用于凸轮轴调节器的中间锁紧技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的液压凸轮轴调节器。
背景技术
这样的凸轮轴调节器用于在发动机运行期间改变内燃机的换气阀的控制时间，以
便改善内燃机的消耗值和运行性能。
在实际中经考验的实施方式是构建为叶片腔室调节器的具有定子和转子的凸轮
轴调节器，定子和转子限界出环形空间，该环形空间通过叶片分别被划分成两个工作腔。工
作腔可选地可加载有液压介质，该液压介质在压力介质循环回路中通过压力介质泵从压力
介质容器输送到转子的叶片侧上的工作腔中，并且从相应另一叶片侧的工作腔输送回到压
力介质容器中。其体积在此得到增大的工作腔具有如下作用方向，该作用方向与所附属的
对置的工作腔的作用方向相反。通过该作用方向可以触发转子相对于定子或者沿顺时针方
向或者沿逆时针方向的扭转。对压力介质流的控制和因此对凸轮轴调节器的调节运动的控
制包括液压的多路切换阀，通过多路切换阀，根据阀体的位置来闭合或者开启穿流开口。
该凸轮轴调节器的问题在于：凸轮轴调节器在起动阶段还没有完全充满压力介质
或者空地运行。在发动机起动时，如果内燃机之内的油压还没有构建，那么由凸轮轴施加的
交变转矩由此可以触发转子相对于定子的不受控的运动，不受控的运动可能导致磨损提高
并且导致不符合期望的噪声形成。为了避免该问题公知的是：在转子与定子之间设置锁紧
装置，锁紧装置在内燃机停止时在对于起动有利的转动角度位置中将转子相对于定子锁
紧。
这样的锁紧装置优选地包括弹簧负载的锁紧销，弹簧负载的锁紧销在转子扭转时
逐渐在设置在密封盖或者定子上的锁紧滑槽中锁紧。在此，在达到中间锁紧位置之前，转子
朝中间锁紧的方向的扭转相应是可能的，但是转子朝相反的方向的扭转被阻断。在内燃机
暖机和/或将凸轮轴调节器完全充满压力介质之后，锁紧销以操作压力介质的方式从锁紧
滑槽中被挤出，从而使得转子紧接着为了调节凸轮轴的转动角度位置可常规地相对于定子
扭转。
此外，一种配属于叶片的控制装置是公知的，控制装置的控制销定位在将工作腔
分离的叶片中。借助于该控制装置，可以建立两个起相反作用的工作腔的流动技术的连接。
在此，控制销通过压力介质加载而与弹簧力相抗地运动。控制销可以布置为使得在压力介
质加载时，工作腔之间的流动技术的连接中断。在内燃机停止时，不仅锁紧装置的弹簧负载
的锁紧销而且控制装置的控制销都通过弹簧力从解锁位置引导到无压力的锁紧位置。
从文献US 6 684 835 B2公知一种液压的、构建为叶片腔室调节器的凸轮轴调节
器，凸轮轴调节器的中间锁紧在发动机停止时进行。电子控制单元检测在发动机停止时产
生的信号和反映出定子相对于转子的位置的信号。电控制阀包括五个端口，其中的一个端
口接受来自发动机或者压力介质泵的润滑油循环回路的油注入、其中的一个端口连接电磁
阀与所有锁紧活塞或者锁紧销，以及其中的两个端口连接电磁阀与凸轮轴调节器的工作腔
A或B，并且其中的一个端口Tank设置用于从电磁阀的油流出。
发明内容
本发明的任务在于：针对内燃机提供一种起动策略，起动策略能够实现的是，即使
在主动的压力介质调节的情况下也将凸轮轴调节器锁紧在中间锁紧位置中。
本发明的任务通过具有权利要求1的特征的凸轮轴调节器来解决。本发明的其他
优选的实施方式从从属权利要求、附图和所附属的描述中得知。
根据本发明的基本思想，为了解决该任务而提出一种内燃机的起动策略，起动策
略设置有液压回路，在液压回路中，针对切换阀设置有附加的第五控制位置。在另外的控制
位置中存在A端口与B端口之间的和因此压力泵与工作腔A之间的流动连接。B端口与T端口
连通，并且因此与油容器或压力介质容器和工作腔B连通。C端口将叶片的控制装置与T端口
连接。因此，针对根据本发明的具有五个端子或端口的切换阀设置有五个也被称作活塞位
置的控制位置。P端口或者流入端口保持与压力泵连接而T端口或者流出端口配属于存储箱
或者压力介质容器。A端口形成用于工作腔的端子，而B端口与工作腔保持接触。另一C端口
确定用于叶片的控制装置。控制阀的附加的第二控制位置跟随第一控制位置，第一控制位
置在发动机停止时开动而且处在第三控制位置之前，在第三控制位置的情况下可以使凸轮
轴调节器向“提前”调节。
与第一控制位置一致地，在补充的第二控制位置中，C端口与T端口或存储箱相连。
因此，锁紧装置的锁紧滑槽保持无压力，而且至少一个锁紧销可以在锁紧滑槽中锁止。然
而，与切换阀的第一控制位置不同地，B端口与T端口相连。切换阀的附加的控制位置对液压
介质的体积流量的特性曲线有积极的影响。在第二控制位置中，还没有油或液压介质流入
到与C端口相连的液压线路中。另一方面，工作腔已经与T端口相连，由此可以将油从该工作
腔挤出。因此，在该工作腔中存在的液压压力引起了朝“提前”方向的调节。
有利地，根据本发明的起动策略的特点在于：与C端口相连的液压线路在附加的控
制位置中切换为无压力的，由此，锁紧销没有阻碍地锁止到锁紧滑槽中。此外，有效地阻止
了调节器越过中间锁紧位置朝提前方向的不利的调节。利用根据本发明的起动策略，可以
首先在内燃机的停止过程期间将液压凸轮轴调节器调节到中间锁紧位置中并且在那里锁
紧。
如果发动机应该已经停止或者中间锁紧出于物理原因应该是不可能的，那么例如
由于低的环境温度和与此相关的高的油粘度，根据本发明的起动策略确保在内燃机的接下
来的起动期间实现所希望的中间锁紧。为此，传导系统的液压线路切换为使得压力介质可
以从用于加载控制销和锁紧销的压力介质空间流出到压力介质容器中。在液压线路的无压
力的状态下，凸轮轴调节器可以引入到锁紧位置中并且在那里锁紧。
如果在内燃机的起动阶段，凸轮轴调节器没有在中间锁紧位置(MVP)中锁紧并且
在滞后端部止挡部与中间锁紧位置之间的角位置中出现，那么可以以有利的方式应用根据
本发明的起动策略。在起动阶段，例如通过与内燃机的控制设备相连的传感器可以最晚在
凸轮轴旋转之后确定凸轮轴的角位置。如果凸轮轴调节器例如处在滞后端部止挡部与中间
锁紧位置之间的角位置中，那么根据本发明的起动策略自动开始。切换元件、尤其是切换阀
的电磁铁于是得到通电，从而使得该切换阀将切换阀的活塞移动到第二控制位置。
此外，根据本发明还提出了一种工作端口在切换阀上的布置，根据该布置，B端口
安置在中间，A端口布置在其右侧而C端口布置在其左侧。该端口布置在第二控制位置中确
保了对工作腔加载压力，由此，凸轮轴调节器朝“提前”方向调节。与此不同地，在迄今为止
的与切换阀的四个控制位置相关联的端口布置中，凸轮轴调节器在第二控制位置中朝滞后
的方向调节并且因此不朝中间锁紧位置的方向调节。
此外，作为为了清楚地限制叶片的调节运动的措施设置的是，锁紧装置不仅针对
提前锁紧而且针对滞后锁紧具有分离的锁紧销。因此，可以有效地阻止叶片朝提前工作腔
和滞后工作腔的不期望的调节运动。
对于锁紧装置的功能来说有利的是：确定用于提前锁紧的锁紧销在从转子移出的
位置中将液压线路切断并且因此阻止了朝工作腔A的方向的液压流。相对应地，确定用于滞
后锁紧的锁紧销在从转子移出的位置中也将液压线路切断并且因此阻止了加载工作腔B的
液压流。
此外还设置的是：弹簧负载地使用锁紧装置的锁紧销。优选地，压力弹簧适合于使
压力弹簧的相应的弹簧力在反力消失时将有关的锁紧销从转子挤到锁紧滑槽中。在取消系
统压力或油压时，该措施也确保了凸轮轴调节器的故障安全的调节。
根据有利的设计方案设置的是，给配属于叶片的液压线路配属第一止回阀，以便
阻止从一工作腔到另一工作腔的液压流。优选地用于从提前工作腔到滞后工作腔的液压
流。为此替选或者补充地，可以设置具有与第一止回阀相反的作用方向的、用于另一叶片的
液压线路的第二止回阀。在这两种情况的第一种情况下，借助于止回阀来实现叶片朝提前
方向的进一步移动，其中，在这两种情况的第二种情况下确保了朝滞后方向的进一步移动。
与根据本发明的措施相关的凸轮轴调节器的优选的结构为了实现最佳的力分布
而尽可能包括四个或者更多叶片，叶片对称地分布在周边地布置在转子上并且配属于压力
室。
附图说明
随后，本发明依据优选的实施例进一步阐述。在此，附图详细地示出了：
图1以示意图示出了根据本发明的凸轮轴调节器；
图2示出了用于根据本发明的内燃机的起动策略的电磁阀的控制特性和切换位置
的图；
图3示出了用于根据本发明的起动策略的流程图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了具有已知的基本结构的凸轮轴调节器1，凸轮轴调节器包
括可由未示出的内燃机的曲轴驱动的定子2和与凸轮轴(未示出)抗相对转动地相连的转子
3，转子具有转子轮毂4和多个径向地取向的叶片5、6、7。通过叶片5、6、7将压力室8、9、10划
分成工作腔11至16。图1的上方的图示示出了展开时的叶片腔室调节器，而在左下方示意性
地描绘了具有锁紧装置29的转子2的转子轮毂3的片段，而在右下方示意性地描绘了构建为
多路切换阀的用于控制凸轮轴调节器1的压力或者液压介质的切换阀17。根据本发明的切
换阀17是具有五个端子或端口以及具有五个控制或者活塞位置47a至47e的比例阀。P端口
18或者流入端口与压力泵保持连接而T端口19或者流出端口配属于存储箱或者压力介质容
器。A端口20形成用于工作腔11、13、15的端子，而B端口21与工作腔12、14、16保持接触。另一
C端口22确定用于叶片5、6、7的控制装置23、24、25。所有端口按照切换阀17的控制位置要么
被打开要么被关闭。切换阀17由弹簧元件26加载压力，而且被集成的活塞可以符合需要地
通过优选实施为电磁铁的调节元件27调节到相应的控制或者活塞位置。
此外，图1示出了具有多个压力介质线路的液压或者压力介质循环回路，液压或者
压力介质循环回路是切换阀17与压力室8、9、10以及锁紧装置29之间的液压传导系统28。液
压线路30将A端口20直接与工作腔13、15相连。液压线路30的支路通过锁紧装置29引导到工
作腔11。液压线路31建立B端口21与工作腔12和16之间的连接。液压线路31通过锁紧装置29
延伸到另一工作腔14。此外，液压线路32将C端口22与叶片5至7的所有控制装置23至25相
连。
在例如沿提前方向的正常运行时凸轮轴相对曲轴的转动角度可以通过如下方式
来调节：工作腔11、13、15通过液压线路30加载有压力介质，由此增大了它们的体积，而压力
介质同时从工作腔12、14、16挤出，而且因此减小腔体积。在图1中通过箭头来表征提前方
向，滞后方向逆箭头方向地走向。其体积在沿提前方向的调节运动时分别按组地增大的工
作腔11、13、15被称为作用方向的工作腔。工作腔11、13、15的体积变化导致的是：具有叶片
5、6、7的转子3相对于定子2扭转。工作腔12、14、16的体积可以通过经由切换阀17与液压线
路31相连的B端口21的压力介质加载来增大，而同时，工作腔11、13、15的体积通过压力介质
经由A端口20的回流来减小。体积变化导致了转子3相对于定子2逆箭头方向沿滞后方向扭
转。
锁紧装置29包括两个也要称作锁紧销的锁紧销33、34，锁紧销是可线性地移动的
并且弹簧负载地安装在转子轮毂4的容纳部35中。锁紧销33、34在锁紧滑槽36的方向上由弹
簧元件43弹簧负载地布置。为了能够实现转子3相对于定子2的调节，锁紧装置29被松开。通
过如下方式实现这一点：使锁紧滑槽36加载有压力介质，对此，在切换阀17的相对应的控制
位置的情况下，压力介质从C端口22经由液压线路32以及另一液压线路37输送。通过压力介
质加载，锁紧销33、34从锁紧滑槽36挤出，从而使得转子3相对于定子2是可自由转动的。
在叶片5、6、7中分别引入流动连接件38、39、40，其中，止回阀41、42配属于流动连
接件38、39，止回阀能够实现压力介质或液压介质从工作腔12流到工作腔11或从工作腔13
流到工作腔14。压力介质流过流动连接件38、39、40可以分别通过可切换的、加载有弹簧力
的控制销44、45、46来释放或者阻断。可切换的、配属于控制装置23、24、25的、加载有弹簧力
的控制销44、45、46可以分别通过液压线路32加载有压力介质，而且可以从锁紧位置调节到
解锁位置。在解锁位置中阻断流过流动连接件38、39、40，从而使得工作腔11、12；13、14和
15、16彼此分开。
根据切换阀17的在图1中示出的第一控制位置47a，锁紧销33通过弹簧元件43支持
地锁止到锁紧滑槽36中，其中，该位置对应于止挡位置提前，其中，锁紧销33阻止了液压线
路30的线路区段并且因此阻止了通向工作腔11的流动连接。同时，被推入的锁紧销34打开
通道，从而通向工作腔14的流动技术的连接通过所连接的液压线路31形成。根据本发明的
切换阀17可以通过给调节元件27相应通电而在五个控制位置47a至47e中调节，由此，凸轮
轴调节器1可以调节到不同的位置、例如沿提前调节或者滞后调节的方向来调节。
根据本发明的起动策略的应用设置用于如下情况：在内燃机的起动阶段，凸轮轴
调节器1没有在中间锁紧位置(MVP)中锁紧。在起动阶段，对内燃机的控制短时间地、最晚在
凸轮轴旋转之后识别出凸轮轴的角位置。如果凸轮轴调节器1在此没有在中间锁紧位置
(MVP)中锁紧，而是例如在滞后端部止挡部与中间锁紧位置之间的角位置中锁紧，那么根据
本发明的起动策略自动开始。在此，切换阀17被通电，从而使得该切换阀的活塞向控制位置
47b、即第二位置开动。在短暂的发动机停止时间之后，在内燃机中相对快地构建出油压，从
而使得油作为液压介质从P端口18到A端口20并且经由液压线路30来加载工作腔13、15。同
时，工作腔14、16经由液压线路31、B端口21和T端口19与存储箱或压力介质容器相连。如在
控制位置47c、即第三活塞位置中那样，凸轮轴调节器1在控制位置47c中沿着箭头方向、也
就是说沿提前方向调节。
与控制位置47c不同地、但是与控制位置47a一致地，C端口22在控制位置47b中与T
端口19相连，这造成无压力的液压线路32和无压力的锁紧滑槽36，由此，锁紧销33保持锁止
在锁紧滑槽36中。与设置有闭合的B端口21的控制位置47a、即第一活塞位置不同地，在控制
位置47b中，B端口21同样通过T端口19与存储箱相连。在第一控制位置47a中，B端口21闭合，
以便因此在内燃机的起动阶段中填满凸轮轴调节器1时，油没有从凸轮轴调节器1流回到存
储箱中。这导致了压力介质或油泄漏的提高，压力介质或油泄漏阻止了内燃机之内的必需
的短时间的压力构建。与至今的解决方案相比，对于根据本发明的起动策略来说，A端口20
和B端口交换，因此凸轮轴调节器2在切换阀17的第二控制位置47b中向提前调节。在至今的
切换的情况下，凸轮轴调节器1向滞后调节并且因此没有朝中间锁紧位置(MVP)的方向调
节。
基于新的起动策略，凸轮轴调节器1仅可以调节直至中间锁紧位置，凸轮轴调节器
在那里通过锁紧销34的锁止来锁紧。紧接着可以起动内燃机。在更长的停止时间的情况下，
可以延长内燃机之内的油压构建，由此稍微延迟了调节过程。但是，在此也可以应用根据本
发明的起动策略，这是因为被延迟的油压构建对起动过程没有消极影响。
图2示出了根据本发明的切换阀17的阀特性曲线。在图示中，在横轴上绘制有用于
调节切换阀17的调节元件27的电磁铁绕组电流(A)，而在纵轴上绘制有被称作液压介质或
压力介质的油的体积流量(l/min)。由于附加的控制位置47b形成液压介质的改变的体积流
量特性曲线。在控制位置47b中，还没有油流到C端口22中并且流到与之相连的液压线路32
中。同时，B端口21与T端口19保持连接并且通过液压线路31能够实现的是，可以将油从工作
腔12、16挤出到容器或存储箱中。因此，已存在的、在A端口20上的压力可以经由液压线路30
传输到工作腔13、15中，以便触发对凸轮轴调节器1的调节并且因此触发换气阀在提前方向
上的控制时间。
在图3中以图像方式示出了内燃机的根据本发明的起动策略的流程图。在此，三个
不同的线形图在竖直方向上彼此相叠地概括，从而使得横轴形成了用于所有图表的时间
轴。下方的线形图示出了关于切换阀17的不同的控制位置47a至47e的占空比(％)。中间的
图表的曲线走向涉及凸轮轴的调节系统的角位置(°NW)。上方的图表示出了内燃机的转速
变化过程(转/min)。
附图标记列表
1 凸轮轴调节器
2 定子
3 转子
4 转子轮毂
5 叶片
6 叶片
7 叶片
8 压力室
9 压力室
10 压力室
11 工作腔
12 工作腔
13 工作腔
14 工作腔
15 工作腔
16 工作腔
17 切换阀
18 P端口
19 T端口
20 A端口
21 B端口
22 C端口
23 控制装置
24 控制装置
25 控制装置
26 弹簧元件
27 调节元件
28 传导系统
29 锁紧装置
30 液压线路
31 液压线路
32 液压线路
33 锁紧销
34 锁紧销
35 容纳部
36 锁紧滑槽
37 液压线路
38 流动连接件
39 流动连接件
40 流动连接件
41 止回阀
42 止回阀
43 弹簧元件
44 控制销
45 控制销
46 控制销
47a 控制位置
47b 控制位置
47c 控制位置
47d 控制位置
47e 控制位置