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CN102197199A - 用于内燃机凸轮轴的调节系统 - Google Patents

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CN102197199A CN2009801419039A CN200980141903A CN102197199A CN 102197199 A CN102197199 A CN 102197199A CN 2009801419039 A CN2009801419039 A CN 2009801419039A CN 200980141903 A CN200980141903 A CN 200980141903A CN 102197199 A CN102197199 A CN 102197199A
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Abstract

本发明涉及一种具有紧急运行功能的用于内燃机的凸轮轴的调节系统，其包含叠加变速器(1，2，3，4)，该叠加变速器包含：被内燃机的曲轴驱动的驱动元件(2)；驱动内燃机的凸轮轴(21)的从动元件(1)；以及调节元件(4)，通过所述调节元件借助于一个装置(7，8，9，10，11)能够促成在驱动元件(2)和从动元件(1)之间的相对转动，所述装置用于将对于正常运行可变的制动力矩施加到调节元件(4)上，其中，在所述装置(7，8，9，10，11)和/或其控制失效时通过调节元件(4)的制动或固定能够达到和保持凸轮轴(21)的紧急运行位置。根据本发明，所述调节系统的特征在于，所述装置(7，8，9，10，11)的摩擦片支架(8)可轴向移动地且不能相对旋转地设置在带有所述调节元件(4)的轴(5)上，用于正常运行的制动力矩能够借助于电磁铁(11)改变，所述电磁铁克服弹簧(10)的力地且无接触地作用在摩擦片支架(8)上，所述电磁铁是固定的且能够被供给不同的电压，并且在电磁铁(11)的电压供给和/或其控制失效时通过所述弹簧(10)的力能够使得摩擦片支架(8)被压向固定的对应摩擦面(7，24)并且由此能够调节到紧急运行位置。

Description

用于内燃机凸轮轴的调节系统
技术领域
具有紧急运行功能的用于内燃机的凸轮轴的调节系统，其包含叠加变速器，该叠加变速器包含：被内燃机的曲轴驱动的驱动元件；驱动内燃机的凸轮轴的从动元件；以及调节元件，通过所述调节元件借助于一个装置能够促成在驱动元件和从动元件之间的相对转动，所述装置用于将对于正常运行可变的制动力矩施加到调节元件上，其中，在所述装置和/或其控制失效时通过调节元件的制动或固定(Festsetzen)能够达到和保持凸轮轴的紧急运行位置。
背景技术
这种类型的调节系统在DE 10220687A1中描述了。在这种调节系统中使用伺服电机，其定子或者与气缸头(在该气缸头中支承凸轮轴)固定连接和并且转子作用在叠加变速器的驱动元件上，或者其定子与驱动元件固定连接，其中转子同样作用到叠加变速器的调节元件上。这种伺服电机构成为永磁伺服电机或构成为他励的直流电机。在伺服电机构成为永磁伺服电机的情况下，其定子与内燃机的气缸头不能相对旋转地连接，转子必须被如此控制，使得当被内燃机的曲轴驱动的驱动元件相对于驱动凸轮轴的从动元件的预定相位业已达到一个预定的值时，转子在稳定运行时与驱动元件以相同的转速旋转。为了将凸轮轴调节到“早”或“晚”，转子暂时地比驱动元件较慢或较快地旋转，直至达到期望的相位。
这样的构成为永磁电机的伺服电机根据DE 10220687A1具有一个自保持力矩，其从一个中间位置出发在两个旋转方向上上升到直至最大值并且而后重新下降。自保持力矩是最大的转矩，利用该转矩可以对未被激励的伺服电机稳定加载，而不会引起不均匀的旋转，而是导致连续的旋转。这种自保持力矩可以足以在紧急运行位置导致调节元件的移位，当伺服电机的电压供给和/或其控制失效时。如果该自保持力矩不足以固定调节元件，那么必须附加地通过固定在气缸头上的、机械或电方式作用的制动器施加一个极限的制动力矩。在定子与驱动元件一起旋转时这种固定在气缸头上的机械或电方式作用的制动器甚至是强制必需的。
这种类型的构成为永磁电机或构成为他励直流电机的伺服电机是复杂的并且需要麻烦的控制。由于附加需要的固定在气缸头上的机械或电方式作用的制动器，使得这种构造更加繁琐。
此外由DE10355560A1已知一种用于凸轮轴的调节装置，其具有一个被内燃机的曲轴驱动的驱动元件、一个驱动凸轮轴的从动元件和一个调节元件，该调节元件被一个制动器加载制动力。通过改变调节元件上的制动力矩，能够达到在驱动元件和从动元件之间的相对转动。在此调节装置的这种构造形式允许在驱动元件和从动元件之间的任意的相位角。这种制动器设计成无接触工作的电磁的制动器。优选使用滞后制动器，其制动力矩是与转速无关的。
其它的用于内燃机的凸轮轴的调节装置由DE 102004043548A1、DE102004033522A1和DE 102006011806A1已知。根据DE 102006011806A1的调节装置具有一个制动系统及一个与内燃机凸轮轴在从动端连接的且与内燃机曲轴在驱动端连接的叠加变速器，其中用于调节凸轮轴的叠加变速器将驱动端的一部分能量输出到制动系统中。根据该已知的调节装置的一个其它特征，制动系统构成为摩擦锁合的制动系统，其中所需要的制动力经由处于持久打滑的摩擦片形成。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于提供一种具有紧急运行功能的用于内燃机凸轮轴的调节系统，其能够简单地构成和轻易地控制。
上述目的在开头所述类型的调节系统中如此实现：其包含叠加变速器
Figure BDA0000056729290000021
该叠加变速器包含：被内燃机的曲轴驱动的驱动元件；驱动内燃机的凸轮轴的从动元件；以及调节元件，通过所述调节元件借助于一个装置能够促成在驱动元件和从动元件之间的相对转动，所述装置用于将对于正常运行可变的制动力矩施加到调节元件上，其中，在所述装置和/或其控制失效时通过调节元件的制动或固定能够达到和保持凸轮轴的紧急运行位置，所述装置的摩擦片支架可轴向移动地且不能相对旋转地设置在带有所述调节元件的轴上，用于正常运行的制动力矩能够借助于电磁铁改变，所述电磁铁克服弹簧的力地且无接触地作用在摩擦片支架上，所述电磁铁是固定的且能够被供给不同的电压，并且在电磁铁的电压供给和/或其控制失效时通过所述弹簧的力能够使得摩擦片支架被压向固定的对应摩擦面并且由此能够调节到紧急运行位置。
因此在根据本发明的调节系统中不需要任何伺服马达，因为摩擦片支架(其以不能相对旋转然而可轴向移动的方式与调节元件连接)在电磁铁的电压供给和/或其控制失效时被压向固定的对应摩擦面并且由此调节到紧急运行位置。
在正常运行中电磁铁被供给电压，其根据在曲轴和凸轮轴之间的预定的相位角可改变其大小，由此或多或少地减小弹簧在固定的对应摩擦面上的压紧力，从而调节元件能够相对于驱动元件旋转，直至达到预定的相位角。
在根据本发明的调节系统的第二实施方式中，电磁铁这样关于摩擦片支架和对应摩擦面设置，使得在正常运行时在摩擦片支架和在摩擦片支架一侧上设置的对应摩擦面之间作用的制动力矩通过给电磁铁供给可变的电压直至克服弹簧的力将摩擦片支架完全贴靠在对应摩擦面上而产生，并且在电磁铁的电压供给和/或其控制失效时用于紧急运行位置的制动力矩通过弹簧的力通过将摩擦片支架压向在摩擦片支架另外一侧上设置的固定的对应摩擦面而产生。
在两种方案中因此仅仅需要一个可供给可变的电压的电磁铁，以便产生为调节相位角而可改变的制动力矩，而对于达到紧急运行位置所需要的制动力矩通过弹簧力产生。
优选叠加变速器构成为行星齿轮变速器，其包含：一个由空心齿轮构成的从动元件；一个由行星齿轮架构成的驱动元件；多个行星齿轮；以及一个由太阳轮构成的调节元件，其中行星齿轮架具有至少一个圆弧形的与旋转轴径向隔开的凹部，其中空心齿轮具有至少一个轴向突出的、嵌入凹部中的控制凸耳，并且所述至少一个凹部的在圆周方向上隔开的各端面构成用于所述至少一个控制凸耳的止挡并且形成凸轮轴相对于驱动元件的极限调节位置。
极限调节位置对应于朝向“早”和“晚”方向的最大相位角并且其中一个极限调节位置同时对应于紧急运行位置，当电磁铁的电压供给和/或其控制失效时并且摩擦片支架通过弹簧力被压向固定的对应摩擦面时达到所述紧急运行位置，而当摩擦片支架完全通过电磁铁的相应的电压供给而不与固定的对应摩擦面接触时，则达到相反的位置。
在紧急运行位置中摩擦片支架利用全部的弹簧力贴靠在对应摩擦面上，从而产生相应的制动力矩，其在内燃机在紧急运行位置运行时导致持久的摩擦和因此加热。为了减小摩擦热量和与之关联的磨损，在用于构成为太阳轮的调节元件的轴上能够可旋转地支承通过弹簧的力沿着轴向与摩擦片支架可相反移动的压盘，所述压盘的至少一个轴向定向的控制凸轮嵌入构成为行星齿轮架的驱动元件的凹部中并且由此与行星齿轮架不能相对旋转地然而可轴向移动地联接，其中控制凸轮的凸轮面的在圆周上的对应于紧急运行位置的末端区域相对于凸轮面下沉地构成并且在紧急运行位置容纳在空心齿轮上的所述至少一个控制凸耳。通过这种设置，作用在摩擦片支架上的弹簧力和因此制动力矩被减小了，从而在达到紧急运行位置时阻止了由于过度加热使得摩擦片的过载。
当所述下沉的末端区域构成为斜坡时，与之协同作用的、在构成从动元件的空心齿轮上的控制凸耳能够在电磁铁被供给相应的电压和在叠加变速器中作用的力矩逆转的情况下行进到所述斜坡上，直至到达凸轮面。由此压盘被轴向移动，而后在驱动元件和从动元件之间的相位角可以在作用在摩擦片支架上的弹簧的恒定的预紧的情况下改变。
凸轮面的末端区域可以构成为锁止凹部，控制凸耳在达到紧急运行位置时即使在出现提高的扭矩时例如起动力矩时也能够被可靠地保持。在这种情况下需要的是，当在空心齿轮上的控制凸耳在锁止凹部中的锁定应当被取消时，压盘通过外部的作用沿着轴向移动。
附图说明
本发明接下来借助于两个在附图中示出的实施例进一步阐述。在附图中示出：
图1根据第一实施方式的根据本发明的调节系统的示意剖视图；
图2在行星齿轮变速器中构成为行星齿轮架的驱动元件的透视图；
图3在行星齿轮变速器中构成为空心齿轮的从动元件的透视图；
图4在根据图1的调节系统中的压盘的一个第一实施方式；
图5在根据图1的调节系统中的压盘的一个第二实施方式；以及
图6根据本发明的调节系统的第二实施方式的示意剖视图。
具体实施方式
根据图1的调节系统包含一个构成为行星齿轮变速器的叠加变速器，其包含：空心齿轮1，其构成从动元件；构成驱动元件的行星齿轮架2，其具有链轮，该链轮用于借助于滚子链或齿链将该链轮与内燃机的曲轴连接；可旋转地支承在轴承轴(Lagerachse)23上的行星齿轮3；以及支承在中心轴5上的太阳轮4，其作为调节元件。一个在内燃机的气缸头中的凸轮轴21经由该从动元件1被驱动。为此从动元件1借助于拧接与凸轮轴21不能相对旋转地连接。
内燃机的固定构件6(其可以是气缸头的一部分)带有一个对应摩擦面7，其与设有摩擦片9的摩擦片支架8协同作用。摩擦片支架8克服弹簧10(其在本实施例中构成为盘簧)的力不能相对旋转地设置在轴5上，并且沿着轴向可移动至止挡28地支承。
摩擦片支架8的轴向移动通过电磁铁11导致，所述电磁铁固定设置在构件6中。构成在轴5上的止挡28限制在电磁铁11被供给电压时摩擦片支架8的轴向运动，使得在摩擦片支架8和电磁铁11之间没有接触并且因此没有摩擦。
压盘12借助于滚动轴承19可旋转地支承在一个不能相对旋转的套筒17上，其中套筒17通过弹簧10的力在轴5上可轴向移动。压盘12以径向对置设置的各控制凸轮13嵌入驱动元件2的圆弧形的凹部15中。控制凸轮13在圆周方向上的延伸对应于凹部15在圆周方向上的延伸，从而压盘12与驱动元件2基本上无间隙地一起旋转，然而压盘可轴向移动。
在构成为空心齿轮的从动元件1的面对电磁铁11的端面上设置径向对置的各控制凸耳16，其同样嵌入凹部15中。凹部15具有端面27，其构成用于控制凸耳16的止挡，从而当控制凸耳16贴靠在凹部15的一个或另外一个端面27上时，从动元件1相对于驱动元件2能够占据两个极限位置。这两个极限位置对应于从动元件1相对于驱动元件2在“晚”位置和“早”位置之间的最大调节角度。其中一个极限位置同时构成紧急运行位置。
在根据图4的压盘12的实施方式中控制凸轮13终结在一个构成为锁止凹部22的缺口中，其在锁定位置分别容纳一个控制凸耳16，从而从动元件1和驱动元件2在紧急运行位置彼此形锁合地联接。
在根据图5的实施方式中在凸轮面20上的下陷构成为斜坡14，其在锁定位置分别容纳一个控制凸耳16并且在规定的条件下能够允许控制凸耳16的滑出。
从动元件1和驱动元件2借助于滚动轴承18支承在太阳轮4上。行星齿轮3以已知的方式以其齿部一方面与太阳轮4的外齿部啮合，另外一方面与空心齿轮1的内齿部啮合。
根据图1的调节系统的工作方式如下：
只要电磁铁11不被供给任何电压，或者电磁铁11的电压供给或其控制失效，那么摩擦片支架8上的摩擦片9通过弹簧10被压靠在固定的对应摩擦面7上。如果而后驱动元件2旋转，那么在轴5上的太阳轮4通过在摩擦片9和对应摩擦面7之间的制动力矩被固定保持并且凸轮轴21利用驱动元件2旋转，直至压盘12在弹簧10的力的影响下通过套筒17的移动能够被轴向移动并且控制凸耳16嵌入通过斜坡14构成的凹陷或锁止凹部22中。通过压盘12和套筒17的轴向运动，减小了弹簧10的预紧并且由此伴随着在摩擦片9和对应摩擦面7之间的摩擦力矩的减小，从而在内燃机现在在达到的紧急运行位置上运行时在摩擦片9和对应摩擦面7之间出现减小的摩擦和因此减小的磨损。
为了当电磁铁11被供给可变的电压时再次转入正常运行，在根据图4的实施方式中需要的是，将压盘12克服弹簧10的力沿着轴向朝向摩擦片支架8移动。这可以例如在工厂中通过服务人员的介入实现，或者通过其它的仅仅用于解锁的线圈实现。
在图5的实施方式中足够的是，给电磁铁11供给足够高的电压，以便将摩擦片支架8上的摩擦片9从对应摩擦面7上完全抬起。由于凸轮轴21的阻力矩，从动元件1具有这样的努力，即相对于驱动元件2前往一个角度位置，其与斜坡或锁定凹槽22是相反的。这在根据图5的实施例中意味着，控制凸耳16能够在斜坡14上滑动并且在凸轮面20上一直运动到行星齿轮架2的凹部中的末端止挡27。中间位置能够由此调节到，即减小在施加在电磁铁11上的电压，直至调节到在对应摩擦面7和在摩擦片支架8上的摩擦片9之间的与相应的角度位置相对应的摩擦力矩，该摩擦力矩与在内燃机运行时出现的凸轮轴21的阻力矩处于平衡。
通过压盘12在紧急运行位置中的轴向可移动性，得到了在对应摩擦面7和在摩擦片支架8上的摩擦片9之间的减小的摩擦力矩，由此阻止了由于过度加热而导致摩擦片9的过载。相反的，摩擦片支架8的轴向运动通过止挡28如此限制，使得当电磁铁被供给最大的电压并且摩擦片支架8上的摩擦片9被完全从对应摩擦面7上抬起时，不会导致摩擦片支架8在电磁铁11上的贴靠，从而在摩擦片支架8和电磁铁11之间不会出现非期望的摩擦。摩擦片支架8和弹簧10直接支承在轴5上，而无附加的在电磁铁11上的支承，由此可以省去在电磁铁11和轴5之间的其它轴承。
根据图6的实施方式具有一个附加的在固定的构件6上的对应摩擦面24替代压盘12，该对应摩擦面相对于对应摩擦面7设置在摩擦片支架8的另外一侧上，该摩擦片支架在一个轴向侧带有一个摩擦片9并且在对置的一侧上带有一个紧急运行摩擦片26。
电磁铁11在该实施例中设置在对应摩擦面7这一侧上并且克服弹簧10的力朝向对应摩擦面7拉动摩擦片支架8，该弹簧支承在太阳轮4上的止挡25上。在这种情况下在太阳轮4上的止挡29限制摩擦片支架8的轴向可移动性，从而摩擦片支架不会与电磁铁11接触。
如果电磁铁11是无电压的，从而弹簧10将摩擦片支架8以紧急运行摩擦片26压向固定的对应摩擦面24，从而由于由此出现的摩擦力矩，得到在驱动元件2旋转时空心齿轮1或凸轮轴21的紧急运行位置。通过给电磁铁11供给可调节的电压，摩擦片支架8的摩擦片9或多或少被强烈地压在对应摩擦面7上，由此如在根据图1的实施例中产生一个用于将凸轮轴21的相位角调节到相应追求的相位角的摩擦力矩并且保持该相位角。从动元件1相对于驱动元件2的极限位置在此也通过驱动元件2中的凹部15和从动元件1上的控制凸耳16确定，而中间位置通过借助于电磁铁11可调节的、在位于摩擦片支架8上的摩擦片9和对应摩擦面7之间的制动力矩确定。
根据图1至6的实施例在如下方面是一致的：在电磁铁11的电压供给或其控制失效时，通过弹簧10的力产生相对于内燃机的固定构件6的制动力矩，该固定构件经由从动元件1将凸轮轴21调节到紧急运行位置。即使由于内燃机的停止而首先得到凸轮轴21的中间位置时，在内燃机旋转时仍然通过起动电机在短时间内达到紧急运行位置，并且内燃机在该紧急位置上的临时运行是可能的。
本发明不限于所示出的实施例，而是可以延伸到通过权利要求定义的本发明的所有的变型和等价方案。
附图标记清单
1空心齿轮，从动元件
2链轮，行星齿轮架，驱动元件
3行星齿轮
4太阳轮，调节元件
5轴，旋转轴
6内燃机的固定构件
7对应摩擦面
8摩擦片支架
9摩擦片
10弹簧
11电磁铁
12压盘
13控制凸轮
14斜坡
15凹部
16控制凸耳
17套筒
18滚动轴承
19滚动轴承
20凸轮面
21凸轮轴
22锁止凹部
23轴承轴
24对应摩擦面
25止挡
26紧急运行摩擦片
27端面
28止挡
29止挡

Claims (7)

1.具有紧急运行功能的用于内燃机的凸轮轴的调节系统，其包含叠加变速器(1，2，3，4)，该叠加变速器包含：被内燃机的曲轴驱动的驱动元件(2)；驱动内燃机的凸轮轴(21)的从动元件(1)；以及调节元件(4)，通过所述调节元件借助于一个装置(7，8，9，10，11)能够促成在驱动元件(2)和从动元件(1)之间的相对转动，所述装置用于将对于正常运行可变的制动力矩施加到调节元件(4)上，其中，在所述装置(7，8，9，10，11)和/或其控制失效时通过调节元件(4)的制动或固定能够达到和保持凸轮轴(21)的紧急运行位置，其特征在于，所述装置(7，8，9，10，11)的摩擦片支架(8)可轴向移动地且不能相对旋转地设置在带有所述调节元件(4)的轴(5)上，用于正常运行的制动力矩能够借助于电磁铁(11)改变，所述电磁铁克服弹簧(10)的力地且无接触地作用在摩擦片支架(8)上，所述电磁铁是固定的且能够被供给不同的电压，并且在电磁铁(11)的电压供给和/或其控制失效时通过所述弹簧(10)的力能够使得摩擦片支架(8)被压向固定的对应摩擦面(7；24)并且由此能够调节到紧急运行位置。
2.如权利要求1所述的调节系统，其特征在于，电磁铁(11)这样关于摩擦片支架(8)和对应摩擦面(7)设置，使得在正常运行时通过给电磁铁(11)供给可变的电压直至将摩擦片支架(8)从对应摩擦面(7)上完全抬起，在摩擦片支架(8)和对应摩擦面(7)之间的通过弹簧(10)的力导致的制动力矩能够改变到直至零，并且在电磁铁(11)的电压供给和/或其控制失效时摩擦片支架(8)通过弹簧(10)的力被压向对应摩擦面(7)并且由此调节到紧急运行位置。
3.如权利要求1所述的调节系统，其特征在于，电磁铁(11)这样关于摩擦片支架(8)和对应摩擦面(7)设置，使得在正常运行时在摩擦片支架(8)和在摩擦片支架(8)一侧上设置的对应摩擦面(7)之间作用的制动力矩通过给电磁铁(11)供给可变的电压直至克服弹簧(10)的力将摩擦片支架(8)完全贴靠在对应摩擦面(7)上而产生，并且在电磁铁(11)的电压供给和/或其控制失效时用于紧急运行位置的制动力矩通过由弹簧(10)的力将摩擦片支架(8)压向在摩擦片支架(8)另外一侧上设置的固定的对应摩擦面(24)而产生。
4.如上述权利要求1至3之一项所述的调节系统，其特征在于，叠加变速器(1，2，3，4)构成为行星齿轮变速器，其包含：一个由空心齿轮构成的从动元件(1)；一个由行星齿轮架构成的驱动元件(2)；多个行星齿轮(3)；以及一个由太阳轮构成的调节元件(4)，其中行星齿轮架(2)具有至少一个圆弧形的与旋转轴(5)径向隔开的凹部(15)，其中空心齿轮(1)具有至少一个轴向突出的、嵌入凹部(15)中的控制凸耳(16)，并且所述至少一个凹部(15)的在圆周方向上隔开的各端面(27)构成用于所述至少一个控制凸耳(16)的止挡并且形成凸轮轴(21)相对于驱动元件(2)的极限调节位置。
5.如权利要求4所述的调节系统，其特征在于，通过弹簧(10)的力沿着轴向与摩擦片支架(8)可相反移动的压盘(12)可旋转地支承在轴(5)上，所述压盘的至少一个控制凸轮(13)嵌入行星齿轮架(2)的凹部(15)中并且由此以不能相对旋转然而可轴向移动的方式与行星齿轮架(2)联接，其中控制凸轮(13)的凸轮面(20)的在圆周上的对应于紧急运行位置的末端区域相对于凸轮面(20)下沉地构成并且在紧急运行位置容纳在空心齿轮(1)上的所述至少一个控制凸耳(16)。
6.如权利要求5所述的调节系统，其特征在于，所述下沉的末端区域构成为斜坡(14)。
7.如权利要求5所述的调节系统，其特征在于，所述下沉的末端区域构成为锁止凹部(22)。
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