CN110998071B - 具有机械和液压棘轮的液压凸轮轴调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节内燃机的换气气门的正时的液压凸轮轴调节器(1)，其具有能与内燃机的曲轴同步转动的定子(2)、以能相对于定子(2)旋转的方式布置的能与凸轮轴同步转动的转子(3)、两组分别能被加载以在压力介质回路中流入或流出的压力介质(21)的具有不同的作用方向的工作腔(9、10)、以及用于将转子(3)相对于定子(2)锁定在限定的位置中的中间锁定装置(10)。在此，定子(2)在第一端侧(14)上通过多件式的锁定盖(11、12)限界，其中，多件式的锁定盖(11、12)具有第一锁定盖(11)和第二锁定盖(12)，并且其中，在第一锁定盖(11)上构造有机械棘轮(23)的第一阶梯部，并且在第二锁定盖(12)上构造有机械棘轮(23)的至少一个另外的阶梯部(22)。

Description

具有机械和液压棘轮的液压凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及一种液压凸轮轴调节器和一种用于制造液压凸轮轴调节器的方法。
背景技术
液压凸轮轴调节器安装在内燃机中，以便匹配内燃机的负载状态并且因此提升内燃机的效率。从现有技术已知了一种液压凸轮轴调节器，其根据叶片式原理工作。凸轮轴调节器通常在其基本结构中具有可由燃料发动机的曲轴驱动的定子和抗相对转动地与燃料发动机的凸轮轴连接的转子。在定子与转子之间设置了环形空间，环形空间通过抗相对转动地与定子连接的、径向向内凸出的凸出部划分为多个工作腔，工作腔分别通过从转子径向向外凸出的翼片划分为两个压力腔。根据给压力腔加载以液压压力介质，转子相对于定子的方位和因此还有凸轮轴相对于曲轴的方位可以沿方向“提前”或“滞后”调节。已知了一种具有中间锁定部的液压凸轮轴调节器，其中，转子除了相应的端部位置以外还可以在中间位置中锁定，以便尤其是使发动机起动变得容易。但在例外情况下，例如在内燃机失速的情况下可能的是，锁定装置没有按规定锁定转子，并且凸轮轴调节器在在随后的起动阶段中必须利用未锁定的转子运行。然而，因为当转子不在中间位置中锁定时，一些内燃机具有非常差的起动特性，所以转子必须在起动阶段中自动旋转到中间锁定位置中，并且随后锁定。
从DE 10 2012 211 870 A1已知了一种具有中间锁定装置的液压凸轮轴调节器。在此，中间锁定装置具有第一和第二锁定滑槽，其中，第一锁定滑槽构造在第一盖上，第二锁定滑槽构造在与第一盖对置的第二盖上，并且锁定销在转子的对置的端侧冒出来。
从DE 10 2014 212 617 A1已知了一种具有中间锁定功能的液压凸轮轴调节器，其中，转子可以根据液压棘轮原理从任意的位置转动到中间锁定位置，其中封锁与该转动相反的转动运动。液压棘轮为此使用凸轮轴驱动器的交变力矩，以便将转子根据初始位置从调节位置“提前”或调节位置“滞后”转移到中间位置。为此，必须分别关闭一组工作腔，以便阻止与想要的转动方向相反的转动，并且支持凸轮轴的相应的力矩。在此，锁定销不仅可以布置在转子的不同的端侧上，而且可以布置在相同的侧面上。从DE 10 2007 004 196已知了一种具有两个安装在一侧的、堆叠的锁定盖的锁定盖。
DE 10 2007 004 196 A1示出了用于内燃机的凸轮轴调节的设备，该设备具有与凸轮轴抗相对转动地连接的内转子，内转子能以能相对于与曲轴驱动连接的外转子转动的方式来调节，其中，外转子中引入有至少一个通过侧壁限界的液压腔，其中，液压腔通过从内转子径向向外延伸的元件划分为两个子腔，并且其中，为了锁定内转子与外转子之间的相对运动，存在两个轴向穿过内转子的锁定销，这两个锁定销能够嵌入两个引入其中一个构造为锁定盖的侧壁中的凹部中，其中，锁定盖由两个部分构成，其中，每个部分各具有一个凹部，以用于嵌入各一个锁定销。
DE 10 2013 223 301 A1示出了一种凸轮轴调节装置，其具有能与内燃机的曲轴连接的定子、以能相对于定子转动的方式受支承的能与凸轮轴连接的转子和用于相对于定子锁定转子的锁定装置，该锁定装置具有相对定子或转子固定的粉末冶金式制造的锁定滑槽和至少一个能在锁定滑槽中锁定的锁定销，其中，锁定滑槽在表面边缘区的至少一个区段中具有相对于锁定滑槽的基础材料的密度提高了的密度。
DE 10 2013 224 862 A1示出了一种凸轮轴调节装置，其具有能与燃料发动机的曲轴连接的定子、以能相对于定子转动的方式受支承的能与凸轮轴连接的转子，和用于相对于定子锁定转子的锁定装置，该锁定装置具有相对定子固定的锁定滑槽和至少一个能在锁定滑槽中锁定的相对转子固定的锁定销，其中，锁定滑槽布置在相对定子固定的、侧向地贴靠在转子上的至少两件式的盖中，并且盖的两个部分以不同的转动角度中相互紧固，其中，锁定滑槽通过至少一个设置在盖的第一部分中的凹部形成，并且在盖的第二部分上设置有嵌入凹部中的凸出部。
DE 10 2016 218 793 A1示出了一种凸轮轴调节器，其具有驱动元件和能相对驱动元件在一个角度范围内旋转的且能与凸轮轴连接的从动元件，其中，在驱动元件与从动元件之间构造有能压力加载的工作腔用于使驱动元件相对于从动元件旋转，其中，凸轮轴调节器具有用于收集液压介质的体积储存器，其中，体积储存器通过如下方式将液压介质通过止回阀输送至被负压加载的工作腔：工作腔中的负压打开止回阀，其中，止回阀布置在工作腔与体积储存器之间的轴向位置中，其中，体积储存器由与驱动元件抗相对转动地连接的盖元件构造。
此外，由现有技术已知了一种液压凸轮轴调节器，其具有压力介质存储器和所谓的“智能移相(Smart-Phasing)功能”，其中，工作腔可以在压力介质供应不足的情况下通过压力介质泵从存储器抽吸附加的压力介质，以便避免对空气的抽吸和液压凸轮轴调节器的与之相关联的功能故障。
在此不利的是，液压棘轮的功能非常强地与压力介质供应和压力介质的粘性有关。在冷的温度的情况下，该功能可以基于高的流动阻力受限或失灵。这在常规的发动机停止时是不重要的，因为压力介质通过发动机运行加热，并且具有低的粘性。如果发动机例如由于失速而未锁定地停机，那么液压凸轮轴调节器必须在发动机起动时锁定内燃机作为故障保护功能。如果在更长的冷却后，在低的环境温度的情况下起动发动机，那么液压棘轮可能失灵，并且没有发生在中间锁定位置中的锁定。
发明内容
本发明的任务是改进一种具有智能移相功能的液压凸轮轴调节器，从而与外部的条件无关地将转子运行安全地锁定在中间锁定位置中，并且克服从现有技术已知的缺点。
根据本发明，该任务通过用于调节内燃机的换气气门的正时的液压凸轮轴调节器来解决，该液压凸轮轴调节器具有能与内燃机的曲轴同步转动的定子和以能相对于定子旋转的方式布置的能与凸轮轴同步转动的转子。液压凸轮轴调节器此外具有两组分别能被加载以在压力介质回路中流入或流出的压力介质的具有不同的作用方向的工作腔。此外，在液压凸轮轴调节器上设置有用于将转子相对于定子锁定在限定的位置中的中间锁定装置。定子在第一端侧上通过多件式的锁定盖限界，其中，多件式的锁定盖具有第一锁定盖和第二锁定盖。在此，在第一锁定盖上构造有机械棘轮的第一阶梯部，并且在第二锁定盖上构造有机械棘轮的至少一个另外的阶梯部。由此可以构造一种机械棘轮机构，其支持转子转动到中间锁定位置中，并且因此使中间锁定功能基本上与压力介质的粘性无关。
根据本发明设置的是，在第一锁定盖与第二锁定盖之间布置有止回阀片。由此，止回阀片由经硬化的第一锁定盖保护，以防通过转子和锁定销造成的摩擦，并且能够实现止回阀出口的更有利的布置。通过止回阀能够实现工作腔的相应的压力介质供应，其中，压力介质在工作腔供应不足和由此产生的负压的情况下可以从存储器补充流动到各自的工作腔中。
通过在从属权利要求中提到的特征能够实现在独立权利要求中说明的液压凸轮轴调节器的有利的改进方案和扩展方案。
在本发明的优选的实施方式中设置的是，在第二锁定盖上设置有至少一个置入件，置入件可以被带到与中间锁定装置的锁定销的作用连接中。因为作用到锁定机构上的撞击负载是很高的，所以有意义且符合目的的是，强化第二锁定盖上的锁定滑槽的区域。这可以以简单的方式和方法通过置入件实现。
在此优选的是，在置入件上构造有用于锁定销的止挡部。通过置入件上的止挡部，锁定销的力仅间接传输到第二锁定盖上，从而针对第二锁定盖的机械负载保持得比较小。这能够实现第二锁定盖的简单和廉价的制造，因为在此可以使用可简单处理的材料和/或有利的制造方法。
在本发明的优选的实施方式中设置的是，用于操作液压棘轮的阶梯部构造在置入件上。由此，锁定销可以和转子一起逐步地从其初始方位转动到中间锁定位置。附加地，在锁定销在阶梯部的轴向延伸的止挡面的位置上卡入的情况下，力通过置入件吸收，从而针对第二锁定盖的基础材料的负载保持得很小，并且可以降低由运行而定的材料疲劳或更高的磨损的危险。
在本发明的有利的改进方案中设置的是，置入件由相对于第二锁定盖的材料更硬的和更高强度的材料构成。通过用于置入件的硬的和坚韧的材料可以降低中间锁定装置的磨损，并且可以提高锁定机构的可持久性。
在此特别优选地，置入件由烧结金属构成，或者借助精密切削法或挤压法制造。通过高强度的烧结金属或针对置入件的精密切削或挤压可以提升作为双组分构件的第二锁定盖的强度，其中，锁定滑槽的高机械负载的区域可以相应更硬地和抗冲击地实施。作为用于精密切削件的材料例如设置钢、例如C45钢。作为挤压件例如设置由16MnCr5构成的构件，其随后被硬化。锁定盖优选由烧结金属、例如SInt-D11构成。替选地，锁定盖也可以作为精密切削件由钢、如C45、16MnCr5或S460MC制造，其中，锁定盖还可以附加地硬化，从而可以放弃置入件，并且因此可以减小安装费用和构件的数量。
在本发明的替选的实施方式中设置的是，置入件被压入中间锁定装置在第二锁定盖上的滑槽基座中。在此，硬的、抗冲击的置入件可以被压入中间锁定装置在第二锁定盖上的滑槽基座中，从而置入件也可以实施为冲压、铣削或车削件。通过压入实现置入件与第二锁定盖之间的力锁合的和运行安全的连接。
在此特别优选的是，置入件通过止回阀片来拦挡，以防倾斜或从第二锁定盖掉出。替选地或附加地，在第二锁定盖上的置入件可以通过止回阀片的凸肩或通过止回阀片的弯曲部固定，从而止回阀片用作用于第二锁定盖上的置入件的拦挡。
相对于阶梯式的置入件替选地，变形的止回阀片也可以将简单的、非阶梯式的、优选实施为冲压件的置入件固定在其位置中。
此外，替代单个置入件地可以设置多个相互堆叠的置入件，其中，阶梯部可以通过置入件的不同的几何形状构造。由此，置入件可以特别简单地和廉价地实施为冲压件。
用于制造液压凸轮轴调节器的方法可以具有如下步骤，其中，使定子在第一端侧通过多件式的锁定盖限界，其中，在第一锁定盖上构造机械棘轮的第一阶梯部，并且在第二锁定盖上构造机械棘轮的至少一个另外的阶梯部，并且其中，液压凸轮轴调节器附加地具有液压棘轮机构，利用液压棘轮机构使转子转动到中间锁定位置中。由此可以制造用于具有中间锁定部的液压凸轮轴调节器的转子，其中，既存在液压棘轮也存在机械棘轮，从而转子可以基本上与压力介质的粘性无关地转动到中间锁定位置中，并且使在中间锁定位置中的锁定变得容易。在此，机械棘轮和液压棘轮可以同时对将转子调节到中间锁定位置中做出贡献。当封闭朝中间锁定位置移动的工作腔的流出时，液压棘轮起作用。锁定销在锁入位置中封闭这种流出。在机械棘轮的中间卡止位置中，进一步使该流出保持封闭。由于为此需要的穿过第一锁定盖的锁定深度有利的是，置入件阶梯式地实施。
除非个别情况另有说明，本发明的不同的在本申请中提到的实施方式可以有利地相互组合。
附图说明
本发明随后借助优选的实施例和附属的附图详细进行阐述。相同的构件或具有相同的功能的构件在此以相同的附图标记表示。其中：
图1以截面图示出了根据本发明的液压凸轮轴调节器的实施例；
图2示出了根据本发明的液压凸轮轴调节器的两件式的锁定盖；
图3示出了放到锁定盖中的置入件的放大图；
图4示出了用于说明在根据本发明的液压凸轮轴调节器中的机械和液压棘轮功能之间的相互作用的第一图示，在其中，其中一个锁定销被锁定；
图5示出了用于说明在根据本发明的液压凸轮轴调节器中的机械和液压棘轮功能之间的相互作用的第二图示，在其中封闭朝中间锁定位置移动的工作腔的流出；并且
图6示出了用于说明在根据本发明的液压凸轮轴调节器中的机械和液压棘轮功能之间的相互作用的第三图示，在其中打开朝中间锁定位置移动的工作腔的流出。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于调节内燃机的气门正时的液压凸轮轴调节器1的实施例。在图1中示意性示出的液压凸轮轴调节器1以已知的方式构造为叶片式调节器，并且包括能由内燃机的未示出的曲轴驱动的定子2和能抗相对转动地与同样未示出的凸轮轴连接的转子3。转子3具有转子轮毂4，多个翼片6从转子轮毂沿径向方向延伸。定子2具有多个接片5，接片将定子2与转子3之间的环形空间划分为多个压力空间7。压力空间7通过转子3的翼片6分别被划分为两个具有不同的作用方向的工作腔8、9。除了在液压凸轮轴调节器1的正常运行中已知的工作腔8、9以外，在转子3和定子2之间设置有用于在旋转到中间锁定位置中时液压地支撑转子3的支撑腔。定子2在第一端侧14通过多件式的锁定盖11、12限界，并且在与第一端侧14对置的第二端侧15通过密封盖13限界。在多件式的锁定盖11、12上可以放置附加的存储盖，存储盖具有用于泵送工作腔8、9的独立的压力介质供应的存储器。多件式的锁定盖11、12具有与定子2抗相对转动地连接的第一锁定盖11。多件式的锁定盖11、12此外具有与第一锁定盖11和/或定子2抗相对转动地连接的第二锁定盖12。在第二锁定盖12中安装有置入件21，置入件可以单件式地或多件式地构造。优选地，如图1所示的那样，置入件实施为阶梯式的置入件21，并且具有阶梯部22，液压凸轮轴调节器1的中间锁定装置10的锁定销17可以变成位于该阶梯部上。锁定销17通过弹簧18的力预紧，并且可以液压地通过经由压力介质实现的相应的压力构建来移入转子3中。在第一锁定盖11与第二锁定盖12之间布置有止回阀片16，其具有用于给工作腔8、9液压地供应压力介质的止回阀27。此外，在液压凸轮轴调节器1的定子2上构造有驱动啮合部，定子2可以通过驱动啮合部利用链或齿带与内燃机的曲轴连接。
图2放大地示出了中间锁定装置10的两件式的锁定盖11、12。可以看到液压凸轮轴调节器1在此锁定在中间位置中。在第一锁定盖19上设置有用于联接压力介质输入通道的留空部19，通过压力介质输入通道可以液压地操控中间锁定装置10的锁定机构。此外，在第一锁定盖11上设置有用于中间锁定装置10的锁定销17的止挡部20，中间锁定装置限制转子3沿相应的方向的旋转。具有阶梯部22的置入件21置入第二锁定盖12中，置入件在轴向方向上通过止回阀片16保持位置。为此，在止回阀片16上构造有轴向的拦挡部28，拦挡部与置入件21至少部分重叠。附加地，在置入件21上构造有用于锁定销17的另外的止挡部26，从而得到机械棘轮23，转子3可以逐级地通过机械棘轮转动到中间锁定位置中。锁定销17通过弹簧18按压到中间锁定装置10在第二锁定盖12上的锁定滑槽中，其中，当锁定销17锁定在锁定滑槽中时，锁定销17封锁在图4中示出的用于控制液压棘轮机构的通道29。在锁定销17上设置有凹部30，当锁定销17通过压力介质的液压压力移入转子3中时，利用凹部可以打开用于控制液压棘轮机构的通道29。由此，液压棘轮机构被停用，并且压力介质可以从相应的工作腔8、9流动出。
图3以放大图示出了阶梯式的置入件21。置入件21具备带有隆起部24的基体，置入件21利用隆起部支撑在止回阀片16上，并且具有阶梯部22。在此，在基础部分上设置有贴靠部25，置入件21可以利用基础部分支撑在锁定盖12上。此外，在置入件21上可以看到用于锁定销17的止挡部26，止挡部形状锁合地阻止转子3的转动运动。
图4以剖开的三维图示出了液压凸轮轴调节器1的片段图。在此，转子3已经在一侧锁定在中间锁定装置10中，并且通向工作腔8、9的通道29通过锁定销17封锁。转子3以其翼片6机械止挡在定子2的接片5上。
图5示出了液压凸轮轴调节器1的另外的片段图，其中，锁定销17贴靠在机械棘轮23的阶梯部上，然而还不位于中间锁定位置中。用于液压操控工作腔8、9的通道29继续还通过锁定销17封锁，从而压力介质不能够从相应的工作腔8、9流出。因此，机械棘轮23和液压棘轮机构是同时激活的。
图6示出了液压凸轮轴调节器1的片段的第三图示。在该运行状态中，锁定销17移入转子3中，从而锁定销17上的凹部30释放通向工作腔8、9的通道29，从而压力介质可以从工作腔8、9流出，并且液压棘轮机构被停用。在此，转子3被解锁，并且可以自由转动，从而提供液压凸轮轴调节器1的由运行而定的调节功能。
液压棘轮机构的功能依赖于油供应和压力介质的与温度有关的粘性。在冷的温度的情况下，液压棘轮机构的功能可能基于高的流动阻力失灵。当内燃机在冷起动不久后没有按计划地例如由于失速而停机，并且液压凸轮轴调节器1保持未锁定时，这尤其是重要的。如果在冷的和因此粘稠的压力介质的情况下进行发动机起动，那么液压棘轮机构可能失灵。为了满足液压凸轮轴调节器1的故障保护功能使用附加的机械棘轮23。附加的机械棘轮包括阶梯部，锁定销17可以在端部止挡位置与中间锁定位置之间卡入该阶梯部中。
机械棘轮23和液压棘轮可以和应该同时对将转子3调节到中间锁定位置中做出贡献。当封闭朝中间位置移动的工作腔8、9的流出29时，液压棘轮机构起作用。锁定销17在锁入位置中封闭流出29。在机械棘轮23的中间卡止位置中，继续还使流出保持封闭。由于为此需要的穿过第一锁定盖11的锁定深度，置入件21必须阶梯式地实施，或者另外地设置阶梯部22。第二锁定盖12中的置入件21由于延长的锁定滑槽以及在第一锁定盖11中的用于联接用于液压解锁中间锁定装置10的压力介质供应的留空部不再轴向受拦挡，以防通过撞击负载导致的倾斜。因此，在第一锁定盖11与第二锁定盖12之间的止回阀片16用作拦挡。
在所示的实施例中，机械棘轮23仅从中间沿调节方向“滞后”构造，并且不沿调节方向“提前”构造，因为在此没有使用螺旋弹簧来补偿凸轮轴摩擦力矩。为了从调节方向“提前”调节到中间锁定位置，相应的凸轮轴摩擦力矩可以起支持作用，从而沿该方向不需要附加的机械棘轮23。原则上，机械棘轮23也可以沿两个调节方向并且因此在中间锁定位置的两侧实施。在该情况下优选地设置另外的阶梯式的置入件21，并且将其安装在第二锁定盖12中。如果附加的机械棘轮应用在和在实施例中示出的机械棘轮23相同的锁定销17上，那么阶梯式的置入件必须产生用于液压棘轮机构的相反的切换逻辑，从而在中间卡止位置中，通向工作腔8、9的液压连接29保持打开。此外，具有多个阶梯部和与之相关联的更精细的分级的机械棘轮23是可想到的，其中优选地，为此使用多阶梯式的置入件21。
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到中间锁定位置中的旋转即使在压力介质的低的温度和高的粘性的情况下也得到改进，并且因此与外部的总体条件无关地确保在中间锁定位置中的运行安全的锁定。
附图标记列表
1 液压凸轮轴调节器
2 定子
3 转子
4 转子轮毂
5 接片
6 叶片
7 压力空间
8 工作腔
9 工作腔
10 中间锁定装置
11 第一锁定盖
12 第二锁定盖
13 密封盖
14 第一端侧
15 第二端侧
16 止回阀片
17 锁定销
18 弹簧
19 (在第一锁定盖上的)留空部
20 止挡部
21 置入件
22 置入件上的阶梯部
23 机械棘轮
24 隆起部
25 贴靠部
26 止挡部
27 止回阀
28 轴向的拦挡部
29 通向液压棘轮的通道
30 锁定销上的凹部

Claims (8)

1.用于调节内燃机的换气气门的正时的液压凸轮轴调节器(1)，其具有
-能与所述内燃机的曲轴同步转动的定子(2)，
-以能相对于所述定子(2)旋转的方式布置的能与凸轮轴同步转动的转子(3)，
-两组分别能被加载以在压力介质回路中流入或流出的压力介质的具有不同的作用方向的工作腔(9、10)，
-用于将所述转子(3)相对于定子(2)锁定在限定的位置中的中间锁定装置(10)，
-所述定子(2)在第一端侧(14)上通过多件式的锁定盖(11、12)限界，其中，
-所述多件式的锁定盖(11、12)具有第一锁定盖(11)和第二锁定盖(12)，
其特征在于，
-在所述第一锁定盖(11)上构造有机械棘轮(23)的第一阶梯部，并且在所述第二锁定盖(12)上构造有所述机械棘轮(23)的至少一个另外的阶梯部(22)，
-在所述第一锁定盖(11)与所述第二锁定盖(12)之间布置有止回阀片(16)。
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，在所述第二锁定盖(12)上设置有至少一个置入件(21)，所述置入件能够被带到与所述中间锁定装置(10)的锁定销(17)的作用连接中。
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，在所述置入件(21)上构造有用于所述锁定销(17)的止挡部(26)。
4.根据权利要求2或3所述的液压凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述机械棘轮(23)的至少一个另外的阶梯部(22)构造在所述置入件(21)上，并且在所述置入件(21)上构造有用于控制液压棘轮的阶梯部。
5.根据权利要求2或3所述的液压凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述置入件(21)由相对于所述第二锁定盖(12)的材料更硬的和更高强度的材料构成。
6.根据权利要求5所述的液压凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述置入件(21)由烧结金属构成，或者借助精密切削法或挤压法制造。
7.根据权利要求2所述的液压凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述置入件(21)被压入所述中间锁定装置(10)的滑槽基座中。
8.根据前述权利要求2或3所述的液压凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述置入件(21)通过止回阀片(16)来拦挡，以防倾斜或掉出。
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