CN110573702B - 液压凸轮轴调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节内燃机的换气阀的控制时间的液压凸轮轴调节器(1)，其具有：定子(2)，所述定子可与内燃机的曲轴同步地转动；和相对于定子(2)可转动地设置的转子(3)，所述转子可与凸轮轴(30)同步地转动。在定子(2)上设有多个连接片(8，9，10)，所述连接片将定子(2)和转子(3)之间的环形室(11)分成多个压力室(12，13，14)。在转子(3)上构成有转子毂(4)和多个从转子毂(3)径向向外延伸的翼片(5，6，7)，所述翼片将压力室(12，13，14)分成两组分别可由在压力介质循环回路中入流或出流的压力介质(22)加载的工作腔(15，16，17，18，19，20)，所述工作腔具有不同的作用方向。液压凸轮轴调节器(1)还具有用于存储液压压力介质(22)的压力介质存储器(21)。提出，液压凸轮轴调节器(1)至少在液压凸轮轴调节器(1)的作用方向上具有附加的、可接通的增压装置(23)，借助所述增压装置，转子(3)可相对于定子(2)转动。本发明还涉及一种用于控制这种液压凸轮轴调节器(1)的方法，其中在抵抗凸轮轴(30)的拖曳力矩调节转子(3)时，通过接通附加的增压器(23)施加附加的调节力。

Description

液压凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及一种液压凸轮轴调节器以及一种用于操控液压凸轮轴调节器的方法。
背景技术
液压凸轮轴调节器在内燃机中使用，以便调节内燃机的负载状态从而提高内燃机的效率。从现有技术中已知液压凸轮轴调节器，所述液压凸轮轴调节器根据叶片原理工作。所述凸轮轴调节器通常在其基本构造中具有可由内燃机的曲轴驱动的定子和抗扭地与内燃机的凸轮轴连接的转子。在定子和转子之间设有环形室，所述环形室通过抗扭地与定子连接的、径向向内伸出的突出部分成多个工作腔，所述工作腔分别通过径向地从转子向外伸出的翼片分成两个压力腔。根据压力腔加载液压压力介质，转子相对于定子的位置从而凸轮轴相对于曲轴的位置朝向“早”或“晚”调节。已知具有中间锁紧装置的液压凸轮轴调节器，其中转子除了相应的端部位置之外也在中间位置中锁紧，以便尤其简化发动机启动。此外，已知液压凸轮轴调节器，所述液压凸轮轴调节器作为所谓的“智能移相器”具有用于液压油的存储器。
从DE 10 2012 201 558 A1中已知具有多个体积存储器的液压凸轮轴调节器，其中体积存储器在转子的空腔中构成。从DE 10 2012 201 566 A1中已知液压凸轮轴调节器，所述液压凸轮轴调节器具有用于将液压油补充到凸轮轴调节器的工作腔中的多个体积存储器，其中体积存储器在定子的连接片中构成，所述连接片将凸轮轴调节器的工作腔彼此分离。在此，在体积存储器上设有止回阀，以便禁止液压油不受控地出流到凸轮轴调节器的工作腔中。
具有用于压力介质的体积存储器的液压凸轮轴调节器相对于常规的液压凸轮轴调节器具有明显更小的压力介质流量和更高的调节速度。效率的进一步的改善可通过降低增压实现。然而，明显降低增压具有功能上的缺点，尤其在完全可变的气门机构的情况下。此外，在最小阀行程的情况下，确保液压凸轮轴调节器的功能可靠的调节。但是因为刚好在这种运行状态中，凸轮轴的拖曳力矩相对于交变力矩是非常高的，所以需要高的增压，以便能借助于泵压力抵抗摩擦和拖曳力矩调节转子。在此，液压凸轮轴调节器设计成，使得在最小泵压力下，可以抑制最大可预期的摩擦力矩，以便因此还可以确保抵抗牵引和摩擦力矩的调节。这引起相对高的油消耗并且减小液压凸轮轴调节器的效率。
DE 10 2007 056 685 A1示出用于可变地设定内燃机的换气阀的控制时间的设备，所述内燃机具有驱动元件、输出元件、至少一个压力腔、压力介质供应装置和至少一个压力存储器，其中借助于压力介质供应装置可将压力介质输送给至少一个压力腔或者从其输出，其中通过压力介质输送，压力腔的压力介质入流或压力介质出流可以改变输出元件相对于驱动元件的相位，其中压力存储器具有可移置的元件，所述可移置的元件设有第一压力面，所述第一压力面对储存室部分地限界，其中储存室与压力介质供应装置连接或者能够与其连接，其中力存储器对可移置的元件朝向初始位置加载力，并且其中通过对储存室的力加载，可以抵抗力存储器的力移动可移置的元件。
发明内容
本发明的目的是，进一步地改进液压凸轮轴调节器，所述液压凸轮轴调节器作为“智能移相器”构成有用于压力介质的存储器体积。在此，液压凸轮轴调节器应在能量方面还更有益地构成，并且尤其可以改进抵抗凸轮轴的拖曳力矩的调节。
根据本发明，所述目的通过用于调节内燃机的换气阀的控制时间的液压凸轮轴调节器来实现，所述液压凸轮轴调节器具有：定子，所述定子可与内燃机的曲轴同步地转动；和可相对于定子转动地设置的转子，所述转子可与凸轮轴同步地转动。在定子上设有多个连接片，所述连接片将定子和转子之间的环形室分成多个压力室。在转子上构成有转子毂和多个从转子榖径向向外延伸的翼片，所述翼片将压力室分成两组分别可由在压力介质循环回路中入流或出流的压力介质加载的工作腔，所述工作腔具有不同的作用方向。液压凸轮轴调节器还具有压力介质存储器，用于储存液压压力介质。根据本发明提出，液压凸轮轴调节器至少沿作用方向具有附加的、可接通的增压装置，借助所述增压装置，转子可相对于定子转动。
根据本发明提出，增压装置通过液压接通至少一个附加的工作腔来实现。通过液压接通工作腔，能够以尤其简单的方式和方法实现液压增压装置。
在一个最简单的实施方式中，刚好一个附加的工作腔由压力介质加载，以便将更大的调节力矩作用到转子上。假设，在不具有增压装置的情况下已经可以将刚好一个工作腔加载压力介质以进行调节，那么以所述方式和方法可以将调节力矩相应地加倍。此外，通过在压力介质泵和工作腔之间的液压连接的设计方案，可以设定相应的压缩比。
替选地，压力介质泵也可以具有两个输出端，其中压力介质泵的第一输出端与用于正常运行的工作腔连接并且压力介质泵的第二输出端与用于增压的工作腔连接。在此，在压力介质泵上或在压力介质泵和用于增压的工作腔之间设有相应的控制阀，借助所述控制阀可以根据需要接通用于增压的工作腔的压力介质供应。
通过接通增压装置，可以根据需要提高用于调节转子的调节力，使得在液压凸轮轴调节器的整个运行中不必提供提高的调节力矩，也不会出现如下风险：由于不利的操控位置而不能进行调节。由此，可以降低通过液压凸轮轴调节器的油流量，由此能量需求降低。以所述方式，与凸轮轴调节器相关联的内燃机的机械效率可以提高。
在本发明的一个优选的实施方式中提出，液压凸轮轴调节器具有用于共同地操控工作腔和可切换的增压装置的控制阀。通过控制阀，以简单的方式和方法可以接通增压装置，以便在摩擦力矩可能过大的情况下仍确保沿相应的方向调节转子。
在本发明的另一改进方案中提出，控制阀是中央阀，所述中央阀设置在转子的中心开口中。尤其成本有益地，在此可以使用已经存在的控制阀，尤其液压凸轮轴调节器的中央阀来操控增压装置。因此，可以放弃附加的阀，由此相对于从现有技术中已知的解决方案，额外费用可以保持得低。在此，增压装置的供油可以通过在中央阀上的附加的切换位置来实现。这尤其在具有压力介质存储器的液压凸轮轴调节器的情况下实现，因为这种液压凸轮轴调节器从原理上与传统的液压凸轮轴调节器相比由压力介质泵输送更少的压力介质。附加地，对此有益的是，在调节速度相同时，在降低增压时终归需要更小体积流的压力介质。因此，中央阀中的开口的最大开口横截面可以降低，由此实现用于其他切换功能的空间。
在本发明的另一有利的改进方案中提出，增压装置引起沿刚好一个作用方向的调节力，其中增压装置的刚好一个作用方向与凸轮轴的拖曳力矩的作用方向相反地取向。通过凸轮轴的作用于转子的拖曳力矩，转子沿“早”的方向的调节与转子沿“晚”的方向的调节相比需要明显更高的调节力矩，其中通过拖曳力矩支持转动。因此有利的是，仅在调节方向“早”上设有增压装置，由此可以降低控制阀和用于压力介质分布的油通道的构造耗费。
根据另一改进方案提出，在液压凸轮轴调节器的第一运行状态中，对第一组工作腔进行压力介质供应，并且在与第一运行状态不同的第二运行状态下，对第一组的工作腔进行压力介质供应并且附加地对可接通的增压装置进行压力介质供应。由此，在正常运行中仅一个或一部分工作腔加载有压力介质，由此可以降低需要的泵功率和压力介质流量。在增压运行中，接通至少一个附加的工作腔，由此以简单的类型和方式可以根据需要提高调节力矩。由此，可以整体上降低压力介质使用并且限制损耗功率。
根据一个有利的发展方案提出，与增压装置相反作用的腔直接与用于压力介质的储存容器连接。与增压装置的附加的压力腔相关联的配合腔原则上无压力地构成并且与用于压力介质的储存容器连接。由此，压力介质在配合腔不加载压力的情况下流入到配合腔中或者从其中挤压出来。通过在配合腔和储存容器之间的直接的、尤其无阀的连接，能够实现尤其简单的入流和出流。沿方向“晚”的附加的增压通常是不需要的，因为凸轮轴的摩擦力矩和拖曳力矩支持沿该调节方向的调节。
根据本发明的另一有利的改进方案提出，通过用于压力介质供应的泵提供的压力介质体积流通过控制阀分成第一子流和第二子流，其中压力介质的第一子流输送给第一组的工作腔，并且第二子流输送给可接通的增压装置。通过由控制阀相应地分配体积流，压力介质的提供能够通过共同的压力介质泵来进行。在此，体积流的分配可以通过控制阀的附加功能来实现，由此增压装置可以在液压凸轮轴调节器的构造变化相对小的情况下实现。
根据本发明，提出一种用于控制根据本发明的液压凸轮轴调节器的方法，其中当抵抗凸轮轴的拖曳力矩调节转子时，通过接通附加的增压器来施加附加的调节力。通过根据本发明的方法，可以在多个运行点降低液压凸轮轴调节器的运行压力，由此得出压力介质泵的较小的损耗功率从而得到内燃机的更高的效率。尽管如此，当接通增压装置时，也抵抗摩擦力矩和拖曳力矩实现无问题的调节，使得在功能相同的情况下必须提供更少的压力介质，或者可以实现更高的调节速度。
不同的在本申请中提到的本发明的实施方式，只要没有详细地另作说明，就可以有利地彼此组合。
附图说明
本发明在下文中根据优选的实施例和所属的附图详细阐述。相同的构件或具有相同功能的构件在此在附图中用相同的附图标记表示。附图示出：
图1示出根据本发明的液压凸轮轴调节器的一个实施例的剖面图；
图2示出液压凸轮轴调节器的示意图，以示出工作腔的压力介质供应；
图3示出在转子沿方向“晚”转动时根据本发明的液压凸轮轴调节器，
图4示出在转子在没有增压器的情况下沿方向“早”转动时的根据本发明的液压凸轮轴调节器，
图5示出转子在接通增压器的条件下沿方向“早”转动时的根据本发明的液压凸轮轴调节器。
具体实施方式
在图1中示出用于调节内燃机的阀控制时间的根据本发明的液压凸轮轴调节器1的一个实施例。在图1中示意地示出的液压凸轮轴调节器1以已知的方式构成为叶片式调节器并且包括可由内燃机的未示出的曲轴驱动的定子2和与同样未示出的凸轮轴可抗扭连接的转子3。转子3具有转子毂4，多个翼片5、6、7从所述转子毂沿径向方向延伸。定子2具有多个连接片8、9、10，所述连接片将在定子2和转子3之间的环形室11分成多个压力室12、13、14。压力室12、13、14通过转子3的翼片5、6、7分成工作腔15、16、17、18、19、20。除了在液压凸轮轴调节器1的正常运行中已知的工作腔15、16、17、18、19、20，在转子3和定子之间还构成有用于增压装置23的工作腔34和与该另外的工作腔34反作用的腔32。转子3具有用于压力介质22的压力介质存储器21，用于操纵液压凸轮轴调节器1，所述液压凸轮轴调节器基本上在转子毂4中构成。转子3具有中心开口31，中央阀24为了操控工作腔15、16、17、18、19、20、34的压力介质供应移入到中央阀24中。压力介质存储器21液压地与工作腔15、16、17、18、19、20连接。在此，在转子3的翼片5、6、7中设置有止回阀33、35、36，以便在工作腔15、16、17、18、19、20中的一个工作腔中的负压下，能够实现从压力介质22离开压力介质存储器21的后流动。
在图2中示出具有定子2和转子3的液压凸轮轴调节器1，所述转子可经由执行器29切换。转子3在此与凸轮轴30抗扭地连接并且相对于定子2可转动。在此，将中央阀24作为控制阀27在转子3的中心开口31中移动，以便因此操控工作腔15、16、17、18、19、20的压力介质供应。压力介质供应在此经由未示出的压力介质泵P从储存容器T中进行。在此，压力介质22尤其油通过凸轮轴30中的输入口39泵吸并且经由另外的输入口40输送给中央阀24。经由中央阀41、42中的相应的开口41、42，那么转子3中的油输送通道可以由压力介质22供应。在此，可以填充压力介质存储器21和工作腔15、16、17、18、19、20。通过操纵执行器29，可以沿着中轴线43移动中央阀24从而打开或关闭油输送通道。
在图3中展开地示出液压凸轮轴调节器1。液压凸轮轴调节器1具有定子2和转子3。在定子2和转子之间构成有工作腔15、18。在图3中，根据本发明的液压凸轮轴调节器1的调节沿方向“晚”示出。原则上，凸轮轴30相对于曲轴的转动角在液压凸轮轴调节器1的正常运行中通过如下方式调节，第一组的工作腔15、16、17加载压力介质从而增大其体积，而同时将压力介质从第二组的工作腔18、19、20挤出并且减小其体积。其体积在所述调节运动时分别成组地增大的工作腔15、16、17、18、19、20在本发明的意义上称作为一个作用方向的工作腔15、16、17、18、19、20，而其体积同时减小的工作腔15、16、17、18、19、20称作为相反的作用方向的工作腔。工作腔15、16、17的体积增大引起，转子3相对于定子2沿方向“早”转动。工作腔18、19、20的体积增大引起转子3沿方向“晚”调节。根据本发明的液压凸轮轴调节器1附加地具有增压装置23，所述增压装置包括附加的工作腔34和与附加的工作腔34反作用的腔32，所述腔同样通过凸轮轴调节器1的翼片6分离。在沿方向“晚”调节时，不操控所述增压装置23，使得附加的工作腔34和相反作用的腔32经由供油管路44、45与储存容器26连接。在此，中央阀24切换成，使得压力介质22由压力介质泵25仅输送到第二组B的工作腔18、19、20中。在压力介质泵25和中央阀24之间设有止回阀46，以便避免压力介质22回流到储存容器26中。
在图4中，示出在不使用增压器23的情况下根据本发明的液压凸轮轴调节器沿方向“早”的调节。在此，压力介质泵25经由中央阀24与第一组A的工作腔15、16、17连接并且将压力介质22输送到第一组A的工作腔15、16、17中。在此第一组A的工作腔15、16、17增大，并且同时第二组B的工作腔的体积缩小，由此转子沿方向“早”调节。在此，增压装置23的附加的工作腔34以及腔32如在沿方向“晚”调节时那样无压力地构成并且经由供油管路44、45与储存容器26连接。
在图5中示出转子3抵抗凸轮轴30的摩擦和拖曳力矩的调节。增压装置23在此设计成，使得在压力介质本泵25的泵压力最小时，可以克服最大可预期的摩擦力矩，以便确保沿方向“早”的调节。沿方向“晚”的调节如在图3中描述的那样通常非临界地进行，因为在此摩擦力矩在调节时进行支持。沿方向“早”的调节然而需要更大的调节力矩，因为在此附加地必须克服摩擦力矩。那么这尤其是如下情况，内燃机以减小的阀行程运行。对此，经由中央阀24实现增压装置23，其方式为：附加的工作腔34由压力加载，从而增大在转子的翼片5、6上的液压作用面积。在此，压力介质22的体积流通过中央阀24分成第一子流和第二子流，其中第一子流经由供油通道47输送给第一组A的工作腔15、16、17并且第二子流经由供油通道44输送给增压装置23的附加的工作腔34。由此，转子3的附加的翼片6加载压力，由此沿方向“早”的调节力矩增大。替选地，通过第二子流也可以操控更多附加的工作腔34，由此增压装置23的增压比的相应的调节是可能的。
接通支持沿方向“早”的调节的附加的工作腔34经由在中央阀24处的附加的切换位置实现。对此，在中央阀中的一个或多个附加的开口是必需的。与附加的工作腔34相关联的配合腔32原则上无压力地构成并且与储存容器26连接。所述储存容器为补偿体积并且在正常运行中不将力施加到转子3上。假设，液压凸轮轴调节器1设计成，使得沿方向“晚”的附加的增压不是必需的，并且这仅通过第二组B的工作腔18、19、20的压力加载进行。
因此，在根据本发明的液压凸轮轴调节器1中可能的是，转子3抵抗摩擦和拖曳力矩以及在使用可切换的增压装置23的情况下沿方向“早”调节，其中压力介质流量和与此关联的损耗功率相对于从现有技术中已知的液压凸轮轴调节器1降低。由此，内燃机的效率提升并且消耗降低。
附图标记列表：
1 液压凸轮轴调节器
2 定子
3 转子
4 转子毂
5 翼片
6 翼片
7 翼片
8 连接片
9 连接片
10 连接片
11 环形室
12 压力室
13 压力室
14 压力室
15 工作腔
16 工作腔
17 工作腔
18 工作腔
19 工作腔
20 工作腔
21 压力介质存储器
22 压力介质
23 可切换的增压装置
24 中央阀
25 压力介质泵
26 储存容器
27 控制阀
28 驱动齿部
29 执行器
30 凸轮轴
31 中心开口
32 腔
33 止回阀
34 工作腔
35 止回阀
36 止回阀
37 阀弹簧
38 阀球
39 输入口
40 输入口
41 (中央阀中的)开口
42 (中央阀中的)开口
43 中轴线
44 供油通道
45 供油通道
46 止回阀
47 供油通道
48 供油通道

Claims (8)

1.一种用于调节内燃机的换气阀的控制时间的液压凸轮轴调节器(1)，具有：
-定子(2)，所述定子能够与所述内燃机的曲轴同步地转动；和
-相对于所述定子(2)可转动地设置的转子(3)，所述转子能够与凸轮轴(30)同步地转动，其中
-在所述定子(2)上设有多个连接片(8，9，10)，所述连接片将所述定子(2)和所述转子(3)之间的环形室(11)分成多个压力室(12，13，14)，其中
-所述转子(3)具有转子毂(4)和多个从所述转子毂(4)径向向外延伸的翼片(5，6，7)，所述翼片将所述压力室(12，13，14)分成两组工作腔(15，16，17，18，19，20)，所述工作腔分别能由在压力介质循环回路中入流或出流的压力介质(22)加载，所述工作腔具有不同的作用方向，
以及具有用于存储液压的所述压力介质(22)的压力介质存储器(21)，
其特征在于，
-所述液压凸轮轴调节器(1)至少在作用方向上具有附加的、可切换的增压装置(23)，借助所述增压装置，所述转子(3)能够相对于所述定子(2)转动，其中
在所述液压凸轮轴调节器(1)的第一运行状态下，对第一组工作腔(15，16，17)进行压力介质供应，并且在与所述第一运行状态不同的第二运行状态下，对所述第一组的工作腔(15，16，17)进行压力介质供应并且附加地对可接通的所述增压装置(23)进行压力介质供应，-可切换的所述增压装置(23)通过液压接通至少一个另外的工作腔(34)来实现。
2.根据权利要求1所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
所述液压凸轮轴调节器(1)具有用于共同操控所述工作腔(15，16，17，18，19，20)和可切换的所述增压装置(23)的控制阀(27)。
3.根据权利要求2所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
所述控制阀(27)是中央阀(24)，所述中央阀设置在转子(3)的中心开口(31)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
所述增压装置(23)引起沿刚好一个作用方向的调节力，其中所述增压装置(23)的所述刚好一个作用方向与所述凸轮轴(30)的拖曳力矩的作用方向相反地取向。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
与可切换的所述增压装置(23)相反作用的腔(32)直接与用于压力介质的储存容器(26)连接。
6.根据权利要求2至3中任一项所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
压力介质(22)的通过用于压力介质供应的压力介质泵(25)提供的体积流通过所述控制阀(27)分成第一子流和第二子流，其中将所述压力介质(22)的第一子流输送给所述第一组的工作腔(15，16，17)并且将第二子流输送给可接通的所述增压装置(23)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的液压凸轮轴调节器(1)，
其特征在于，
所述液压凸轮轴调节器(1)与内燃机的完全可变的气门机构有效连接。
8.一种用于控制根据权利要求1至7中任一项所述的液压凸轮轴调节器(1)的方法，
其特征在于，
在抵抗所述凸轮轴(30)的拖曳力矩调节所述转子(3)时，通过接通附加的增压装置(23)施加附加的调节力。
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