CN102177317B - 用于可变调整内燃机换气阀的配气相位的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可变调整内燃机(1)换气阀(9、10)的配气相位的装置(11)，具有液压相位调整机构(12)、凸轮轴(6、7)和蓄压器(15)，其中，相位调整机构(12)能够被送入与曲轴(2)的驱动连接中，并且抗扭地与凸轮轴(6、7)相连，其中，凸轮轴(6、7)相对于曲轴(2)的相位可以借助相位调整机构(12)可变地调整，且其中，凸轮轴(6、7)的内部具有空腔(38)。

Description

用于可变调整内燃机换气阀的配气相位的装置

发明领域

本发明涉及一种用于对内燃机换气阀的配气相位进行可变调整的装置，该装置具有液压相位调整机构、凸轮轴和蓄压器，其中，所述相位调整机构可以被送入与曲轴的驱动连接，并且抗扭地与凸轮轴相连接，其中，凸轮轴相对于曲轴的相位可以借助相位调整机构可变地调整，且其中，凸轮轴的内部具有空腔。

发明背景

在现代内燃机中使用用于对换气阀的配气相位进行可变调整的装置，以便可以在限定的角度范围内、在最大的早位置和最大的迟位置之间可变地制定曲轴和凸轮轴之间的相位关系。该装置一般由凸轮轴和液压相位调整机构构成，借助这些装置可以通过压力介质输入或输出来有针对性地改变曲轴和凸轮轴之间的相位关系。为此目的，将所述相位调整机构整合到传动系中，通过该传动系将扭矩从曲轴传递到凸轮轴上。所述传动系例如可以实现为皮带传动件、链传动件或者齿轮传动件。

此类装置例如由DE 195 29 277 A1所公知。所述装置包括相位调整机构和凸轮轴。所述相位调整机构具有布置为相对驱动元件可转动的从动元件。所述驱动元件与曲轴处于驱动连接。所述从动元件和驱动元件界定出压力腔，该压力腔借助在轴向上可推移的活塞被划分成两个相互作用的压力室。通过向该压力室输入压力介质或者从该压力室中输出压力介质，活塞在压力腔内被推移。所述活塞具有斜齿部，该斜齿部与凸轮轴的斜齿部相啮合。由此，通过活塞的轴向推移可以引起凸轮轴相对于曲轴的有针对性的转动。

此外，所述装置还具有布置在内燃机的曲轴壳体或气缸盖中的蓄压器。在内燃机正常运行期间，所述蓄压器由内燃机的压力介质泵填充以压力介质，通常是机油。如果由压力介质泵提供的系统压力值降到使该装置功能可靠地运行所需的数值以下，那么所述蓄压器放空到内燃机的压力介质循环中。由此，在压力介质系统内突然降低到最低压力以下的情况可以得到拦截，或者说可以提高体积流量。

这种实施方式的缺点在于蓄压器在曲轴壳体或气缸盖内的较高的结构空间需求。

发明任务

本发明基于以下任务，即实现一种用于对内燃机换气阀的配气相位进行可变调整的装置，其中，应该降低该装置的结构空间需求。

依据本发明，该任务通过以下方式来解决，即，蓄压器布置在空腔中，并与相位调整机构相连通。

本装置具有至少一个液压的相位调整机构、一个凸轮轴和一个蓄压器。所述相位调整机构具有至少一个驱动元件和一个从动元件。所述驱动元件在所述装置的已装配状态下通过牵引机构传动件(例如皮带或链传动件或者齿轮传动件)与曲轴处于驱动连接。所述从动元件相对于驱动元件在某个角度范围内可枢转地布置，并且抗扭地固定在凸轮轴上。

在该装置中设置了至少一个压力室，通过该压力室的压力加载可以使从动元件相对驱动元件枢转，进而可以使凸轮轴相对曲轴枢转。有利的是，设置一对或者多对相互作用的压力室。

所述凸轮轴具有空腔。该凸轮轴例如可以构造为空心轴。同样可以考虑以下实施方式，在这些实施方式中凸轮轴由管件构成，在所述管件的外壳面上以力锁合、形状锁合或者材料锁合的方式固定凸轮。但是同样可以考虑实施为实心的凸轮轴，在该凸轮轴中设置有例如呈支孔形式的空腔。在凸轮轴的空腔中布置有蓄压器。所述蓄压器例如能以形状锁合、力锁合或材料锁合的方式与凸轮轴位置固定地连接。

例如可以通过凸轮轴轴承向凸轮轴的内部输入压力介质。压力介质一方面到达液压的相位调整机构，另一方面到达蓄压器，该蓄压器在内燃机正常运行时以压力介质填充。在相位调整开始时内燃机的压力介质系统被移除一定量的压力介质。这样的结果是，系统压力下降到更低的水平。在进行调整之前存在的系统压力不完全提供给相位调整。由此，相位调整的调整速度下降，进而整个内燃机的性能变差。在蓄压器已填充时，通过将调整速度保持在较高水平来拦截压力下降。通过将蓄压器布置在凸轮轴这个此外不被使用的结构空间内，内燃机的结构空间需求显著降低。

在本发明的具体化方案中建议：蓄压器具有在纵向上可推移的活塞。此外，所述蓄压器可以具有弹簧元件，该弹簧元件克服压力介质的力向活塞加载力。作为选择可以例如将气垫设置为力存储器。所述蓄压器可以例如构造为活塞存储器，尤其是活塞弹簧存储器。这是非常耐用的解决方案。

在本发明的改进方案中作如下设置，即，蓄压器具有壳体，该壳体布置在空腔中，并且在该空腔中活塞可在纵向上推移地引导。由此，凸轮轴空腔的壁不需要进行昂贵的再加工。活塞的滑动面就是壳体的内壳面。所述壳体可以例如实现为圆柱形或者呈罐形的板件，该板件例如可以通过非切割的成型过程制造，例如通过深冲方法(Tiefziehverfahren)。由此，壳体的重量和制造成本都保持较低。通过深冲方法，活塞的滑动面能自动以所需的精度制造。昂贵的再加工不是必需的。

此外可以设置的是，借助壳体和空腔的壁之间力锁合的连接将蓄压器位置固定地布置在所述空腔中。作为选择也可以设置材料锁合的或者形状锁合的连接，如粘接连接、钎焊连接或者焊接连接。

在具体实施方案中可以设置的是，壳体具有引导区段，且活塞具有匹配于引导区段的内壳面的外壳面。所述活塞在引导区段的引导面上以在轴向上可运动的方式被引导。在此，引导区段的长度匹配于蓄压器内活塞的行程。所述引导区段例如可以延伸超过活塞的整个长度。在这种实施方式中可以设置的是，沿着引导区段的整个长度来构造在壳体和空腔壁之间的力锁合的连接，由此，该连接获得较高的稳定性。为此目的，壳体的外壳面匹配于空腔壁。作为选择可以设置的是，所述壳体在引导区段的两个轴向端部上具有直径放大区域，该直径放大区域的外壳面匹配于空腔壁。由此，力锁合的连接仅存在于直径放大区域和空腔壁之间。由此，避免了在蓄压器装配在空腔内期间的引导面变形，而变形可能会导致活塞卡在壳体中。

此外可以设置的是，壳体至少在活塞的一个推移方向上，有利的是在两个推移方向上，具有至少一个用于界定活塞路径的止挡件。此外可以设置的是，凸轮轴构造为呈管形。

附图简述

本发明的其它特征从以下描述和附图中得出，在附图中简化地示出了本发明的实施例。其中：

图1仅非常示意性地示出内燃机；

图2示出用于改变内燃机换气阀的配气相位的装置的第一个依据本发明的实施方式的纵剖图；

图3示出沿着直线Ⅲ-Ⅲ穿过图2中的相位调整机构的横剖图，其中，未示出中心螺栓；

图4、5示出图2中的细节部分X；

图6示出类似于图4的装置的另一个依据本发明的实施方式的示图。

附图详细说明

图1中草绘出内燃机1，其中，显示了在气缸4中位于曲轴2上的活塞3。在所示实施方式中，曲轴2通过各一个牵引机构传动件5与进气凸轮轴6或排气凸轮轴7连接，其中，第一装置和第二装置11能够负责曲轴2和凸轮轴6、7之间的相对转动。凸轮轴6、7的凸轮8操作一个或多个进气换气阀9，或者一个或多个排气换气阀10。同样可以设置的是，仅凸轮轴6、7之一装备有装置11，或者仅设置一个凸轮轴6、7，该凸轮轴设有装置11。

图2和3以纵剖图或横剖图示出依据本发明的装置11的第一实施方式。所述装置11具有相位调整机构12、凸轮轴6、7和蓄压器15。

相位调整机构12包括驱动元件14、从动元件16和两个侧盖17、18，所述侧盖布置在驱动元件14的轴向侧面上。从动元件16以叶轮的形式实施，并且具有基本上实施为圆柱形的毂元件19，在所示实施方式中，五个翼板20从毂元件外部的圆柱形壳面在径向上向外延伸。

从驱动元件14的外部周边壁21出发，五个突起22在径向上向内延伸。在所示实施方式中，突起22和翼板20与周边壁21或者说毂元件19一体式地构造。所述驱动元件14借助突起22的在径向上位于内部的周边壁相对于从动元件16可转动地布置在从动元件处。

在驱动元件14的外壳面上构造有链轮23，可以通过该链轮借助未示出的链传动件将扭矩从曲轴2传递到驱动元件14上。从动元件16与凸轮轴6、7抗扭地连接。为此目的，在所示实施方式中，中心螺栓13贯穿从动元件16的中心开口16a，并嵌接到凸轮轴6、7的螺纹区段25中。其中，中心螺栓13的平台抵靠在背离凸轮轴6、7的从动元件16的侧面上。

侧盖17、18中的每一个布置在驱动元件14的轴向侧面之一上，并抗扭地固定在该轴向侧面上。为此目的，在每个突起22中设置有轴向开口26。此外，在侧盖17、18中分别设置有五个开口，这五个开口以如下方式布置，即，这五个开口与轴向开口26对准。各一个螺栓27贯穿第二侧盖18的开口、轴向开口26和第一侧盖17的开口。在此，螺栓27的螺纹区段嵌接到构造在第一侧盖17的开口中的螺纹区段中。

在所述装置11内，在每两个在周向上相邻的突起22之间构造压力腔28。每个压力腔28在周向上由相邻突起22的相互对置的基本上在径向上分布的界定壁29来界定，在轴向上由侧盖17、18来界定，在径向上向内由毂元件19来界定，在径向上向外由周边壁21来界定。翼板20伸入到每个压力腔28中，其中，翼板20以如下方式构造，即，翼板不仅抵靠在侧盖17、18上，也抵靠在周边壁21上。由此，每个翼板20将各个压力腔28划分成两个相互作用的压力室30、31。

所述从动元件16以在限定的角度范围内相对于驱动元件14可转动的方式布置。该角度范围在从动元件16的一个转动方向上以如下方式被界定，即，翼板20与压力腔28的每一个相应的界定壁29(早止挡32)发生抵靠。类似地，在另一个转动方向上的角度范围被以如下方式界定，即，翼板20与压力腔28的另一作为迟止挡33的界定壁29发生抵靠。

通过对一组压力室30、31加载压力，并且对另一组的压力去负荷，可以使驱动元件14相对于从动元件16的相位(进而还有凸轮轴6、7相对于曲轴2的相位)变化。通过对两组压力室30、31加载压力可以保持相位恒定不变。

凸轮轴6、7在凸轮轴轴承39的区域内具有多个开口35，由压力介质泵48输送的压力介质通过这些开口到达凸轮轴内部。在凸轮轴6、7内构造压力介质流径36，该压力介质流径一方面与开口35相连通，且另一方面与控制阀34相连通。为了对相位调整机构12供应压力介质，在中心螺栓13的内部布置了控制阀34。借助控制阀34可以有选择地将压力介质引导至第一或者第二压力室30、31，并分别从另一个压力室30、31引出。

在中心螺栓13的内部设置有压力介质通道37，该压力介质通道一方面与压力介质流径36相连通，且另一方面与空心构造的凸轮轴6、7的空腔38相连通。压力介质通道37构造为轴向孔，该轴向孔贯穿中心螺栓13的螺纹区段。

在空腔38中布置有蓄压器15。在图4和5中示出了在填充(图4)或放空状态(图5)下的蓄压器。所述蓄压器15包括壳体40、活塞41和力存储器，在所示实施方式中还包括弹簧元件42。壳体40布置在空腔38内，并与空腔38的壁43牢固地连接。在所示实施方式中，壳体40的外壳面匹配于壁43，并与该壁力锁合地连接。还可以考虑这样的实施方式，其中，壳体40与壁43材料锁合地或者形状锁合地连接。附加地，壳体40可以借助保险环24来固定。

在壳体40内部以在轴向上可推移的方式布置有活塞41，其中，该活塞在所示实施方式中构造为呈罐状。整个壳体40用作为引导区段44，其中，引导区段44的内壳面构造为用于活塞41的圆柱体区段的引导面45。其中，活塞41的圆柱体区段完整地或局部地抵靠在引导面45上。活塞41的外壳面以如下方式来匹配于引导面45，即，该活塞将壳体40以压力介质密封的方式分隔成两个轴向上位于活塞41底部的前方和后方的区域。所述活塞41借助弹簧元件42来加载力，该弹簧元件布置在圆柱形区段的区域内。所述弹簧元件42一方面支撑在止挡件46上，且一方面支撑在活塞41的底部上，所述止挡件构造在壳体40的背离相位调整机构12的端部上。由此，弹簧元件42对活塞41加载朝着压力介质通道37方向上的力。在此，活塞在朝着压力介质通道37方向上的推移路径由止挡件46界定，该止挡件构造在朝向相位调整机构12的端部上。

在所示实施方式中，壳体40和活塞41构造为板件，其例如通过非切割的制造方法来制造，例如通过深冲方法。这样做的优点在于，引导面45和活塞41的圆柱形区段可以通过这种成型过程如此精确地制造，从而不需要进行再加工。通过使用壳体40也取消了空腔38的壁43的成本高昂的再加工步骤。

图6示出了蓄压器15的第二实施方式。该实施方式相对于第一实施方式具有以下区别，即，引导区段44不延伸超过壳体41的整个轴向长度，并且不抵靠在空腔38的壁43上。在轴向上各一个直径放大区域47连接在引导区段44上。在此，该直径放大区域47的外壳面匹配于壁43。由此，壳体40和壁43之间的力锁合的连接仅存在于直径放大区域47的区域中。由此，避免了在壳体40到空腔38的压入过程期间的引导面45的变形。

在内燃机1运行期间，压力介质由压力介质泵48通过开口35、压力介质流径36和控制阀34引导至相位调整机构12。此外，压力介质通过开口35、压力介质流径36、压力介质通道37和壳体开口50引导至壳体40中。压力介质向活塞41加载力，由此，该活塞克服弹簧元件42的作用力而在轴向上推移。所述蓄压器15被填充(图4)。如果由压力介质泵48提供的系统压力下降，那么压力介质作用在活塞41上的力也下降，由此，所述活塞通过弹簧元件42在朝着压力介质通道37的方向上推移，并由此向系统输入压力介质。由于止回阀49，阻止了压力介质回流到压力介质系统中，并由此完全地提供给相位调整机构12，由此，使得该装置的反应灵敏度和调整速度保持在较高的水平。

附图标记：

1    内燃机

2    曲轴

3    活塞

4    气缸

5    牵引机构传动件

6    进气凸轮轴

7    排气凸轮轴

8    凸轮

9    进气换气阀

10   排气换气阀

11   装置

12   相位调整机构

13   中心螺栓

14   驱动元件

15   蓄压器

16   从动元件

16a  中心开口

17   侧盖

18   侧盖

19   毂元件

20   翼板

21   周边壁

22   突起

23   链轮

24   保险环

25   螺纹区段

26   轴向开口

27   螺栓

28   压力腔

29   界定壁

30   第一压力室

31   第二压力室

32   早止挡

33   迟止挡

34    控制阀

35    开口

36    压力介质流径

37    压力介质通道

38    空腔

39    凸轮轴轴承

40    壳体

41    活塞

42    弹簧元件

43    壁

44    引导区段

45    引导面

46    止挡件

47    区域

48    压力介质泵

49    止回阀

50    壳体开口

Claims (8)

1.用于可变调整内燃机（1）换气阀（9、10）的配气相位的装置（11），具有：

-液压的相位调整机构（12）、凸轮轴（6、7）和蓄压器（15），

-其中，所述相位调整机构（12）能够被送入与曲轴（2）的驱动连接中，并且与所述凸轮轴（6、7）抗扭地连接，

-其中，所述凸轮轴（6、7）相对于所述曲轴（2）的相位能够借助所述相位调整机构（12）得到可变调整，并且

-其中，所述凸轮轴（6、7）的内部具有空腔（38），所述蓄压器（15）具有能够纵向推移的活塞（41），

-其中，所述蓄压器（15）布置在所述空腔（38）中，并与所述相位调整机构（12）相连通，

其特征在于，所述蓄压器（15）具有壳体（40），所述壳体布置在空腔（38）中，并且所述活塞（41）在所述空腔中以可纵向推移的方式得到引导。

2.按照权利要求1所述的装置（11），其特征在于，所述蓄压器（15）具有弹簧元件（42），所述弹簧元件克服压力介质的力对所述活塞（41）加载力。

3.按照权利要求1所述的装置（11），其特征在于，所述壳体（40）至少在所述活塞（41）的一个推移方向上具有至少一个用于界定所述活塞（41）路径的止挡件（46）。

4.按照权利要求1所述的装置（11），其特征在于，所述蓄压器（15）借助在所述壳体（40）和所述空腔（38）的壁（43）之间的力锁合的连接而位置固定地布置在所述空腔中。

5.按照权利要求1所述的装置（11），其特征在于，所述壳体（40）具有引导区段（44），且所述活塞（41）具有与所述引导区段（44）的内壳面相匹配的外壳面。

6.按照权利要求5所述的装置（11），其特征在于，所述引导区段（44）延伸超过所述活塞（41）的整个长度。

7.按照权利要求5所述的装置（11），其特征在于，所述壳体（40）在所述引导区段（44）的两个轴向端部上具有直径放大区域（47），该直径放大区域的外壳面匹配于所述空腔（38）的壁（43）。

8.按照权利要求1所述的装置（11），其特征在于，所述凸轮轴（6、7）构造为呈管形。

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