CN101160454A - 用于可变地调整内燃机换气阀控制时间的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于可变地调整内燃机换气阀控制时间的装置，该装置具有内部转动件(3)和外部转动件(4)，其中一个部件与凸轮轴(2)抗扭连接、另一个部件与曲轴传动连接。外部转动件(4)可转动地支承在内部转动件(3)上。此外，在外部转动件(4)上构成至少一个通过侧壁(5、6)和内部转动件(3)限制的液压室(7)。内部转动件(3)包括一个轮毂件(3b)和至少一个叶片(3a)，其中，内部转动件(3)的叶片(3a)延伸到每个液压室(7)内，并且将该液压室(7)分成两个彼此相对作用的压力室(10、11)。在内部转动件(3)或者外部转动件(4)的面向另一部件的面上设有槽(8)，槽(8)内设有密封条(9)，其中，在槽(8)的槽底(12)与密封条(9)之间设有弹簧件(13)，该弹簧件(13)将密封条(9)压向另一部件的对立面。依据本发明提出，弹簧件(13)同时作为密封件构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于可变地调整内燃机换气阀控制时间的装置，其具有内部转动件和外部转动件，其中，一个部件与凸轮轴抗扭连接、另一个部件与曲轴传动连接，其中，外部转动件可转动地支承在内部转动件上，并且在外部转动件上构成至少一个通过侧壁和内部转动件限制的液压室，其中，内部转动件包括轮毂件和至少一个叶片，并且，内部转动件的叶片延伸到每个液压室内并将该液压室分成两个彼此相对作用的压力室，其中，在内部转动件或者外部转动件的面向另一部件的面上构成槽，槽内设置密封条，并且在槽的槽底与密封条之间设置弹簧件，该弹簧件将密封条压向另一部件的对立面。
背景技术
这种类型的装置在现有技术中早已公开。例如US 6.484.678 B2介绍了一种解决方案，其中，内部转动件通过中心螺栓与内燃机的凸轮轴螺栓连接。外部转动件通过链条或者通过齿轮皮带与曲轴作用连接并可向内部转动件转动地支承在内部转动件上。此外，外部转动件具有在切向上相距的颚板，颚板从外部转动件的径向内置圆周面径向向内延伸。颚板的径向内置限制面处于内部转动件上并因此作为支承面使用。此外，通过颚板确定出外部转动件上的空隙，该空隙通过内部转动件和两个侧壁得到压力密封的封闭并因此作为液压室使用。在内部转动件与外部转动件之间(通过外部液压加载控制)引起相对旋转运动。就此而言，内部转动件作为叶轮构成，该叶轮由一个轮毂件和与其整体构成的叶片组成。叶片连接在轮毂件的外部圆周面上并在径向上向外延伸。此外，每个叶片嵌入液压室内并将其分成两个彼此相对作用的压力室。通过各压力室的相应加载，可以使内部转动件相对于外部转动件在“提前止动”直至“滞后止动”之间进行调整。
这种装置的另一实施方式例如在DE 198 08 618 A1、DE 199 51391 A1和DE 102 53 496 A1中有所介绍。这里与第一实施方式的区别在于，内部转动件的单个或多个叶片和轮毂件单独加工。叶片设置在叶片槽内，后者在轮毂件的外壳面上构成。叶片将液压室分别分成两个彼此相对作用的压力室。通过液压室各段的相应加载，可以使内部转动件相对于外部转动件在“提前止动”直至“滞后止动”之间进行调整。作为对这种实施方式的替代，叶片槽也可以装在外部转动件的内表面上并将叶片设置在那里。
为确保将叶片径向向外压在液压室的径向外置末端上，以便因此将液压室的两个段借助叶片密封隔开，DE 199 63 094 A1、DE 198 08619 A1和DE 199 14 047 A1公开了在携带叶片的叶片槽的叶片槽底内设置一个板式弹簧件，该板式弹簧件给叶片施加径向向外的力。
这些装置的问题在于这种情况，即在液压室的压力室之间或在对立的“相邻液压室的压力室”之间会流过相当高的泄漏流。其中，油从处于较高压力下的压力室通过叶片与外部转动件之间的间隙或通过内部转动件与外部转动件之间的间隙在支承部位的区域内流向处于较低压力下的各压力室。
虽然减小间隙可以减少泄漏，但增加了摩擦并由于较小的公差增加了加工成本并因此使本身的加工费用更高。
这个问题的解决方案在US 6.484.678中有所介绍。在叶片径向外置的面上和在外部转动件支承面的区域内，构成基本上轴向分布的径向槽。在这些槽内设置密封条，密封条借助弹簧件压向各个另一部件的相对面。弹簧件一面支承在槽的槽底上、另一面支承在密封条上。因此内部转动件与外部转动件之间的间隙得到封闭并降低泄漏。
虽然利用这种解决方案已经可以达到提高装置效率的目的，但泄漏损失一如既往仍是这种装置的问题。这种泄漏另外由此产生，即液压油从一个压力室渗入携带密封条的槽内并通过槽底流向另一个压力室。特别是在凸轮轴上具有高反应力矩的情况下，这种泄漏途径导致凸轮轴与曲轴之间不稳定的相位。
泄漏状况是这种装置的一个重要标准，因为从中要同时确定尺寸、即调节装置的安装空间和重量并由此影响阀门、油泵等的设计。
上述解决方案方面的缺点是，在相位的中间位置上在槽内会出现增加的泄漏，在那里密封条处于液压室两个区域之间的交替的压力负荷下。在此方面，密封条在槽内交替翻倒，从而会导致泄漏增加。特别是在具有大量液压室和叶片的情况下，其中的泄漏损耗累加到一个可观的数量级。
虽然通过减小槽和密封条的公差尺寸或通过提高泄漏间隙内的摩擦系数可以达到降低内部泄漏的目的，但是在此方面所需的加工精度却导致显著增加制造成本，为此尚无可取的途径从根本上改善泄漏行为、特别是调节装置内部的泄漏形为。附加的密封件也增加了成本，除此之外还以不利的方式增加了调节装置的重量。
发明内容
本发明的目的因此在于，对开头所述类型的装置进行深造，特别是降低内部泄漏损耗。但与此同时调节装置的制造成本却没有或没有明显增加。此外，调节装置通过采取的措施并未变重。在调节装置的安装方面，所提出的措施没有负面影响。此外重要的是，所要提出的解决方案免于维护，这样一来，调节装置的维护费用并未受到不利影响。总之，调节装置产生更高的效率，而如重量或者制造成本等其他因素没有受到负面影响。
该目的通过本发明由此得以实现，即弹簧件同时作为密封件构成并至少一定程度上防止液压油从密封条的一个侧面通过槽底向密封条的另一个侧面流动。
由此为液压油提供一个密封屏障，其通过槽底与径向内置的密封条端面之间的间隙的全部径向距离延伸，其中，单件的数量并由此安装费用没有增加。
在本发明的一种具体构成中提出，槽在外部转动件的支承面上构成，外部转动件通过该支承面支承在内部转动件上，密封条和弹簧件设置在该槽内。由此有效抑制相邻液压室的相邻压力室之间的泄漏流。
其中既可以在“内部转动件由一个轮毂件和相对于轮毂件单独加工的叶片组成”的装置实施方式中、也可以在“单个或者多个叶片与轮毂件整体构成”的装置中使用密封条和作为密封件构成的弹簧件。
此外，叶片与轮毂件一体地构成，槽在叶片的径向外部区域上构成，密封条和弹簧件设置在该槽内。由此彼此相对地密封液压室的彼此相对作用的压力室。
当然也可以设想这种实施方式，其中无论是在叶片与外部转动件之间还是在内部转动件的轮毂件与外部转动件之间均具有密封条，其中，密封条借助作为密封件构成的弹簧件压在各自相对的部件上。
在本发明的一种具体构成中，弹簧件具有至少两个密封边或者密封面，它们密封紧贴在密封条的径向内置的端面上和槽底上。
优选让弹簧件在一个与内部转动件的旋转轴线垂直的剖面上沿轴向具有恒定的横截面。弹簧件此外可以在轴向上基本上通过密封条或槽底的整个宽度延伸。
弹簧件利用至少一个密封边或者密封面，最好利用两个密封边或者密封面平面地紧贴在密封条的径向内置的端面上和/或槽底上。
依据本发明的一种构成，弹簧件固定设置在密封条的径向内置的端面上，也就是说，弹簧件和密封条然后形成一个结构单元。其中，弹簧件可以粘接在密封条的径向内置的端面上。也可以让弹簧件在密封条的径向内置的端面上得到硫化。
依据另一构成，槽在其槽底上的宽度大于里面装入密封条的区域内的槽宽度。弹簧件在此方面优选以其设置在槽底上的段具有与槽底宽度配合的宽度。
弹簧件可以在一个与内部转动件的旋转轴线垂直的剖面上具有例如T形、双T形或者Z形的造型。同样可以设想在与转动件旋转轴线垂直的剖面上为圆形、椭圆形或者矩形造型。
弹簧件可以由金属，特别是由弹簧钢组成。作为材料也可以选择塑料例如硅合成橡胶。金属可以采用涂层材料至少部分地涂层或由其包层。在此方面，作为涂层材料最好使用热塑性或热固性塑料或者合成橡胶。
弹簧件可以一体地构成或者由多个部分组成。
通过所提出的解决方案产生不同的优点：
调节装置中的内部泄漏损耗明显降低。从一个叶片侧面通过槽底向另一个叶片侧面和相邻液压室的相邻压力室之间的泄漏油流在一定程度上得到消除。因此提高了调节装置的效率。特别是，在中间位置中，密封条在其槽内的泄漏损耗大大减少；这种损耗下降可达90％。
通过本发明的建议，这一点以加工技术上非常简单的方式完成，从而通过本发明的转换没有产生值得一提的附加成本。如果取消用于减少泄漏的其他措施，相反则可以降低成本。具体地说，无须苛刻地确定内部转动件和外部转动件的公差、或密封条和容纳密封条的槽的公差，因为通过所提出的措施在较大公差情况下也能确保密封性。
调节装置的安装、具体地说是依据本发明装备密封边或者密封边的弹簧件的装入可以采用非常简单并因此低成本的方式进行。在此方面，调节装置的安装非常简单；与上述公知的解决方案中的情况相比，将所提出的弹簧件装入槽内可以更加简单地实施。
依据本发明的部件不需要维护，从而就此而言也没有增加成本。所提出的解决方案即使不采取任何维护措施也能绝对可靠地工作。
调节装置的重量(与上述公知的解决方案相比)实际上没有增加。如果通过本发明取消更复杂和更困难的解决方案，例如像除了弹簧件外设置密封件等，甚至可以降低重量。
提前点火自动装置的全部尺寸通过本发明的建议没有改变，从而调节装置的结构空间保持不变。所提出的解决方案可以毫无问题地转换到批量生产中。
附图说明
附图示出本发明的实施例。其中：
图1示出内燃机的大体示意图；
图1a示出沿图1b的线段C-D的无辅助机组的依据本发明装置的横截面；
图1b示出沿线段A-B的图1a所示装置的纵剖面；
图2a示出沿图2b的线段E-F的无辅助机组的另一依据本发明装置的横截面；
图2b示出沿线段G-H的图2a所示装置的纵剖面；
图3示出图1a或2a中密封条截面的放大图，密封条被容纳在槽内；
图4示出一种对图3可替换的实施方式；
图5示出一种对图3可替换的实施方式；
图6示出另一种对图3可替换的实施方式；
图7示出另一种对图3可替换的实施方式；
图8示出另一种对图3可替换的实施方式。
具体实施方式
图1示意示出一个内燃机100，其中，与曲轴101配合的活塞102处于气缸103内。曲轴101在所示的实施方式中通过各一个牵引工具传动装置104或105与进气凸轮轴106或排气凸轮轴107连接，其中，第一和第二装置1可以使曲轴101与凸轮轴106、107之间相对扭转。凸轮轴106、107的凸轮108、109操作进气换气阀110或排气换气阀111。
图1a和1b仅部分地示意示出用于变化地调节内燃机换气阀控制时间的装置1。装置1具有内部转动件3和外部转动件4，它们借助未示出的液压调整机构可以在两个终端位置之间彼此相对进行调整。示范性内容参阅介绍这种装置常见工作原理的DE 101 35 146 A1。
通过未示出的链条可以让内燃机的曲轴与一个作为链轮构成的传动轮20之间产生作用连接，该链轮20与外部转动件3抗扭连接、并且其主体同时形成第一侧壁5。未示出的调整机构产生外部转动件4与内部转动件3之间的相对旋转位置。内部转动件3通过中心螺栓21与内燃机的凸轮轴2抗扭地栓接。调节装置1围绕旋转轴线19旋转。
外部转动件4在本实施例中具有四个加工出的空隙7a，它们通过颚板7b彼此分开并形成液压室7。这些液压室(参见图1b)一方面通过已经提到的侧壁5、另一方面通过第二侧壁6限制。
内部转动件3的轮毂件3b上在本实施例中被加工出四个叶片槽8a，它们处于径向并沿轴向a延伸。在每个叶片槽8a内插入一个叶片3a。叶片3a在其已安装状态下径向一直延伸到液压室7的外部径向界线。由此液压室7分成压力室10和11，它们各自(这一点未详细示出)与可将液压油导入压力室10、11的液压管线连接。在轴向a上观察，叶片3a通过与外部转动件4宽度相符的宽度b延伸(参见图1b)。
为使叶片3a密封紧贴在液压室7的外部径向限制面上，在叶片槽底12a的区域内设置一个板式弹簧件13a，这一点如现有技术中公知的那样。
外部转动件4借助在颚板7b上构成的支承面24可转动地向着内部转动件3支承在其上面。为防止在相邻液压室7的相邻压力室10、11之间通过油的沿支承面24区域内间隙的流动而产生泄漏损耗，在外部转动件4上在支承面24的区域内分别设置一个里面设置密封条9的槽8。密封条9借助弹簧件13压向内部转动件3。在此方面，弹簧件13设置在槽8的内部、并一方面支承在槽8的槽底12上、另一方面支承在密封条9上。为防止泄漏通过槽底12从一个压力室10、11向另一个压力室10、11流动，弹簧件13作为密封弹簧件构成。在本实施例中，弹簧件13装备两个密封边或者密封面14和15。密封边或者密封面14、15一方面密封紧贴在密封条9的径向内置端面16上、另一方面密封紧贴在槽底12上并因此防止液压油从密封条9的一个侧面17、18通过槽底12向密封条9的另一个侧面17、18流动。
在一个与旋转轴线19垂直的剖面上，弹簧件13沿轴向a具有恒定的横截面。弹簧件13和密封条的轴向延伸相当于外部转动件4的宽度b。
图2a和2b示出依据本发明的装置1的第二实施方式。如图1a和1b的第一实施方式中那样，在外部转动件4的径向内置分界面上构成空隙7a，其通过径向向内凸起的颚板7b彼此分开。空隙7a由侧壁5、6和内部转动件3压力密封地封闭并因此形成液压室7。内部转动件3的叶片3a各自伸入每个液压室7内，由此液压室7被分成两个彼此相对作用的压力室10、11。通过有选择地加载一组或者两组压力室10、11，可以改变或者保持内部转动件3关于外部转动件4的相位。与图1a和1b所示第一实施方式的区别在于，在这里轮毂件3b和叶片3a一体地构成。
为将一个液压室7的压力室10、11之间的泄漏流动保持在尽可能小的程度上，在每个叶片3a中在其径向外置紧贴在外部转动件4的面上构成一个径向和基本上轴向分布的槽8，槽8内设置密封条9。密封条9借助各自的设置在槽8的槽底12内的弹簧件13压向外部转动件4。弹簧件13在这种情况下同样作为密封弹簧件构成，由此有效抑制从密封条9的一个侧面17、18向其另一个侧面17、18通过槽底12的泄漏流动。
如图2a和2b所示那样，在外部转动件4颚板7b支承面24的区域内同样可以分别设置一个或者需要时多个槽8，槽8内设置由弹簧件13压向内部转动件3的密封条9。这些弹簧件13具有优点地同样作为密封弹簧件构成，由此抑制在相邻液压室7的相邻压力室10、11之间通过槽8的槽底12的泄漏流动。同样可以设想将密封条9安置在设在内部转动件3中的槽内。在此方面需要注意的是，密封条9在内部转动件3关于外部转动件4的任何位置上均处在支承面24区域内的切向上。在这种实施方式中，也具有优点地使用密封弹簧件，其将密封条9压向外部转动件4。
图2a和2b所示实施方式中的弹簧件13可与第一实施方式(图1a和1b)的弹簧件相同构成。
图2a和2b除了示出作为链轮构成的传动轮20外还示出一个圆柱齿轮，通过该圆柱齿轮可以传动第二凸轮轴。这种构成例如在dohc发动机上使用，其中为进气门和排气门具有相邻设置的单独凸轮轴。
装置1此外具有定位装置25。该定位装置25由定位活塞26和设置在内部转动件的轴向分布的容纳处28内的弹簧27组成。弹簧27将定位活塞26压向第一侧壁5。在装置1液压油供给不够的情况下，定位活塞26在内部转动件3关于外部转动件4具有确定的相对位置的情况下嵌入在第一侧壁5上构成的凹处29内，由此内部转动件3关于外部转动件4的相位固定。内燃机运行期间，向定位活塞26的面向第一侧壁5的端面输送液压油，由此该定位活塞26整体逆弹簧27的力被压入容纳处28内并由此解除内部转动件3关于外部转动件4的定位。
图3-8示出弹簧件13的细节。这里示意示出弹簧件13、具体地说是其密封边或密封面14和15的不同构成。这些附图示出密封条9和所属的弹簧件13，它们设置在装置1第二实施方式的叶片3a上。但这些部件类似也可以处于装置1的两个实施方式的内部转动件3与外部转动件4之间的支承面24上。叶片上侧面与外部转动件4之间的间隙尺寸放大示出。
弹簧件13在剖面上可以具有不同的形状，在附图中示出了不同的可能性。部件13横截面上可以具有I形或者双T形的形状(图3和图4)。同样也可以是Z形的形状(图5)。在任何情况下，密封边或密封面14和15均一面平面地紧贴在密封条9的径向内置端面16上和一面平面地紧贴在槽底12上，从而可靠防止油在这些部位上流动。
为将弹簧件13可靠固定在槽内，依据图6-8的实施方案，槽8在槽底12的区域内加宽。正如从图9最清楚看到的那样，槽8在槽底12的区域内具有大于保持密封条9的区域内的槽宽度bF的槽底宽度bG。
图6-8再次示意示出弹簧件13的不同横截面形状，即I形或双T形的形状(图6和7)以及Z形的形状(图8)。正如所看到的那样，弹簧件13的、具体地说是其密封边或密封面15的形状与经加宽的槽底12的形状相配合。
槽8在本实施例中在轴向a上延伸；但槽8也可倾斜于轴向分布。
弹簧件13可以(如在本实施例中那样)作为单独的部件使用，其在安装时与密封条9配对。但弹簧件13也可以例如通过粘接或者通过早期硫化与密封条9连接。
弹簧件13可以由多个以适当的方式例如通过硫化胶合法、通过粘接、通过焊接或者钎焊等相互连接的单个部分组成。弹簧件可以由金属或者非金属材料或者由这些材料的组合组成。作为金属材料例如可以考虑弹簧钢或者烧结材料。弹簧件13可以具有涂层或采用密封材料包层。同样可以设想弹簧件13由例如像硅合成橡胶这种弹性塑料组成。
弹簧件13可以作为连续成型件加工，从中以密封条9或槽底的宽度b切下单件。
弹簧件13可以在采用公知的加工方法情况下制造并形成其所要求的形状，例如通过原型(铸造)、通过无切削变形、通过切削制造以及通过如粘接、涂层、熔化等其他方法制造。
附图标记
1 装置
2 凸轮轴
3 内部转动件
3a 叶片
3b 轮毂件
4 外部转动件
5 第一侧壁
6 第二侧壁
7 液压室
7a 空隙
7b 颚板
8 槽
9 密封条
10 第一压力室
11 第二压力室
12 槽底
12a 叶片槽底
13 弹簧件
13a 板式弹簧件
14 密封边或者密封面
15 密封边或者密封面
16 径向内置端面
17 第一侧面
18 第二侧面
19 旋转轴线
20 传动轮
21 中心螺栓
24 支承面
25 锁止机构
26 定位活塞
27 弹簧
28 容纳处
29 凹处
100 内燃机
101 曲轴
102 活塞
103 气缸
104 牵引工具传动装置
105 牵引工具传动装置
106 进气凸轮轴
107 排气凸轮轴
108 凸轮
109 凸轮
110 进气换气阀
111 排气换气阀
a 轴向
b 叶片或槽底的宽度
bG 槽底宽度
bF 槽宽度
Claims (11)
1.用于可变地调整内燃机换气阀控制时间的装置，其具有
-内部转动件(3)和外部转动件(4)，其中一个部件与凸轮轴(2)抗扭连接、另一个部件与曲轴传动连接，
-其中，外部转动件(4)可转动地支承在内部转动件(3)上，以及
-在外部转动件(4)上构成至少一个由侧壁(5、6)和内部转动件(3)限制的液压室(7)，
-其中，内部转动件(3)包括轮毂件(3b)和至少一个叶片(3a)，
-其中，内部转动件(3)的叶片(3a)延伸到每个液压室(7)内并将该液压室分成两个彼此相对作用的压力室(10、11)，
-其中，在内部转动件(3)或者外部转动件(4)的面向另一部件的面上构成槽(8)，
-槽(8)内设置密封条(9)，并且，在槽(8)的槽底(12)与密封条(9)之间设置弹簧件(13)，弹簧件(13)将密封条(9)压向另一部件的对立面，其特征在于，
-所述弹簧件(13)同时作为密封件构成并且至少在一定程度上防止液压油从所述密封条(9)的一个侧面(17)通过所述槽底(12)流向所述密封条(9)的另一个侧面(18)。
2.按权利要求1所述的装置，其中，叶片(3a)与轮毂件(3b)一体地构成，槽(8)在叶片(9a)的一个径向外部区域上构成，密封条(9)和弹簧件(13)设置在该槽(8)内。
3.按权利要求1所述的装置，其中，槽(8)在外部转动件(4)的支承面(24)上构成，外部转动件(4)通过该支承面(24)支承在内部转动件(3)上，并且密封条(9)和弹簧件(13)设置在该槽(8)内。
4.按权利要求1所述的装置，其中，弹簧件(13)具有至少两个密封边或者密封面(14、15)，它们密封地紧贴在密封条(9)的径向内置的端面(16)上和槽底(12)上。
5.按权利要求1所述的装置，其中，弹簧件(13)利用至少一个密封边或者密封面(14、15)、优选利用两个密封边或者密封面(14、15)平面地紧贴在密封条(9)的径向内置的端面(16)上和/或槽底(12)上。
6.按权利要求1所述的装置，其中，弹簧件(13)固定地设置在密封条(9)的径向内置的端面(16)上。
7.按权利要求1所述的装置，其中，弹簧件(13)由金属组成。
8.按权利要求1所述的装置，其中，弹簧件(13)由塑料组成。
9.按权利要求8所述的装置，其中，塑料为硅合成橡胶。
10.按权利要求7所述的装置，其中，金属采用涂层材料至少部分地涂层或由其包层。
11.按权利要求10所述的装置，其中，涂层材料为合成橡胶。
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