CN105074143B - 凸轮轴调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴调节系统(1)，其具有凸轮轴调节器(2)和凸轮轴(3)，其中，凸轮轴调节器(2)具有驱动元件(4)和从动元件(5)，该从动元件以能相对于驱动元件(4)进行枢转运动的方式布置，其中，从动元件(5)抗相对转动地与凸轮轴(3)连接，其中，盖元件(6)抗相对转动地与从动元件(5)固定，并且盖元件(5)的轮毂(9)布置在从动元件(5)与凸轮轴(3)之间，其中，盖元件(6)的径向延伸方向大于盖元件(6)的轮毂(9)与凸轮轴(3)的接触面(10)的直径。

Description

凸轮轴调节系统
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴调节系统。
背景技术
凸轮轴调节系统安装在内燃机中，用以改变燃烧室阀的配气相位，以便可以在最大的提前位置和最大的迟滞位置之间的限定的角度范围内可变地建立起曲轴与凸轮轴之间的相位关系。配气相位与当前的负载和转速的匹配会降低消耗和排放。出于该目的，将凸轮轴调节器整合到驱动系统中，经由该驱动系统，转矩从曲轴传递至凸轮轴。该驱动系统例如可以构造为皮带传动装置、链条传动装置或齿轮传动装置。
在液压凸轮轴调节器中，从动元件和驱动元件构造出一对或多对相互作用的压力腔，这些压力腔可以被加载液压介质。驱动元件和从动元件同轴地布置。通过填充和排空各压力腔产生驱动元件与从动元件之间的相对运动。在驱动元件与从动元件之间起旋转作用的弹簧使驱动元件沿优势方向朝向从动元件挤压。该优势方向可以与扭转方向同向或反向。
液压凸轮轴调节器的结构类型是叶片式调节器。叶片式调节器具有定子、转子和带外齿部的驱动轮。转子作为从动元件大多以能与凸轮轴抗相对转动地连接的方式构造。驱动元件包含定子和驱动轮。定子和驱动轮抗相对转动地彼此连接，或者作为对此的替选，彼此一体式地构造。转子相对于定子同轴地布置，并且布置在定子内部。转子和定子以其径向延伸的叶片构造出相互作用的油腔，该油腔可以被油压加载，并且能够实现定子与转子之间的相对转动。叶片要么与转子或定子一体式地构造，要么作为“插入式叶片”布置到转子或定子的为此设置的槽中。此外，叶片式调节器具有不同的密封盖。定子和密封盖经由多个螺栓连接件相互锁定。
液压凸轮轴调节器的另一结构类型是轴向活塞调节器。在此，通过油压使移动元件轴向移动，该移动元件经由斜齿部产生驱动元件与从动元件之间的相对转动。
凸轮轴调节器的另一结构形式是电磁凸轮轴调节器，其具有三轴式传动机构(例如行星齿轮传动机构)。在此，其中一个轴形成驱动元件，第二轴形成从动元件。借助调整装置、例如电机或制动器，旋转能量可以经由第三轴输送给系统或从系统中输出。可以附加地布置有支持或阻止驱动元件与从动元件之间的相对转动的弹簧。
发明内容
本发明的任务是，说明一种凸轮轴调节系统，其具有特别简单和可靠的结构。
根据本发明，设置有具有凸轮轴调节器和凸轮轴的凸轮轴调节系统设，其中，凸轮轴调节器具有从动元件和驱动元件，该驱动元件以能相对于从动元件进行枢转运动的方式布置，其中，从动元件抗相对转动地与凸轮轴连接；并且此外还存在有盖元件，该盖元件抗相对转动地与从动元件固定，并且盖元件的轮毂布置在从动元件与凸轮轴之间，其中，盖元件的径向延伸方向的尺寸大于盖元件的轮毂与凸轮轴的接触面的直径。
由此实现的是，凸轮轴调节系统在轴向方向上需要特别小的结构空间，并且同时，通过凸轮轴调节器优选借助中心螺栓与凸轮轴的固定，盖元件抗相对转动且可靠地固定。
盖元件沿径向方向延伸超出其轮毂与凸轮轴的接触面的直径，从而使得凸轮轴调节器的整个凸轮轴侧的端侧优选几乎被盖元件覆盖。
在本发明的设计方案中，盖元件构造为触发轮或弹簧盖。借助触发轮可以获知抗相对转动地与触发轮连接的凸轮轴以及进而还有从动元件的角位置。弹簧盖沿轴向方向覆盖弹簧的卷旋。弹簧使驱动元件在周向方向上朝向从动元件张紧，并且弹簧要么构造为带轴向定向的卷旋体的弹簧，要么构造为带径向定向的卷旋体的弹簧。
在有利的设计方案中，盖元件覆盖凸轮轴调节器的弹簧，并且本身具有触发轮的功能。在该实施方式中，盖元件沿径向方向从其轮毂出发几乎延伸经过整个凸轮轴调节器，并且以其背离凸轮轴的端面覆盖弹簧，其中，在盖元件的靠外的周侧面上布置有用于触发轮功能的标记，这些标记可以由传感器探测到。靠外的周侧面可以由盖元件的弯曲的区段来构造。
在特别优选的设计方案中，轮毂配设有增加摩擦的机构。这种机构可以是如下覆层或结构，它们增加了摩擦系数并且进而能够实现能在构件之间传递的更高的力矩。
由于通过这种机构进一步增加了最大可传递的力矩，所以可以减少将从动元件、盖元件和凸轮轴抗相对转动地相互固定的螺栓连接件的必需的预紧力，并且进而可以使最大可传递的力矩匹配于用于转矩传递所需的力矩。
减少必需的螺栓预紧力例如可以通过减少中心螺栓的伸展长度来实现，由此有利的是，螺栓连接件沿轴向方向看整体上变短，并且可以节省结构空间。
中心螺栓可以具有空腔，该空腔可以设置用于中心阀。
增加摩擦的覆层可以具有增加盖元件的轮毂的接触面的摩擦系数的颗粒，该接触面与凸轮轴或从动元件接触。按照有利方式，在生产中，整个盖元件可以配设有覆层，由此与仅为目标区域、尤其仅为轮毂进行有针对性地覆层相比，能够降低费用。增加摩擦的覆层可以在轮毂或整个盖元件的面向凸轮轴和/或背离凸轮轴的端侧上实现。
增加摩擦的结构可以借助冲压方法、激光方法或电腐蚀方法(ECM)至少加工到盖元件的轮毂区域中。在此，将具有特别图案的结构加工到表面上/或中，该表面于是以与凸轮轴或从动元件接触的方式形成形状锁合(Formschluss)。增加摩擦的结构可以在轮毂或整个盖元件的面向凸轮轴和/或背离凸轮轴的端侧上实现。优选的是，盖元件、尤其是在增加摩擦的结构的区域中比从动元件或凸轮轴更硬地构造，由此该结构可以嵌入相应另一构件中。借助不同的硬化方法、例如碳氨共渗、碳硝化或氮化，该结构(替选地也可以是整个构件)可以具有比从动元件或凸轮轴更高的硬度。
增加摩擦的覆层可以与增加摩擦的结构一起设置在盖元件上。
此外，在盖元件与从动元件的接触面上可以设置有增加摩擦的覆层，在盖元件与凸轮轴的接触面上可以设置有增加摩擦的结构。
替选地，在盖元件与凸轮轴的接触面上可以设置有增加摩擦的覆层，而在盖元件与从动元件的接触面上可以设置有增加摩擦的结构。
在本发明的设计方案中，盖元件整个配设有增加摩擦的结构。
按照有利方式，在生产中，整个盖元件可以配设有覆层，由此与仅为目标区域、尤其仅为轮毂进行有针对性地覆层相比，能够降低费用。增加摩擦的覆层可以在轮毂或整个盖元件的面向凸轮轴和/或背离凸轮轴的端侧上实现。
在优选的构造方案中，增加摩擦的机构构造为盖元件的表面的形貌结构或者覆层。覆层可以通过热喷涂法施布到盖元件上，其中，承载液体混有硬的颗粒。颗粒可以由碳化钨或其他陶瓷材料构造成。表面的形貌结构在意义上相应于开头提到的增加摩擦的结构。按照优选方式，盖元件、尤其是在表面的形貌结构的区域中比从动元件或凸轮轴更硬地构造，由此该结构可以嵌入相应另一构件中。形貌结构可以具有不同的几何表现形状，例如同心圆、螺旋形、由点状突起或平行线或从共同的点(优选圆中心点)延伸出的射束构成的图案。
替选地，具有增加摩擦的覆层的薄膜可以布置在盖元件与从动元件之间和/或盖元件与凸轮轴之间。增加摩擦的覆层可以在两侧或一侧施布在膜上。在将各个构件相互拼接之前，膜首先可以借助粘合剂防松脱地布置在零件，例如盖元件、从动元件或凸轮轴上。
此外，具有增加摩擦的覆层的多个膜可以以多个膜复合的形式设置在从动元件与盖元件之间或者盖元件与凸轮轴之间。
在本发明的另一设计方案中，盖元件与凸轮轴的接触面以比盖元件的其余部分更高的粗糙度来构造。通过对盖元件的接触面的粗加工使该表面变得粗糙，从而构造出不规则的形貌结构。按照有利方式，在此有针对性地取消了精加工，并且表面质量保持得很低，从而对于与外围构件的连接来说实现了根据本发明的抗扭强度。附加地，借助硬化方法，盖元件的接触面的表面至少可以配设有比外围构件更高的硬度，该外围构件以抗相对转动的连接方式接触盖元件。
替选地，必要时所需的附加的硬化方法可以通过盖元件的有针对性的材料选择来代替，其中，盖元件的材料在其未处理的状态下已经具有比外围构件更高的硬度，该外围构件以抗相对转动的连接方式接触盖元件。
在本发明的构造方案中，定心区段联接到盖元件的轮毂上，该定心区段使盖元件相对于凸轮轴或相对于从动元件定心。轮毂的壁沿轴向方向延伸，并且构造出靠外的周侧面、尤其是圆柱面。通过该周侧面，盖元件与从动元件或凸轮轴同轴地取向。通过盖元件轮毂的周侧面与从动元件或凸轮轴的压配合，盖元件防松脱地与从动元件或凸轮轴连接。
替选地，周侧面的构造可以具有与圆柱形不同的形状、例如四边形等，为了与从动元件或凸轮轴同轴地取向，该周侧面附加地具有盖元件与从动元件或凸轮轴之间预先限定的角位置。这尤其是在盖元件具有触发轮功能的构造方案下是有利的，这是因为借助周侧面的造型实现了从动元件或凸轮轴与盖元件之间限定的角位置。在特殊情况下，周侧面在其形状上是唯一的，从而仅可以实现从动元件或凸轮轴与盖元件之间唯一的角位置。
根据本发明，在有利的构造方案中，也设置有凸轮轴调节系统的具有盖元件的凸轮轴调节器。按照有利方式，在将凸轮轴调节器与凸轮轴拼接之前，凸轮轴调节器可以具有已装配好的盖元件。
根据本发明，在有利的设计方案中，也设置有凸轮轴调节系统的盖元件。
通过根据本发明的布置，实现了凸轮轴调节器与凸轮轴之间的减小结构空间且极抗相对转动的连接。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例。其中：
图1a示出具有凸轮轴调节器、凸轮轴和构造为触发轮的盖元件的凸轮轴调节系统；
图1b示出根据图1a的构造为触发轮的盖元件；
图2a示出具有凸轮轴调节器、凸轮轴和构造为弹簧盖的盖元件的凸轮轴调节系统；
图2b示出根据图2a的构造为弹簧盖的盖元件。
具体实施方式
图1a示出具有凸轮轴调节器2、凸轮轴3和构造为触发轮7的盖元件6的凸轮轴调节系统1。
凸轮轴调节器2借助同轴布置的中心螺栓13装配在凸轮轴3上并因此形成凸轮轴调节系统1。尤其是构造为转子的从动元件5通过中心螺栓13抗相对转动地与触发轮7和凸轮轴3连接。根据本发明，触发轮7以其轮毂9卡夹在从动元件5与凸轮轴3之间。在此，构造在轮毂9的背离转子的侧上的圆环形的接触面10接触凸轮轴3。布置在轮毂9的背离凸轮轴的侧上的圆环形的接触面14接触从动元件5。接触面中的至少一个10或14构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。由此，在螺栓连接中可以传递更高的转矩，或者减少用于传递所需的转矩的螺栓力。
在周向方向上将驱动元件4与从动元件5张紧的弹簧15布置在凸轮轴调节器2的背离凸轮轴的侧上。
触发轮7具有定心区段11，该定心区段以其周侧面12安设或能安设在凸轮轴3上。凸轮轴调节器2可以经由该定心区段11相对于凸轮轴3定心，即彼此同轴取向。
触发轮7以其径向延伸部几乎覆盖整个凸轮轴调节器2。在触发轮7的径向最靠外的区域上，触发轮7沿轴向方向弯曲并且部分包围凸轮轴调节器2的周侧面。
图1b示出根据图1a的构造为触发轮7的盖元件6。
触发轮7具有被圆形的孔穿过的轮毂9。轮毂9与定心区段11联接。轮毂9在轴向端面上构造出用于从动元件5的圆形的接触面14，并且在与上述轴向端面背对的轴向端面上构造出用于凸轮轴3的圆形的接触面10。通过定心区段11的轴向延伸部构造出周侧面12，该周侧面可以与凸轮轴3的互补的周侧面或与从动元件5协同作用。此外，触发轮7具有三个分布在周边上的材料留空部16。
触发轮7可以整个构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。替选地，也可以是仅轮毂9、尤其是为了接触而设置的接触面10和/或14构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。可选地，轮毂9的增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件也可以延伸到定心区段11，并且连它一起包覆。
图2a示出具有凸轮轴调节器2、凸轮轴3和构造为弹簧盖8的盖元件6的凸轮轴调节系统1。
凸轮轴调节器2借助同轴布置的中心螺栓13装配在凸轮轴3上并因此形成凸轮轴调节系统1。尤其是构造为转子的从动元件5通过中心螺栓13抗相对转动地与弹簧盖8和凸轮轴3连接。根据本发明，弹簧盖8以其轮毂9卡夹在从动元件5与凸轮轴3之间。在此，构造在轮毂9的背离转子的侧上的圆环形的接触面10接触凸轮轴3。布置在轮毂9的背离凸轮轴的侧上的圆环形的接触面14接触从动元件5。接触面中的至少一个10或14构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。由此，在螺栓连接中可以传递更高的转矩，或者减少用于传递所需的转矩的螺栓力。
在周向方向上将驱动元件4与从动元件5张紧的弹簧15布置在凸轮轴调节器2的面向凸轮轴的侧上，并且被弹簧盖8覆盖。
触发轮7以其径向延伸部几乎覆盖整个凸轮轴调节器2，尤其是弹簧15。如同图1a中那样，弹簧15也构造为具有径向卷旋的弹簧，并且在端侧布置在凸轮轴调节器2上。此外，弹簧15布置在凸轮轴调节器2之外，即弹簧15没有完全被构件、例如驱动元件4或从动元件5包围。
触发轮7具有定心区段11，该定心区段以其周侧面12安设或能安设在凸轮轴3上。凸轮轴调节器2可以经由该定心区段11相对于凸轮轴3定心，即彼此同轴取向。
图2b示出根据图2a的构造为弹簧盖8的盖元件6。
弹簧盖8具有被圆形的孔穿过的轮毂9。轮毂9与定心区段11联接。轮毂9在轴向端面上构造出用于从动元件5的圆形的接触面14，并且在与上述轴向端面背对的轴向端面上构造出用于凸轮轴3的圆形的接触面10。通过定心区段11的轴向延伸部构造出周侧面12，该周侧面可以与凸轮轴3的互补的周侧面或与从动元件5协同作用。此外，弹簧盖8具有多个、尤其是八个分布在周边上的材料留空部16以减轻重量。
弹簧盖8可以整个构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。替选地，也可以是仅轮毂9、尤其是为了接触而设置的接触面10和/或14构造有增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件。可选地，轮毂9的增加摩擦的机构、例如增加摩擦的层或增加摩擦的结构，或者是具有增加摩擦的层或结构的膜元件也可以延伸到定心区段11上，并且连它一起包覆。
附图标记列表
1)凸轮轴调节系统
2)凸轮轴调节器
3)凸轮轴
4)驱动元件
5)从动元件
6)盖元件
7)触发轮
8)弹簧盖
9)轮毂
10)接触面
11)定心区段
12)周侧面
13)中心螺栓
14)接触面
15)弹簧
16)材料留空部

Claims (10)

1.一种凸轮轴调节系统(1)，所述凸轮轴调节系统具有凸轮轴调节器(2)和凸轮轴(3)，其中，所述凸轮轴调节器(2)具有驱动元件(4)和从动元件(5)，所述从动元件以能相对于所述驱动元件(4)进行枢转运动的方式布置，其中，所述从动元件(5)抗相对转动地与所述凸轮轴(3)连接，其特征在于，盖元件(6)抗相对转动地与所述从动元件(5)固定，并且所述盖元件(5)的轮毂(9)布置在所述从动元件(5)与所述凸轮轴(3)之间，其中，所述盖元件(6)的径向延伸方向大于所述盖元件(6)的轮毂(9)与所述凸轮轴(3)的接触面(10)的直径。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述盖元件(6)构造为触发轮(7)或弹簧盖(8)。
3.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述盖元件(6)覆盖所述凸轮轴调节器(2)的弹簧(15)，并且本身具有触发轮(7)的功能。
4.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述轮毂(9)配设有增加摩擦的机构。
5.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述盖元件(6)整个配设有增加摩擦的层。
6.根据权利要求4所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述增加摩擦的机构构造为所述盖元件(6)的表面的形貌结构和/或覆层。
7.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，所述盖元件(6)与所述凸轮轴(3)的接触面以比所述盖元件(6)的其余部分更高的粗糙度来构造。
8.根据权利要求1所述的凸轮轴调节系统(1)，其特征在于，定心区段(11)联接到所述盖元件(6)的轮毂(9)上，所述定心区段使所述盖元件(6)相对于所述凸轮轴(3)和/或相对于所述从动元件(5)定心。
9.一种凸轮轴调节器(2)，其特征在于，具有盖元件(6)并且用于根据前述权利要求1-8中任一项所述的凸轮轴调节系统(1)中。
10.一种盖元件(6)，其特征在于，用于根据前述权利要求1-8中任一项所述的凸轮轴调节系统(1)中。
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