CN101438033B

CN101438033B - 用于凸轮轴调节器的锁定构件

Info

Publication number: CN101438033B
Application number: CN2007800160901A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·克莱伯
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Holding China Co Ltd
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-04-11
Also published as: US20090114502A1; DE102006020314A1; CN101438033A; JP5143823B2; EP2021589A1; US8245677B2; KR101444475B1; WO2007128640A1; EP2021589B1; KR20090016685A; JP2009535563A

Abstract

本发明涉及一种用于为凸轮轴调节系统传递力的插入构件(3)。所述插入构件(3)具有用于接收力的第一区(1)和用于引开所述力的第二区(2)，所述第一区(1)具有端面(4)，所述端面(4)以如此方式布置，即它借助于锁定构件(7)而具有用于接收所述力的至少一个力传递点，所述第二区(2)以如此方式布置，即它借助于定子构件(6)而具有用于引开所述力的力传递面。

Description

用于凸轮轴调节器的锁定构件

技术领域

本发明涉及一种插入构件、一种锁定布置、一种用于为汽车内的凸轮轴调节系统传递力的方法以及所述插入构件用于为汽车内的凸轮轴调节系统传递力的用途。

背景技术

在现代汽车中，使用能控制内燃机的阀门开启时间的凸轮轴调节系统。阀门开启时间是通过凸轮轴控制的，所述凸轮轴由安装在轴上的“凸轮”组成。当所述轴旋转时，所述凸轮与例如阀门杆形成接触，使得阀门杆开启所述阀门，以便因此引导燃料混合物进入内燃机的汽缸，或在燃烧过程之后把废气引导出所述汽缸。

阀门开启时间是通过所述凸轮的布置并通过所述凸轮轴的旋转速度来决定的。所述凸轮轴经常联结，用于撞击所述内燃机的曲轴。如果所述凸轮轴与所述曲轴之间的连接包括一个固定不变的连接，那么阀门开启时间就不得不在所述内燃机的早期建造阶段决定。在所述内燃机的操作期间，对阀门开启时间的随后调节就不再可能。

为了使上述调节有可能，使用即使在内燃机的操作期间也使控制阀门间隙成为可能的凸轮轴调节系统，由液压控制器DE 10 2004 019190实施了所述凸轮轴调节系统的一种可能的实现。为了传递力，以旋转固定的方式进行安装的从动件或转子构件紧固到凸轮轴的端部，并且设计成为了把力传递到主动轮或定子构件上，所述主动轮或定子构件以旋转固定的方式连接到所述曲轴上。因此，所述主动轮和从动轮以特定方式的旋转使得在所述曲轴和所述凸轮轴之间调节阀门开启时间成为可能。

为了在所述凸轮轴和所述曲轴之间的相位(phase position)中实现这一相对变化，可以通过液压凸轮轴调节系统来确保所述相。在压力室内，以抗旋转的方式安装到主动件上的翼形成第一和第二压力室。所述凸轮轴到所述曲轴的相对位置可以根据所述第一与第二压力室的压力水平的比进行调节。然而，如果没有液压力，所述凸轮轴就会有相当大量的间隙(play)，因为所述翼可以在所述压力室内自由移动。另外，汽车泵上通常建立液压油压力，所述汽车泵根据转速而提供液压。在所述油压力突然停止时，例如，在发动机失速或者在发动机的起动运转期间，以固定的比将所述凸轮轴固定到所述曲轴上是很重要的。

为了此目的，使用位于所述转子构件的孔内的“锁定销”，所述锁定销包括套筒，伸缩件可以通过弹簧在所述套筒内缩回以及延伸。如果油压力停止，弹簧力使所述锁定销延伸并进入例如闭合盖的切口(cutout)内，因此防止所述凸轮轴与所述曲轴之间的间隙。

发明内容

本发明的目的是改善凸轮轴与曲轴之间的力的传递。

通过一种插入构件、一种布置、一种用于在凸轮轴调节系统内传递力的方法以及所述插入构件在凸轮轴调节系统内的使用来实现此目的。

在一示例性实施例中，提供一种用于为凸轮轴调节系统传递力的插入构件。所述插入构件具有用于接收所述力的第一区和用于引开所述力的第二区，所述第一区具有端面。所述端面以如此方式布置，即它具有用于接收所述力的至少一个力传递点，其中，所述力传递点以如此方式布置，即它可以联结到锁定构件；所述第二区以如此方式布置，即它具有用于引开所述力的力传递面，其中，所述力传递面以如此方式布置，即它可以联结到定子构件。

在另一个示例性的实施例中，提供一种锁定布置，其用于为凸轮轴调节系统传递力。根据一示例性实施例，所述锁定布置具有锁定构件、定子构件和上述插入构件。

在另一个示例性的实施例中，提供一种方法，其用于为凸轮轴调节系统传递力。力由锁定构件借助于插入构件的端面的至少一个力传递点来接收并且借助于所述插入构件的力传递面来从所述插入构件引开到定子构件。

在另一个示例性实施例中，在凸轮轴调节系统中使用上述插入构件。

术语“力传递点”被理解为指的是基本上零维设计的力传递连接，术语“力传递面”被理解为指的是基本上二维设计的力传递连接。此外，力传递点同样可以是二维设计的，其中，所述力传递点在其二维面积方面基本上小于力传递面的面积。力传递点的面积可以例如小于力传递面的一半、小于三分之一或小于四分之一。

术语“转子构件或转子”指的是以抗旋转的方式连接到所述凸轮轴上的部件。术语“定子构件或定子”指的是所有与所述凸轮轴旋转固定的构件或所有传递所述曲轴的扭矩的构件，例如，定子盖、锁定盖、定子或锁定构件。

本发明提供用于为凸轮轴调节系统传递力的一种插入构件和一种锁定布置，在液压力下降时，该布置确保所述凸轮轴调节系统的定子和转子构件之间的锁定成为可能。本发明包括插入构件，所述插入构件改善了连接到所述凸轮轴的转子构件和由所述曲轴操作的定子构件之间的力通量(force flux)。如果压力室中的液压力停止，那么锁定构件就使例如紧固在所述转子内的锁定销移动到所述定子的切口内，以便因此即使液压力停止时也可防止所述转子与所述定子之间的相对转动。在这一连接期间，出现强力，所述强力不得不通过所述锁定销从所述凸轮轴传递到所述曲轴并反过来从曲轴传递到凸轮轴。这里的力传递面极其小，且因此力通量就集中在力传递点上。这里，对材料的要求极为苛刻，以便所述材料承受实际上点载荷。另外，所述定子的切口经常形成于固定地连接到所述定子上的前盖或锁定盖内。将力传递集中到小的表面上导致了对于所述锁定盖必须使用极其硬且耐久的材料，这转而也导致了大重量和高成本。

根据本发明，插入构件现在被引入到例如在所述锁定销和所述锁定盖之间的力通量内。该插入构件可以在小的接收表面、“力传递点”上以集中的方式从所述锁定销接收力，并且可以借助于按设计而有目的地布置的力传递面将所述力引开到所述锁定盖。由于力通量分散在所述插入构件的力传递面上，所述锁定盖的表面载荷(N/m²)显著减少，并因此可以使用更轻更软的材料，例如铝或铸造材料。

以下说明所述插入构件的改进，这些改进也适用于所述布置和所述方法及所述使用。

根据另一个示例性实施例，所述端面形成扁平表面。所述端面以如此方式布置，即它利用所述锁定构件形成力传递点。通过所述端面仅以扁平表面抵靠所述锁定销，因此有可能形成力传递点，并因此防止所述端面的强制引导。如果，例如，有多个力传递点，则所述锁定销可能变得堵塞，从而造成强制力或夹紧力，锁定螺栓不再可以自动释放。通过将力传递减少至只有一个力传递点，防止了强制力，并因此总是可以释放所述锁定销。

根据另一个示例性实施例，所述端面是凹或凸的。所述凹或凸的端面与所述锁定构件的凹或凸的表面轮廓相符。当传递高的力通量时，可以通过与所述锁定构件的凹或凸圆部对应的端面来增加插入件的力传递点的面积。因此增加了力传递点的面积，从而以较不集中的方式将所述力引入到所述插入构件内。如果所述端面的半径设计为稍大于所述锁定销的半径，那么确保了所述锁定销的引导，而无堵塞的风险。

根据本发明的另一个示例性实施例，所述凹或凸的端面具有至少一个凹槽。所述至少一个凹槽以如此方式布置，即它将所述端面划分为多个局部端面。由于力传递点之间的凹槽，可以确保液压力介质或润滑剂的交换，并且因此，可以用改进的方式进行锁定装置的激活或释放和解锁。另外，在所述转子和定子构件之间可以进行相对运动，因此导致在所述插入构件上形成摩擦点。借助于润滑可以减少所述摩擦点的磨损。

根据另一个示例性实施例，所述端面可以联结到具有锥状表面的锁定构件。已经证明，通过使用圆锥形锁定构件，可以改进解锁和锁定。当液压力停止时，具有锥状点的锁定销就可以更容易地引入到所述定子的指定切口。因此，如果所述插入构件与所述锁定销的该锥状表面相符，则是有利的，并因此显著地改进在力传递点处的力的传递。在这种情形下，锥角就可以大于15度或20度。

根据本发明的另一个示例性实施例，所述第二区可以紧固在所述定子构件的接收区内，在这里，可以使用紧固构件，例如，螺纹连接、焊接、压配合或铆接。

根据另一个示例性实施例，所述第二区可以用如此方式固定在接收区内，即可以在所述插入构件的第二区与所述定子构件之间提供至少一个自由度。至于凸轮轴调节系统，间隙经常在转子与定子之间出现，并不得不通过所述插入构件来补偿该间隙。如果所述定子构件的接收区被构造为使得所述插入构件可以以至少一个自由度安装在所述转子与所述定子之间的间隙方向上，那么所述插入构件可以自由移动，并因此出现改进的力传递。所述插入构件经常不得不能够在多维方向上移动，以便跟随定子与转子之间的相对移动。在这种情形下，所述插入构件的第二区就可以具有曲率，所述曲率的半径与所述转子相对于所述定子的可能移动的半径相符。

以下说明所述布置的改进，这些改进也适用于所述插入构件和所述方法及所述使用。

根据所述锁定布置的另一个示例性实施例，所述插入构件可以借助于浮动安装来安装在所述切口内。当所述插入构件安装具有多个自由度时，由于所述转子与所述定子之间的移动，可能发生磨损。为了防止这点，所述插入构件可以用浮动的方式安装，即可以配备有液压润滑剂，以便因此延长其使用寿命。

根据所述锁定布置的另一个示例性实施例，所述定子构件具有用于向所述切口提供承压液体(bearing liquid)的凹槽。为了向所述切口提供液压润滑剂，可以通过所述定子构件内的凹槽来引导液压润滑液体。

根据所述锁定布置的另一个示例性实施例，所述锁定构件设计为锁定销，其中，所述锁定销具有端区，所述端区具有圆锥形表面的轮廓。所述端区和端面形成至少一个力传递点。

以下说明所述方法的改进。这些改进也适用于所述插入构件和所述布置以及所述使用。

根据所述方法的另一个示例性实施例，所述插入构件紧固到所述定子构件的接收区，其中，所述插入构件以如此方式紧固，即在所述第二区和所诉定子构件之间提供至少一个自由度。

本发明因此提供一种有效的锁定布置，用于以抗旋转的方式将凸轮轴固定到曲轴上。利用用于在所述凸轮轴与所述曲轴之间传递力的根据本发明的所述插入构件，所述力可以用集中的方式方便地接收，并以分散的方式输出，以此方式可以选择显著更轻并更符合成本效益的相关构件。例如，到锁定盖的力通量的宽广分散使得可以使用基于铸件或铝的材料。根据本发明的插入件可以在例如汽车或轮船的内燃机内使用。

附图说明

为了进一步说明和改善对本发明的了解，下面参考附图更详细地描述示例性实施例，在附图中：

图1示出了凸轮轴调节系统的侧视图；

图2示出了具有扁平端面的插入构件的一个示例性实施例；

图3示出了具有圆形端面的插入构件的一个示例性实施例；

图4示出了具有根据一个示例性实施例的插入构件的锁定的凸轮轴调节系统的示意图；

图5示出了在定子构件中的插入构件的安装位置的示意图；

图6示出了所述插入构件的安装位置的三维图；以及

图7示出了在转子的旋转期间，所述插入构件的移动序列的示意图。

具体实施方式

各个附图中的相同或相似的部件提供有相同的附图标记，所述图中的示例是示意性的而不是按比例的。

图1示出了凸轮轴调节系统的示例，转子8以旋转固定的方式紧固在凸轮轴21上的一端，锁定构件7紧固在转子构件8内，并且，当液压力停止时，所述锁定构件7可以通过弹簧力延伸进入定子构件6的切口9中。另外，还示出了可以传递曲轴的扭矩的凸轮轴连接22，所述定子构件同样可以设计为以旋转固定的方式连接到所述曲轴22上的锁定盖6。所述转子构件8相对于所述定子构件6的相对相位通过在两个室(未示出)中的液压力来设置。当液压力停止时，需要以独立于液压力的方式固定所述转子构件8到所述定子构件6的相对相位。如果所述锁定构件7的弹簧力超过所述液压力，那么所述锁定构件7通过与所述液压力相反的所述弹簧力缩回到所述定子构件6的切口9中。如果锁定销延伸进所述开口9中，那么所述转子构件8就以抗旋转的方式固定到所述定子构件或所述锁定盖，结果，所述凸轮轴21转而以抗旋转的方式连接到曲轴。

图1中很清楚，所述转子构件8和所述锁定盖6之间的整个力通量分布在所述锁定构件7上。但是在所述转子构件8的整个宽度上将力引入到所述锁定构件7中，所述力在小的表面上以集中的方式在所述锁定盖6内输出。

图2示出了根据本发明的插入构件的一个示例性实施例。所述插入构件可以置于锁定盖6与所述锁定构件7(参见图1)之间。通过第一区的端面4，借助于锁定构件7形成力传递点，使得力可以用集中的方式被接收，并且在第二区的整个表面上以分散的方式输出到定子构件或所述锁定盖6上。所述插入构件3优选地由非常硬的材料形成，因为有时可能出现达5000N/m²至10000N/m²的表面载荷。

图3示出了插入构件3的一个示例性实施例。这里的所述插入构件3具有用于接收所述力的第一区1和用于引开所述力的第二区2，所述第一区1具有端面4。所述端面4借助于锁定构件7而具有用于接收所述力的至少一个力传递点，其中，所述第二区2借助于定子构件6而具有用于引开所述力的力传递面。

至于所述插入构件3，所述端面4可以是弯曲设计的，使得该弯曲端面可以紧靠圆形的或圆柱形的锁定销。这产生了更大的力传递面，因此，在力传递点上，所述力的传递以较不集中的方式进行，所述插入构件的材料载荷就因此而减少，所述圆形端面4的半径可以与所述锁定构件7的半径相符。然而，为了避免强制力，所述端面4的力传递点应围绕所述锁定销7分散，使得径向间隙成为可能。因为所述转子构件和所述定子构件具有间隙地相对安装，所以完全可能在所述插入构件3和所述锁定构件7之间发生几十度的移动。

另外，在图3中，所述端面4具有凹槽5，以便因此确保液压润滑剂或压力介质的流动。另外，可以借助于所述凹槽5产生径向间隙，以便因此避免强制力的风险。

至于图2和图3中的插入构件3，第二区2以弯曲的方式示出，并形成一个环状面。在这个环状面的帮助下，所述插入构件3可以置入定子构件6的切口9内。所述环形面的半径与转子构件8相对于所述定子构件6的移动半径相符。如果切口9在所述插入构件3的所述第二区2内提供至少一个自由度，所述插入构件3可以与所述转子构件8和所述定子构件6之间的移动相应地随动，并且可以用改进的方式传递所述力通量。因此所述端面可以跟随所述移动，并可以保持压靠在所述锁定销7上。

图4示意性地示出了锁定系统的力通量，所述锁定系统用于在锁定状态中的凸轮轴调节系统。如图1所示，为了锁定操作，锁定构件(即在所述转子构件8内被引导的锥形销7)进入前盖或锁定盖中，插入件3也紧固在所述前盖或锁定盖内。反过来，所述锁定销7同样可以直接引入到定子构件6′中，以便固定转子构件8和定子构件6，6′。在图4的实施例中，所述锁定盖6借助于螺纹构件14以抗旋转的方式连接到所述定子构件6′上。

在图4中，锁定构件锥形销7在端部具有锥状尖端或圆锥体，通过所述锥状尖端或圆锥体，可以补偿转子构件8和定子构件6之间的旋转间隙。所述圆锥形销包括可以缩回到套筒13中的衬套11。弹簧12与液压力相反地间隙，并且在液压力突然下降时，可以将所述套筒13缩回到切口9内。所述圆锥形销以如此方式进行构造，即，形成于所述插入构件的接触面恰好位于自粘极限(self-adhesion limit)下，并因此在任何时候自动解锁都不会发生。由此，可以将锁定活塞的弹簧锁定力调整至低水平，另外，还降低了所需的解锁压力。带有小调节深度的小于15度的小锥角具有如下缺点，即，锁定只能在小的角窗(angle window)内发生。为了减少这一缺点，锁定弹簧的力不得不反过来被适应，这反过来涉及高的最小解锁压力。通过压力辅助锁定也可以增加锁定弹簧力。

另外，图4还示出了紧固在所述转子构件8内的翼10。所述翼10把形成于所述定子和所述转子构件之间的压力室隔开成第一压力区和第二压力区，因此，取决于在各个区中引入多少油压力，所述翼的位置和整个转子构件的位置就会受到影响，所述影响。如图4所示例，如果压力突然消失，就不得不防止所述翼10以不受控的方式碰撞所述定子构件6。

由于所述锁定销7的锁定固定，可以防止所述碰撞。另外，还更好地传递力，并因此在发动机安装过程中的早在螺纹旋进所述凸轮轴期间，全部螺纹旋拧扭矩可通过所述锥形销7引导到根据本发明的特定插入构件3上。所述力通量由线K指明。

图5示出了在凸轮轴调节系统内的根据本发明的插入件3的示意图，插入构件3以其第二区2紧固到定子构件6上的相应的切口9内，以便引开所述力，所述定子构件6本身可以是定子或锁定盖6，所述定子或锁定盖6以旋转固定的方式连接到所述定子构件6上。利用所述插入构件3的第一区，可以借助于锁定构件7提供力传递点。

图6示出了凸轮轴调节系统的示意图，所述凸轮轴调节系统具有插入构件3的浮动安装。这里的所述插入构件3安装在定子构件6的切口9内。所述开口9因此允许所述插入构件3具有间隙。借助于插入构件3在其第二区2内的哥特式(即有点尖)或圆形的轮廓形状，有可能跟随所述定子构件6和转子构件8之间的移动。在所述插入构件3的第一区1中，所述插入构件3抓紧所述锁定构件7，以便因此以集中的方式传递力。另外，液压润滑液体可以置入所述切口9，以便因此防止所述定子构件6和所述转子构件8之间的移动造成的任何高度磨损。

图7示出了具有插入构件3的转子构件8相对于定子构件6的旋转序列。在所述转子构件8与所述定子构件6之间有间隙，该间隙通过上半部分内的中间空间而是显而易见的。因为所述转子构件8和所述定子构件6的中心点不是同心的，所以紧固到所述定子构件6上的所述插入构件3不得不相对于紧固到所述转子构件8上的所述锁定构件移动。因为该移动，所述插入构件3的第二区2的哥特式的或弯曲的轮廓是有利的。另外，如果使用哥特式的轮廓，就可以使用浮动安装。通过浮动安装，锁定活塞7没有由于所述转子构件8和所述定子构件6之间的间隙影响(play-affected)而经受任何额外的载荷，因为插入件是可活动的。另外，所述插入构件3可以具有不同的润滑凹槽5，因此减少了由于摩擦移动引起的早期磨损。

借助于根据本发明在锁定盖6的较大面积上的力分散，不必硬化所述锁定盖6，结果有可能节省大量的成本。另外，可以使用许多不同的材料，其中铸造材料、铝、钢、烧结材料或塑料都是可能使用的材料。例如，如果使用铝材料，那么可以为凸轮轴获得100克到230克的重量减少。另外，由于力的有利分散和传递，具有插入构件的凸轮轴调节装置的使用寿命就可以增加。

另外，应该指出的是，“包括”不排除任何其他构件或步骤，并且“一”不排除大于一。此外，必须指出的是，参考上述示例性实施例之一所描述的特征或步骤也可以结合上述其他示例性实施例的其他特特征或步骤来使用。不应认为权利要求书中的附图标记是限制性的。

附图标记

1.第一区

2.第二区

3.插入构件

4.端面

5.凹槽

6.锁定盖，定子构件

7.锁定构件

8.转子构件

9.切口

10.翼

11.衬套

12.弹簧

13.套筒

14.紧固装置，螺钉

21.凸轮轴

22.曲轴

K.力通量

Claims

1.一种插入构件，用于为凸轮轴调节系统传递力，其中，所述插入构件(3)具有：

具有端面(4)的第一区(1)，其用于接收力；

第二区(2)，其用于引开所述力；

其中，所述端面(4)具有至少一个力传递点用于接收所述力；

其中，所述力传递点能够联结到锁定构件(7)；以及

其中，所述第二区具有力传递面，用于将所接收的力经由所述插入构件从所述第一区(1)引导向所述第二区(2)；

其中，所述力传递面能够联结到定子构件(6)。

2.根据权利要求1所述的插入构件，其中，所述端面(4)形成扁平表面。

3.根据权利要求1所述的插入构件，其中，所述端面(4)是凹或凸的。

4.根据权利要求3所述的插入构件，其中，所述端面(4)具有至少一个凹槽(5)；并且其中，所述至少一个凹槽(5)将所述端面(4)划分为多个局部端面(4′)。

5.根据前述权利要求的任一项所述的插入构件，其中，所述端面(4)能够联结到具有锥状表面的所述锁定构件(7)。

6.根据权利要求5所述的插入构件，其中，所述第二区(2)能够紧固在所述定子构件(6)的接收区(9)内。

7.根据权利要求6所述的插入构件，其中，所述第二区(2)能够紧固在所述接收区(9)内，使得在所述第二区(2)和所述定子构件(6)之间能够提供至少一个自由度。

8.一种锁定布置，用于为凸轮轴调整系统传递力，其中，所述锁定布置具有：

锁定构件(7)；

定子构件(6)；以及

根据权利要求1至5的任一项所述的插入构件(3)。

9.根据权利要求8所述的锁定布置，其中，所述第二区(2)能够紧固在所述定子构件(6)的接收区(9)内。

10.根据权利要求9所述的锁定布置，其中，所述插入构件(3)能够借助于浮动安装而安装在所述接收区(9)内。

11.根据权利要求10所述的锁定布置，其中，所述定子构件(6)具有用于向所述接收区(9)提供承压液体的凹槽。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的锁定布置，

其中，所述锁定构件(7)被设计成锁定销(7)；

其中，所述锁定销(7)具有端区；

其中，所述端区具有锥状表面；

其中，所述端区和所述端面(4)形成至少一个力传递点。

13.一种用于在凸轮轴调整系统内传递力的方法，其中，所述方法包括：

由锁定构件(7)借助于插入构件(3)的端面(4)的至少一个力传递点接收所述力；

借助于所述插入构件(3)的力传递面将所述力引出所述插入构件(3)并进入定子构件(6)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述插入构件(3)紧固到所述定子构件(6)的接收区(9)；并且

其中，所述插入构件(3)以如此方式紧固，即，在第二区(2)和所述定子构件(6)之间提供至少一个自由度。

15.根据权利要求1至7的任一项所述的插入构件(3)在凸轮轴调整系统内的使用。