内燃机的凸轮轴调节器的中心阀

摘要

本发明涉及一种内燃机(1)的凸轮轴调节器(11)的中心阀(30)，其具有阀壳体(31)、控制活塞(32)和固着法兰(42)，其中，阀壳体(31)至少部分地布置在凸轮轴调节器(11)内的容纳部(29)内并且具有至少一个流入接口(P)、流出接口(T)和工作接口(A，B)，其中，控制活塞(32)可轴向移动地布置在阀壳体(31)内，其中，进出凸轮轴调节器(11)的压力介质流可以通过控制活塞(32)在阀壳体(31)内的适当定位来控制，其中，固着法兰(42)牢固地与容纳部(29)的壁连接并且确定阀壳体(31)相对于凸轮轴调节器(11)的轴向位置。

权利要求

1.内燃机(1)的凸轮轴调节器(11)的中心阀(30)，所述中心阀具有阀壳体(31)、控制活塞(32)和固着法兰(42)，-其中，所述阀壳体(31)至少部分地布置在所述凸轮轴调节器(11)内的容纳部(29)内并且具有至少一个流入接口(P)、流出接口(T)和工作接口(A，B)，-其中，所述控制活塞(32)轴向能移动地布置在所述阀壳体(31)内，

-其中，进出所述凸轮轴调节器(11)的压力介质流能够通过所述控制活塞(32)在所述阀壳体(31)内的适当定位来控制，-其中，所述固着法兰(42)牢固地与所述容纳部(29)的壁连接并且确定所述阀壳体(31)相对于所述凸轮轴调节器(11)的轴向位置，-其特征在于，所述固着法兰(42)和所述阀壳体(31)构建为两个独立的构件，所述阀壳体(31)形状锁合地、材料锁合地或力锁合地与所述固着法兰(42)连接。

2.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，所述阀壳体(31)一方面贴靠在所述容纳部(29)的止挡(49)上而另一方面贴靠在所述固着法兰(42)上。

3.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，所述固着法兰(42)具有凸缘(40)，所述凸缘布置在所述凸轮轴调节器(11)外并且在至少一个轴向方向上贴靠在所述内燃机(1)的与气缸头固定的构件(16)上。

4.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，所述阀壳体(31)构建为基本上管状的板材构件。

5.根据权利要求4所述的中心阀(30)，其特征在于，所述管状的板材构件设有适配套管(44)，所述适配套管包围所述管状的构件并且所述适配套管的外壳面贴靠在所述容纳部(29)的壁上。

6.根据权利要求5所述的中心阀(30)，其特征在于，所述适配套管(44)牢固地与所述固着法兰(42)或所述管状的板材构件连接。

7.根据权利要求5所述的中心阀(30)，其特征在于，在所述管状的板材构件与所述适配套管(44)之间的所述流入接口(P)、流出接口(T)和工作接口(A，B)中的至少一个的区域中布置有滤布(45)。

8.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，在所述固着法兰(42)上构建有用于所述控制活塞(32)的端部止挡(36)。

9.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，在所述阀壳体(31)上构建有用于所述控制活塞(32)的端部止挡(37)。

10.根据权利要求1所述的中心阀(30)，其特征在于，在所述阀壳体(31)上构建有用于弹性元件(38)的弹性件容纳部(39)，所述弹性元件支撑在所述控制活塞(32)和所述弹性件容纳部(39)上。

说明书

内燃机的凸轮轴调节器的中心阀

技术领域

[0001] 本发明涉及一种内燃机的凸轮轴调节器的中心阀，其具有阀壳体、控制活塞和固着法兰，其中，阀壳体至少部分地布置在凸轮轴调节器内的容纳部内并且具有至少一个流入接口，流出接口和工作接口，其中，控制活塞可轴向移动地布置在阀壳体内，其中，进出凸轮轴调节器的压力介质流可以通过控制活塞在阀壳体内的适当定位来控制，其中，固着法兰牢固地与容纳部的壁连接并且确定阀壳体相对于凸轮轴调节器的轴向位置。

背景技术

[0002] 在现代内燃机中使用凸轮轴调节器，用以在最大前位置与最大后位置之间的限定的角度范围中可变地构建曲轴与凸轮轴之间的相位关系。为此凸轮轴调节器集成到传动系中，通过传动系将转矩从曲轴传递到凸轮轴上。传动系可以例如实施为皮带传动机构、链条传动机构或齿轮传动机构。这样的凸轮轴调节器通常构建为液压摆动马达、例如以叶片结构形式，具有至少两个相互作用的压力室。在此，压力介质向压力室的输送和从压力室的输出借助液压换向阀、例如比例阀来控制。在此，已知了如下实施方式，其中液压换向阀布置在凸轮轴调节器的中心穿通孔中并且与其一起旋转。这样的换向阀通常称作中心阀。

[0003] 这样的中心阀例如在DE 10 2004 038 160A1中予以公开。在该实施形式中，凸轮轴调节器的中央穿通孔由空心的凸轮轴贯穿嵌入(durchgreiffen)。在凸轮轴内，在凸轮轴调节器的区域中布置中心阀。该中心阀由阀壳体、控制活塞、弹性元件和卡环构成。基本上空心圆柱体形构建的阀壳体在其外壳面上具有流入接口、流出接口和两个工作接口。此外，设置有轴向工作接口。流入接口与内燃机的压力介质泵联通，流出接口与压力介质贮存器联通以及工作接口分别与凸轮轴调节器的一组压力室联通。在阀壳体内轴向可移动地布置控制活塞。在此，控制活塞可以借助电磁调节单元克服弹性元件的力移动到在两个端部止挡之间的任意位置中并且保持在那里，其中该弹性元件支撑在控制活塞和阀壳体上。第一端部止挡通过卡环实现，该卡环布置在阀壳体的敞开的端部处。第二端部止挡通过弹性件容纳部实现。

[0004] 根据控制活塞相对于阀壳体的位置，将从压力介质泵输送到流入接口的压力介质体积流引导至第一或第二工作接口并且由此引导至第一或第二压力室。同时，压力介质从另外的压力室经由另外的工作接口和流出接口排出至压力介质贮存器中。

[0005] 阀壳体除了液压接口之外还具有固着区段，在所示的实施方式中具有螺纹区段，中心阀借助螺纹区段固定在凸轮轴内。此外，在阀壳体的从凸轮轴伸出的区段上构建有在径向方向上延伸的凸缘(Bund)，其在径向方向上突出于凸轮轴并且在轴向方向上贴靠在内燃机的气缸头上。因此，该凸缘是凸轮轴相对于气缸头的轴向支承结构的一部分。

[0006] 通过轴向支承部位和固着区段实现至阀壳体的高的力输入，该阀壳体必须相应稳固地实施。通常，整个阀壳体借助切削制造方法由金属毛坯制造。该制造方法是非常耗时的并且导致高的材料耗用。

发明内容

[0007] 本发明所基于的任务是提出一种内燃机的凸轮轴调节器的中心阀，其中要降低其制造费用。

[0008] 根据本发明，该任务通过如下方式来解决：固着法兰和阀壳体构建为两个独立的构件。

[0009] 根据本发明的中心阀具有至少一个阀壳体、控制活塞和固着法兰。该阀壳体至少部分地设置在凸轮轴调节器内的容纳部内，例如设置在凸轮轴调节器的中心的穿通孔内。例如可以基本上空心圆柱体形构建的阀壳体具有至少一个流入接口、流出接口以及工作接口，其中，阀壳体与容纳部的壁协作，使得这些接口在阀壳体外彼此液压地分离。这可以通过将阀壳体直接贴靠在壁上或通过中间连接附加的套管来实现，其外壳面贴靠在容纳部的壁上并且其内壳面贴靠在阀壳体的外壳面上。容纳部位于由凸轮轴调节器搭接的区域中并且可以直接构建在布置在凸轮轴调节器和阀壳体之间的凸轮轴调节器或中间构件上。例如，凸轮轴调节器可以由凸轮轴贯穿嵌入，凸轮轴在凸轮轴调节器的区域中具有容纳部，在该容纳部中布置阀壳体。

[0010] 在阀壳体内可轴向移动地容纳控制活塞。控制活塞例如可以借助电磁调节单元在两个端部止挡之间定位。根据控制活塞相对于阀壳体的位置，输送给中心阀的压力介质被引导至凸轮轴调节器的第一或第二压力室，其中压力介质同时从另外的压力室被引导至压力介质贮存器。借助固着法兰确定阀壳体在容纳部的内部的轴向位置，其中该固着法兰抗相对转动(drehfest)地并且在轴向方向上不可移动地与容纳部的壁连接。该固着法兰可以形状锁合(formschlüssig)、材料锁合(stoffschlüssig)或力锁合(kraftschlüssig)地例如借助焊接连接、钎焊连接、粘合连接或螺旋连接，借助压配合或捻缝牢固地与容纳部的壁连接。通过单独地构建固着法兰，在内燃机运行期间中心阀的承受负载的区域与否则不承受负载的阀壳体分离，不承受负载的阀壳体仅仅用于控制压力介质流进出凸轮轴调节器。因此，仅须实心地构建承受负载的固着法兰，而阀壳体可以借助成本低廉的并且快速的方法来制造。可考虑的是，例如阀壳体构建为板材构件并且例如借助无切削的成型方法，例如深拉方法来制造。通过将固着法兰与阀壳体分离，降低了实心固着法兰的复杂度，使得其借助比现有技术中已知的阀壳体更为简单的制造方法来制造。可考虑的例如是挤压成型方法等等。因此，极大地简化了中心阀的制造，尤其是阀壳体的制造和固着部件的制造并且降低了其制造成本。此外，降低了材料耗用。

[0011] 在本发明的具体实施中设计的是，阀壳体形状锁合地、材料锁合地或力锁合地与固着法兰相连。阀壳体例如可以借助焊接连接、钎焊连接、粘合连接或螺旋连接，借助压配合或捻缝牢固地与固着法兰连接。因此，预先制造组件，其可以作为整体来建造。

[0012] 备选地，阀壳体一方面可以贴靠在容纳部的止挡上并且另一方面可以贴靠在固着法兰上。在该实施方式中，首先将阀壳体置入容纳部中并且接着将固着法兰牢固地与容纳部的壁相连。在此，阀壳体借助固着法兰被压向容纳部，由此其轴向位置在容纳部内被确定。

[0013] 在本发明的改进方案中可以设计，固着法兰具有凸缘，其布置在凸轮轴调节器以外并且在至少一个轴向方向上贴靠在内燃机的与气缸头固定的构件上。与气缸头固定的构件例如可以是气缸头，气缸头盖或与气缸头牢固连接的构件。因此，凸轮轴或凸轮轴调节器的轴向支承功能可以集成到根据本发明的中心阀中。

[0014] 有利地，阀壳体可以构建为基本上管状的板材构件。板材构件可以直接贴靠在容纳部的壁上，使得阀壳体的液压接口在阀壳体外部彼此液压分离。备选地，管状板材构件可以由适配套管，例如塑料套管包围，其外壳面贴靠在容纳部的壁上。因此，阀壳体通过管状部件和适配套管形成。适配套管可以牢固地与固着法兰或管状板材构件或与两者连接。这例如可以借助粘合连接、夹持连接或卷曲连接来实现。在塑料套管的情况下，塑料套管可以直接喷注到管状构件上。在该情况下，管状板材构件用作控制活塞的支承和滑动面。管状构件的壁厚可以极小地实施并且距容纳部的距离借助轻质塑料套管跨接。由此，降低了与凸轮轴调节器一起旋转的阀壳体的重量。此外，通过管状构件的极小的壁厚度使其制造容易。该适配套管可以牢固地与固着法兰或管状板材构件或与两者连接。

[0015] 附加地，可以在管状板材构件与适配套管之间在接口中的至少一个的区域中布置有滤布。因此，防止了保护颗粒渗入中心阀中，由此防止控制活塞的夹紧并且减小磨损。此外，滤布防失落地和位置固定地容纳在中心阀的阀壳体中。

[0016] 在本发明的改进方案中建议，在固着法兰上和/或在阀壳体上构建用于控制活塞的端部止挡。基于固着法兰和阀壳体的较低的复杂性可以在其制造方法期间在没附加费用的情况下构建端部止挡。因此，不需要满足该功能的附加构件。

[0017] 在本发明的改进方案中设计，在阀壳体上构建用于弹性元件的弹性件容纳部，该弹性元件支撑在控制活塞和弹性件容纳部上。弹性件容纳部构建在阀壳体、例如管状板材构件或适配套管上。因此，对于该功能无需附加构件。

附图说明

[0018] 本发明的其他特征从以下描述以及从附图中得到，在附图中简化地示出了本发明的实施例。其中：

[0019] 图1仅非常示意性地示出了内燃机，

[0020] 图2示出了通过根据本发明的中心阀的纵截面，

[0021] 图3示出了固着在凸轮轴上的带有现有技术的中心阀的凸轮轴调节器的纵截面，[0022] 图4示出了沿着线IV-IV的图3的装置的横截面。

具体实施方式

[0023] 在图1中概要地示出了内燃机1，其中，在气缸4中示出了处于曲轴2上的活塞3。曲轴2在所示的实施方式中通过各一个牵引机构驱动装置5与进气凸轮轴6或排气凸轮轴
7连接，其中，第一凸轮轴调节器和第二凸轮轴调节器11可以负责在曲轴2与凸轮轴6、7之间的相对转动。凸轮轴6、7的凸轮8操作一个或多个进气换气阀9或一个或多个排气换气阀10。同样，可以设计仅仅凸轮轴6、7之一配备有凸轮轴调节器11或设置有仅仅一个凸轮轴6、7，其设置有凸轮轴调节器11。

[0024] 图3以纵截面示出了固着在凸轮轴6、7上的凸轮轴调节器11，如在DE102004038160A1中所公开的那样。图4示出了沿着图3中的线IV-IV穿过凸轮轴调节器
11的横截面。凸轮轴调节器11具有驱动元件12和从动元件13。在驱动元件12的轴向侧面上分别布置有侧盖14。侧盖14抗相对转动地与驱动元件12连接。从驱动元件12的周向壁19出来，五个突起部20径向向内延伸。在所示的实施方式中，突起部20与周围壁19一体式地构建。驱动元件12借助突起部20的径向上位于内部的周围壁相对于从动元件13可转动地相对于从动元件设置。

[0025] 从动元件13以叶轮形式构建并且具有基本上圆柱体形实施的轮毂元件17，在所示的实施方式中五个叶片18从其圆柱体形外壳面在径向方向上向外延伸。叶片18与从动元件13分离地构建并且布置在轮毂元件17的外壳面中的叶片槽中。

[0026] 通过与驱动元件12抗相对转动地连接的链轮21可以借助未示出的链传动装置将转矩从曲轴2传递到驱动元件12上。从动元件13的中心穿通孔22被凸轮轴6、7贯穿嵌入，其中，凸轮轴力锁合地与从动元件13连接。凸轮轴6、7在所示的实施方式中构建为空心轴并且抗相对转动地支承在气缸头16的凸轮轴径向轴承15内。

[0027] 在凸轮轴调节器11内在每两个在周向上相邻的突起部20之间构建有压力室23。每个压力室23都在周向上由相邻的突起部20的对置的基本上径向走向的限制壁24、在轴向方向上由侧盖14、径向向内由轮毂元件17并且径向向外由周围壁19限定。各有一个叶片18伸入到每个压力室23中，其中，叶片18构建为使得其不仅贴靠在侧盖14上而且贴靠在周围壁19上。每个叶片18因此将相应的压力室23划分成两个彼此相互作用的压力室
25、26。

[0028] 从动元件13在限定的角度范围中相对于驱动元件12可转动地布置。该角度范围在从动元件13的转动方向上被限制使得叶片18分别贴靠在压力室23的各一个对应的限制壁24(前止挡27)上。类似地，该角度范围在其他转动方向上被限制使得叶片18贴靠在压力室23的用作后止挡28的其他限制壁24上。

[0029] 通过对一组压力室25、26压力施加而对另一组卸压可以改变驱动元件12相对于从动元件13的相位位置(以及由此凸轮轴6、7相对于曲轴2的相位位置)。通过对两组压力室25、26的压力施加可以保持相位位置恒定。

[0030] 在凸轮轴6、7的容纳部29中布置有中心阀30。中心阀30具有阀壳体31和控制活塞32。阀壳体31基本上空心圆柱体形地构建，其中，在其圆柱体形壳面上构建有流入接口P、流出接口T和两个工作接口A、B(以环形槽47的形式)，其借助径向开口48与阀壳体31的内部联通。此外，设置有径向流出接口T(以轴向开口的形式)。

[0031] 流入接口P通过构建在气缸头16中的压力介质通道33与未示出的压力介质泵联通。流出接口T与同样未示出的压力介质贮存器联通。第一工作接口A与第一压力室25联通，第二工作接口B与第二压力室26联通。

[0032] 在内燃机1运行期间，压力介质通过流入接口P到达阀壳体31的内部并且通过活塞开口34到达控制活塞32的内部。根据控制活塞32相对于阀壳体31的位置，压力介质到达第一或第二工作接口A、B且因此到达相应的压力室25、26。同时，压力介质从其他压力室25、26通过其他工作接口A、B和相应的流出接口T导出至压力介质贮存器。

[0033] 控制活塞32的轴向位置可以借助电磁调节单元35在两个端部止挡36、37之间任意设置。第一端部止挡36借助卡环来实现，其布置在阀壳体31的敞开一侧上。在此，一方面未示出的调节单元35的推杆以及另一方面支撑在阀壳体31的弹性件容纳部39上的弹性元件38作用于控制活塞32上，其中，弹性件容纳部同时形成第二端部止挡37。

[0034] 阀壳体31抗相对转动地并且不可移动地固着在凸轮轴6、7中。为此，在阀壳体31上构建螺纹区段41，借助其可以将阀壳体31与凸轮轴6、7拧紧在一起。阀壳体31在其从凸轮轴6、7伸出的端部上具有在径向方向上延伸的凸缘40。凸缘40在轴向方向上贴靠在气缸头16上，从而防止在图3中凸轮轴6、7向右的轴向运动。此外，从动元件13同样贴靠在气缸头16上，从而防止图3中凸轮轴6、7向左的轴向运动。因此，凸缘40形成了在气缸头16中的凸轮轴6、7的轴向支承结构的一部分。

[0035] 在现有技术中已知的实施方式中，阀壳体31承担将压力介质分布于压力室25、26的功能以及轴向支承凸轮轴6、7。此外，同样通过阀壳体31将中心阀30固着在容纳部29内。基于轴向支承和固着功能，阀壳体31构建为具有提高的强度。通常，其以切削方式例如通过车削由实心金属毛坯制造。由于凸缘40和螺纹区段41必须在制造阀壳体31期间剥离许多毛坯材料，由此导致高的材料成本和极小的循环时间。

[0036] 图2示例性地示出了根据本发明的中心阀30的实施方式，其不具有该缺点。与现有技术中已知的中心阀30相比，轴向支承功能和固着功能与阀壳体31分离并且集成在固着法兰42中。因此，仅仅固着法兰42必须具有高的强度并且例如构建为转动件。同样可考虑的是，例如以切削的方式后处理的金属注模件、烧结件、深拉件或挤压件。固着法兰42具有为轴向支承凸轮轴6、7所需的凸缘40以及固着区段43。借助固着区段43建立在凸轮轴6、7和中心阀30之间的牢固连接。在所示的实施方式中在固着区段43上构建有螺纹区段41。同样，可考虑形状锁合元件或面，借助该面可实现与凸轮轴6、7的压配合。

[0037] 由于在该实施方式中对阀壳体31不作用高的负荷，所以其可以构建为成本低廉的板材构件，例如构建为深拉构件。因此，降低了材料耗用并且降低了在制造中心阀30时的制造时间。在所示的实施方式中，阀壳体31构建为管状板件，其中，其圆柱体形壳面具有四组壳体开口46，压力介质可以通过壳体开口在管状板材构件的内室与外室之间交换。一组壳体开口46在周向上彼此间隔地构建在管状构件上。这些组在轴向上彼此错开地布置。每组壳体开口46形成径向压力介质接口A、B、P、T。

[0038] 在所示的实施方式中，阀壳体31插入到固着法兰42中并且力锁合地借助压配合与该固着法兰连接。备选地或附加地，同样可考虑的是形状锁合的或材料锁合的连接方法，例如螺旋连接、捻缝连接、焊接连接、钎焊连接或粘合连接。

[0039] 阀壳体31在管状板材构件的外壳面上具有适配套管44，其在中心阀30安装好的状态中压力介质密封地贴靠在容纳部29的壁上。适配套管44在所示的实施方式中构建为塑料套管并且不仅与阀壳体31而且与固着法兰42牢固连接。适配套管44例如可以直接喷注到阀壳体31上或单独地制造并且在阀壳体31上借助粘合连接来固着。与固着法兰42的连接借助在固着法兰42的螺纹区段41的区域中的卷边来实现。同样，可考虑卡锁连接或夹持连接。

[0040] 在适配套管44的外壳面上构建有四个轴向上彼此错开的环形槽47，在其槽底部中设置有开口48。开口48与壳体开口46平齐，使得压力介质可以在阀壳体31的内部与外部之间交换。

[0041] 在适配套管44与阀壳体31之间设置有滤布形式的过滤元件45，其在轴向上沿着径向工作接口A、B、P、T延伸并且防止脏颗粒进入阀壳体31中。

[0042] 在阀壳体31内布置控制活塞32和弹性元件38。控制活塞32轴向可移动地布置在构建在固着法兰42上的第一端部止挡36与通过弹性件容纳部39构建的第二端部止挡37之间。弹性元件38一方面支撑在弹性支承体39上而另一方面支撑在控制活塞32上。

[0043] 在中心阀30的制造过程中，首先管状构件牢固地与固着法兰42连接并且控制活塞32和弹性元件38定位在阀壳体31内。接着，通过如下方式完成阀壳体31：将适配套管44喷注到管状部件上或者将单独制造的适配套管44固着在管状构件和/或固着法兰42上。为了将中心阀30安装在容纳部29中，该中心阀借助螺纹区段41旋拧在凸轮轴6、7中。
在此，阀壳体31贴靠在止挡49上(图3)，该止挡49构建在凸轮轴6、7中。

[0044] 同样，可考虑如下实施方式，其中省去了适配套管44并且管状构件直接贴靠在容纳部29的壁上。

[0045] 此外，也可考虑如下实施方式，其中中心阀30借助固着区段43直接与从动元件13的中心穿通孔22相连。在该情况下，凸轮轴6、7至少不完全贯穿嵌入中央穿通孔22并且固着区段43直接贴靠在中心穿通孔22的壁上，该中心穿通孔22在此情况下用作容纳部29。

[0046] 附图标记列表

[0047] 1 内燃机

[0048] 2 曲轴

[0049] 3 活塞

[0050] 4 气缸

[0051] 5 牵引机构驱动装置

[0052] 6 进气凸轮轴

[0053] 7 排气凸轮轴

[0054] 8 凸轮

[0055] 9 进气换气阀

[0056] 10 排气换气阀

[0057] 11 凸轮轴调节器

[0058] 12 驱动元件

[0059] 13 从动元件

[0060] 14 侧盖

[0061] 15 凸轮轴径向轴承

[0062] 16 气缸头

[0063] 17 轮毂元件

[0064] 18 叶片

[0065] 19 周围壁

[0066] 20 突起部

[0067] 21 链轮

[0068] 22 中心穿通孔

[0069] 23 压力室

[0070] 24 限制壁

[0071] 25 第一压力室

[0072] 26 第二压力室

[0073] 27 前止挡

[0074] 28 后止挡

[0075] 29 容纳部

[0076] 30 中心阀

[0077] 31 阀壳体

[0078] 32 控制活塞

[0079] 33 压力介质通道

[0080] 34 活塞开口

[0081] 35 调节单元

[0082] 36 端部止挡

[0083] 37 端部止挡

[0084] 38 弹性元件

[0085] 39 弹性件容纳部

[0086] 40 凸缘

[0087] 41 螺纹区段

[0088] 42 固着法兰

[0089] 43 固着区段

[0090] 44 适配套管

[0091] 45 过滤元件

[0092] 46 壳体开口

[0093] 47 环形槽

[0094] 48 开口

[0095] 49 止挡

[0096] A 第一工作接口

[0097] B 第二工作接口

[0098] P 流入接口

[0099] T 流出接口