CN101360890A - 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。在凸轮轴调节器中弹簧元件通常设置在外壳的内部，该弹簧元件影响凸轮轴调节器的位置预定值和位置影响的力矩关系。按照本发明，在凸轮轴调节器(1)中于壳体(4)之外设置了弹簧元件(29)，其中弹簧元件(29)的弹簧基点通过穿过壳体(4)的销钉(21)支撑，销钉(21)与转子(6)抗扭连接。

Description

用于内燃机的凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及按权利要求1前序部分所述的用于内燃机的凸轮轴调节器。本发明尤其涉及一种凸轮轴调节器，借助其可以按照控制装置的指示针对性地改变凸轮轴与驱动元件之间的角位置，从而影响燃烧室加料、燃烧条件、功率数据以及废气量，其中所述驱动元件例如通过牵引机构被内燃机曲轴驱动。
背景技术
在US 6,311,654 B1中公开了一种叶片式凸轮轴调节器，其中，链轮驱动凸轮轴调节器的壳体，在壳体中，作为转子构成的从动元件抗扭地通过中心螺栓与凸轮轴拧连。转子所配叶片按照下述方式设置在壳体的压力室中，即，根据对压力室进行液压式加载的不同情况，转子并因此凸轮轴可以相对于壳体和驱动轮向“前”或“后”调节。该公开文本中所反映出的问题是，用于加载压力室的液压泵通常由曲轴驱动，这就会导致液压油的流动在内燃机具有低转速的情况下有可能降低。这一点会导致凸轮轴调节器被不期望地调节。
为了排除前述类型的问题，在JP A 9 264 110中公开了在驱动元件和从动元件之间连接一个扭簧。就此而言，扭簧在凸轮轴调节器的壳体内在一个基点处支撑在链轮上，同时扭簧的另一基点支撑在转子上。
该方案在US 6,311,654 B1中被看作是有问题的，因为通过扭簧的容纳处有可能会在凸轮轴调节器的压力室之间产生旁路，旁路会导致不期望的工作状态，甚至导致凸轮轴调节器发生故障。为了避免该问题，US 6,311,654，B1中提出了将压力室和叶片沿径向设置在扭簧元件容纳处之外，从而可以在壳体内的沿径向的空间中进行合适的密封。不过这样一来却使得凸轮轴调节器的中的径向长度变大。这种变大的径向尺寸可以在US 6,311,654 B1中通过下述内容避免，即，一方面压力室以及另一方面扭簧容纳处沿轴向上下设有沿径向相交的延伸部。通过圆环形的隔盘避免了液压介质通过弹簧元件容纳处在单独压力室之间转移，该隔盘连接在压力室和容纳处之间。
DE 40 32 586 A1中公开了一种通过控制活塞操作的凸轮轴调节器，其中平行于在驱动轮和凸轮轴之间的调节腔设有一扭簧装置，其用于传递近似平均的扭矩。这种方案基于如下认知，即，为了进行不同方向上的调节必须要在凸轮轴调节器内产生具有相反方向的扭矩，而扭矩的值对于不同方向来讲却有可能不同，因此，例如通过驱动运动和/或摩擦关系，对于不同调节方向的扭矩需求来说示有一个不等于零的平均力矩。为了将需要在凸轮轴调节器中产生的力矩限定在所需最大值与平均力矩的差值上，并且不限定在否则会更大的绝对极值上，该公开文本提出通过能量存贮器提供平均力矩，其中能量存贮器作为平行于调节腔连接在驱动轮和凸轮轴之间的扭簧装置构成。扭簧装置独立于凸轮轴调节器构成。
DE 690 28 063 T2公开了另一种使用了用于影响凸轮轴调节器力矩关系的扭簧元件的方案。
DE 198 20 638 A1公开了将扭簧置入凸轮轴调节器内以用于平衡所谓钳轮或齿轮的齿隙，也可参见US 5,056,613、US 4,747,321、US4,739,670、US 3,365,973和US 2,607,238。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种凸轮轴调节器，其在以下方面均得到改良：安装、所需径向和/或轴向构造空间、对凸轮轴调节器中力矩关系的影响、以及/或者弹簧元件在凸轮轴调节器的驱动元件和/或从动元件上的连接。
按照本发明该目的通过独立权利要求1的特征得以解决。发明方案的其它结构相应在从属权利要求2至14的特征中给出。
本发明首先基于如下认知，即，在驱动元件和凸轮轴之间连接一个弹簧元件以用于影响凸轮轴调节器的力矩关系有时是具有缺点的。这种连接要求采取合适的措施以用来将弹簧元件连接在凸轮轴上，这会提高对凸轮轴、凸轮轴质量、凸轮轴质量惯性矩、和/或凸轮轴占用空间的制造成本。另一方面，这类弹簧元件不能在制造凸轮轴调节器的时候就进行安装，而是只能在凸轮轴调节器装上凸轮轴后才能安装。
此外本发明还基于如下认知，即，就US 6,311,654 B1所对应的方案而言，弹簧元件必须被装入凸轮轴调节器的壳体内。这一点导致弹簧元件例如对于打开的壳体而言必须在壳体局部准确定位的同时还要保证壳体内部的可达到性的情况下钩入。此外由于设置在壳体内的扭簧，所以在US 6,311,654 B1中具有液压介质在单独压力室之间通过弹簧元件的容纳处而移动的危险这一问题。
按照本发明，弹簧元件作用在壳体与从动元件之间。就此而言，弹簧元件可以直接支撑在壳体或从动元件上或者只是间接地处在与壳体或从动元件抗扭连接的组件的中间连接之下。
此外按照本发明还公开了将弹簧元件设置在壳体之外。由此可以实现的是，在无须具有凸轮轴的情况下就可以对壳体进行安装、尤其是给壳体安装处于其内的从动元件，包括对壳体进行封闭，然后再安装弹簧元件。弹簧元件的安装甚至可以在制造凸轮轴调节器时进行以便形成一个结构单元，随后只须将该结构单元与凸轮轴连接。
对于在壳体之外设置弹簧元件的方案而言具有多种多样的不同实施例：
a)例如从动元件可以拥有尤其呈空心圆柱形的隆起部，该隆起部
-在处于壳体与外表面之间的密封件下通过壳体从内向外延伸，
-在壳体外部的外表面区域内实现弹簧元件的连接，并且
-对于安装了凸轮轴的凸轮轴调节器而言沿径向在内容纳着凸轮轴。
b)在本发明的一种替代或补充方案中，弹簧基点支撑在段部件上。该支撑元件抗扭地与设置在壳体中的从动元件连接。从动元件就此而言可以与段部件件一体或多体地构成。壳体的壁具有空隙。支撑元件延伸通过该空隙，从而在壳体之外施加在支撑元件上的力量可以通过该空隙传递至从动元件。壳体的壁的这一空隙就此而言这样构成，使得壳体与支撑元件并从而与从动元件之间的相对转动得以实现。支撑元件可以独立于弹簧元件构成或与其集成，其中弯曲回弹系数可以主要由弹簧元件提供或由弹簧元件与支撑元件一起通过刚性的串联提供。
当支撑元件作为销钉构成的时候，可以获得一种特别的半成品，对于这种半成品而言可以简单有利地预先确定机械特性。
这种销钉与从动元件尤其与叶片式凸轮轴调节器的转子的简单连接可以根据本发明另一种方案通过压合座提供。
本发明进一步公开了壳体壁内的空隙设有沿圆周方向的、例如以弯槽或“香蕉形”槽为形式的延伸部，从而实现了壳体与支撑件之间在这种空隙或槽内的相对转动。
为了避免液压介质从凸轮轴调节器的压力室逸出，尤其是避免液压介质在各个压力室之间移动，本发明进一步公开了在前述空隙的周围区域内在壳体与转子之间设置密封件。密封件可以例如
-如开文所述一方面通过压力室的径向垫片并另一方面通过空隙的垫片在密封区域的中间连接之下进行，
-通过密封盘或密封元件、例如迷宫式密封件、密封环或类似物进行。
作为弹簧元件可以是由弹性材料例如弹簧钢或例如弹性体制成的任意弹簧、例如拉力弹簧或压力弹簧、螺旋弹簧。根据本发明的一个特殊建议，弹簧元件由螺旋形扭簧构成，其中弹簧题在凸轮轴调节器的圆周方向上延伸，优选具有大于360°的延伸角。
弹簧元件可以设置在凸轮轴调节器的端面上。优选将弹簧元件设置在凸轮轴调节器的面向气缸头的端面上，从而弹簧元件被设置在凸轮轴调节器壳体与气缸头之间。对立的、凸轮轴调节器的背向气缸头的端面上可以相应地为其它功能所用，例如用于通过中心螺栓给凸轮轴调节器装上凸轮轴、用于引导液压介质或者用于端面的调节单元。
根据本发明的一种特别紧凑的方案，弹簧元件沿径向设置在凸轮轴调节器的驱动轮以内。就此而言，凸轮轴的驱动元件可以拥有中心孔或环槽，弹簧元件被容纳在其中。孔或环槽可以起保护和/或引导弹簧元件的作用，该功能和弹簧元件的容纳处并不需要增大凸轮轴调节器的结构空间。
通过遮盖件可以保护弹簧元件不会受到污染和机械损伤并可以在轴向上限界以防止偏移和弯曲，从而弹簧元件沿轴向设置在壳体与遮盖件之间。
在本发明的另一种方案中，弹簧元件可以为了安装(和拆卸)以简单的方式在基点区域内钩入到从动元件、支撑元件和/或壳体中、或者钩入到与这种组件抗扭连接的组件中。就此而言，弹簧元件拥有至少一个可以例如钩入到钩环、销子或接片中的钩形弹簧基点。
另外本发明还认识到，要想解除这种钩形弹簧基点就得在弹簧元件的弹性加载之下移动弹簧元件。就此而言弹簧元件的总弹性会不适合用来预先提供一个足以将弹簧元件从所配组件解除的力以避免弹簧元件例如在内燃机工作时被不期望地解除。本发明公开了弹簧元件在弹簧基点的周围区域中沿径向支撑在一个止挡件上。这种支撑作用在与弹簧基点与所配组件的钩挂得到解除的方向相同的方向上。这样的结果是，对于弹簧元件的解除而言，弹簧元件的总刚性不是决定性的，而是由于使用了止挡件，所以对于弹簧元件的解除来说改变了的边缘条件也是有影响的，其中改变了的边缘调节会影响、尤其会提高用于解除弹簧元件的力量级。
本发明的优选改型在从属权利要求、具体实施方式和附图中给出。说明书中提及的特征及多个特征组合的优点仅为举例，而不是必须非得由按照本发明的实施例实现。其它特征可以从附图-尤其是从所示几何图形和多个组件彼此相对尺寸及其相对设置方式及作用连接方式-中获得。本发明不同实施例特征的组合也可以偏离所选的权利要求引用关系并可以就此得到启示。这一点还涉及那些在单个附图中所展示的或者在附图说明中所提到的特征。这些特征也可以与不同权利要求的特征组合。本发明的其它实施例同样可能省略了权利要求书中描述的特征。
附图说明
本发明的其它特征通过下面的描述以及所属附图给出，附图中示意性地示出了本发明的实施例。其中：
图1示出按照本发明的连有凸轮轴的凸轮轴调节器的纵截面；
图2示出在面向气缸头的侧面方向上观察的凸轮轴调节器端面，其中没有将弹簧元件遮盖的盖子；
图3示出按照图2的端面视图，其中具有将弹簧元件遮盖的盖子。
具体实施方式
图1以纵截面示出装有凸轮轴2的凸轮轴调节器1。在图示实施例中，就凸轮轴调节器1而言涉及的是一种已知的叶片式构造方式。凸轮轴调节器1拥有在所示实施例中作为链轮3构成的驱动元件。链轮3通过未示出的牵引机构抗扭地与另一个和曲轴连接的链轮保持驱动连接，牵引机构在这里是链条。链轮3与外壳4或外壳4的一部分抗扭地连接。在外壳4中，围绕凸轮轴调节器1的纵向轴线5-5可相对转动地设置转子6，转子6与凸轮轴2抗扭连接。在壳体6中设有压力室7，与转子6固定连接的叶片可以随着转子6相对于壳体4的转动在压力室7内按照加载液压介质的比例转动。对于所示实施例而言，对压力室7的压力加载通过凸轮轴调节器1的端面上的引导通道进行。转子6与凸轮轴2之间的固定连接在所示实施例中借助中心螺栓8进行，中心螺栓8以端面旋入凸轮轴2的带有螺纹的中心孔中。转子6被限制并固定在凸轮轴的端面9和中心螺栓8的头部10之间并也可能处于其它组件18的中间连接之下。中心螺栓8在背向凸轮轴2的侧面上拥有端面上的盲孔11，其内含有适合用于给凸轮轴调节器1加载液压介质的液压元件。通过合适的尤其是径向的通道，实现液压介质从盲孔11导向压力室7。
壳体4由近似U形的半节体构成，该半节体拥有近似沿轴向定向的基臂12以及平行的、沿径向定向的侧臂13、14。侧臂13、14沿径向向内包围转子6。侧臂13、14的在径向上靠内的端面15、16构成一个既与凸轮轴2的外表面17连接又与和转子6抗扭连接的组件18连接的间隙、接触面、或者密封面。就所示实施例而言，侧臂13、14由两个基本圆环形的盘件23、24构成。侧臂14的盘体24拥有空心圆柱形的隆起部22，隆起部22具有向着气缸头延伸并沿径向在外支承链轮3的孔38。盘件24、隆起部22和链轮3在所示实施例中一体地构成。
基臂12由壳体4的空心圆柱形外壁形成，其具有沿径向向内定向的凸起部以用于在圆周方向上对压力室7进行限界。从而壳体4拥有彼此独立构成却又相互密封的盘件23、24和外壁。在侧臂13、14和可相对于其转动的转子6之间设有密封件19，密封件19阻止润滑物从一个压力室违规地进入相邻的压力室并且/或者沿径向进入凸轮轴调节器1之内或之外。密封件19可以作为在侧臂13、14和转子6的面向侧臂13、14的端面之间的狭窄间隙或接触面构成。亦可以设置迷宫式密封件、附加密封元件例如密封环或类似物。
转子6拥有平行于纵向轴线5-5定向的孔20，孔20可以作为通孔或盲孔构成。孔20的纵向轴线距纵向轴线5-5的距离大于在凸轮轴调节器范围内的凸轮轴2的直径，并且小于压力室7内部界限的直径。在孔20中精确配合地尤其是压配合地置入了一个作为圆柱销钉21构成的支撑元件。销钉21无接触地尤其是在构成间隙26的情况下在面向气缸头的侧面上延伸通过盘件24的空隙25并在这一面向气缸头的侧面上从具有末端区域27的盘件24凸出。末端区域27在孔38中沿径向设置在隆起部22之内。
从图2可以看出，空隙25作为沿圆周方向延伸的槽28构成。弹簧元件29拥有钩形的弹簧基点30、31，它们通过螺旋形的、在圆周方向上以多个绕圈延伸的扭簧32彼此弹性地连接。钩形的弹簧基点30钩形地弯过近似180°的圆周角并拥有比末端区域27的外径略大的直径并且围绕着末端区域27，而钩形的弹簧基点31则钩形地弯过近似90°的圆周角并钩入到隆起部22的沿径向向内定向的凸起部33中。弹簧元件29由弹性材料、尤其由弹性金属形成。对于图示实施例而言，扭簧32的弹簧丝拥有基本呈矩形的横截面。沿圆周方向围绕纵向轴线5-5相对于凸起部33偏转大约60°设有一止挡件34，其半径近似对应于凸起部33的内半径，扭簧32支撑在该止挡件34的外表面上。为了安装弹簧元件29，在基本结束凸轮轴调节器1本身的安装并结束壳体4的组装时将弹簧元件29的钩形弹簧基点30钩入到销钉21的末端区域27中。另外扭簧32的所属区域贴靠在止挡件34上。在扭簧32的在凸起部33和止挡件34之间沿圆周方向延伸的区域受到加载时，钩形弹簧基点31沿径向向内弹性变形。钩形弹簧基点31于是钩入或卡入到凸起部33中。也可以另行支撑扭簧43的其它局部区域，例如在另一销钉35的区域内，该销钉35与销钉21相应构成并延伸通过相应的空隙36且支撑在扭簧32的沿径向在外的侧面上。优选为了避免阻碍转子6与壳体4之间的转动的摩擦，扭簧32被构造为具有在单独绕圈之间的间隙。
在隆起部22中沿径向在内置入了盖子37。对于所示实施例而言，该盖子作为圆垫圈式的金属片构成，其中金属片的内孔拥有比销钉35、21的外侧半径略大的半径。盖子37沿径向在外向着气缸头弯曲。盖子37在置入隆起部22期间沿径向向内变形并就图1所示实施例而言沿径向压在隆起部22的内孔38上并摩擦配合地附着在该内孔38中。为了附加的合型，隆起部22可以具有合适的槽。
附图标记
1凸轮轴调节器
2凸轮轴
3链轮
4壳体
5纵向轴线
6转子
7压力室
8中心螺栓
9端面
10头部
11盲孔
12基臂
13侧臂
14侧臂
15端面
16端面
17外表面
18组件
19密封件
20孔
21销钉
22隆起部
23盘件
24盘件
25空隙
26间隙
27末端区域
28槽
29弹簧元件
30弹簧基点
31弹簧基点
32扭簧
33凸起部
34止挡件
35销钉
36空隙
37盖子
38孔

Claims (14)

1.用于内燃机的凸轮轴调节器，具有
a)被驱动的壳体(4)，
b)从动元件(转子6)，其能够与凸轮轴(2)抗扭连接并能够为了凸轮轴调节器(1)的调节运动而相对于壳体(4)转动，
d)在被驱动的壳体(4)和从动元件(转子6)之间作用的弹簧元件(29)，
其特征在于，所述弹簧元件(29)被设置在所述壳体(4)之外。
2.按权利要求1所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧基点(30)支撑在支撑元件(销钉21)上，该支撑元件(销钉21)
a)抗扭地与设置在壳体(4)中的从动元件(转子6)连接，并且
b)穿过壳体(4)的壁的空隙(25)，其中实现了壳体(4)与支撑元件(销钉21)的相对转动。
3.按权利要求2所述的凸轮轴调节器，其特征在于，支撑元件(销钉21)被相对于从动元件支撑，该从动元件作为叶片式凸轮轴调节器(1)的转子(6)构成。
4.按权利要求3所述的凸轮轴调节器，其特征在于，支撑元件作为销钉(21)构成。
5.按权利要求4所述的凸轮轴调节器，其特征在于，销钉(21)通过压合座与转子(6)连接。
6.按权利要求2至5之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，壳体(4)的壁具有沿圆周方向延伸的空隙(25)，支撑元件(销钉21)在实现相对转动的前提下穿过该空隙(25)。
7.按前述权利要求3至6之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，在转子(6)与壳体(4)之间在空隙(25)的周围区域内设有密封件(19)。
8.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)由螺旋形扭簧(32)构成。
9.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)被设置在凸轮轴调节器(1)的面向气缸头的侧面上。
10.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)沿径向设置在凸轮轴调节器(1)的驱动元件或驱动轮(链轮3)之内。
11.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，凸轮轴调节器(1)的驱动元件(隆起部22)拥有中心的孔(38)或环槽，该孔或环槽内容纳弹簧元件(29)。
12.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)在轴向上被设置在壳体(4)与遮盖件(盖子37)之间。
13.按前述权利要求之一所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)拥有至少一个钩形弹簧基点(30，31)，该弹簧基点钩入到从动元件(转子6)、支撑元件(销钉21)、和/或壳体(4)、或者与这类组件抗扭连接的组件之中。
14.按权利要求13所述的凸轮轴调节器，其特征在于，弹簧元件(29)在弹簧基点(30)的周围区域内沿径向支撑在止挡件(34)上，弹簧基点(30)与从动元件(转子6)、支撑元件(销钉21)或壳体(4)的钩挂在该径向上得到解除。
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