凸轮轴调节器

摘要

本发明涉及一种凸轮轴调节器(1)，其具有由内燃机曲轴驱动的定子(2)、与内燃机凸轮轴不可转地连接的转子(4)，所述转子具有多个从转子毂(7)径向向外突出的叶片(6)，其中布置在定子(2)与转子(4)之间的工作室通过叶片(6)分成压力室(8,9)，并且定子(2)和转子(4)制造成烧结构件。按照本发明在定子(2)和/或转子(4)的轴向构成的端面(13,15,19,20)上设有挤压空隙(14)，在端面的变形再加工工艺期间，材料可以流动到挤压空隙里面。

权利要求

1.一种凸轮轴调节器(1)，其具有由内燃机曲轴驱动的定子(2)、与内燃机凸轮轴不可转地连接的转子(4)，所述转子具有多个从转子毂(7)径向向外突出的叶片(6)，其中布置在定子(2)与转子(4)之间的工作室通过叶片(6)分成压力室(8,9)，并且定子(2)和转子(4)制造为烧结构件，其中在定子(2)和/或转子(4)的轴向构成的端面(13,15,19,20)上设有挤压空隙(14)，在端面的变形再加工工艺期间，材料可以流动到所述挤压空隙里面，并且其中所述挤压空隙(14)三维棱面状地构成并且分别具有底面(16)以及基本梯形的侧面(17)，从而环绕的接片结构(18)分别包围挤压空隙(14)，并且所述接片结构(18)形成精整结构，

其中所述梯形侧面(17)的倾斜角度适配于精整结构的表面部分。

2.如权利要求1所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，利用高度精整再加工所述端面。

3.如权利要求2所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述挤压空隙(14)在所述端面(13,15,19,20)上均匀地分布。

4.如权利要求3所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述挤压空隙(14)这样布置在所述端面(13,15,19,20)上，使得至少一部分接片结构(18)形成连贯的结构，所述连贯的结构环绕地限定所述端面(13,15,19,20)。

5.如权利要求3或4所述的凸轮轴调节器(1)，其特征在于，所述精整结构具有适配于烧结部分的尺寸的表面部分。

说明书

凸轮轴调节器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种凸轮轴调节器，具有由内燃机曲轴驱动的定子、与内燃机凸轮轴不可转地连接的转子，所述转子具有多个从转子毂径向向外突出的叶片，其中布置在定子与转子之间的工作室通过叶片分成许多压力室，并且定子和转子制造为烧结构件。

背景技术

[0002] 凸轮轴调节器在现代内燃机中用于优化油耗值和功率值，并且用于改变换气阀的打开和关闭时刻，从而曲轴与凸轮轴之间的相位关系可以在确定的角度范围内、在最大提前位置与最大滞后位置之间变化地形成。为此，将凸轮轴调节器集成到传动系里面，扭矩通过传动系从曲轴传递到凸轮轴。为此凸轮轴调节器具有由曲轴驱动的定子和与凸轮轴不可转地连接的转子。在转子与定子之间设有以压力介质加载的工作室，所述工作室通过附属于转子的叶片分成相互对抗的压力室。在内燃机运行期间，两个压力室持久地以压力介质充满，由此转子与定子相对刚性地相互连接。换气阀的控制时间通过下述方式改变，一个压力室里面的压力升高，而另一压力室里面的压力下降。为此必需将压力介质输送到一个压力室并且从另一压力室将压力介质排出到油箱，由此改变在凸轮轴与曲轴之间的角度位置。

[0003] 按照现有技术，凸轮轴调节器的零部件转子和定子由钢或铝合金在烧结工艺中制成。在这种情况下，为了保证凸轮轴调节器无瑕疵的功能，在下述工艺步骤、即挤压、绿色处理和烧结之后接着进行相对费事且由不同工艺组成的最终加工(精整、磨削、精车等)，用于保证轴向对置表面所需的平行度。这些最终加工工艺成本昂贵且含有质量风险，所述质量风险由于中间的处理步骤还会加剧。

[0004] 作为上述缺陷的解决方案，公开文献DE 10 2013 015 677A1提供了一种方法以及一套部件，具有两个烧结拼接部件以及一个径向变形元件。所建议的多件式定子或转子的设计方案由于零部件数量以及费事的拼接工艺被视为不利的。

发明内容

[0005] 因此，本发明的任务是提供一种凸轮轴调节器，其中以明显降低的最终加工耗费在同时成本有利的加工的情况下实现凸轮轴调节器功能所需的精度。

[0006] 这个任务按照本发明通过下述方式解决，在定子和/或转子的轴向构成的端面上设有挤压空隙，在端面的变形再加工工艺期间，材料可以流动到挤压空隙里面。换言之，在挤压毛坯时引入呈空隙或沟槽形式的确定的凹部，所述凹部烧结后所需的再加工提供由于变形必需的挤压空间，而不会由于在运行中超过可承受的表面压力在端面的承载性方面损伤如此加工的端面。

[0007] 最好利用高度精整再加工所述端面。通过这种方式通过所期望的端面材料塑性变形以简单且成本有利的方式利用造型工具可以制造各个零部件的高度以及两个对置的表面的平行度。

[0008] 通过所述挤压空隙基本均匀地分布在轴向端面上，按照本发明的有利改进方案能够避免损伤端面承载性，从而在凸轮轴调节器运行中不会超过确定的表面压力。

[0009] 所述挤压空隙最好三维棱面状地构成并且分别具有底面以及基本梯形的侧面，从而分别有一环绕的接片结构包围挤压空隙。在此所述接片结构最好形成精整结构。

[0010] 按照本发明的有利改进方案，所述挤压空隙这样布置在端面上，使得至少一部分接片结构形成连贯的结构，所述连贯的结构环绕地限定端面。这个环绕的结构在各个端面紧贴在凸轮轴调节器的相应表面上时密封，由此可以明显减少泄漏。

[0011] 所述精整结构最好具有适配于烧结部分的尺寸的表面部分。因此所述表面部分取决于定子或转子的尺寸。通常，所述精整结构在较小的零部件中形成的表面部分比在较大零部件中形成的表面部分更大。由此在较小的零部件中可以有利地减少泄漏，同时提供必需的挤压空间。此外在运行中可以避免零部件的很大程度上的变形并且进而避免不期望的高度降低。

[0012] 挤压空隙与精整结构之间的面积比对于所达到的变形度以及进而在实现确定的高度尺寸方面的精度具有决定性的贡献。因为在高度精整时，相对置的表面以挤压力和反向保持力加载，除了所期望的塑性变形，也产生可观比例的弹性变形，所述弹性变形导致变形的材料部分在零部件卸载时回弹。这个弹性部分必需保持微小，因为它被视为以后在将部件张紧在凸轮轴调节器中时难以监控的影响参数并且在那里起到负面影响。但是因为在这种加工工艺时，弹性变形部分在精整时不能完全避免，所述弹性变形部分还通过按照本发明的表面结构的适当设计方案保持低的且可控的水平，这例如通过有针对性的过渡造型(侧面、半径等)实现。

[0013] 为了使弹性部分保持尽可能微小，所述梯形侧面的倾斜角度可以适配于精整结构的表面部分。对此原则上已经证实，在凹进的表面部分(挤压空隙)变小的情况下，在凸起与凹陷的区域之间的过渡必需更陡斜地延伸，反之亦然。

附图说明

[0014] 由实施例、说明和附图给出本发明的其它优点。

[0015] 其中：

[0016] 图1示出已知凸轮轴调节器的定子和转子的立体图，

[0017] 图2示出按照本发明的凸轮轴调节器的转子的立体图，

[0018] 图3示出将按照图2的转子局部切掉的一个叶片的立体图，

[0019] 图4示出按照图3的叶片的俯视图，

[0020] 图5示出按照本发明的凸轮轴调节器的定子的立体图，

[0021] 图6示出按照图5的定子的局部放大图，和

[0022] 图7示出按照本发明的凸轮轴调节器的另一实施例的定子的立体图。

具体实施方式

[0023] 图1示出已知的凸轮轴调节器1，借助于其在内燃机运行区间改变在曲轴与凸轮轴之间的角度位置。通过未示出的凸轮轴的旋转这样移动换气阀的打开和关闭时刻，使得内燃发动机在各个转速时具有其最佳功率。在此，旋转式马达调节器1能够实现凸轮轴相对于曲轴的无级调整。

[0024] 凸轮轴调节器1具有圆柱形定子2，它与齿轮3不可转地连接。在本实施例中齿轮3是链轮，通过它导引未示出的链条。但是齿轮3也可以是齿带轮，通过它导引作为驱动元件的驱动皮带。通过这个驱动元件和齿轮3使定子2与曲轴以公知的方式驱动连接。

[0025] 定子2和齿轮3在这个实施例中相互间一体地构成。螺栓使未示出的定子盖固定在由定子2和齿轮3组成的单元上。如果在替代的设计方案中定子2和齿轮3是独立的部件，则定子2利用螺栓固定在齿轮3与定子盖之间。

[0026] 定子2配有径向向内突出的隔板5。在这些隔板5之间沿圆周布置转子4的叶片6。转子4具有转子毂7，它与凸轮轴不可转地连接。为此转子毂7收缩或挤压在凸轮轴端部上。为了改变凸轮轴与曲轴之间的角度位置，转子4相对于定子2反作用螺簧力旋转。为此根据所期望的旋转方向，液压流体在压力下被置于从属于一个旋转方向的压力室8里面，而从属于另一旋转方向的压力室9向着油箱卸载。所述从属于另一旋转方向的压力室9在附图中以最小状态示出。

[0027] 为了在断开内燃发动机时、即在未加载凸轮轴调节器1时使转子4占据马达启动所必需的提前的排气凸轮轴位置，转子4通过螺簧旋转到初始位置。在这个初始位置，转子4相对于定子2利用锁紧部10防止偏转地固定。这个锁紧部安置在多个叶片6的其中一个中。在此，在压力室8,9的压力下降时，未示出的锁销通过未示出的螺旋压簧的弹簧力运动到止锁位置，在该位置这个锁销嵌入到未示出的定子盖的锁孔里面。在发动机启动时锁销通过液压流体反作用弹簧力加载并且移回，由此转子4与定子盖解锁并且凸轮轴调节器1可以到达其调节位置。

[0028] 压力室8,9可以通过横孔11,12以液压流体供给，或者液压流体可以从压力室排出。为此例如在凸轮轴端部内部同轴对准地布置液压阀，它具有至少一个液压活塞。

[0029] 凸轮轴调节器1的定子2以及转子4通常由钢或铝合金组成，并且在烧结工艺中制成。为了保证凸轮轴调节器1无瑕疵的功能，在下述工艺步骤、即挤压、绿色处理和烧结之后接着进行相对费事且由不同工艺组成的最终加工(精整、磨削、、精车等)，用于保证在轴向对置的表面中所需的平行度。这些最终加工工艺是成本昂贵的且含有质量风险，所述质量风险由于中间的处理步骤还会加剧。

[0030] 为了提供凸轮轴调节器1，其中在最终加工耗费明显降低且同时成本有利的加工的情况下实现烧结构件的功能所需的精度，按照本发明的凸轮轴调节器1在定子2和/或转子4的轴向构成的端面上具有挤压空隙14。

[0031] 图2示出按照本发明的凸轮轴调节器1的第一实施例的转子4。端面13,15在组装凸轮轴调节器1以后顶靠在定子2的内表面上，端面具有挤压空隙14，在端面13,15的变形再加工工艺期间转子4的材料可以流到挤压空隙里面。这个再加工有利地利用高度精整实现，在高度精整时通过所期望的烧结材料塑性变形以简单且成本有利的方式利用造型工具可以制造各个零部件的高度以及两个对置的表面的平行度。

[0032] 即，在挤压毛坯(生坯)时引入呈空隙或沟槽形式的确定的凹部，所述凹部向烧结后所需的再加工提供由于变形必需的挤压空间，而不会由于在运行中超过可承受的表面压力在端面的承载性方面损伤如此加工的端面13,15。

[0033] 通过挤压空隙14在轴向端面13,15上基本均匀地分布，能够避免损伤端面13,15的承载性，由此在凸轮轴调节器1运行中不会超过确定的表面压力。

[0034] 如同尤其由图3和图4看到的那样，所述图3和图4示出叶片6的局部放大图，挤压空隙14三维棱面状地构成并且分别具有底面16以及基本梯形的侧面17，由此环绕的接片结构18分别包围挤压空隙14。在此，相邻的挤压空隙14过渡到同一接片结构18中。基本上，分布在端面13,15上的接片结构18具有相同宽度。接片结构18整体形成精整结构，它具有适配于零部件尺寸的表面部分。由此可以避免在运行中零部件的很大程度上的变形和由此带来的不期望的高度减小。在此，这样确定表面部分，提供必需的挤压空间供使用，同时可以保证所期望的密封。

[0035] 挤压空隙与精整结构之间的面积比对于所达到的变形度以及进而在实现确定的高度尺寸方面的精度具有决定性的贡献。因为在高度精整时，相对置的表面以挤压力和反向保持力加载，除了所期望的塑性变形，也产生可观比例的弹性变形，所述弹性变形导致变形的材料部分在零部件卸载时回弹。这个弹性部分必需保持微小，因为它被视为以后在将部件张紧在凸轮轴调节器1中时难以监控的影响参数并且在那里起到负面影响。

[0036] 但是因为在这种加工工艺时，弹性变形部分在精整时不能完全避免，所述弹性变形部分还通过按照本发明的表面结构的适当设计方案保持在低的且可控的水平。这通过上述挤压空隙14的造型实现，所述挤压空隙具有侧面17作为到接片结构18的过渡。另一造型可以通过半径等实现。

[0037] 为了使弹性部分保持尽可能微小，梯形侧面17的倾斜角度还适配于接片结构18的表面部分。对此原则上已经证实，在凹进的表面部分(挤压空隙14)变小的情况下，在凸起与凹陷的区域之间的过渡必需更陡斜地延伸，反之亦然。

[0038] 此外尤其由图2可以看出，挤压空隙14以及接片结构18这样布置在端面13,15上，使一部分接片结构18形成连贯的结构，它环绕地限定端面13,15。这个环绕的结构能够在各个端面13,15紧贴在定子2内表面上时可靠地密封所述端面13,15，由此可以明显减少泄漏。这部分接片结构18为了改善密封可以比内部的接片结构18更宽地构成。

[0039] 图5和图6示出第一实施例的定子2，它按照图1与齿轮3一体地构成。如同已经对于转子4描述过的那样，定子2也在其端面19,20上具有上述的挤压空隙14。对此请参阅上面的描述。

[0040] 图7示出另一实施例的定子2，在其上以不可转的方式固定齿带轮或皮带轮。

[0041] 按照本发明，上述的具有挤压空隙14的精整结构可以设置在转子4或定子2或这两个零部件上，但是所述挤压空隙尤其有利地应用于定子2的端面19,20上。在此，在设置精整结构时要考虑，在组装状态而且也在所有运行条件下不允许超过可承受的表面压力，用于可靠且持久地并且在不设置夹紧连接的情况下承受轴向作用的张紧力。运行状态在此尤其包括高温，在高温时材料的蠕变强度不利地变化，而且也包括轴向且尤其是径向作用的机械力，它们可能将附加的轴向作用的力分量施加到按照本发明的结构化的表面上。

[0042] 对于按照本发明生产的凸轮轴调节器1的零部件2,4的以后的功能同样具有重要意义的是，轴向对置的表面具有在平行度方面最小的误差。因此这意味着，在把按照本发明的精整结构设置到两个端面13,15或19,20上时,精确地获得会产生怎样的塑性或弹性属性的变形，也一起考虑了在精整时力作用以及加工影响。

[0043] 按照本发明的精整结构的其它优点在下述意义中得出，即可以制造出高度精整的具有确定的整体外形(布局)的端面13,15或19,20，它适应例如转子4张紧在凸轮轴端部上时的变形，并由此在减小制造成本的同时有利于改善其它功能。

[0044] 附图标记列表

[0045] 1     凸轮轴调节器

[0046] 2     定子

[0047] 3     齿轮

[0048] 4     转子

[0049] 5     隔板

[0050] 6     叶片

[0051] 7     转子毂

[0052] 8     压力室

[0053] 9     压力室

[0054] 10    锁紧部

[0055] 11    横孔

[0056] 12    横孔

[0057] 13    端面

[0058] 14    挤压空隙

[0059] 15    端面

[0060] 16    底面

[0061] 17    侧面

[0062] 18    接片结构

[0063] 19    端面

[0064] 20    端面