CN103244227A - 在具有容量存储器的凸轮轴调节器中的油箱接头的造型 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在具有容量存储器的凸轮轴调节器中的油箱接头的造型。此外，本发明涉及一种用于内燃机（2）的凸轮轴（12）的凸轮轴调节器（4）。所说明的凸轮轴调节器（4）包括：定子（20）；同中心地容纳在定子（20）中的并且以可绕旋转轴线（78）相对定子（20）扭转方式支承的转子（22）；以及用于容纳来自构造在转子（22）与定子（20）之间的压力腔（44）的液压液体的容量存储器（70），其中，容量存储器（70）具有朝旋转轴线（78）方向的排出口（76）。

Description

在具有容量存储器的凸轮轴调节器中的油箱接头的造型
技术领域
本发明涉及用于内燃机的凸轮轴的凸轮轴调节器和内燃机。
背景技术
凸轮轴调节器是在内燃机内用于调节曲轴和凸轮轴之间的相位位置的技术组件。
在WO2011032805A1中公开了，在凸轮轴调节器中布置容量存储器，在负压的情况下可以由压力腔从该容量存储器中抽吸液压液体。
发明内容
本发明的任务是对已知的凸轮轴调节器就功能性方面进行改善。
该任务通过独立权利要求的特征来解决。优选的改进方案是从属权利要求的主题。
本发明提出在凸轮轴调节器的容量存储器上布置排出口，该排出口在定子和转子的旋转轴线的方向上指向。
该建议方案基于以下考虑：在开头提到的类型的容量存储器中应存在流出口，当容量存储器溢出时，该流出口又将存储在用于在压力腔中进行负压平衡的容量存储器中的液压液体导出。如果没有流出口，则会在容量存储器中形成液压液体压力，该液压液体压力反作用于液压液体从压力腔中流出。以此方式会减少从压力腔出来的体积流量，由此因而会降低凸轮轴调节器的调节速度。
基于该考虑，本建议方案认识到：液压液体应径向向内流出。以该方式，流入容量存储器中的液压液体由于离心力而聚集在容量存储器的壁上，该液压液体在径向方向上看位于外部最远处并以不断增加的流入径向向内填充容量存储器。
因此，本发明说明了一种用于内燃机的凸轮轴的凸轮轴调节器。所说明的凸轮轴调节器包括：定子；同中心地容纳在定子中的且以可绕旋转轴线相对定子扭转的方式支承的转子；以及用于容纳来自构造在转子和定子之间的压力腔的液压液体的容量存储器。在此，容量存储器具有朝旋转轴线方向的排出口。
通过径向向内指向的排出口，在凸轮轴调节器的运行中当该凸轮轴调节器与内燃机的凸轮轴一起转动时容量存储器可以被有效地利用。
在本发明的一个改进方案中，所说明的凸轮轴调节器包括与容量存储器通过排出口连接的、用于将液压液体发出到油箱的油箱接头，其中，油箱接头在径向上布置得比容量存储器更深。因为油箱接头比容量存储器在径向上更深，所以在液压液体的溢出可以通过油箱排出之前必须首先将容量存储器用液压液体完全填充，从而使得确保在凸轮轴调节器运行中容量存储器本身完全填充。
在此，特别优选的是，排出口布置在容量存储器的径向最内侧上。该改进方案基于的考虑是，不仅来自容量存储器的多余油，而且从液压液体析出的空气都流经该排出口。当液压液体在发动机起动的情况下流入容量存储器时，发生空气与液压液体的发泡。在液压液体又流入压力腔中之前，空气又必须从液压液体中被析出。为此在容量存储器中使用离心力效应。重的液压液体在容量存储器中径向向外飞，而较轻的空气径向聚集在内部。通过连续填充容量存储器，接着空气被从容量存储器排挤出。
排出口可以具有任何任意横截面并且根据应用与凸轮轴调节器中的周围环境适配。在此，排出口尤其可以具有圆形的、肾形的或者矩形的横截面。
在本发明的另一改进方案中，所说明的凸轮轴调节器包括轴向前侧和与该轴向前侧对置的轴向后侧。在此，排出口布置在轴向前侧上和/或在轴向后侧上。
此外，排出口可以由多个单通道形成，这些单通道将容量存储器例如与油箱连接。通道越多，则在存储器和油箱之间的节流阻力就越小，由此能够在短的管路长度的情况下实现大横截面。
在本发明的一个特别改进方案中，所说明的凸轮轴调节器在排出口中包括阀，该阀设置用于基于内燃机的运行来打开排出口。该改进方案所基于的考虑是，在关掉内燃机的情况下，凸轮轴进而凸轮轴调节器也停止，因为这两者都通过曲轴来驱动。同时，在容量存储器中的与旋转有关的离心力也减小。液压液体由于重力而径向向内落下并通过排出口例如流出到油箱中。由试验已证实，仅约三分之一的液压液体保留在容量存储器中。已证实，保留的液压液体的剩余体积依赖于排出口的定位。在油箱通道与转动轴线之间的间隔越短，则保留的液压液体的剩余体积就越大。在发动机起动的情况下，必须在容量存储器又完全地填充之前，将流出的液压液体先再次输送到容量存储器中。在此，会发生已经提到的不期望的油发泡。为了避免该油发泡，改进方案提出，通过在排出口中布置在发动机运行时打开并且在发动机停止时关闭阀来防止液压液体从容量存储器中流出。该阀的实施例如良好地适用于具有起动/停止系统的内燃机，因为通过该阀可以直接在发动机重起时提供功能优异的容量存储器。
在本发明的一个特别改进方案中，阀包括可径向相对旋转轴线运动的关闭体。该关闭体应以径向向外可运动到容量存储器中的方式来布置。以此方式，该阀如止回阀那样构造，该止回阀基于在凸轮轴调节器运行期间的离心力来打开和关闭。
为了关闭体离排出口不太远地运动到容量存储器中，应设置有保持装置。该保持装置可以例如是笼架（K
Figure BDA00002808247400041
g）。优选地，关闭体通过弹簧被对应支承（gegenlagern）在排出口处。弹簧可以实施为压力弹簧或拉力弹簧。在此，该弹簧可以特别优选地被取向为使得其轴线与离心力方向共轴地、也就是说从排出口来看观察径向向外地进入容量存储器中地取向。弹簧力确定阀的状态。如果弹簧力大于离心力，则阀保持关闭。如果离心力大于弹簧力，则阀打开。因为离心力依赖于曲轴转速，所以弹簧可以设计为使得阀直至发动机转速在空转转速之下一直关闭，而在空转转速之上打开。
关闭体可以具有任何任意形状，该形状可以根据应用与排出口的几何形状和要求适配。尤其地，关闭体的形状可以具有球体的、锥体的或者板的形状。
在本发明的一个可替选的改进方案中，阀是过压阀。当内燃机不运行时，该过压阀在环境压力下关闭。一旦利用凸轮轴调节器开始调节，则凸轮轴的交变力矩将液压液体（油）从压力腔通过控制阀压入容量存储器。只要过压阀关闭，则在容量存储器中形成微小的液压液体压力。如果达到过压阀的打开压力，则该过压阀打开并且液压液体可以流出到油箱内。如果没有进行凸轮轴的调节，则液压液体压力又下降并且过压阀又关闭。该解决方案同样良好适用于具有起动/停止系统的内燃机，在这些内燃机中，液压液体必须仅短时间保持在容量存储器中。
本发明还说明了一种内燃机，其包括：燃烧室；由燃烧室驱动的曲轴；控制燃烧室的凸轮轴；以及所说明的用于将曲轴的旋转能量传递到凸轮轴上的凸轮轴调节器。
在本发明的一个改进方案中，所说明的内燃机包括用于支承凸轮轴的气缸头，其中排出口穿过气缸头。该改进方案基于的考虑是，液压液体可以被发出到凸轮轴调节器的周围环境中，但出于环保原因，这应被避免。液压液体从容量存储器的流出也可以直接在链盒内进行，使得液压液体能够从那里出来地直接流回到油箱中。但，该解决方案并不能使用在具有皮带轮驱动装置的凸轮轴调节器中。因此，液压液体特别优选地被导回到气缸头中并从那里出来地被导回到油箱中。
附图说明
以下根据附图更详细地阐述本发明的实施例，在附图中：
图1示出具有凸轮轴调节器的内燃机的示意图；
图2示出图1中的凸轮轴调节器的剖视图；
图3示出图2中的转子的立体图；以及
图4示出图2中的凸轮轴调节器的立体局部图。
在附图中相同元件设有相同附图标记并且仅说明一次。
具体实施方式
参照图1，图1示出具有凸轮轴调节器4的内燃机2的示意图。
内燃机2以本身已知的方式包括燃烧室6，该燃烧室可以通过气门8来打开和关闭。这些气门由相应的凸轮轴12上的凸轮10来操控。此外，在燃烧室6中容纳有往复活塞14，该往复活塞驱动曲轴16。曲轴16的旋转能量在其轴向端部处通过传动机构18被传递到凸轮轴调节器4上。在本例中，该传动机构可以是链条或者皮带。
凸轮轴调节器4各轴向地套装到凸轮轴12的其中一个上，接收来自传动机构18的旋转能量并且将该旋转能量发出到凸轮轴12上。在此，凸轮轴调节器4可以在时间上延迟或者加快凸轮轴12相对于曲轴14的转动，以便改变凸轮轴12相对于曲轴16的相位位置。
参照图2和图3，图2和图3示出图1中的凸轮轴调节器4的其中之一的剖视图。
凸轮轴调节器4具有定子20和容纳在定子20中的转子22。
除了定子20之外，凸轮轴调节器4还具有：容纳在定子20中的转子22；使定子20相对转子22预张紧的盘簧24；覆盖盘簧的弹簧盖26；居中地容纳在凸轮轴调节器4中的中央阀28；以及操纵中央阀28的中央磁体30。
转子22同中心地容纳在定子20中并且具有在图3至图5中所示的从转子的轮毂32突出的叶片34。转子22同中心地保持在中央阀28的旋入到凸轮轴12的其中一个中的中央螺杆36上，在该中央螺杆中轴向可运动地容纳有控制活塞38，该控制活塞可以通过中央磁体30的挺杆40轴向运动到中央螺杆36中并且可以通过弹簧42被轴向从中央螺杆36压出。依赖于控制活塞38在中央螺杆36中的位置，凸轮轴调节器4的在图4中示出的压力腔44以本身已知的方式与压力接头46或者与容量存储器接头48连接，通过该压力接头或者容量存储器接头可以相应地将液压液体泵送到压力腔44中和从这些压力腔排出。
定子20具有在图3和图4中可清楚地看到的环形外部件50，分段52从该环形外部件50径向向内突出。环形外部件50利用前盖54和后盖56轴向封闭，其中，盖54、56通过螺钉58被保持在环形外部件50上。螺钉58的其中一个具有轴向延长部60，该轴向延长部用作针对盘簧24的悬挂装置。此外，在后盖56中在与环形外部件50对置的轴向侧面上构造有环绕槽62，弹簧盖26夹紧在该环绕槽中。在环形外部件50的径向周边上构造有齿64，传动机构18可以啮合到这些齿中。
中央螺杆36具有径向钻孔66作为容量存储器接头48，在该径向钻孔上通过前盖54安放有轴向通道68。通道68径向套装到在前盖54的朝向中央螺杆36的径向内侧上的在周向上引导的槽71上，以便在抗扭转地与转子22连接的中央螺杆36相对于定子20的任何位置中都允许液压液体在径向钻孔66和通道68之间流动。
通道68引导到空腔70内。空腔70通过止回阀72朝凸轮轴调节器4的相邻压力室44被打开，其中，液压液体只能够从空腔70向压力室44流动，从而使得压力室44在负压情况下可以抽吸存储在空腔70中的液压液体。
如果过多的液压液体溢出空腔70，则过量的液压液体通过排出通道76被发出到油箱接头74，该油箱接头可以将从空腔70出来的液压液体例如发出到未示出的油池。空腔70因此用作用于平衡在凸轮轴调节器4的相应的邻接的压力腔44中的负压的容量存储器。
排出通道76在本实施方式中构造为轴向穿过转子的穿通部。该穿通部的空腔侧的开口施加在空腔70的在轴向上距凸轮轴调节器的旋转轴线78最近的侧面上。在排出通道76在平行于旋转轴线78的轴向方向上通到油箱接头74中之前，该排出通道76首先在旋转轴线78的方向上从这些空腔侧的开口穿出。
排出通道76的空腔侧开口利用止回阀80封闭。这些止回阀80打开排出通道76的空腔侧的开口用于液压液体从排出通道76流动进空腔70中，这首先显得相互矛盾。然而，止回阀80以这种方式通过在凸轮轴调节器4运行中的离心力来操纵并且这样仅在凸轮轴调节器4的运行期间允许从空腔70到排出通道76中的流动。如果关掉凸轮轴调节器4，则液压液体保留在空腔70中并且在凸轮轴调节器4重起时从一开始就可供使用。
此外，径向钻孔87穿过转子22通入油箱接头74中，该径向钻孔与未进一步标出的穿过中央螺杆36的径向钻孔通过构造在转子22的内侧上的绕转凹口89连接。这些径向钻孔87打开中央阀28中的容纳有弹簧42的空间，并将该空间进行通风。
参照图3，图3示出图2的凸轮轴调节器中的转子22的立体图。
凸轮轴调节器4在其轮毂32上包括轴向穿通的钻孔82，未示出的销能够穿过这些钻孔，盘簧24能够在转子侧被挂在这些销上。在轴向穿过轮毂32的盲孔钻孔84中可以容纳有未示出的锁定销，该锁定销将转子22相对定子20的运动锁定，直到在凸轮轴调节器4的压力腔44中建立足够的运行压力。此外，径向钻孔86可以穿过轮毂32，这些径向钻孔86为凸轮轴调节器4的压力腔44供给液压液体和从凸轮轴调节器4的压力腔44清除液压液体。
在本实施方式中构造在转子22中的空腔70可以通过在周边上分布的进入压力腔中的钻孔88来打开。如在图4中可看出那样，这些在周边上分布的钻孔88利用止回阀72封闭。在转子22的叶片34的径向最外部的端部上可以嵌入有径向凹口90，在这些径向凹口90中容纳有密封元件92，这些密封元件使压力腔44相互间密封。
参照图4，图4示出图2中的凸轮轴调节器的立体局部图。
在图4中通过箭头94表示从压力腔44出来的且进入到构造为容量存储器的空腔中的液压液体的流动。如箭头94所示，空腔70首先通过在凸轮轴调节器4运行中的离心力以液压液体完全填充。只有在空腔以液压液体完全填充之后，溢出的液压液体才可以通过排出通道76的空腔侧的开口出来。
在图4中为了概略地示出所述情况而省去了止回阀80。
此外如从图4可以看出的那样，通孔96可以穿过定子20的分段52，螺钉28可以穿过这些通孔。
附图标记表
2   内燃机
4   凸轮轴调节器
6   燃烧室
8   气门
10  凸轮
12  凸轮轴
14  往复活塞
16  曲轴
18  传动机构
20  定子
22  转子
24  盘簧
26  弹簧盖
28  中央阀
30  中央磁体
32  轮毂
34  叶片
36  中央螺杆
38  控制活塞
40  挺杆
42  弹簧
44  压力腔
46  压力接头
48  容量存储器接头
50  环形外部件
52  分段
54  前盖
56  后盖
58  螺钉
60  轴向延长部
62  槽
64  齿
66  径向钻孔
68  通道
70  空腔
71  在周边上的槽
72  止回阀
74  油箱接头
76  排出通道
78  旋转轴线
80  止回阀
82  轴向通孔
84  轴向盲孔钻孔
86  径向钻孔
87  径向钻孔
88  在周边上的钻孔
89  在周边上的凹口
90  径向凹口
92  密封装置
94  箭头
96  轴向通孔

Claims (10)

1.一种用于内燃机（2）的凸轮轴（12）的凸轮轴调节器（4），所述凸轮轴调节器包括：定子（20）；同中心地容纳在所述定子（20）中的并且以能够绕旋转轴线（78）相对所述定子（20）扭转的方式支承的转子（22）；以及用于容纳来自构造在所述转子（22）与所述定子（20）之间的压力腔（44）的液压液体的容量存储器（70），其中，所述容量存储器（70）具有朝所述旋转轴线（78）方向的排出口（76）。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器（4），所述凸轮轴调节器包括与所述容量存储器（70）通过所述排出口（76）连接的、用于将液压液体发出到油箱的油箱接头（74），其中，所述油箱接头（74）在径向上布置得比所述容量存储器（70）更深。
3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴调节器（4），其中，所述排出口（76）具有圆形的、肾形的或者矩形的横截面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节器（4），所述凸轮轴调节器包括轴向前侧和与所述轴向前侧对置的轴向后侧，其中，所述排出口（76）布置在所述轴向前侧上和/或在所述轴向后侧上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节器（4），所述凸轮轴调节器在所述排出口（76）中包括阀（80），所述阀设置用于基于所述内燃机（2）的运行来打开所述排出口（76）。
6.根据权利要求5所述的凸轮轴调节器（4），其中，所述阀（80）包括能够径向相对所述旋转轴线（78）运动的关闭体，所述关闭体优选地通过弹簧对应支承在所述排出口（76）上。
7.根据权利要求6所述的凸轮轴调节器（4），其中，所述关闭体具有球体的、锥体的或者板的形状。
8.根据权利要求5所述的凸轮轴调节器（4），其中，所述阀（80）是过压阀。
9.一种内燃机（2），包括：燃烧室（6）；由所述燃烧室（6）驱动的曲轴（16）；控制所述燃烧室（6）的凸轮轴（12）；以及根据前述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节器（4），所述凸轮轴调节器用于将所述曲轴（16）的旋转能量传递到所述凸轮轴（12）上。
10.根据权利要求9所述的内燃机（2），所述内燃机包括用于支承所述凸轮轴（12）的气缸头，其中，所述排出口（76）穿过所述气缸头。
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