CN101087933B - 用于内燃机的凸轮轴调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的凸轮轴调节器(1)，其中在一驱动轮(2)和一配设于凸轮轴的从动件之间的相对角度关系能够通过在一外转子(3)和一内转子(6)之间的压力室(9、10)的液压加载进行调节，其中驱动轮(2)由塑料制造，并且配设于驱动轮(2)的外转子(3)由金属制造。当在外转子(3)和内转子(6)之间的至少一个支承面(4)材料结合或形锁合地容纳在一由塑料制造的驱动轮(2)中时，得到特别好的连接和减少安装多样性。

Description

用于内燃机的凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的凸轮轴调节器。
背景技术
从DE 10211607A1已知一种用于相对于内燃机的曲轴调节和固定一凸轮轴的相对旋转角位置的凸轮轴调节器。在此，一液压调节装置在此具有一个配设于驱动轮的外转子以及一个通过从动件与一凸轮轴相连的内转子。在外转子和内转子之间构成压力室，在其液压加载后，驱动轮和从动件之间的角度关系能够改变。
在所述文献中建议，用一种能承受高负荷的塑料整体地制造驱动轮和至少一个其他功能部件。按第一实施方式，驱动轮和外转子以及两个另外的构件整体地由塑料制造。对于一可选择的设计，外转子作为单独构件由塑料或者一传统材料如金属制造，并装入一与驱动轮整体构成的盖板中。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种凸轮轴调节器，它在良好的制造可能性、使用数量较少的构件和重量较小时是满足功能或者功能优化的。
按本发明，该目的通过以下技术特征实现，即：用于内燃机的凸轮轴调节器，其中在一驱动轮和一配设于凸轮轴的从动件之间的相对角度关系能够通过在一外转子和一内转子之间的压力室的液压加载进行调节，其中驱动轮由塑料制造，并且配设于驱动轮的外转子由金属制造，外转子的至少一个支承面由一金属的镶嵌体构成，所述镶嵌体材料结合或形锁合地容纳在一由塑料制造的基体中。
本发明的基础认识在于，对于DE 10211607A1的上述第一实施方式，外转子和内转子之间的一支承面由塑料构成，这不仅对于一由金属制成的接触对而且对于一同样由塑料制成的接触对来说在支承性能、滑动性能和磨损以及工作强度方面可能不理想。例如，如果对于外转子使用一热固性塑料形式的塑料，那么事实表明，此类热固性塑料会包含矿物质。这些矿物质导致在内转子的由金属制成的滑动表面上出现更高的磨损和更大的摩擦，在最坏的情况下会导致凸轮轴调节器的失效。另一方面，对于DE 10211607A1的上述第二实施方式来说已证明，一金属支承面嵌入一围绕的塑料体中要求一额外的可能并非必要的安装步骤。此外，由于一这样的安装，可能为支承面提供另一自由度和间隙和加工误差，这可能损害凸轮轴调节器的运行。
因此，按本发明外转子的支承面借助一金属镶嵌体构成，它材料结合地容纳在一由塑料制成的基体中。通过该材料结合的容纳，能够避免并不希望的自由度、间隙和不必要的安装步骤。然而，按本发明能够使用一金属镶嵌体，使得提供一金属的支承面，由此，在滑动平面上能够避免增大的磨损和增大的摩擦。按本发明的基体要么可能是驱动轮本身，要么可能是另一构件如法兰，它通过相应的固定元件摩擦锁合、形锁合和/或材料结合地、必要时在其他构件的中间连接下与驱动轮相连。
按本发明的扩展结构，镶嵌体设计为在圆周方向上环绕，并除了支承面之外，构成一压力室的边界。照此，镶嵌体设计为具有多重功能，包括支承功能和压力室的操作固定的构造。在此，镶嵌体能够径向向外地限制压力室和/或在圆周方向上可能构成对于内转子的边界或者止挡。通过镶嵌体在圆周方向上的环绕的结构，构成一坚硬的封闭环形结构。此外，镶嵌体由此与多个沿圆周分布的压力室的位置和定向相关联。
为了改善外转子和基体之间材料结合(stoffschluessigen)的连接，上述构件的至少其中一个可以具有连接元件。此类连接元件能够是筋条、径向凸起或者径向凹槽，在其中可以加入一连接剂如粘合剂、熔化的材料或者上述构件之一的注塑材料，或者在其上堆积。由此，能够扩大在材料结合的连接剂和外转子和基体之间的接触位置的表面。同时，外转子和基体之间的要传递的力由于连接元件支撑在较大的平面上。被传递的力能够在适当的构造上在剪切力之间通过连接元件在一外壳表面区域内传递，而法向力能够通过径向凸起以及凹槽传递。
在优选的按本发明的凸轮轴调节器上，驱动轮由一复合材料或者一纤维复合材料制造。例如在此能够使用热塑性塑料或者热固性塑料或者使用由热塑性塑料和热固性塑料共同制造的材料。由此，根据材料选择和材料组合，可以以适当的方式影响驱动轮的机械特性。
按本发明的另一建议，内转子(也)由塑料构成。内转子具有至少一个材料结合地与它相连的由金属制成的支承面。照此，对于转子本身来说，能够利用对于由塑料的设计来说已知的、例如在DE 10211607A1所述的优点，无论内转子还是外转子都额外具有由金属制成的支承面，这在滑移性和工作强度方面证明是有利的。
与本发明的扩展结构相应地，驱动轮连同一皮带轮或者链轮由塑料构成，并且通过固定元件与设计为法兰的由塑料制成的基体相连，它又材料结合地连接到镶嵌体上。照此，驱动轮的加工-其例如要求制出具有复杂的轮齿结构的轮齿-使单独地加工具有镶嵌体的法兰成为可能，其中能够根据要求使用相同或者不同的制造方法、相同或者不同的材料。但是同样，通过驱动轮和法兰之间的固定元件以及法兰和镶嵌体之间材料结合的连接能够提供一运行牢固的连接。
对于固定元件不与驱动轮或法兰的通常使用的材料共同作用的情况，有利的是，固定元件和驱动轮和/或法兰的加强嵌件一起发挥作用。例如，此类加强嵌件能够是金属部件如插入部件，它们例如以其外表面与驱动轮或者法兰的其它材料相比在保证一良好的力导入时支撑。加强嵌件的一些容纳凹部在此可以设计为用于与固定元件有目的地连接。例如能够插入此螺纹中，借助螺纹将固定元件旋紧。由此，在同时良好地导入和传递力情况下，凸轮轴调节器的特别紧凑的结构成为可能。
按本发明的另一设计，法兰和链轮或者皮带轮之间的连接在链轮或者皮带轮的轮齿的径向内部实现.在此，链轮或者皮带轮以及其轮齿的轴向尺寸由从驱动件如链条或者皮带要传递的力决定和规定，由此得出凸轮轴调节器的轴向结构长度的最小值.按本发明，能够优化地使用结构空间，因为一链轮或者皮带轮的本来存在的内部空间用于在法兰和链轮之间设置连接点.在此，例如链轮或者皮带轮能够具有一轴向向内指向的与法兰旋紧的桥形接片.按本发明的另一优点在于，通过驱动件如皮带传递到驱动轮上的力没有以大的倾覆力矩传递到内转子和凸轮轴调节器的其他构件上.如果桥形接片、法兰或它们之间的连接点大致沿轴向大约设置在驱动轮的中间，得出一优化的解决方案.
当固定元件在一个小于压力室外直径的半径上发挥作用时，得出按本发明的凸轮轴调节器的更紧凑的结构。由此，一方面，能够减小凸轮轴调节器的径向的结构尺寸，因为避免了不必要的不被利用的特别是在压力室和皮带轮之间的结构空间。另一方面，对于驱动轮的规定的尺寸，能够扩大压力室的外直径，这可能导致在改变液压作用的情况下更好地操作。
为了进一步改进凸轮轴调节器，镶嵌体和基体通过一注塑过程材料结合地相互连接。照此，镶嵌体能够除了其运行中的功能外在制造过程中作为用于一注塑过程的造型表面使用，通过在其上注塑材料。注塑压过程同时保证在支承体和基体之间一特别好的材料结合的连接。
附图说明
本发明的其他特征由在下述说明和附图得出，在附图中示意地示出本发明的各实施例。附图中：
图1示出按本发明的凸轮轴调节器的一部分的横截面图，包括一外转子和一由塑料制成的具有材料结合的镶嵌体的基体以及可旋转地支承在外转子中的内转子；
图2示出按本发明的凸轮轴调节器的纵向半剖视图，其中由塑料制成的驱动轮通过一固定元件与一法兰相连；
图3示出一由塑料制成的驱动齿轮，包括径向向内指向的用于容纳固定元件的接片；
图4示出一驱动轮的纵向半剖视图，包括一桥形接片或者一接片和插入该桥形接片或者接片中的插入部件；
图5示出一驱动齿轮的局部横截面图，包括径向向内指向的接片和设置在其中的插入部件；
图6示出一按本发明的凸轮轴调节器的横截面图，其中固定元件径向向内拉伸，使得其与凸轮轴调节器的纵向轴的距离小于压力室的外直径；
图7示出由塑料制成的一驱动齿轮，它通过一支承件连接在凸轮轴调节器的外壳上。
具体实施方式
本发明涉及一本身已知的液压凸轮轴调节器1.该凸轮轴调节器具有一驱动轮2，它在所示的实施例中设计为皮带轮.一外转子3与驱动轮2牢固地连接，该外转子特别设置在径向上位于驱动轮2的内部.外转子3设计具有支承面4，它们与一圆柱体的外表面的各段相应，以及用于压力室5的径向隆起.按图1所示的实施例，设置四个支承面4以及四个压力室5，它们均匀地分布在圆周上.在外转子3中，可绕凸轮轴调节器1的纵向轴线相对于该外转子相对旋转地设置一内转子6，该内转子抗扭地与凸轮可连接或连接.内转子6具有与外转子3的支承面4相应设计的支承面7以及翼状径向凸出部8，其中按图1所示的实施例设置四个支承面7和四个凸出部8.它们任意或均匀地分布在内转子的圆周上.支承面4和7在圆周方向上形成密封，凸出部8的端面在径向上位于外部地在密封的情况下紧贴在一配设的压力室5上，使得在圆周方向上在凸出部8两侧构成压力室9、10.通过适当地加载压力室9、10，在外转子3和内转子6之间的相对角度能够改变，由此为了调节阀门的开放时间，能够改变在驱动轮2和一凸轮之间的角度关系.
按图1，无论压力室5还是支承面4都借助一在圆周方向上环绕的金属镶嵌体11构成，它具有大约恒定的壁厚。镶嵌体11材料结合地容纳在一基体12中，它按图1所示的实施例设计为与驱动轮成整体的，或者设计为能够牢固地与驱动轮2相连的单独的构件。
图2示出一凸轮轴调节器1’的纵剖视图。在该凸轮轴调节器，驱动轮2’设计为与向内突起的轴向大致居中设置的接片13成整体的，它们在凸轮轴调节器1’一纵向轴X-X方向上延伸过驱动轮2’的运行齿部(Laufverzahnung)宽度的三分之一到四分之一，并任意或均匀地分布在圆周上，参见图3。一法兰14紧贴于接片13的端面，该法兰设计为与外转子3’成整体的。接片13和法兰14摩擦锁合、形锁合和/或材料结合地互相连接和/或通过按图2设计为螺栓的固定元件15互相连接。为此，接片13以及法兰14具有带螺纹或者不带螺纹的合适的孔16。在此，带螺纹或者不带螺纹的孔16能够直接在构成驱动轮的材料中制出，或者按图4通过加强嵌件17提供，特别是例如由金属制成的插入部件，它们优选地材料结合地设置在驱动轮2其他成整体的元件上。
在驱动轮2、外转子3、支承面4、内转子6、支承面7、凸出部8、镶嵌体11、基体12、接片13和/或法兰14方面存在下述设计方案：
-上述构件能够由任意塑料制造或者由一纤维复合材料。特别是使用任意组合的热塑性塑料或者热固性塑料
-此外，一能够设置任意复合材料，例如一塑料连同一铁金属或者一非铁金属。在热膨胀系数方面，它们能够互相适应，使得例如塑料、纤维复合材料或者复合材料具有与由其他材料制成的相邻构件相同的热膨胀系数。特别是从动侧设置的构件亦即与凸轮牢固相连的构件比驱动侧设置的构件特别具有一更大的热膨胀系数。
-上述构件能够组合成构成单件式或多件式的单元。例如驱动轮2、外转子3、具有镶嵌体11的支承面4、接片13和基体12以及法兰14设计为由一种或多种材料或者复合材料制成的一体的结构空间优化的构件。
-为了减轻重量和改进安装可能，在上述构件中能够设置凹处(Taschen)。
-驱动轮2和镶嵌体11能够在必要时在与其他(分)体中间连接的情况下例如通过旋紧力锁合地互相连接、例如通过铆钉形锁合地互相连接，或者例如通过粘合、注塑或者整体的制造材料结合地互相连接，其中上述连接可能性的组合也是可以考虑的。
-非塑料元件能够用作用于旋紧的辅助手段，例如，在“铸入”或者“铸后”技术的基础上。例如，“铸入”技术指一具有螺纹的金属衬套，它以一种形式注塑包封，而作为一“铸后”技术的示例，一具有螺纹的金属衬套是可以考虑的，它在浇铸过程后插入到一塑料部件中。
-金属元件或者分体(Teilkoerper)能够作为增强材料插入其他材料中，例如，用于扩展均匀和/或增强、构成支撑材料和提高构件刚性。
-材料及其定位的一种选择能够作为热结构参数使用，其中根据不同元件及其容积份额将膨胀系数调节到希望的目标值。
-加强嵌件或者插入部件的使用能够特别用于安装力的损失减到最小并允许直接旋紧.
-按图1，外转子能够直接嵌入一塑料材料中。例如，该塑料材料与外转子的结合能够直接在一注塑过程中完成，或者借助一后来的安装。
图6示出一配属于按图2的实施例的局部横截面图。在此可以看出，法兰14不具有圆形的外形轮廓，而是在连接区域中径向向外地凸出到接片13上。此外可以看出，外转子3具有包括压力室5的部分区域，该压力室径向相应凸出，并且固定元件15在凹槽18或者径向向内定向的凹处的区域中与外转子连接。由此，固定元件15能够朝小的半径“向下拉”，使得固定元件15在一半径上发挥作用，该半径位于压力室5的外直径35的范围内或者小于该外直径。在此，固定元件15、接片13和一可能的法兰14和凹槽18优选地轴向设置在驱动轮2的端面33、34或压力室5的相应的端面之间，使得也出现一小的径向的结构尺寸。
图7示出一对于驱动轮2”的示例性的构造，包括配设的构件，在此为一齿环19、一支承件20和一外壳21。
外壳21特别设计为板件，具有一大致圆柱形的外表面22，并包括凸轮轴调节器1”的其他构件。支承件20牢固地支撑在外表面22上，特别通过一材料结合的连接。为此，支承件20具有一空心圆柱形的支承桥形接片23，它径向地在内部紧贴于外表面22上并在至少一个轴向的端面上与外壳21材料结合地相连接。支承桥形接片23特别在一过渡半径的中间连接下过渡为一环形片状的基体24，它与纵向轴线X-X同轴地定向，并再次过渡为一空心圆柱形外体25，其包括一环绕的凸出部26或者在基体24对面的端部区域内的凸缘。
齿环19在一轴向端面区域内紧贴于凸出部26，而齿环19的相对置的端面具有一径向向内凸出的径向的突缘27，它紧贴于基体24上或者在基体24和外体25之间的过渡区域上。在径向内部特别是大致中间的位置，齿环19具有一环绕的或者沿局部圆周设置的连接区域29，它大致延伸过齿环19的一半宽度。连接区域29与外体25的外表面材料结合地连接。
对于齿环19、支承件20和外壳21来说，全部上述材料或者材料组合都能够使用。作为一示例性的实施方式，齿环的制造由塑料、特别是热固性塑料是可以考虑的，而支承件20和外壳21由金属制造。
附图标记清单：
1凸轮轴调节器
2驱动轮
3外转子
4支承面外转子
5压力室
6内转子
7支承面内转子
8凸出部
9压力室
10压力室
11镶嵌体
12基体
13接片
14法兰
15固定元件
16孔
17加强嵌件
18凹槽
19齿环
20支承件
21外壳
22外表面
23支承桥形接片
24基体
25外体
26凸出部
27突缘
28连接区域

Claims (11)

1.用于内燃机的凸轮轴调节器(1)，其中在一驱动轮(2)和一配设于凸轮轴的从动件之间的相对角度关系能够通过在一外转子(3)和一内转子(6)之间的压力室(9、10)的液压加载进行调节，其中驱动轮(2)由塑料制造，并且配设于驱动轮(2)的外转子(3)由金属制造，其特征在于，外转子(3)的至少一个支承面(4)由一金属的镶嵌体(11)构成，所述镶嵌体材料结合或形锁合地容纳在一由塑料制造的基体(12)中。
2.按权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，镶嵌体(11)设计为绕圆周方向环绕的，并且除了支承面(4)之外，形成压力室(9、10)的边界。
3.按权利要求1或2所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，外转子(3)和/或基体(12)具有连接元件。
4.按权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，驱动轮(2)由一复合材料制造。
5.按权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，内转子(3)由塑料制成，并且具有至少一个与内转子形锁合或材料结合地相连接的由金属制成的支承面(4)。
6.按权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，具有齿环(19)的驱动轮(2)、皮带轮或者链轮由塑料构成，通过固定元件(15)与由塑料制成的法兰(14)相连，该法兰材料结合地连接到镶嵌体(11)上。
7.按权利要求6所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，固定元件(15)与齿环(19)和/或法兰(14)的加强嵌件(17)共同发挥作用。
8.按权利要求6所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，凸缘(14)和齿环(19)之间的连接在径向上位于齿环(19)内部地实现。
9.按权利要求6所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，固定元件(15)在一半径上发挥作用，该半径小于压力室(5)的外直径。
10.按权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，镶嵌体(11)和基体(12)通过一注塑过程材料结合地互相连接。
11.按权利要求4所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，驱动轮(2)由一纤维复合材料制造。
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