CN102947553B - 用于凸轮轴调节器的转子及凸轮轴调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于凸轮轴调节器（61）的转子（1、21、41），其具有转子基体（3、23、43）以及一定数目的设置在所述转子基体（3、23、43）上并且沿径向向外延伸的转子叶片（5、25、45），所述转子叶片分别具有叶片端部（7、27、47）。为了减少泄漏，所述转子叶片（5、25、45）的叶片端部（7、27、47）成形为可沿径向向外弹性变形的密封接片（9、31、49）。这种转子（1、21、41）能够以不增加成本且在制造技术上可简单转换的方式减少凸轮轴调节器（61）中的泄漏。此外，本发明还涉及内燃机用的、具有这种转子（1、21、41）的凸轮轴调节器（61）。

Description

用于凸轮轴调节器的转子及凸轮轴调节器

技术领域

本发明涉及用于凸轮轴调节器的转子，其具有转子基体以及一定数目的设置在所述转子基体上并且沿径向向外延伸的转子叶片。此外，本发明还涉及具有这种转子的凸轮轴调节器。

背景技术

转子用于辅助有针对性地调节内燃机中的凸轮轴和曲轴之间的相位。为此，它作为凸轮轴调节器的部分通常保持在与曲轴抗扭地相连的定子中。在已安装状态下，转子抗扭地与凸轮轴相连并且可以相对于定子调节，由此可以实现凸轮轴相对于定子在预定的角范围内转动。以这种方式例如可以有针对性地提高内燃机功率或者降低内燃机燃料消耗。

在已安装状态下，转子的叶片将通常在定子中构造的压力室分别划分为液压区域，这些液压区域被施加液压液体以便控制凸轮轴调节器。在此，尤其在转子叶片和定子壳面的接触位置上出现由功能造成的间隙，由此液压液体可能会失控地从一个液压区域进入另一液压区域。为了减少这种不期望的内部泄漏已知了各种不同的密封方案。

由WO 2007/088108A1已知前述类型的转子，其被应用在内燃机的凸轮轴调节器中。该转子具有一定数目的沿径向定向的叶片，这些叶片在其端面范围内相对于定子内壳面密封。为了密封由叶片彼此隔开的液压区域，WO 2007/088108A1建议应用单独的密封元件。该密封元件具有U形主横截面，其包含沿周向定向的主边和两个沿径向定向的侧边。U形主横截面可以从外部包围转子叶片端侧的整个端部区域。另一变形方式规定，叶片具有端侧的凹槽，单独的密封元件的侧边伸入这些凹槽。

WO 2006/111217A1公开了转子，其作为用于内燃机凸轮轴调节的装置的部分，其转子基体具有一定数目的凹槽。转子叶片插入这些凹槽。此处在凹槽的凹槽底部和转子叶片之间设有单独的所谓的弹簧元件，其一方面沿径向向外挤压转子叶片，另一方面紧密地贴靠凹槽底部。弹簧元件相应地同时充当弹簧和密封元件，阻止液压液体在液压区域之间流动，这些液压区域不仅在转子叶片的叶片端部之间也在转子基体内的凹槽底部中。

此外由DE 19980580T1已知叶片转子，其作为内燃机的阀时间控制装置的部分。转子的叶片设有在叶片端部端面上的沿轴向剖切的保持槽。单独的密封元件可以压入该保持槽，密封元件与定子内周面滑动接触。密封元件额外地利用片簧保持在叶片的保持槽中。

虽然针对转子的所有前述实施方式可以减少凸轮轴调节器内部的泄漏，然而单独的密封元件以不利方式增加了制造技术上额外的费用和更多的成本。

发明内容

因此与现有技术相比，本发明的第一任务提供了改进的转子，这种转子能够以不增加成本且可在制造技术上简单转换的方式减少凸轮轴调节器中的泄漏。

本发明第二任务提供了具有这种转子的凸轮轴调节器。

根据本发明，本发明第一任务通过用于凸轮轴调节器的转子解决，其具有转子基体以及一定数目的设置在所述转子基体上并且沿径向向外延伸的转子叶片，所述转子叶片分别具有叶片端部。在此规定，为了减少泄漏，所述转子叶片的叶片端部成形为可沿径向向外弹性变形的密封接片。

本发明基于这样的认识，即，凸轮轴调节器中的内部泄漏是由于对液压区域限定边界的构件之间的过宽的间隙造成的。为了将泄漏减至最少可以如此缩小间隙，即，在凸轮轴调节器运行时保证液压区域彼此间足够的密封性。这例如可以通过更窄的间隙尺寸来实现。然而在此在制造构件时要求有较高的尺寸精度，以保证不影响凸轮轴调节器的功能。这到目前为止只能以非常高的费用实现。

因而在此背景下使用单独的密封元件来密封。通过这种实施方式，在制造时对尺寸精度的要求虽然较小，然而也因此提高了成本系数并且安装更耗费，这是因为密封元件一方面必须单独制造并且必须在附加的工艺步骤中安装。另外，例如在使用单独的密封元件时也需要与转子匹配。

本发明惊人地如下解决了这个问题，即，取消应用单独的密封元件。为此，为了像这样减少泄漏，转子叶片的叶片端部成形为可沿径向向外弹性变形的密封接片。这些密封接片是转子叶片的部分，并且基于其弹性满足了在凸轮轴调节器运行中迄今为止由单独的密封元件所承担的、必要的密封功能。通过取消单独的密封元件可以省略迄今为止必需的转子叶片加工步骤，例如开设凹槽以便定位密封元件。

转子叶片的密封效果尤其涉及在旋转系统中作用于基体的、内燃机或者说凸轮轴调节器运行时起作用的离心力。离心力离开转动轴线沿径向向外取向并且与基体质量以及基体与转动轴线之间的间距有关。

由于转子在已安装状态下旋转，所以沿径向向外取向的力作用于叶片端部，尤其是作用于密封接片。可弹性变形的密封接片沿径向向外压靠定子的内壁，由此缩小了叶片端部和定子内壳面之间的径向泄漏间隙。以这种方式可以在凸轮轴调节器内的液压区域之间实现可靠密封。

换而言之，叶片端部或者说密封接片基于其弹性实施方式承担了凸轮轴调节器内的密封功能，从而可以完全取消应用单独的密封组件。

所述转子例如可以具有大致成圆形的基体。一定数目的设置在基体上的转子叶片可以根据待设定的调节角度而改变。在此情况下原则上适用的是，设置在转子基体上的转子叶片越多，可设定的调节角度就越小。转子叶片可以作为单独的部件安装在基体上，或者优选与基体制成为一体式的。

转子叶片沿径向延伸，从而在已安装状态下，它们以其叶片端部贴靠定子的内周边或者说内壳面。叶片端部沿周向优选以对应于定子内半径的外半径延伸，以便在运行时例如避免叶片端部在定子内壳面上倾斜。该功能性基于叶片端部的可弹性变形性而得到保证。此外，其中一个转子叶片具有锁定孔，所述锁定孔在已安装状态下用于与定子锁定，从而转子和定子可以保持在尤其是就内燃机起动或者空转而言的最佳位置处。

这些密封接片原则上可以各种不同方式实施。在此情况下，密封接片的材料厚度尤其与转子或者说转子叶片的整个构件特性有关。密封接片的尺寸以及材料影响密封接片的可弹性变形性。尤其可以根据运行时起作用的力来相应地选择材料，从而不仅可以在闲置状态下而且可以在运行时调节叶片端部和定子内壳面之间产生的径向泄漏间隙。这些接片尤其通过叶片端部上的有针对性的材料削弱来构造。

在本发明一个有利实施方式中，将材料凹口开设到构成密封接片的叶片端部中。在此情况下，材料凹口优选沿径向由密封接片限定边界。通过材料凹口导致叶片端部的削弱，并实现密封接片的可弹性变形性。这些材料凹口例如可以作为空腔、缺口或者凹部开设到转子叶片中。它们优选在直接制造转子期间，例如在通过应用相应模具制造烧结件或者铸件时就已经开设到转子叶片中，从而无需后续的加工步骤。此外，弹性密封接片可以通过材料凹口与材料厚度协调一致而被设计成持久耐用的，从而这些密封接片原则上可以耐久地承受作用于其上的力。

叶片端部上的材料凹口优选沿着周向具有保持不变的径向宽度。这样在运行中沿周边分布地出现均匀的密封效果。在此情况下，在接片的中部获得最好的密封效果，这是因为在该处弹性变形表现得最明显。通过密封接片在转子叶片边缘上的固定确保了叶片端部所需的稳定性。

在另一有利实施方式中，叶片端部上的材料凹口沿着周向具有可变的径向宽度。由此带来沿着周向变化的材料厚度，因而可弹性变形性可以有针对性地与需求相匹配。尤其是针对密封接片实现局部的变形或弯曲区域。

对叶片端部上的材料凹口限定边界的密封接片优选具有可自由移动的接片端部。因为接片仅在一侧与叶片端部固定相连，因而在此情况下可自由移动的端部在运行时尤其可以简单地弹性变形。这种实施方式也实现了影响径向泄漏间隙沿周向的宽度。

原则上还可以想到转子的叶片端部或者说密封接片的其他可行实施方式。材料凹口和材料厚度可以关于运行时起作用的离心力彼此协调一致，以便确保不影响凸轮轴调节器的功能。

按照适当方式，转子基体与转子叶片一体式地利用粉末冶金方法制造。一体式制成的优点尤其在于可以简化制造工艺。本发明可以在实现密封功能情况下将转子基体和转子叶片在一个共同工艺中制成为一个构件。省略了单个构件的组装。不同于多部分式的制造方式，还额外地避免了在转子基体与转子叶片的接触位置处可能出现的泄漏。

作为粉末冶金方法尤其优选的是烧结方法。利用烧结方法可以获得就调节径向泄漏间隙而言有优点的、较高的精度。因为烧结构件具有较高的尺寸精度，还可以额外地省略转子的耗费的后续处理步骤。烧结工艺额外地提供了利用自动化工艺流程的可能性，由此避免增加工艺成本和附加的加工成本。此外烧结材料例如对转子的强度和重量也有影响，由此又可能影响密封接片的可弹性变形性。相应也可以通过选择烧结材料影响凸轮轴调节器运行时的径向泄漏间隙的保留的宽度。

在设计密封接片时要考虑运行时起作用的力，以便确保凸轮轴调节器的可靠功能。在此情况下，这些密封接片可以具有壁厚，通过该壁厚在强度足够高的情况下提供期望的密封效果。在此情况下，该壁厚在周向上与构造在叶片端部中的材料凹口的形状有关。例如在密封接片的外端部上的哑铃形材料凹口的情况下，在较大的凹口区域中的壁厚小于在位于较大的凹口区域之间的区域中的壁厚。

根据本发明，本发明的第二任务通过用于内燃机的凸轮轴调节器来解决，其包括定子以及根据前述实施方式所述的转子，所述转子设置在所述定子之内并且能够相对于其转动。在此情况下规定，沿径向向外延伸的叶片端部的密封接片相对于定子的内壳面密封。

如前已述，密封接片的密封效果涉及凸轮轴调节器运行时起作用的离心力。在此情况下，这些密封接片沿径向弹性变形并且压靠定子内壳面。由此实现缩小转子叶片和定子内壁之间的径向泄漏间隙。由此实现的密封效果可以使得凸轮轴调节器无附加密封元件地运行。

定子通常具有一定数目的沿径向向内延伸的接片，在它们之间构成压力室。沿径向向外延伸的转子叶片可以定位在压力室中，从而分别在叶片外侧上形成液压区域以便施加液压液体。为了施加液压液体，转子尤其在其基体中具有油道，通过这些油道可以将油泵入定子或者说凸轮轴调节器的压力室。在定子的接片上可以构造叶片止挡面，在已安装状态下，转子叶片可以止挡在叶片止挡面上。

凸轮轴调节器除了具有定子和转子之外通常还具有密封盖以及锁定盖。锁定盖优选与定子相连并且在凸轮轴侧界定压力室。锁定盖用于向外密封压力室，阻止液压液体失控地溢出，因而减少外部泄漏。通常在锁定盖中构造滑槽，所述滑槽用于将定子和转子锁定在预定位置中。

在运行时根据作用于转子或者说叶片端部的离心力来缩小间隙尺寸。在此情况下，径向泄漏间隙的尺寸或宽度例如与转子的构件厚度和密封接片的壁厚有关。它们和材料凹口可以彼此协调一致，从而可以实现持久耐用的弹性的或者说可弹性变形的密封接片。

其他有利实施方式在集中于转子的从属权利要求中，它们也可以适宜地用于凸轮轴调节器。

附图说明

下面将结合附图详细说明本发明实施例。其中，

图1至图3分别以横截面图示出具有不同构造方式的转子叶片的转子，

图4以横截面图示出具有处于已安装状态下的根据图1的转子的凸轮轴调节器。

具体实施方式

图1以横截面图示出用于凸轮轴调节器的转子1。转子1具有转子基体3，该转子基体3具有四个沿径向向外延伸的转子叶片5。在已安装状态下，当转子1定位在定子中时，转子叶片5用于将凸轮轴调节器的各个压力室划分成两个相邻的液压区域。在图4中示出凸轮轴调节器。

转子基体3和转子叶片5一体式地通过烧结方法由金属材料制成。与其中转子叶片5例如保持在转子基体3的凹槽中的两部分式制造方式不同，通过一体方式将可能的泄漏位置降至最少。此外，烧结方法提供了利用自动化工艺流程的可能性，因而廉价和便于实施。基于该方法的尺寸精度可以如此制造转子1，即，在已安装状态下叶片端部和定子内壳面之间的径向泄漏间隙是足够小的。

转子叶片5具有叶片端部7，其设计用于减少凸轮轴调节器中的泄漏。为此，叶片端部7成形为可沿径向向外弹性变形的密封接片9。它们与转子叶片5由同一种材料制成，在烧结工艺中制成为转子叶片5的部分或者说转子1的部分。

开设到叶片端部7中的材料凹口11带来密封接片9的弹性变形性。这些材料凹口11在径向上由密封接片9限定边界并且在周向上以保持不变的径向间隙尺寸延伸。由此在运行中沿周边分布地出现均匀密封效果。在此情况下，在密封接片9的中部达到最高的密封效果，这是因为在该位置处，叶片端部7的弹性变形表现的最为明显。材料凹口11通过转子1的制造方法就已经直接开设到转子叶片5中。

总而言之无需应用单独的密封元件就可以实现减少内部泄漏。

另外在转子叶片5中包含锁定孔13用于在已安装状态下与定子锁定。为此活塞例如可以通过锁定孔13伸入锁定盖底部的滑槽，从而转子1和定子可以保持在尤其是就内燃机起动或者空转而言的最佳位置中。在图4中可以看到用于锁定的滑槽。

图2示出用于凸轮轴调节器的转子21的横截面图。转子21同样具有转子基体23，该转子基体23具有四个沿径向向外延伸的转子叶片25，在已安装状态下，转子叶片25将凸轮轴调节器的压力室划分成液压区域。转子21同样一体式地利用烧结工艺由金属材料制成。

同样将材料凹口29开设到叶片端部27中，这些材料凹口29沿径向向外由密封接片31限定边界。这些材料凹口29以沿周向延伸的可变的径向间隙尺寸设计成哑铃形。相应地，密封接片31具有沿周向变化的壁厚。其附图标记33、35为了清楚显示起见仅在材料凹口29上示出。有针对性地在圆形凹口33上实现密封接片31向外弹性运动的变形位置。

对应于图1，转子21的转子叶片25也包含锁定孔37用于在已安装状态下与定子锁定。

在图3中同样以横截面图示出的转子41（其具有转子基体43以及四个设置在转子基体上的转子叶片45）对应于图1和图2一体式地通过烧结制造。沿径向向外延伸的转子叶片45在叶片端部47上具有密封接片49。

这些密封接片49沿径向对开设到叶片端部47中的材料凹口51限定边界。材料凹口51在周向上具有可变的径向间隙尺寸并且朝向其中一个叶片止挡面71、73敞开。这些叶片端部47通过材料凹口51在一侧削弱成铰接的密封接片49。密封接片49的各个自由接片端部53通过在运行时作用于转子41的离心力沿径向向外挤压。

在圆环形凹口57的位置处的壁厚相对于在邻接的接片形的凹口57的位置处的壁厚有所增加。其附图标记55、57如图2为了清楚显示起见仅在材料凹口51上示出。

在图3中，在转子41的转子叶片45中也包含锁定孔59，锁定孔59在已安装状态下用于将转子和定子锁定在期望的位置中。

图4以俯视图示出凸轮轴调节器61，其具有根据图1的、在定子63中置入的转子1。转子1具有转子基体3，该转子基体3具有四个沿径向向外延伸的转子叶片5。转子基体3和转子叶片5一体式地通过烧结由金属材料制造。此处参引图1来描述转子1。

定子63具有沿径向向内延伸的接片65，转子1的转子叶片5相应定位在这些接片65之间。转子叶片5将在定子63中构成的压力室67划分为各两个液压区域69，这两个液压区域69分别位于转子叶片5的右侧或左侧。图4基于清楚显示目的仅标识了一个压力室67或者说两个液压区域69。

在两个接片65上分别构造叶片止挡面71、73，叶片止挡面71、73在某一位置处通过止挡使得转子叶片5停住。两个叶片止挡面71、73位于压力室67之内或者说分别位于一个液压区域69中，从而转子叶片5可以在压力室67的两侧上止挡。

图4示出处于闲置状态的凸轮轴调节器61，其中，转子叶片5的沿径向向外延伸的叶片端部7或者说密封接片9以其外周边不直接贴靠在定子63的内周边上。相应可以明显看出径向泄漏间隙75，其在定子63的内周面77和叶片端部之间形成。

在运行中，即，在转子1在定子63之内旋转时，在提高液压区域69之间的密封性的情况下，缩小泄漏间隙75。这些密封接片9沿径向朝向定子63的内壳面77变形，从而缩小转子1和定子63之间的径向间隙尺寸。由此减少泄漏并且可以实现液压区域69彼此密封，而无需应用独立的密封元件。

此外，转子1具有油道用于给压力室67施加油，在此，看不到这些通道，这是因为它们位于转子1的基体内部。

在转子叶片5中开设有锁定孔13，未示出的活塞可以通过锁定孔13伸入开设在锁定盖79内的滑槽81中。这样就可以将转子1保持在预定位置中。在解锁状态下，活塞抬起，转子1能够以确定的调节角运动。锁定盖79与定子63相连并且在凸轮轴侧界定压力室67。以这种方式，锁定盖79还额外地用于减少凸轮轴调节器61的外部泄漏。

附图标记列表

1     转子

3     转子基体

5     转子叶片

7     叶片端部

9     密封接片

11    材料凹口

13    锁定孔

21    转子

23    转子基体

25    转子叶片

27    叶片端部

29    材料凹口

31    密封接片

33    凹口

35    凹口

37    锁定孔

41    转子

43    转子基体

45    转子叶片

47    叶片端部

49    密封接片

51    材料凹口

53    接片端部

55    凹口

57    凹口

59    锁定孔

61    凸轮轴调节器

63    定子

65    接片

67    压力室

69    液压区域

71    叶片止挡面

73    叶片止挡面

75    径向泄漏间隙

77    内壳面

79    锁定盖

81    滑槽

Claims (8)

1.用于凸轮轴调节器(61)的转子(1、21、41)，其具有转子基体(3、23、43)以及一定数目的设置在所述转子基体(3、23、43)上并且沿径向向外延伸的转子叶片(5、25、45)，所述转子叶片分别具有叶片端部(7、27、47)，其特征在于，为了减少泄漏，所述转子叶片(5、25、45)的所述叶片端部(7、27、47)成形为能够沿径向向外弹性变形的密封接片(9、31、49)。

2.根据权利要求1所述的转子(1、21、41)，其特征在于，将材料凹口(11、29、51)开设到用于构成所述密封接片(9、31、49)的所述叶片端部(7、27、47)中。

3.根据权利要求2所述的转子(1、21、41)，其特征在于，所述叶片端部(7、27、47)上的所述材料凹口(11、29、51)沿径向由所述密封接片(9、31、49)限定边界。

4.根据权利要求2或3所述的转子(1、21、41)，其特征在于，所述叶片端部(7、27、47)上的所述材料凹口(11、29、51)沿着周向具有保持不变的径向宽度。

5.根据权利要求2或3所述的转子(1、21、41)，其特征在于，所述叶片端部(7、27、47)上的所述材料凹口(11、29、51)沿着周向具有可变的径向宽度。

6.根据权利要求3所述的转子(1、21、41)，其特征在于，对所述叶片端部(7、27、47)上的所述材料凹口(11、29、51)限定边界的所述密封接片(9、31、49)构造有能够在径向上自由移动的接片端部(53)。

7.根据权利要求1所述的转子(1、21、41)，其特征在于，所述转子基体(3、23、43)与所述转子叶片(5、25、45)一体式地利用粉末冶金方法制造。

8.用于内燃机的凸轮轴调节器(61)，所述凸轮轴调节器(61)包括定子(63)以及根据权利要求1至7之一所述的转子(1、21、41)，所述转子(1、21、41)设置在所述定子(63)之内并且能够相对于所述定子(63)转动，其中，沿径向向外延伸的所述叶片端部(7、27、47)的所述密封接片(9、31、49)相对于所述定子(63)的内壳面(77)密封。