少几乎与环形表面相同，所以中空活塞30是压力平衡的。在美国专利9739182中进一步讨论了压力平衡的、也称为压力补偿的中空活塞30，该专利通过引用而整体并入本文。

第一止回阀32和第二止回阀33防止流过阀芯组件的液压流体在分别与第一操作接头A和第二操作接头B相关联的通过阀芯30的第一开口42的第一流动以及通过阀芯30的第二开口43的第二流动中从阀芯组件的内部空间21意外流出。开口42、43可以是钻出的孔。

阀100至少包括图1所示的第一位置(起始位置)、第二位置(中间或保持位置)和第三位置(结束位置)。在起始位置中，第二操作接头B通过供应管34、阀芯30的径向供应开口41和第三开口44以及第二止回阀33连接到流体供应P，导致油从A到B的凸轮扭矩再循环。为了液压地供应凸轮相位器，提供多个接头A、B、P、T1(位于壳体10的中心)、T2(位于左端上)。在所示的中间位置中，阀芯台肩45、46阻挡A和B以保持凸轮相位器的位置。在中间位置中没有再循环或排气。在端部位置中，第一操作连接A经由供应管34、阀芯30的径向供应开口41和第三开口44以及第一板式止回阀32连接到流体供应P，导致油从B到A的凸轮扭矩再循环。图2示出了用于内燃机的凸轮相位器的油控制阀100的另一个实施例的组装视图。该油控制阀包括中心阀壳体10、弹簧12、校正盖14、弹簧16、止回阀18、流动盘20、供给过滤器22、卡环24、阀芯组件26、阀芯30、止回阀32、止回阀33、供应管34和流动盘35、卡止件36和弹簧38。阀芯组件26或阀芯30或这两者包括位于阀芯30外侧上的一个或多个凹槽50。板式止回阀32、33轴向布置在阀芯30中并具有相反的打开方向。它们可选择地抵靠在阀芯30的凹槽、流动盘35或单独的止回阀盘(未示出)上。阀芯30的第一和第二开口42、43合并到凹槽50中，当凹槽50中的一个凹槽在阀100的第一或第一位置打开时，这允许增加流体流量。

图3示出了现有技术阀芯30的示例性实施例，其中阀芯中的开口42、43计量油流量。

图4示出了现有技术阀芯30的第二示例性实施例，其中阀芯中的孔(也称为开口)42、43计量油流量。与图3的阀芯30提供的油流量相比，图4的阀芯30具有改进的油流量，但是改进的油流量是以在保持位置处的控制为代价的。

图5示出了阀芯30的第一示例性实施例，其中阀芯30中的开口42、43计量油流量。图5的阀芯包括凹槽50，当阀芯30行进到足以打开凹槽50并允许额外的油流过时，该凹槽允许增加油流。该阀芯30提供了类似于图3的阀芯30的对保持的良好控制，而且一旦阀芯行进到足以打开凹槽50，则提供了类似于图4的阀芯30的高流速。如可以看到的，凹槽50偏离开口(钻出的孔)42、43。这些凹槽50允许增加油流速，也可以称为高流速凹槽50。通过选择凹槽50的尺寸，可以控制阀芯30每毫米行程的速率流量增加。凹槽50的尺寸越大，则阀芯30每毫米行程的流速增加越大。这些高流速凹槽50不同于已经结合到阀芯中的其它凹槽。例如，用于去除污染物的凹槽将不能提供由本发明的凹槽50提供的额外的油流量。

图6示出了与图5的阀芯30类似的阀芯30的第二示例性实施例，但是开口42、43具有不同的尺寸。

流量与围绕保持位置的行进的关系可以通过控制边缘处的孔42、43的尺寸和数量来设定。因此，由图5的阀芯30在保持位置周围提供的油流量小于由图6的阀芯30提供的油流量，因为图6的一些开口小于图5的那些开口。

图7示出了与根据图1的阀100非常相似的油控制阀100。与图1相比，供应管34和止回阀盘40设置成一体。这简化了制造并减少了零件的数量。在具有0mm行进的起始位置，第二操作接头B经由供应管34、径向供应开口41和阀芯30的第三开口44以及第二止回阀33连接到流体供应P，导致油从A到B的凸轮扭矩再循环。第一操作接头A另外连接到储箱接头T1。为了液压地供应凸轮相位器，提供了多个接头A、B、P、T1(位于壳体10的中心)、T2(位于左端)。

图8示出了具有1.5mm行进(中间位置或保持位置)的油控制阀100。在中间位置，阀芯台肩45、46阻挡A和B以保持凸轮相位器的位置。在中间位置中没有再循环或排气。

图9示出了具有3mm行进(端部位置)的油控制阀100。在端部位置，第一板式止回阀32导致油从B到A的凸轮扭矩再循环。第二操作接头B另外连接到储箱接头T2。

阀芯30的开口42、43可以合并到凹槽50中，当凹槽50中的一个凹槽在根据图5或图6所示的实施例的阀100的第一或第一位置中打开时，这允许增加流体流量。

图10是用于具有孔42、43但没有凹槽的阀芯30的流速与阀芯行程的图表，该阀芯例如图3的阀芯30。

图11是用于具有孔42、43和以孔直径开始的凹槽50的阀芯30的流率与阀芯行程的图表，该阀芯例如图4的阀芯30。凹槽50大大地增加了流速。注意，阀芯运动的流量增加率大大提高。

图12是用于具有孔42、43和在孔开口后方0.8mm开始的凹槽的阀芯30的流速与阀芯行程的曲线图，该阀芯例如图5的阀芯30。

这里，流速基本上与图10匹配，其不包括凹槽50，直到距离孔0.8mm，凹槽打开并且流量增加。

图13是用于具有较少的孔和在孔开口后方0.5mm开始的凹槽50的阀芯30的流速与阀芯行程的曲线图，该阀芯例如图6的阀芯30。

这里，由于与图10相比孔较少，所以流速降低。一旦阀芯从孔移动0.5mm，凹槽50打开并且流量增加。

来自孔开口42、43的流速和来自凹槽50的流速可以被认为是总流速。每毫米阀芯行程(其中凹槽50被打开)的流量增加量通常是对于给定的阀芯行程的总流量增加量的相当大的部分，其中凹槽被打开。换句话说，与凹槽50未打开的情况相比，凹槽50打开的情况下的流量增加显著增加。有利地，从凹槽50的流量增加是由孔开口42、43提供的流量增加的至少50％，其中对于一些实施例来说甚至更多。例如，与来自孔302的流量增加相比，凹槽50可以提供至少100％、或至少200％、或甚至更多。

图14示出了壳体48中的流通孔47。

图15示出了小的流动面积。在现有技术装置和本发明中，在凹槽50不暴露以增加流量的情况下，出现小的流动面积。

图16示出了增加的流动面积，其对应于凹槽50被暴露以增加流动的位置。

图17示出了阀芯30中的流通孔43。

图18示出了在第二操作接头B的端口边缘处的孔43的孔边缘。

图19示出了孔43的增加的流动面积。

图20示出了与根据图7的阀100类似的示例性阀芯组件26。与图7相反，阀芯30的开口42、43可以合并到凹槽50中，当凹槽50中的一个凹槽在阀100的第一或第一位置打开时，这允许增加流体流量。根据图5所示的凹槽50，凹槽50与开口42、43错开。因此当仅开口42、43的边缘打开时，流量减小。当阀芯30移动并露出凹槽50时，流量增加。围绕中心的流动提供了良好的控制以维持固定的相位器位置。当希望将相位器从一个位置快速移动到另一个位置时，不覆盖凹槽50会增加流量。供应管34和止回阀盘40被设置为一体。这简化了制造、减少了泄漏并提高了油控制阀100的寿命。

尽管已经详细描述了本发明的几个实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离本发明的教导的情况下，可以在其中进行改变、替换、变换、修改、变化、置换和变更，本发明的精神和范围由所附权利要求书阐明。