本项发明的内容涉及的是根据权利要求1定义的、在汽车等内燃 机中使用的凸轮轴调节装置。

凸轮轴调节器的作用是改变内燃机凸轮轴的位置，进而影响燃气 转换阀的开启与关闭时间、或者开启尺寸。凸轮轴调节器有许多不同 的规格形式。现有的包括在轴向上推动液压活塞的凸轮调节器，以及 斜向衔接的凸轮轴调节器。另有一种凸轮轴调节器的工作原理类似可 逆式液压电动机，它装有至少一个定子和至少一个转子。定子构成了 一个固定的基点，而该基点在总体上可处于旋转状态。转子不断改变 着其与定子上固定基点的相对位置。需要进行调节的凸轮轴直接或间 接地被连接在转子上。当转子改变其相对于定子的位置时，凸轮在凸 轮轴上的位置也随之改变。

许多现有的凸轮轴调节器是用油驱动的。所使用的可以是内燃机 专用的液压油，或者普通马达油。当内燃机处于特殊的工作状态，例 如在机器空转、启动或关闭时，凸轮轴可能会趋向一个不利位置或状 态。另外，内燃机和凸轮轴调节器组成的系统是专为正常运转状态而 设计的。这即意味着，在低温条件下，特别是在寒冷季节，所用的马 达油或液压油的粘滞度会偏低。

所有这些条件都会引起内燃机不理想的启动状况。燃气转换阀的 错误开启会导致内燃机功率不必要的降低，使其噪音增大，废气排放 量不符合法定标准。

凡此种种，已成为专业领域内所熟知的问题。针对此问题，已发 明了许多具有锁紧机构的凸轮轴调节器。

GB2319071A中建议使用一种通过弹簧预加应力的销钉，以液压 方式对该销钉加以调节，可以使转子停留在相对于定子的所谓的延迟 位置上。

EP1143113A2中建议使用一种完全液压系统，它配有多个活塞， 可将转子相对于定子加以锁定。

DE19856318A1中建议安装一个通风管道，该管道在转子被释放 后继续保持无压状态。

DE19860418A1中同样建议使用一种与锁紧零件配合使用的弹簧。 在侧壁上具有一个角度限制槽，该槽的端点被设计为起限制角度作用 的接触面。限动螺钉可在由角度限制槽构成的偏转角度范围内调节叶 轮，改变其相对于主动轮的位置。

在三份公布文件DE10133444A1、DE10133445A1和 DE10162553A1中，基本上描述了同样一种阀门控制装置。在这里利用 两个装有弹簧的凸轮轴调节器进行工作。根据已知的特性曲线，该装 置包括一个锁定区域和一个自由区域。在不同的油压条件下，装有磁 环的锁紧销钉在锁定区域和自由区域之间往复切换。但尽管装有磁环， 该系统仍可被看作锁定区域和自由区域之间的静态转换系统。

在两份公布文件DE19606724A1和DE10213831A1中，描述了另 外几种装有两个啮合零件的阀门时间控制工具。DE19606724A1中介绍 了一种在轴向上推动调节活塞的凸轮轴调节器。调节活塞上的一段与 其他部分斜向啮合。DE10213831A1中，建议使用一个滞后角限制销和 一个锁紧销。通常当马达停机时，转子会向最为滞后的角度位置移动 并停在该处，阻碍马达的重新启动。使用了滞后角限制销后，这种功 能在有限范围内得以发挥。特别是通过液压电路图可以清晰地看到， 为了便于发挥其功能，该系统必须配备多个燃烧室。而每一位液压系 统操作人员都想尽可能使用较少的燃烧室，同时设计人员也希望尽可 能减少部件数量和保持小的改装容积。

在DE10253883A1中，介绍了一种设计非常完善的系统。该凸轮 轴调节器配有一个可在特殊运转状态下发生啮合的锁紧装置。此外该 项发明的基本原理在于延迟调节速度；换言之，即锁紧装置部位上的 调节速度被降低。在此，通过一个固定的机械性接触点进行工作。该 项发明可以在被称作慢速调节器的设备上使用。

US6155219和DE10213815A1中，介绍了其他类型的调节器，该 调节器具有一个加弹簧的锁紧销和一个弹簧。弹簧的位置与待调节的 轴相垂直。弹簧作用于一个套筒、圈环或钩槽上。根据US6155219， 该弹簧可保证使转子在初次点火前停留在一个超前或滞后位置上。在 DE10213852A1中，通过连接弹簧，可以阻止绕组片段发生倾斜。

因此本发明的基本任务在于，使类似DE10253883中介绍的高度 综合系统得到进一步改良，使凸轮轴的锁紧位在超前位置和延迟位置 之间调节变化，从而在电动机每次关闭时都可重复选择锁紧位。关键 是在整个调节区域内应没有延迟位置。

根据权利要求1和权利要求10中的特征所设计发明的同类凸轮轴 调节器解决了上述问题。在附属的权利要求项中，对本发明结构上的 优点进行了阐述。

本项发明，即内燃机使用的凸轮轴调节器，至少具有两个位置相 对、容量可对应变化的燃烧室。当其中一个燃烧室的容量增大时，另 一个与其配合使用的燃烧室的容量将自动减小；相反也同样如此。该 凸轮轴调节器上装有一个定子和一个转子，二者之间可发生相对位移。 在转子上有一个凸轮轴的容纳位。借助燃烧室的油压作用，转子相对 于定子的位置会发生改变，凸轮轴调节器由此对凸轮轴进行调节。通 过相对转动，凸轮轴调节器可改变凸轮轴相对于内燃机曲轴的角度。 根据影响因素的不同，凸轮轴调节器会遵循给定的至少两条特性曲线 中的一条。当凸轮轴调节器遵循某条特性曲线时，它将不能同时遵循 另外一条，因此凸轮轴调节器是以变换方式遵循特性曲线。在某区域 内通常低于1bar的油压作用下，具体的相对转动位置发生变化。选择 遵循哪条特性曲线，由影响因素决定。当低于凸轮轴调节器机械性方 面的影响因素规定状态时，锁紧装置将在多个备选的锁定位置上进行 选择并形成闭锁。

该凸轮轴调节器上装有一个作为固定触点的机械挡块。一旦超过 一定预应力时，挡块会被推动。低于预应力时，挡块处于锁定状态， 此时它的位置将被固定而不能被推动。

凸轮轴调节器配有不同的挡块。在现有的技术条件下，一个凸轮 轴调节器可以有一个最大和最小位置，即超前位置和延迟位置。这两 个位置由具有机械性较为坚固的挡块所确定，两个位置之间存在一个 可滑动的部位。锁紧位置便处于这个由挡块确定的滑动部位。

凸轮轴调节器工作时形成转矩。转矩通过凸轮轴、或通过燃烧室 中油压的变化而产生。通常会同时产生两个转矩，其中一个为逆转矩。 最好以机械方式使系统形成规定转矩。

特别有利的设计为，用简单的机械性方法，使凸轮轴调节器系统 符合两条特性曲线中的至少一条。最好通过机械零件或元件的连结， 使系统符合所规定的至少两条特性曲线。

定子与转子共同形成了一个可逆式液压电动机。转子上装有限制 转子转动角度的隔片。通常可逆式电动机的转动角度被设计在0°到30° 的范围之间。多数情况下，可逆式电动机的最大角度被设计为22°。电 动机上具有一个可旋转的凸轮轴容纳位，该容纳位通常以凸轮轴调节 器的轴为中心。转子相对于定子进行旋转，从而将凸轮轴带动。

如前所述，所选择的影响因素可以是马达油压，即内燃机油压， 或者是可反作用于油压的内燃机温度和转数。也可将内燃机设计为同 时符合不同参数。根据影响因素不同，在不同的特性曲线之间交替切 换。这些特性曲线可以分别是持续运转特性曲线、启动状态特性曲线、 断路特性曲线，或空转特性曲线。启动状态特性曲线和空转特性曲线 也可能是同一条。

在通过弹簧的应用使系统符合特性曲线时，曲轴转角和油压之间 的关系至少部分地表现为接近线性。在专业领域内众所周知，使用同 一个弹簧不能在所有应力下保持线性参数关系。因此应选择在相关起 始点或锁紧位置上使参数关系接近线性的弹簧。

此外，两条特性曲线有可能部分重合。此时，由于锁紧销或锁紧 装置的作用，第二条特性曲线上至少具有一个不连续点，即断点。特 性曲线由此被分为两个区域，即一个受油压影响的区域和一个不受油 压等参数影响的区域。在不受参数影响的区域内，特性曲线不呈现上 升趋向。

特别有利的是，在凸轮轴调节器中安装一个螺旋弹簧，在锁紧销 上装配另外一种弹簧。凸轮轴调节器内的油压同时作用于两个弹簧。 其中一个弹簧为螺旋弹簧，另一个为圆柱形螺旋压缩弹簧。

转子与定子共同构成了可逆式电动机。定子上装有从定子边缘指 向中心的隔片。从广义角度出发，定子类似于一个辐条轮。转子处在 定子的中心，被后者所包围。定子的隔片指向中心，但隔片相互间并 没有在中心会合。转子和定子共同组成了液压燃烧室，后者的大小和 容量可通过转子的偏转发生改变。在运转时，液压燃烧室中被灌入液 压介质，如液压油或马达油，液压介质上被施以压力。转子根据各个 燃烧室内的不同压力条件改变自身位置。转子上装有叶片，因此单个 转子的外观呈星形。由于液压介质向转子叶片侧面施加了不同的压力， 叶片会向某个方向转动。此外，凸轮轴调节器还可装有一个弹簧，以 及一个锁紧装置。可以使用一个单纯的锁紧销作为简单的锁紧装置。 根据现有技术条件，可使用许多不同种类的锁紧装置，它们包括一个 销钉、一个弹簧和一个液压筒。前面提到的弹簧与锁紧销上的弹簧有 所区别。第一种弹簧借助一个牢固的机械连结支撑在定子上，它也可 通过夹紧方式与定子相连。所有使弹簧配有支座的不同设计方案，都 属于在定子某点上的固定方法。在液压作用下，转子的转矩产生。弹 簧则构成了一个相应的逆转矩。由此，在转子的整个旋转角度范围内， 都存在明显的逆转矩。根据弹簧的不同设计形式，逆转矩与旋转角之 间的关系可以呈现为线性。

此外，定子与转子之间还具有一个垫圈式的弹簧座。从安装方向 观察，该弹簧座为封闭的圆环形状。弹簧座某些位置上的弧形凸起有 着啮合功能。这些齿部处于环形弹簧座的内部和/或外部边缘，分别可 与转子或定子嵌接。为了实现齿部与定子或转子之间的啮合，将与转 子连接的齿部的方向设计为朝向环的内侧，与定子连接的则朝向环的 外侧。转子与定子在啮合范围内有较大的空隙。啮合处与空隙处可位 于凸轮轴调节器中相互间平行的不同平面上，其外观为两个相互重叠 的环。转子或定子的空隙处均为空转区域。由于转子和定子大体上都 呈圆形外观，空转区域可以被看作是弹簧座的沟槽部位。弹簧座的形 状与支撑在定子某点上的弹簧，共同规定了一条或两条特性曲线的走 向。弹簧座或弹簧绕卷的精巧设计结构，影响和决定着逆转矩的走向， 从而获得所呈现的特性曲线形式。

可用一种水平式螺旋弹簧作为固定弹簧使用。螺旋弹簧的弹簧钢 围绕着可逆式电动机的的或总中心中轴，该弹簧与转子相互平行。通 过使用这种结构宽度较小的弹簧，可以避免发生夹紧、失衡，或移动 不灵活等现象。在使用了较多部件的方案中，锁紧销上配有一个作为 锁紧装置的预张弹簧。锁紧销可以装在某个叶片上，也可装在转子的 某个隔片上。当锁紧销部位的液压低于最小值时，锁紧销会移到转子 与定子连接的位置上。锁紧后余隙空间小是此方案的优点。在闭锁状 态下，转子相对于定子大体上没有其他运动。此时转子与定子同步运 行。当液压低于最小值时，可逆式电动机内的压力条件可忽略不计。 因此，转子与定子在不受压力作用的条件下处于相同的旋转状态。在 此，锁紧装置上可配有一个的特殊阀门，它与凸轮轴调节器不为一体， 而是以液压方式相连接。由可逆电动机内的压力条件、转数、温度等 参数对液压阀进行控制，从而由这一另外加装的的阀门确定锁合点。 锁紧装置的应力与配合弹簧的预张应力之间，存在一定比例关系。

凸轮轴调节器上装有护板。护板以埋头钉、特别是以埋头螺丝固 定在定子上。凸轮轴调节器的另一侧，以链轮覆盖。链轮与凸轮轴调 节器中轴垂直，它与护板构成了凸轮轴调节器的外部界限。

对逆转矩起着规定作用的弹簧，在其与定子不相接的一端，连着 一个弹簧座。作为另一种设计方案，弹簧可以位于定子护板的下方。 弹簧的另一端开向一个带孔的环。圆环的卡口围绕着转子轴承。

参考以下相应的示图，可以更好地理解本发明的优越性：

图1：以内燃机曲轴旋转角与压力之间的关系为反映内容的凸轮；

轴调节器力矩特性曲线；

图2：本发明所依据的直线液压原理的图解；

图3：带弹簧座的凸轮轴调节器的结构图，除此外与图4至图9 中的凸轮轴调节器均类似；

图4：根据本发明凸轮轴调节器的一例设计方案的外观图；

图5：图4中凸轮轴调节器剖面A-A方向上的结构；

图6：图4中凸轮轴调节器剖面B-B方向上的结构；

图7：图4中凸轮轴调节器剖面C-C方向上的结构；

图8：图4中凸轮轴调节器剖面D-D方向上的结构；

图9：图4中凸轮轴调节器的另一不带护板的侧面结构。

图1中所示的是一个根据本发明的凸轮轴调节器。图中反映了与 曲轴相关的凸轮轴调节变化。该图中有至少三个关键点。特性曲线在 超前位置Y和延迟位置Z之间运动。另外图中标有一个选定的空转位 置L和起始位置X。纵坐标上是以bar为单位的液压介质的压力值P， 此处也可以是供油系统的入口压力。特性曲线反映出了曲轴角度变化、 凸轮轴转矩以及压力之间的关系。转矩增大时形成了一个逆转矩。图3 或图9中的复位弹簧200规定了特性曲线U的倾角大小。在转子空转 区域I中，复位弹簧不起作用。在第二个区域II中，复位弹簧200的 作用以倾角U的形式体现出来。起始点X的位置由锁紧装置确定，通 过复位弹簧和锁紧装置的优化选择，起始位置可以是超前位置Y和延 迟位置Z之间的任意一点，它仅可通过内燃机的要求来确定。起始位 置X上的压力在图中被标为P1，通常该区域内的压力值介于0.5bar到 1bar之间，或者也可高于或低于该数值范围。在图1中，延迟位置点 被标为P2，空转位置L上的压力被标为P3。在闭锁状态下，特性曲线 在起始位置上有一处非连续点。只有在压力改变时，逆转矩才会起作 用。因为存在非连续点，所以可以看作有两条转矩特性曲线。当没有 弹簧力矩时，呈现第一条特性曲线。当越过非连续点时，开始存在第 二个力矩。因为与其他参数相比较，压力数值更易测出并易受影响， 因此图中的特性曲线以压力变化为条件。在压力与转矩之间存在一个 清楚明确的关系。由于转矩与液压介质的压力成正比关系，因此在实 践中先测出压力，然后用以下公式表示出转矩：

P → = F → A = F → l * r ⇔ F → = P → * ( l * r )

M Fl u . . gel = F → · r → = ( l * r ) P → * r

= l ∫ Prdr

M Rotor = n * M Fl u . . gel = nl ∫ - b 2 b 2 Prdr

其中

1…叶片的宽度

P…液压介质压力

dr…叶片的不同长度

r…叶片的动态变化长度

n…叶片的个数

MFluegel…叶片的力矩

MRotor…转子的力矩

b…叶片的偏心长度

该特性曲线为专利申请人及汽车制造领域内的大量客户提供了一 种常规命名方式。第二种常用的表示方法是曲轴与凸轮轴之间的角度 差。第三种方法仅表示与曲轴的相对关系。在校准锁紧销时，转子跟 随定子在一个方向上转动，而在另一个方向上为空转。仅当到达接触 点时弹簧才会起作用。

对于直线液压活塞模型，其特性曲线的图示关系与图2中类似。 直线液压缸1装有外壳7。液压缸上配有螺旋弹簧3，该弹簧支撑在轴 承5上。活塞面9与挡块11的作用方向相反，挡块11的接触面上被 弹簧3施加以预加应力。包括活塞面9的活塞13配有平衡管道或通风 管道15。活塞13上有一个锁紧装置，该装置由锁紧销19以及后者的 预张弹簧23构成。在液压作用下，弹簧23将锁紧销19顶向外壳7。 在图2中的闭锁状态下，当锁紧销与凸起位置17、即空转位置17上的 外壳壁接触时，锁紧销19便为活塞13阻止了空转。在压力条件下， 液压介质通过控制管路21将锁紧销19压向预张弹簧23，将锁紧销顶 出固定位置。随后活塞可在第一个挡块和第二个挡块之间空转。空转 区域17由导向面限定，该导向面位于图2中所示剖面以外的另一平面 上。

图3中所示的是根据本发明的转子350的结构。左侧为本发明凸 轮轴调节器顶部的内平面。该平面朝右侧方向有开口。在下方的平面 上，转子350还可配装弹簧座300。弹簧200的端点204和202被固定 在弹簧座300以及转子100上。弹簧座300具有包括302和304在内 的轮齿。其中一个轮齿与转子350啮合，另一个轮齿的主要作用为， 在弹簧座的另一个转动位置上锁定定子100。轮齿302和304可以处于 不同高度。凸轮轴调节器51的其他部件与图4、图5、图6、图7和图 8中所示的部分大体相符。

图4所示是一个根据本发明的凸轮轴调节器50。观测角度为装有 轮齿54的链轮52的旁侧。链轮上作有零位标记48。链轮52由圆柱形 销70固定。第一个孔眼60、第二个孔眼62、第三个孔眼64、第四个 孔眼66，以及第五个孔眼68分别穿过定子100的隔片110、112、114、 116、118，定子100在此同时作为汽缸的一部分。孔眼60、62、64、 66、68用于固定埋头钉。在此所用的埋头钉可以是尺寸为M4、M5、 M6、M7的埋头螺丝。

图5中从另一个视角展示了图4所示凸轮轴调节器50的剖面A-A。 图中可看到转子1 20的位置，即容纳位90。在护板80下方，装有环绕 容纳位90的螺旋弹簧200，它的位置较为特殊。转子120和定子100 被盖盘78遮蔽，盖盘上装有安装埋头钉64所用的孔眼。

图6显示了图5中凸轮轴调节器50的剖面B-B。图7是图5剖面 C-C的另外一种图解。在图6中，凸轮轴调节器50的剖面B-B上装有 隔片，第一个到第五个隔片分别被标为：110、112、114、116、118。 转子120的位置上，可安装第一种或第二种类型的燃烧室。图中第二 种类型燃烧室170、172、174、176、178为最小容量状态。与之相对 的是第一种类型的燃烧室160、162、164、166、168，处于最大容量状 态。液压介质通过管道150、152、154、156、158进行循环。叶片122、 124、126、128、130处于液压介质中，通过转子120带动，它们在相 应的隔片110、112、114、116、118之间往返运动。

图7中的第一至第五个管道分别被标记为220、222、224、226、 228。其余部件与图6均类似。

在图8中，可清晰地看到锁紧装置。该装置为分级销钉190，它 通过弹簧挡板192与弹簧194连接，穿过锁紧销导板140。弹簧194为 止动弹簧，作用是形成预应力。

图9中显示了凸轮轴调节器50上螺旋弹簧200与图4所示侧面相 对的另一的侧。螺旋弹簧202的一端固定在盖盘78的沟槽208上，另 一端204指向围绕转子轴承210的垫圈206。图中还显示了处于接触位 置的轮齿302。轮齿旁边为空转区域，转子在该区域内的运动在受弹性 应力作用影响，没有转矩。只有到达另一个接触点时，才需要克服弹 簧的附加逆转矩。

使用螺旋弹簧200与锁紧装置，或另一种设计方案中可通过加压 进行调节的锁紧销，凸轮轴调节器具有符合图1的特性曲线，即具有 逆转矩平衡的中位闭锁状态。在非锁定的自由状态下，弹簧产生弹力 转矩，当内燃机内待调节的凸轮轴向延迟位置运动时，弹力转矩增大。 当凸轮轴调节器仅用了一种燃烧室或锁紧销液压介质时，闭锁在压力 界限X处解除，从压力界限开始的区域II内，弹性力矩与曲轴转角及 所施压力之间呈线性比例关系。

通过选择弹簧，锁紧销的结构，以及啮合装置的规格，凸轮轴调 节器的锁定位置得以确定。

根据本发明、但不完全按照图示制造的调节器，处于稳定测试状 态时，其性能与图1中的特性曲线基本吻合。在测试过程中，通过施 加可变压力，在不同的调节角度之间进行选择。锁紧销在图1中X点、 即受油压影响的位置上闭合。在特性曲线区域II上，可测出受油压影 响的逆转矩。

本发明可配装一种特别的弹簧座，也可使用具有类似弹簧座功能 的其他部件。

由于可逆式电动机具有不容质疑的优越性，因此本发明对不同设 计结构下运转状态作说明阐释时，以可逆式电动机，即凸轮轴调节器 的不同特性曲线为主。专业人士当然也可以在本发明的基础上另行研 制某种轴向柱塞式，或斜齿啮合式的凸轮轴调节器。

附图标记

1.根据本发明的液压缸--线形

3.弹簧——此处为：螺旋弹簧

5.轴承

7.外壳

9.活塞面，垫圈——用于密封

11.挡块

13.活塞

15.通风管道

17.空转区域

19.锁紧销

21.控制管路

23.预张弹簧

48.标记

50.凸轮轴调节器结构式说明

51.凸轮轴调节器图表式说明

52.链轮

54.齿轮的轮齿

60，62，64，66，68.用于埋头钉的接收孔(第一个，第二个，第三个，第四 个，第五个孔眼)

70.圆柱形销钉

78.盖盘

80.护板

90.凸轮轴容纳位

100.定子

110，112，114，116，118.隔片

120.转子

122，124，125，128，130.叶片

140.锁紧销导板

150，152，154，156，158.通向燃烧室的油管

160，162，164，166，168.第一种类型燃烧室

170，172，174，176，178.第二种类型的燃烧室

190.分级销钉

192.弹簧挡板

194.弹簧

200.复位弹簧

202，204.螺旋弹簧端点

206.垫圈

208.沟槽

210.转子轴承

300.弹簧座

302，304.轮齿

350.第二种类型的转子

L空转位置

U倾角(由于复位弹簧、特别是复位弹簧的弹性力矩而产生)

X起始位置

Y超前位置

Z延迟位置