CN103380270B - 具有弹簧的凸轮轴调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一种凸轮轴调节器（1），其具有驱动件（2）、从动件（3）和弹簧（4），其中，弹簧（4）在弹簧腔（5）中轴向预张紧。

Description

具有弹簧的凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及一种用于可变调整内燃机换气阀的控制时间的凸轮轴调节器，其具有驱动件、从动件和弹簧。
背景技术
在现代内燃机中装入了用于可变调整换气阀的控制时间的凸轮轴调节器，以便可以在限定的角度范围内、在最大提前位置与最大滞后位置之间，可变地设计曲轴与凸轮轴之间的相位关系。为实现该目的，凸轮轴调节器整合到传动系中，通过其将转矩从曲轴传递至凸轮轴。该传动系例如可以被实施为皮带传动、链条传动或者齿轮传动。
DE 10 2008 051 755 A1公开了一种叶片式结构的凸轮轴调节器，其具有转子、定子、驱动轮、锁定机构和弹簧。定子与驱动轮抗相对转动地连接。锁定机构通过嵌入到驱动轮上的凹部中来使可彼此相对拧转的定子和转子联接或解除联接。此外，转子和驱动轮设有螺纹销钉，其支承弹簧。在相对拧转时，转矩由弹簧反向于相对转动方向来作用。弹簧被设计成具有径向延伸的匝圈的涡卷弹簧并且布置在背离凸轮轴的一侧上。包围弹簧的弹簧腔由弹簧盖限制，以防止弹簧轴向滑脱。由此保证弹簧端部保持其在螺纹销钉处的位置，并且不会由于发动机工作出现振动而轴向从螺纹销钉上滑落，因而导致内燃机损坏。由于振动，弹簧匝圈可能由于共振而与周围的弹簧腔限定部接触并且由于突然撞击而受损。
发明内容
本发明任务在于按照有利方式在凸轮轴调节器中布置弹簧。
根据本发明该任务通过如下特征来解决。
凸轮轴调节器具有至少一个驱动件和至少一个从动件。驱动件在一定角度范围内相对于从动件可转动地布置。弹簧布置在弹簧腔中并且通过弹簧悬挂部与驱动轮和从动轮形成作用连接(Wirkverbindung)。弹簧腔具有轴向限定机构，其制约弹簧的轴向自由度。由于内燃机运行或者凸轮轴调节器拧转运动而在其上出现的振动不会使弹簧悬挂部轴向滑落。通过弹簧的轴向预张紧降低了撞击载荷效果并提高了弹簧使用寿命。
在液压凸轮轴调节器中，从动件和驱动件形成一对或者多对彼此相对作用的压力室，其可被施加油压。在此，驱动件和从动件同轴地布置。通过装满和清空各个压力室，在驱动件与从动件之间产生相对运动。在驱动件与从动件之间回转式起作用的弹簧将驱动件相对于从动件挤向优势方向(Vorteilsrichtung)。优势方向可以是与拧转方向同向的或者逆向的。
凸轮轴调节器的另一结构形式是机电式凸轮轴调节器，其具有三轴传动装置(例如行星齿轮传动装置)。在此，其中一个轴构成驱动件，第二轴构成从动件。通过第三轴可以利用调控设备，例如电动机或者制动器向系统输送转动能，或者由该系统输出转动能。在此，弹簧同样可以如此布置，即，在驱动件和从动件相对拧转时弹簧给它们提供支持或者使它们返回。
在此，在每种凸轮轴调节器结构形式中弹簧通常被预张紧，从而弹簧在静止状态下已具有从动件与驱动件之间的转矩。在拧转时起作用的转矩例如可以补偿作用于凸轮轴的摩擦扭矩。该摩擦扭矩例如由轴承摩擦或者凸轮与凸轮随动件之间的摩擦产生。另选或者附加的是，弹簧可以用于在调节机构(例如压力介质或电动机)失灵时使从动件相对于驱动件进入到紧急运转位置中。在这种情况下可以设置锁定部，当到达该位置时，锁定部使从动件与驱动件机械连接。在此，弹簧可以在凸轮轴调节器的整个调节区域内在驱动件与从动件之间提供转矩，或者仅在调节区域范围内，例如在最大滞后位置与紧急运转位置或基本位置之间提供，该紧急运行或基本位置位于调节区域的最大终端位置之间。
弹簧例如可以是平面涡卷弹簧，其具有轴向或径向突出的端部，它们用于与从动件和驱动件固定。在平面涡卷弹簧情况下，由至少一个匝圈组成的匝圈体在径向方向，即，最大程度地垂直于凸轮轴调节器的转动轴线地延伸。一个匝圈通过沿弹簧卷绕方向的节距来定义并且在扫过360°的角之后结束。
另选地可以设置扭转弹簧，其中，匝圈在轴向方向，即，最大程度地平行于转动轴线地延伸。
根据本发明，在安装状态下的弹簧在其匝圈体的至少两个匝圈之间如此具有轴向偏移(最大程度地平行于凸轮轴调节器的转动轴线)，即，在布置于弹簧腔中的轴向限定机构之间产生轴向预张紧。这导致将弹簧与其轴向限定机构之间的由制造引起的和加热引起的游隙降至最小或者消除。因而由运行引起的轴向振动不会在弹簧与其周围构件之间产生接触撞击，其导致影响弹簧的使用寿命或者甚至毁坏弹簧。也避免了弹簧在其弹簧悬挂部上的轴向巡回，因而避免了摩擦。
在此，弹簧自身可以如此制作，即，从匝圈到匝圈地加入规定的偏移。该偏移由于狭小的结构空间情况而局限于线材厚度。更大的偏移是可设想的，然而与努力争取结构空间有冲突。此外还存在这样的危险，即，在偏移大于线材厚度的情况下，当在凸轮轴调节器运行中的弹簧张紧时各个匝圈相互重叠，并且导致损坏弹簧。
在弹簧的一个实施方式中，从匝圈到匝圈的偏移保持恒定，这可以简单地在制作过程中完成。每个依次排列的匝圈均具有偏移。在轴向方向上的弹簧特性的简单的恒定的特征曲线是优选的。
另选地，依次排列的匝圈的偏移可以是可变的。在匝圈体轮廓中，节距曲线可以类似于非线性曲线。应用偏移的非线性曲线是有意义的，以使轴向预张紧力合适于针对内燃机特定的运行范围的动态振动特性。
在弹簧的一个特殊实施情况下，依次排列的匝圈的偏移不是方向相同的，而是其方向从匝圈到匝圈地变换。这有利于，使预张紧的弹簧的特定接触区处于轴向限定机构的特定范围内。在此，可以在接触区处提出较高的要求，而相对的，非接触区需要的制造要求较低。
在另一实施情况下可能的是，设有多个匝圈的匝圈体仅第一匝圈和最后的匝圈偏移出涡卷弹簧的虚拟平面。在此，两个弹簧端部得到不同于其余匝圈体的轴向节距。在此有利效果是，仅弹簧端部得到轴向接触和轴向预张紧，并且在拧转运动时工作的匝圈体不受摩擦效果影响。
在本发明另一实施方式中规定，轴向偏移仅设计在匝圈的小于360°的角度范围内。优选的是，设计独立的、用于弹簧轴向贴靠轴向限定元件的区域。可以在接触区域处提出很高的要求，而非接触区域所需的要求较低。这有助于降低成本并节约高质量功能材料以及涂层面积。
在本发明一个特别有利的实施方式中，最大程度地在没有匝圈的单独轴向偏移情况下制作弹簧。为了无游隙的轴向固定弹簧所需的预张紧通过轴向限定机构自身产生。为此在弹簧腔中使用材料隆起或材料堆积，其在安装时张紧平面涡卷弹簧并且使得匝圈彼此相对推移。至少一个匝圈或弹簧端部的轴向推移可以另选地通过附加构件(例如销、铆钉头、螺栓头、盘形弹簧、垫片或类似物)实现。弹簧悬挂部自身也可以造成轴向推移并且一体式地包含轴向限定元件。在匝圈的从外部压入的强迫式轴向推移情况下，通过利用弹簧匝圈的挠曲性轴向固定弹簧，实现了所期望的提高使用寿命的有利效果。
本发明一个优选实施方式规定，弹簧盖被用作为轴向限定机构。弹簧盖要么可以是最大程度地平坦地设计，并且在轴向安装时张紧预先制作的、偏移的匝圈，要么可以具有材料堆高，这些材料堆高在安装过程中有针对性地推移平坦制成的涡卷弹簧的特定的匝圈。
为了实现此目的，另选地也可以在弹簧悬挂部上安装螺栓头或者倒凹部(Hinterschnitt)。弹簧悬挂部的螺栓头或者倒凹部要么可以在安装过程中张紧预先制作的、设有偏移匝圈的弹簧，要么在安装时使得匝圈体(尤其是各个匝圈)压靠弹簧腔中周边构件的相应支架，以便由此在弹簧中产生轴向预张紧。最好情况是实现各个匝圈相对彼此推移。
在本发明另一设计方式中，弹簧仅有一个匝圈具有轴向偏移。轴向偏移要么可以预制在弹簧中要么可以在安装时形成，以便施加相应预张紧力。
一个特别有利的设计方式规定，弹簧和/或接触部位设置有减少磨损的层，以便在运行中减低摩擦。这可以在弹簧上完全或者部分地实现。弹簧悬挂部的接触部位以及轴向弹簧贴靠部的接触部位同样可以具有减少磨损的层。也可以有针对性地使用磨损优化材料并且将其布置在相应接触区域上。另外也可设想，弹簧部分地或者完全用塑料包套，以便制约弹簧的轴向游隙空间，因而可以抵抗轴向振动和由此产生的磨损。
本发明提供产生弹簧轴向预张紧的不同实施方式，用以预防由于轴向振动损坏弹簧。该预张紧的产生可以通过在弹簧中制作偏移来实现，其中，预张紧通过轴向限定元件起作用。另一方面，该预张紧也可以在没有制作偏移的弹簧中利用轴向限定元件以及也许存在的支架在安装过程中产生。在这两个实施方式中同样得到弹簧腔中弹簧的游隙消除的效果，因而得到提高使用寿命的效果。
附图说明
附图中示出本发明实施例。
其中：
图1示出凸轮轴调节器1的正面视图；
图2示出根据图1的A-A横截面图；
图3示出类似的凸轮轴调节器1的另一横截面图；
图4示出弹簧4的一种实施例的半剖面图；
图5示出弹簧4的另一实施例的截面图；以及
图6示出根据现有技术的弹簧4的细节图。
具体实施方式
图1示出凸轮轴调节器1，其具有驱动件2、从动件3、弹簧4和多个弹簧悬挂部6、7、8、9。在此，弹簧4布置在为此而设的弹簧腔5中。在此，弹簧腔5主要由驱动件2构成。弹簧4具有多个匝圈11，其最大程度地在径向方向延伸。弹簧端部被接纳在弹簧悬挂部6、7、8、9上。在此，弹簧悬挂部6、7、8、9成对地与相应驱动件2和相应从动件3固定连接。在驱动件2相对于从动件3周侧地拧转时，弹簧4张紧。周侧的相对拧转通过从动件2与从动件3之间的压力室的未进一步示出的设计方式实现。和在由现有技术中已知的叶片式调节器一样，压力室被施以液压油作为调节机构。
图2示出沿图1的凸轮轴调节器1的剖面线A-A的横截面图。驱动件2和从动件3与凸轮轴调节器1的转动轴线13同轴地布置。在该示例中，弹簧悬挂部6、7、8、9被设计成圆柱头螺栓。弹簧悬挂部6和7与从动件3连接，而弹簧悬挂部8和9与从动件2连接。弹簧悬挂部6、7、8、9具有轴向限定机构12，其由螺栓头的螺纹侧的表面构成。配套轴向限定机构10是驱动件2的端侧平面。弹簧4具有轴向偏移a，其形成在最后一个匝圈与倒数第二个匝圈11之间。对于该弹簧4轴向偏移a在制造中已经被加入。轴向限定机构10、12在沿着转动轴线13的轴向方向上限定弹簧腔5。弹簧4最大程度地与转动轴线13同轴地布置。
在安装弹簧4时，弹簧端部通过弹簧悬挂部6、7、8、9固定，其中，同时通过拧入弹簧悬挂部6、7、8、9在轴向限定机构10与12之间张紧匝圈11。在此，匝圈11贴靠驱动件2的端侧表面，并且贴靠弹簧悬挂部6、7、8、9的螺栓头的螺纹侧表面。通过使用作为轴向限定机构12的螺栓可以调整已经在弹簧4中制作完成的偏移a。在此，偏移a在弹簧4未安装状态下比在已安装状态下大。通过拧紧这些螺栓可以调整偏移a，并且由此也可以调整弹簧4的期望的轴向预张紧力。
图3示出根据图2的布置方式和横截面图，区别在于将圆柱销用作为弹簧悬挂部6、7、8、9，弹簧盖用作为轴向限定机构12。弹簧4与图2所示弹簧4的区别在于另外两个匝圈11之间的附加的偏移a。轴向限定元件12(在此设计为弹簧盖)通过在驱动件2中制作完成的凹槽来限定其轴向位置。
图4示出具有多个匝圈11的根据本发明弹簧4的半剖面图。每个匝圈11都具有轴向偏移a，其在此是恒定的。在此，弹簧4的横截面轮廓与圆锥体类似。在此，已经在制造弹簧4时就整合了这些偏移a。在此也可设想具有彼此不同的偏移a的设计方式。
图5示出另一弹簧4，其在弹簧端部14与相应的在先匝圈11之间具有偏移。在此，这些弹簧端部14的两个偏移大小相等。这有利于均匀地在轴向侧贴靠此处未示出的限定机构12。也可设想彼此大小不同的偏移a。
图6示出弹簧4在弹簧腔5中的根据现有技术的布置方式。弹簧4紧固在被设计成圆柱头螺栓的弹簧悬挂部6上。在此，匝圈11完全没有所期望的轴向偏移a。因而在弹簧4与弹簧盖以及驱动件2的端面之间存在轴向游隙。在此，出现的振动可能毁坏弹簧。
附图标记列表
1)凸轮轴调节器
2)驱动件
3)从动件
4)弹簧
5)弹簧腔
6)弹簧悬挂部
7)弹簧悬挂部
8)弹簧悬挂部
9)弹簧悬挂部
10)轴向限定机构
11)匝圈
12)轴向限定机构
13)转动轴线
14)弹簧端部
15)弹簧盖
a)偏移(轴向)

Claims (10)

1.凸轮轴调节器(1)，其具有
-驱动件(2)、从动件(3)、弹簧(4)和弹簧腔(5)；
-其中，所述驱动件(2)和所述从动件(3)以能绕所述凸轮轴调节器(1)的转动轴线(13)彼此相对拧转的方式布置；
-其中，所述弹簧(4)布置在所述弹簧腔(5)中；
-其中，所述驱动件(2)和所述从动件(3)具有弹簧悬挂部(6、7、8、9)，所述弹簧(4)与所述弹簧悬挂部形成作用连接；
-其中，所述弹簧(4)通过所述弹簧悬挂部(6、7、8、9)在所述驱动件(2)与所述从动件(3)之间提供转矩；
-其中，所述弹簧(4)具有多个匝圈(11)，它们在径向方向延伸；以及
-所述弹簧腔(5)具有轴向限定机构(10、12)，用于轴向固定所述弹簧(4)；
其特征在于，所述弹簧(4)的至少一个匝圈(11)相对于另一匝圈(11)具有轴向偏移(a)，由此，在所述轴向限定机构(10、12)之间产生所述弹簧(4)的轴向预张紧；其中，所述弹簧(4)为平面涡卷弹簧。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述弹簧(4)的所有匝圈(11)彼此间均具有偏移(a)。
3.根据权利要求2所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述轴向偏移(a)在所有匝圈(11)中是恒定的。
4.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述轴向偏移(a)局限于有偏移的匝圈(11)的一定角度范围内。
5.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，在所述匝圈(11)之间的所述轴向偏移(a)通过所述轴向限定机构(10、12)产生。
6.根据权利要求1或5所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述轴向限定机构(10、12)中的一个是弹簧盖(13)。
7.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述弹簧(4)的贴靠点设有减少磨损的层。
8.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述弹簧(4)设有减少磨损的层。
9.根据权利要求1或5所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述弹簧悬挂部(6、7、8、9)具有所述轴向限定机构(10、12)。
10.一种用于根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)的弹簧(4)。
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