CN105723056A - 凸轮轴调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴调节装置，其具有：能够与内燃机的曲轴连接的定子，以及以能相对于定子转动的方式支承的、能够与凸轮轴连接的转子，以及用于利用相对定子或转子固定的以粉末冶金方式制造的锁止滑槽(2)和至少一个能够锁止在锁止滑槽(2)中的锁止销将转子相对于定子锁止的锁止装置，其中，锁止滑槽(2)在表面边沿区(3)的至少一个区段中具有相对于锁止滑槽(2)的基础原料的密度提高的密度。

Description

凸轮轴调节装置
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分所述特征的凸轮轴调节装置。
背景技术
凸轮轴调节装置通常被用在内燃机的气门驱动机构中，从而改变气门打开及关闭时间，由此通常能够提高内燃机的油耗值和运行特性。
凸轮轴调节装置的在实践中可靠的实施方式具有带定子和转子的叶片式调节器，定子和转子界定出环形室，环形室通过凸起部和叶片被划分成多个工作室。这些工作室可以有选择地加载压力介质，这种压力介质在压力介质循环回路中通过压力介质泵从压力介质储备器中输送到转子的叶片侧上的工作室中，并且从该叶片的相应另一侧上的工作室再次导回压力介质储备器。其容量在此被增大的工作室所具有的作用方向与其容量被减小的工作室的作用方向相反。因此，作用方向意味着，工作室的各个组的压力介质加载导致转子相对于定子要么沿着顺时针要么逆着顺时针旋转。对压力介质流并且进而对凸轮轴调节装置的调节运动的控制例如借助中央阀进行，该中央阀具有由穿流孔和控制棱边组成的复杂结构以及在中央阀中可移动的阀体，阀体依赖于其位置关闭或者释放穿流孔。
这种凸轮轴调节装置中的问题是，其在起动阶段并未完全被压力介质填充，或者甚至可能进行空转，因此转子可能基于由凸轮轴施加的交变力矩而执行相对于定子不受控的运动，这可能导致变大的磨损并且导致不希望的噪音产生。为了避免该问题公知的是，在转子和定子之间设置锁止装置，该锁止装置使得转子在内燃机停止时相对于定子锁止在有利于起动的转角位置中。但是，在特殊情况下，例如在内燃机熄火时，锁止装置有可能并未正常锁止转子，并且凸轮轴调节器在随后的起动阶段必须在转子未锁止的情况下运行。然而因为有些内燃机在转子未锁止在有利的转角位置上时具有非常差的起动特性，所以转子必须在起动阶段在锁止位置中自动地旋转并且锁止。
例如由DE102008011915A1公知了转子相对于定子的这种自动的旋转和锁止。在该文献里所描述的锁止装置包括多个由弹簧加载的锁止销，这些由弹簧加载的锁止销在转子旋转时相继锁止在一个或者多个相对定子固定的或者相对转子固定的锁止滑槽中。
在此，锁止滑槽的一种构造可行方案是锁止盖，锁止盖抗相对转动地与定子连接，并且具有一个或者多个凹部或者凹处，用于锁止转子的一个或者多个锁止销进入到该一个或者多个凹部或者凹处中。替选地，锁止滑槽也可以直接设置在定子中，只要定子被构造成能够实现对定子中的锁止滑槽进行的压力介质加载。替选地，这些或者这个锁止销也配属于定子，并且锁止滑槽也配属于转子，唯一重要的是转子能够通过锁止装置相对于定子锁止在特定的转角位置上。
锁止滑槽在结构上可以按凸轮轴调节装置的多个组件的方式并且由不同的材料实现，其中，在制造工艺上优选以熔融冶金方式制造的并且成型的滑槽是合适的，并且出于成本原因和为了可以灵活设计的几何结构也使用以粉末冶金方式制造的锁止滑槽(烧结的锁止滑槽)。
相比以熔融冶金方式制造的并且成型的锁止滑槽，以粉末冶金方式制造的锁止滑槽具有更小的强度值，因此在锁止滑槽上有高负载时存在锁止滑槽塑性变形的风险。由于锁止滑槽的这种塑性变形可能增大锁止间隙，这又可能导致碰撞噪声。此外，存在如下风险，即，由于在锁止状态下存在高的面挤压以及由过程引起的材料不连续性，如空隙、裂缝、褶皱，可能会出现增加的裂缝扩大、断裂并且在极端情况下出现锁止功能失效。
发明内容
因此，本发明的任务是，提出一种具有以粉末冶金方式制造的锁止滑槽的凸轮轴调节装置，该锁止滑槽尤其在增加的负载的情况下具有改进的功能安全性。
为了解决该任务，根据本发明的基本构思提出，锁止滑槽在表面边沿区的至少一个区段中具有与锁止滑槽的基础原料的密度相比提高的密度。通过提高的密度能够尤其是在高的面挤压的情况下，减少锁止滑槽在较厚的表面边沿区的区域中的塑性变形。由于有更高的密度，所以锁止滑槽在表面边沿区的区域中具有提高的强度，并且进而也具有提高的承载能力。此外，通过更高的密度还能够防止或减少裂缝形成、裂缝扩大和裂缝扩大速度，在此，具有特别意义的是，由于在表面边沿区的区域中的提高的密度，锁止滑槽已经在结构中具有更少并且更小的微小裂缝，这些微小裂缝可以被视为形成更大裂缝的起始点。此外，具有更低的表面不连续性，也就是说表面更厚并且更均质，从而锁止滑槽的负载在锁止转子期间分配到更大的面上，并且因此能够减少局部的最大构件应力。此外，由于提高密度(或强度、承载能力)在制造时也限制了尺寸及形状的公差。
进一步提出，锁止滑槽的整个表面边沿区都具有与锁止滑槽的基础原料的密度相比提高的密度。由此，能够简化密度提高的表面边沿区的制造，为此对整个锁止滑槽例如进行表面处理。此外，由此当然减少了受损概率，这是因为锁止滑槽由此在那些只在特殊情况下才会被锁止销贴靠到的区域中也密度提高。
但是，替选地也可以减少加工耗费，为此只在锁止滑槽的锁止销尤其是在转子的止挡位置中可能贴靠的区域中设置具有提高密度的表面边沿区。这个区域例如可以是限定转子运动的边沿侧，也就是锁止滑槽的止挡面。
此外，已经证实的是，当具有提高的密度的表面边沿区具有0.01到100mm的厚度时，能够在加工耗费尽可能低的同时减少受损概率。
例如可以通过对锁止滑槽进行过度挤压、强度喷射(Festigkeitsstrahlen)、滚压、激光辐射、浸渍、激光硬化或者通过热处理、涂层、硬制涂层来实现表面边沿区的密度提高。构件在这种情况下在第一个步骤中利用锁止滑槽的预制成型体或者也利用最终形状制造，而事后通过对锁止滑槽的第二个加工过程实现对表面边沿区的密封提高。于是，密度提高例如随后在第二加工步骤中通过压入具有特意更大尺寸的工具冲头并且同时经由压模支撑住该构件(过度挤压)，通过喷丸、激光辐射或者滚压，或者通过浸渍(也就是将孔洞填充原料引入表面边沿区中)，通过激光硬化或者通过热处理或者涂层或硬质涂层实现。在此，只要例如通过过度挤压、滚压、喷丸，也就是通过经由外部的力作用对原料进行的机械上的密封提高来进行处理，那么锁止轮廓就可以略微地从预制成型体扩展到最终形状。
替选或者补充地，也可以通过如下方式提高表面边沿区中的密度，即，为此在锁止滑槽中设置压入或者嵌入衬套、嵌入部件或者具有与锁止滑槽的基础原料相比提高的密度的复合原料。在这种情况下，锁止滑槽至少以基础形状在粉末冶金制造方法期间的第一制造步骤中成型，并且然后通过嵌入或压入衬套或者通过复合原料配设具有更大密度的表面边沿区。在实践中，锁止滑槽在第一个步骤中制造的基础形状通过嵌入或压入衬套或通过嵌入部件或者通过具有更大密度的复合原料被加上内衬。
进一步提出，通过精制或调质方法、热处理方法或者涂层方法来实现表面边沿区的密度提高，或者通过结合的机械和热学的方法来实现表面边沿区的密度提高。
通过热处理，例如激光硬化，使得表面边沿区中的原料特意地被加热或升温，直到组织结构能够变为密度提高的组织结构。在进行涂层时，特意地将附加的材料涂覆到表面边沿区上，该附加的材料本身具有更大的密度，或者通过侵入表面边沿区中使得锁止滑槽在表面边沿区的区域中的原料密度提高。
通过结合的机械和热学的方法，例如挤压孔(Flieβbohren)，能够在改变组织结构的同时实现机械上的密度提高。
附图说明
下面借助优选的实施例详细阐述本发明。在图中可以详细地看到：
图1a到1j示出具有密度提高的高强度的表面边沿区的不同锁止滑槽，表面边沿区具有提高的强度和/或承载能力。
具体实施方式
在图1a到1j中可以看到具有示意性示出的锁止滑槽2的相对定子固定的不同构件1，例如锁止盖或者还有定子本身，锁止滑槽例如可以构造为圆形的、环段形的、椭圆形的、圆锥三角形的或者圆锥多角形的凹部。锁止滑槽2也可以布置在凸轮轴调节装置的转子上或者凸轮轴调节装置的相对转子固定的构件上。不同实施例中的锁止滑槽2分别具有与构件1的密度相比提高的密度或者说强度的表面边沿区3，这个表面边沿区如下面还会说明的那样可以用不同的方式实现。
在图1a所示的实施例中，通过强度喷射装置4利用对准表面边沿区3的喷丸、粒状物喷射或方体物喷射来实现表面边沿区3的提高的密度。通过强度喷射装置4投射的喷射体或颗粒，使得构件1的原料局部地密度提高并硬化，并且同时使表面边沿区3的表面平整并达到最终质量或成品质量。
在图1b中可以看到一个实施例，其中，将与在先前的成型方法中制造出的锁止滑槽2的尺寸相比过大的工具冲头5挤压到锁止滑槽2中。与此同时，将两个另外的工具冲头14和15按压到构件1的相应的配对轮廓上，从而在工具冲头14、15与5之间的表面边沿区3中的原料不会侧向移位，并且因此密度提高。与此同时，在构件1的相应另一侧上的工具压模6为了进行支撑逆着工具冲头14、15和5的压入方向向构件1压挤。通过锁止滑槽2在表面边沿区3的区域中的密度提高，能够改进强度、持久度、承载能力和尺寸及形状公差的维持。
在图1c中可以看到一个实施例，其中，通过被驱动转动的滚压工具7或轧制工具来制造具有提高的密度的表面边沿区3，其中，至少两个相对置的滚子径向向外按压到表面边沿区3上，并且由此使得这个区域中的原料密度提高。
在图1d至图1f中分别可以看到一个实施例，其中，在锁止滑槽2中布置有嵌入部件8、压入衬套9或者嵌入衬套12。嵌入部件8、压入衬套9或嵌入衬套12与构件1相比具有更大的密度和/或强度，并且抗相对移动地(verschiebefest)且抗相对转动地(drehfest)保持在锁止滑槽2中。这例如可以通过压入来实现，由此还能够使得锁止滑槽2与相应部件2邻接的区域的密度进一步提高。作为替选，代替压入，也可以实现嵌入部件8的焊接或者通过螺纹的旋拧。嵌入部件8、压入衬套9和嵌入衬套12优选可以由与构件1相比更高强度或更高密度的钢部件来构造，并且由此有针对性地在锁止滑槽2的区域内强化构件1。尤其是，因为锁止销的面挤压造成的力由此被这些部件吸收，并且经由更大的面被传递到构件1上，从而使构件1的负荷下降并且进而使受损概率下降。
嵌入部件8构造为环形体，并且与锁止滑槽2的预制成型体尺寸相比具有过大尺寸，并且被压入、拧入或者焊入锁止滑槽2中。压入衬套9额外地通过锁止滑槽2中的滚花锁定。在压入衬套9的压入过程期间通过滚花11起作用使得材料挤压部10进入压入衬套9的凹部中，从而随后抗拉、抗相对转动并且尤其是防丢失地将压入衬套9锁定在预制成型的锁止滑槽2中。图1f中的嵌入衬套12以具有凸缘的钵的形状形成，并且被压入锁止滑槽2的在该情况下构造成开口的预制成型体中。所有这三个实施例的共同点在于，锁止滑槽2作为一种预制成型体存在于以粉末冶金方式制造的构件1中，预制成型体随后通过嵌入部件8、压入或嵌入衬套9或12完整地形成最终的锁止滑槽2。最后的锁止滑槽2的形状在这种情况下由嵌入部件8、压入衬套9或嵌入衬套12来确定。因为嵌入部件8、压入衬套9或嵌入衬套12分别具有与构件1相比更大的密度或强度，所以优选地这些部件在嵌入或压入过程期间不变形或者仅略微地变形，而构件1密度提高。由此，使得最后的锁止滑槽2的形状以尽可能高的形状精确度相应于锁止滑槽的预先设定的形状或者说相应于尽可能少变形或不变形的插入部件的形状。在此优选，嵌入部件8、压入衬套9或嵌入衬套12由封闭的环形体或者钵形体或套筒形成，它们因为其形状和其原料能够特别好地承受径向朝内指向的在压入时起作用的应力，而在此不会自身变形。
在图1g中，锁止滑槽2由高强度的复合原料13形成，该高强度的复合原料与构件1连接。这种高强度的复合原料13例如可以是陶瓷或者类似物。
在图1h中可以看出本发明的另一实施例，其中，同样将过大的工具冲头5压入锁止滑槽2中，这个工具冲头具有大于锁止滑槽2的直径L0的直径L2。由此，使得锁止滑槽2优选地径向朝外扩张，并且使得在靠外的表面边沿区3中的原料在径向上密度提高。
在图1i中可以看出本发明的一个实施例，其中，锁止滑槽2局部地通过由激光器16产生的激光射线被局部地强化并且密度提高。在此可以通过激光射线额外地局部地将热能引入到构件1中，通过热能使得构件1的原料局部熔化，并且将可能存在的空隙或裂缝封闭成密度提高并且强化的表面边沿区3。此外通过被引入的热能还可以使得表面边沿区3硬化，由此进一步提高强度。
在图1j中可以看出本发明的另一实施例，其中，在构件1的原料中引入孔洞填充原料17，从而使得构件1具有与其基础原料的密度相比提高的密度和强度。
总而言之，锁止滑槽2在密度提高的表面边沿区3区域中具有更大的密度、承载能力或强度，通过更大的密度、承载能力或强度能够减少裂缝形成和扩大并且进而减少受损概率。此外，表面边沿区3的表面优选地具有更小的不连续性，也就是说粗糙度更小，从而使得表面负载导致更小的局部应力，这是因为负载以更加均匀分布的方式被导入到构件1中或锁止滑槽2中。由此能够额外地降低受损概率。
附图标记列表
1构件
2锁止滑槽
3表面边沿区
4强度喷射装置
5工具冲头
6工具压模
7滚压工具
8嵌入部件
9压入衬套
10材料排出部
11滚花
12嵌入衬套
13高强度的复合原料
14工具冲头
15工具冲头
16激光器
17孔洞填充原料

Claims (9)

1.凸轮轴调节装置，所述凸轮轴调节装置具有：
-能与内燃机的曲轴连接的定子，以及
-以能相对于所述定子转动的方式支承的、能与凸轮轴连接的转子，以及
-用于利用相对定子或转子固定的以粉末冶金方式制造的锁止滑槽(2)和至少一个能锁止在所述锁止滑槽(2)中的锁止销将所述转子相对于所述定子锁止的锁止装置，
其特征在于，
-所述锁止滑槽(2)在表面边沿区(3)的至少一个区段中具有相对于所述锁止滑槽(2)的基础原料的密度提高的密度。
2.按照权利要求1所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述锁止滑槽(2)的整个表面边沿区(3)具有相对于所述锁止滑槽(2)的基础原料的密度提高的密度。
3.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-具有提高的密度的表面边沿区(3)具有0.01mm至100mm的厚度。
4.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-具有提高的密度的表面边沿区(3)至少布置在所述锁止滑槽(2)的在所述转子的其中一个止挡位置中所述锁止销所贴靠的区域内。
5.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述表面边沿区(3)的提高的密度通过对所述锁止滑槽(2)的过度挤压、强度喷射、滚压、激光辐射或者浸渍来实现。
6.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述表面边沿区(3)的提高的密度通过嵌入部件(8)、压入衬套(9)或者嵌入衬套(12)或者具有与所述锁止滑槽(2)的基础原料的密度相比更大的密度的复合原料(13)来实现。
7.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述表面边沿区(3)的提高的密度通过精制或者调质方法来实现。
8.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述表面边沿区(3)的提高的密度通过热处理方法或者涂层方法来实现。
9.按照上述权利要求中任一项所述的凸轮轴调节装置，其特征在于，
-所述表面边沿区(3)的提高的密度通过结合的机械和热学的方法来实现。
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