CN114787483A - 凸轮轴调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆传动系的叶片式凸轮轴调节器(1)，该凸轮轴调节器包括：定子(2)；转子(3)，转子布置成使得该转子能够相对于定子(2)旋转；工作腔室(4)，工作腔室形成在定子(2)与转子(3)之间，并且每个工作腔室被转子(3)的径向突出的叶片(5)分成两个子腔室；以及用于存储液压介质的储存器(6)，储存器连接至子腔室，使得在子腔室中的一个子腔室中处于负压的情况下，所述子腔室被供应有来自储存器(6)的液压介质，以便将转子(3)相对于定子(2)进行调节，其中，子腔室能够根据凸轮轴调节器(1)的控制阀(7)的切换位置而连接至泵(8)或罐(9)，其中，控制阀(7)具有如下切换位置：在该切换位置中，两个子腔室中的第一子腔室连接至罐(9)并且两个子腔室中的第二子腔室与泵(8)分离。

Description

凸轮轴调节器
技术领域
本发明涉及用于机动车辆传动系的用于对凸轮轴相对于曲轴的相位位置进行调节的叶片式液压凸轮轴调节器。凸轮轴调节器具有定子和转子，定子以可旋转的方式联接至曲轴，转子以可旋转的方式联接至凸轮轴并且优选地径向布置在定子内以便能够相对于定子旋转。凸轮轴调节器具有形成在定子与转子之间的工作腔室，工作腔室中的每个工作腔室被转子的径向突出的叶片分成两个子腔室、也称为A腔室和B腔室。可以利用液压介质对子腔室进行加压，以将转子相对于定子进行调节。子腔室各自在相反的方向上起作用。这意味着，转子可以通过向一个子腔室施加压力而相对于定子在延迟方向上被调节，并且可以通过向另一子腔室施加压力而相对于定子在提前方向上被调节。当一个子腔室被加压时，液压介质从另一子腔室排出。凸轮轴调节器具有连接至子腔室的用于存储液压介质的储存器，以便在子腔室中的一个子腔室中存在负压时将液压介质从储存器供应至子腔室。在每种情况下，储存器优选地经由止回阀连接至子腔室。
背景技术
这种叶片式凸轮轴调节器在现有技术的背景中是已知的。作用在凸轮轴上的交变扭矩可以用于调节凸轮轴的旋转角度，这也称为凸轮轴扭矩致动(CTA)调节。在这种情况下，借助于作用在凸轮轴上的交变扭矩，液压介质经由旁路从一个子腔室流到相应的另一子腔室中。替代性地或附加地，可以使用诸如泵之类的外部液压介质供应部来调节凸轮轴的旋转角度，这也称为油压致动(OPA)调节。在这种情况下，一个子腔室由液压介质供应部进行加压，而另一子腔室连接至无压罐/储存器，用于排放液压介质。
经由凸轮轴扭矩进行调节的优点在于，仅需要非常小的液压介质流量，即用以补偿子腔室与凸轮轴调节器之间的泄漏。然而，只有当作用在凸轮轴上的交变扭矩足够大时，经由凸轮轴扭矩进行调节才是可能的，因为在交变扭矩较低的情况下可以实现的调节速度太低。
经由油压进行调节的优点在于，即使在较低的调节速度下具有较小的调节移位，也可以容易地控制调节。然而，需要相对较大的液压介质流量，该相对较大的液压介质流量必须经由外部液压介质供应部来供应，这对于必要的安装空间具有负面影响。
为了避免两种类型的调节(OPA和CTA)的缺点，已经开发了所谓的智能相位器，智能相位器的主要优点是，该智能相位器结合了OPA和CTA调节的原理，以便确保在减少液压介质的量的情况下实现更高的调节速度。
例如，从DE 10 2010 005 604A1中已知这种凸轮轴调节器。该文献公开了一种用于内燃发动机的压力介质致动的凸轮轴调节装置，该凸轮轴调节装置具有：至少两个相反作用的工作腔室、压力介质泵、压力介质储存器和多通阀，该多通阀包括：壳体，该壳体具有分配给工作腔室、压力介质泵和压力介质储存器的若干开口，压力介质被促使通过这些开口流入和/或流出；阀体，该阀体在壳体内被导引成能够在两个端部位置之间移位，并且该阀体根据坐置在壳体上的控制边缘的位置而能够阻止或允许压力介质流过壳体中的开口；以及双止回阀，设置在阀体中的双止回阀允许压力介质在两个不同方向上流动，其中，控制边缘设置成使得在阀体的端部位置中，双止回阀促使压力介质从压力介质泵流向第一工作腔室，并且促使压力介质从第二工作腔室流向第一工作腔室，第二工作腔室与第一工作腔室在相反的方向上工作。
然而，现有技术的背景总是具有下述缺点：对于先前已知的结合了OPA和CTA调节原理的凸轮轴调节器，OPA与CTA调节部件之间的比率由凸轮轴调节器的设计预先确定，并且仅取决于其中安装有凸轮轴调节器的发动机的特性比如油压和凸轮轴扭矩。这意味着OPA和CTA调节原理在一次调节中的部分取决于燃油与凸轮轴扭矩能量的比率。换句话说，即使凸轮轴扭矩足够大，即使凸轮轴扭矩的能量将足以进行调节，来自泵的液压介质也会作用在子腔室上。
因此，本发明的目的是为了避免或至少减少现有技术中的缺点。特别地，提供一种凸轮轴调节器，该凸轮轴调节器以特别有效的方式将两种调节原理的优点相互结合。另外，凸轮轴调节器应当设计成尽可能地节省能量且节省空间。
发明内容
在一般装置中，该目的根据本发明通过以下方式实现：其中，控制阀具有(第一)附加切换位置，在该附加切换位置中，两个子腔室中的第一子腔室连接至罐，并且两个子腔室中的第二子腔室与泵分离。换句话说，该目的根据本发明借助于设计为所谓的智能相位器的凸轮轴调节器来实现，在该凸轮轴调节器中，使用特殊的阀，以便能够将OPA和CTA调节原理彼此分开/独立地实施。
这是有利的，因为凸轮轴调节器使得可以仅通过使用凸轮轴扭矩来实施调节，而不需要由泵提供液压介质。另一方面，如果发动机的操作点没有为调节提供足够大的凸轮轴扭矩，比如在缸体停用、气门升程减小、气门停用或高压泵上的负载变化的情况下，则可以使用OPA原理或者OPA与CTA原理的组合来进行调节。
在从属权利要求中要求保护有利的实施方式并且在下文进行解释。
根据有利的进一步改进，控制阀可以具有(第二)附加切换位置，在该附加切换位置中，第一子腔室与泵分离，并且第二子腔室连接至罐。这意味着，当泵由于两个附加切换位置而被阻塞时，A腔室和B腔室两者可以朝向罐被排空。这使得能够在两侧进行纯CTA调节。
根据优选的实施方式，控制阀可以设计为4/5通阀，该控制阀具有连接至第一子腔室的A连接部、连接至第二子腔室的B连接部、连接至泵的P连接部以及连接至罐的T连接部。这意味着，根据本发明的控制阀与以前使用的4/3通阀相比具有两个附加切换位置。在这两个附加的切换位置中，P连接部/P开口被阻塞、即从泵到控制阀的阀活塞的供油被阻断，并且只有尺寸减小的子腔室、即卸压的子腔室被连接至罐。
根据优选的实施方式，控制阀可以具有五个切换位置，所述五个切换位置可以根据来自控制装置的PWM信号进行切换。换言之，仅由PWM信号来限定是利用CTA调节原理来执行调节还是利用CTA与OPA调节原理的组合来执行调节。这意味着，由控制单元决定使用哪种调节原理。
优选的是，在第一附加切换位置和/或第二附加切换位置中，加压液压介质流被阻断。特别有利的是，在其他切换位置、即中央位置和端部位置中实现与设计为智能相位器的已知凸轮轴调节器相同的流量。
根据优选的实施方式，控制阀可以具有阀套和活塞，该活塞布置成能够在阀套中轴向移位，其中，活塞包括四个腹板。两个腹板定位在中央而两个腹板定位在外侧。
根据有利的改进，活塞的腹板中的两个轴向相邻的腹板之间的距离、特别是两个中央腹板之间的距离可以基本上与连接至泵的阀套的开口、即P连接部一样大。因此，P连接部可以尽可能快地闭合，使得有助于切换位置之间的简单切换。
此外，有利的是，连接至泵的阀套的开口的宽度基本上与活塞的控制边缘与连接至两个子腔室中的一个子腔室的阀套的开口的交叠部分的宽度一样大。这意味着，阀套中的P开口基本上与活塞的控制边缘与A开口或与B开口的交叠部分一样大。因此，当活塞从调节位置移动时，P开口可以快速关闭，并且A开口或B开口可以连接至罐。以这种方式实现顺序控制。
在优选的实施方式中，凸轮轴调节器可以具有用于将转子相对于定子锁定、特别是在中心位置将转子相对于定子锁定的锁定机构，其中，锁定机构在控制阀的端部位置中被解锁、特别地是在100％的PWM信号下被解锁。因此，可以确保从中心位置开始。
附图说明
下面借助附图对本发明进行说明。在附图中：
图1示出了根据本发明的凸轮轴调节器处于第一切换位置的示意图，
图2示出了凸轮轴调节器处于第二切换位置的示意图，
图3示出了凸轮轴调节器处于第三切换位置的示意图，
图4示出了凸轮轴调节器处于第四切换位置的示意图，
图5示出了凸轮轴调节器处于第五切换位置的示意图，以及
图6示出了表示液压介质流量与切换位置之间的关系的曲线图。
这些附图在本质上仅是示意性的，并且仅用于理解本发明。相同的元件设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1至图5以纯粹示意的方式示出了根据本发明的凸轮轴调节器1。凸轮轴调节器1是用于机动车辆传动系的叶片式凸轮轴调节器。凸轮轴调节器1用于调节凸轮轴相对于曲轴的相位位置。凸轮轴调节器1具有定子2和转子3，定子以可旋转的方式联接至曲轴，转子以可旋转的方式联接至凸轮轴。转子3布置成能够在定子2内旋转。定子2和转子3可以在有限的角度范围内相对于彼此旋转。凸轮轴调节器1具有形成在定子2与转子3之间的工作腔室4。
工作腔室4各自被转子3的径向突出的叶片5分成两个子腔室，所述两个子腔室也称为A腔室和B腔室。可以利用液压介质对子腔室进行加压，以便将转子3相对于定子2进行调节。子腔室各自在相反的方向上起作用。这意味着，转子3可以通过向一个子腔室例如A腔室施加压力而相对于定子2在延迟方向上被调节，并且可以通过向另一子腔室例如B腔室施加压力而相对于定子在提前方向上被调节。当一个子腔室被加压时，液压介质从另一子腔室排出。
凸轮轴调节器1具有连接至子腔室的用于储存液压介质的储存器6，以便在子腔室中的一个子腔室中存在负压时将液压介质从储存器6供应至子腔室。
凸轮轴调节器1具有用于控制液压介质流动的控制阀7。根据控制阀7的切换位置，A腔室和B腔室可以连接至泵8或罐9。储存器6连接至罐9，使得多余的液压介质可以排出。储存器6经由止回阀10连接至A腔室并且连接至B腔室。
储存器6经由控制阀7而被供应液压介质。根据本发明，控制阀7具有如下切换位置：在该切换位置中，两个子腔室中的第一子腔室连接至罐9，并且两个子腔室中的第二子腔室与泵8分离。根据优选实施方式，控制阀7还具有如下切换位置：在该切换位置中，第二子腔室连接至罐9，并且第一子腔室与泵8分离。根据本发明，控制阀7中因而存在两个附加的切换位置，在所述两个附加的切换位置中，泵8被阻断，并且在罐9与待减压的子腔室之间建立连通。
控制阀7被设计为4/5通阀11。控制阀7具有连接至A腔室的A连接部、连接至B腔室的B连接部、连接至泵8的P连接部以及连接至罐9的T连接部。控制阀7由PWM信号在五个切换位置之间被控制。
图1示出了凸轮轴调节器1处于控制阀7的第一切换位置。在第一切换位置中，泵8连接至B腔室，并且A室连接至罐9。在第一切换位置中，凸轮轴调节器处于智能操作模式，其中，经由凸轮轴扭矩(CTA原理)和液压介质压力(OPA原理)的组合来进行调节。PWM信号为0％。
图2示出了凸轮轴调节器1处于控制阀7的第二切换位置。在第二切换位置中，P连接部和B连接部被阻断，并且A腔室连接至罐9。在第二切换位置中，凸轮轴调节器1处于纯CTA操作模式，其中，仅经由凸轮轴扭矩来进行调节。PWM信号为25％。
图3示出了凸轮轴调节器1处于控制阀7的第三切换位置。在第三切换位置中，执行中央位置补偿。这使得凸轮轴调整器1的泄漏得到补偿。这意味着泵8与A腔室之间的连接以及泵8与B腔室之间的连接稍微打开。因此，A腔室与罐9之间的连接以及B腔室与罐9之间的连接被阻断。在第三切换位置中，凸轮轴调节器1处于调节操作模式。PWM信号为50％。
图4示出了凸轮轴调节器1处于控制阀7的第四切换位置。在第四切换位置中，P连接部和A连接部被阻断，并且B腔室连接至罐9。在第四切换位置中，凸轮轴调节器1处于纯CTA操作模式，其中，仅通过凸轮轴扭矩进行调节。PWM信号为75％。
图5示出了凸轮轴调节器1处于控制阀7的第五切换位置。在第五切换位置中，泵8连接至A腔室，并且B腔室连接至罐9。在第五切换位置中，凸轮轴调节器处于智能操作模式，其中，使用凸轮轴扭矩(CTA原理)和液压介质压力(OPA原理)的组合来进行调节。PWM信号为100％。
要解锁凸轮轴调节器1，PWM信号应设置为100％。然后，控制阀7处于端部位置，此处端部位置是第五切换位置。A腔室然后连接至P开口并且执行解锁。
在图1至图5中，示意性地示出了控制阀7。控制阀7具有阀套和阀活塞/活塞12，阀活塞/活塞布置成能够在阀套中移位。活塞12被设计成能够进行顺序控制。阀套具有连接至泵8的P开口，P开口形成P连接部。阀套具有连接至罐9的T开口，T开口形成T连接部。阀套具有连接至A腔室的A开口，A开口形成A连接部。阀套具有连接至B腔室的B开口，B开口形成B连接部。
活塞12具有四个腹板13。在第一切换位置中，B开口布置在第一外腹板14与第一中央腹板15之间，P开口布置在第二中央腹板16与第二外腹板17之间，并且A开口布置成远离第二外腹板17。第一中央腹板15与第二中央腹板16之间的距离基本上对应于P开口的宽度。P开口的宽度基本上对应于由外腹板14、17形成的活塞12的控制边缘与A开口或与B开口的交叠部分的宽度。因此，在A连接部或B连接部(取决于调节的方向)连接至罐9或储存器6之前，P连接部被关闭。因此，当从调节状态(50％)切换至25％或75％时，P开口可以用活塞12阻塞，并且A开口或B开口可以被打开。
图6示出了根据本发明的凸轮轴调节器1的流量18与已知的(智能相位器)凸轮轴调节器的流量19相比较。在第一切换位置、第三切换位置和第五切换位置中，流量18、19相等。在第二切换位置和第四切换位置中，泵8被阻断，使得凸轮轴调节器1的流量18等于零。
附图标记说明
1凸轮轴调节器 2定子 3转子 4工作腔室 5叶片 6储存器 7控制阀 8泵 9罐 10止回阀 11 4/5通阀 12活塞 13腹板 14第一外腹板 15第一中央腹板 16第二中央腹板 17第二外腹板 18流量 19流量。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆传动系的叶片式凸轮轴调节器(1)，所述凸轮轴调节器包括：定子(2)；转子(3)，所述转子布置成使得所述转子能够相对于所述定子(2)旋转；工作腔室(4)，所述工作腔室形成在所述定子(2)与所述转子(3)之间，并且每个工作腔室被所述转子(3)的径向突出的叶片(5)分成两个子腔室；以及用于存储液压介质的储存器(6)，所述储存器连接至所述子腔室，使得在所述子腔室中的一个子腔室中存在负压的情况下，所述子腔室被供应有来自所述储存器(6)的液压介质，以便将所述转子(3)相对于所述定子(2)进行调节，其中，所述子腔室能够根据所述凸轮轴调节器(1)的控制阀(7)的切换位置而连接至泵(8)或罐(9)，其特征在于，所述控制阀(7)具有第一附加切换位置，在所述第一附加切换位置中，所述两个子腔室中的第一子腔室连接至所述罐(9)并且所述两个子腔室中的第二子腔室与所述泵(8)分离。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述控制阀(7)具有第二附加切换位置，在所述第二附加切换位置中，所述第一子腔室与所述泵(8)分离，并且所述第二子腔室连接至所述罐(9)。
3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述控制阀(7)被设计为4/5通阀(11)，所述控制阀具有连接至所述第一子腔室的A连接部、连接至所述第二子腔室的B连接部、连接至所述泵(8)的P连接部以及连接至所述罐(9)的T连接部。
4.根据权利要求3所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述控制阀(7)具有五个切换位置，所述五个切换位置能够根据PWM信号进行切换。
5.根据权利要求2所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，在所述第一切换位置和/或在所述第二切换位置中，经加压的液压介质流被阻断。
6.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述控制阀(7)具有阀套和活塞(12)，所述活塞被设置成能够在所述阀套中轴向移位，其中，所述活塞(12)包括四个腹板(13)。
7.根据权利要求6所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述活塞(12)的所述腹板(13)中的两个轴向相邻的腹板(15，16)之间的距离基本上与连接至所述泵(8)的所述阀套的开口一样大。
8.根据权利要求6或7所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，连接至所述泵(8)的所述阀套的开口的宽度基本上与所述活塞(12)的控制边缘与连接至所述两个子腔室中的一个子腔室的所述阀套的开口的交叠部分的宽度一样大。
9.根据权利要求6所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述活塞(12)设计成使得所述活塞具有顺序控制。
10.根据权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述凸轮轴调节器(1)具有用于将所述转子(3)相对于所述定子(2)锁定的锁定机构，其中，所述锁定机构在所述控制阀(7)的端部位置中进行解锁。
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