CN102597435A - 用于调节内燃机凸轮轴的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节内燃机的凸轮轴的装置，该装置带有抗扭地设置在以可轴向移动的方式支承的凸轮轴上或旁边的、提供控制槽的行程型面元件(12)和用于导致凸轮轴的预定轴向移动的控制单元，其中，所述控制单元具有优选在凸轮轴径向上可沿着运动方向运动的、设计用于可控地接合到行程型面元件中的挺杆单元(17)，并且，所述行程型面元件构造有第一控制槽(16)，该第一控制槽设计用于与处于第一进入深度的挺杆单元共同作用，用于形成凸轮轴的第一轴向运动，且所述行程型面元件构造有第二控制槽(18，22)，该第二控制槽设计用于与处于不同于第一进入深度的第二进入深度的挺杆单元共同作用，用于形成所述凸轮轴不同于第一轴向运动的第二轴向运动。按本发明设计为，所述挺杆单元(17)在第一进入深度和第二进入深度在接合端具有恒定的外径，并且沿着运动方向由电磁调节装置驱动，该调节装置受控地在第一和第二控制槽中为第一进入深度提供第一稳定的调节位置，为第二进入深度提供第二稳定的调节位置以及为挺杆单元的非接合状态提供第三调节位置。

Description

用于调节内燃机凸轮轴的装置
技术领域
本发明涉及一种按独立权利要求的前序部分所述的、用于调节内燃机的凸轮轴的装置。
背景技术
这种装置由申请人的专利PCT/EP2008/006417公开和描述，其中描述了操纵元件(通常是挺杆或类似的操纵销)如何能够通过与为凸轮轴对应配设的型面共同作用而实现凸轮轴轴向的预定移动。这尤其对于为内燃机以可切换的方式配设不同的凸轮轮廓的应用情况是相关的。
在此，由现有技术DE19611641C1已知的是，为行程型面装置的每个轴向滑动位置设置一个恰当的驱动销，然后该驱动销可以实现各个期望的轴向移动。然而，这在结构上耗费并且在安装位置需要许多安装空间。
由形成类型的PCT/EP2008/006417还已知的是，行程型面通过多个用于与电磁驱动的挺杆单元共同作用的控制槽这样构成，使得控制槽进入不同的槽深度并因此能够通过挺杆单元不同的(适当设定的)进入深度以相应希望的方式操纵凸轮轴。
然而，由形成类型的现有技术公开的挺杆单元连同与之共同作用的电磁调节装置结构复杂，因为为实现已知的在两个进入深度的槽接合功能，已知的挺杆单元具有由内挺杆(较小的直径)以及包围该内挺杆的、较大直径的外挺杆组成的装置，所述挺杆分别对应配属于各自的控制槽以及各自的进入深度。
因此需要恰当地在结构和控制技术上实现已知装置的内挺杆和外挺杆的运动特性，这是耗费并且容易出现错误的。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，在简化结构实现并因此潜在提高运行可靠性并且减少所需的部件和安装开销方面，改进按独立权利要求的前序部分所述的用于调节凸轮的装置。
该技术问题通过具有独立权利要求的特征的装置解决，在各从属权利要求中描述了本发明有利的扩展设计。
以按本发明有利的方式，带有两个具有不同进入深度的控制槽的型面元件通过挺杆单元操纵，该挺杆单元在两个进入深度在接合端具有恒定的外径。这按照本发明由此实现，即，优选并且通常设计为一体的销状圆柱体的挺杆单元通过双稳态或三稳态的促动器操纵，该促动器沿运动方向移动衔铁单元，并且既为第一进入深度(带有所属的第一稳定的调节位置)也为第二进入深度(带有所属的第二稳定调节位置)提供相应的能可靠控制的衔铁位置。另外，按照本发明设计为，衔铁单元按照本发明可以被置于第三调节位置，在该第三调节位置不与第一和第二控制槽接合。
因此，首先按本发明有利地通过挺杆单元实现了两个不同的进入深度，该挺杆单元可以设置在(唯一)一个轴向的安装位置上，并且根据所设定的对于调节位置的激活相应选择并且移到控制槽(槽轨道)上，因此然后在行程型面元件旋转时实现希望的轴向调节(沿分别希望或设定的方向)。
在此，一方面，按本发明设计并优选的是，第一和第二控制槽彼此相邻地设置在公共和/或一体构造的行程型面元件中，其中，按照扩展设计，第一和第二控制槽至少局部过渡到彼此。然后，以这种方式可以以岔道或分支的类型沿着槽轨道通过恰当的进入深度调节以特别可靠的方式实现凸轮轴调节。
在此，特别优选的是，这样构造控制槽的几何形状，使得沿凸轮轴的第一方向的轴向运动借助于第一深度的第一控制槽实现，并且接下来将挺杆单元调节到第二进入深度并且然后移动到第二控制槽，并且凸轮轴与第一轴向方向相反地回移。
另外按照一种扩展设计，该***可补充第三控制槽，该第三控制槽然后实现与凸轮轴的与第一方向相反的第二轴向上的轴向运动(以及相应的轴向返回运动)。
在结构上特别优选的方式是，衔铁单元作为电磁调节装置的组件借助于至少一个永磁体单元实现，其中，对于实现双稳态或三稳态的装置有意义的是，衔铁单元配备有一对相互轴向间隔的、按本发明的扩展方案呈盘形的磁体。
以按扩展设计有利的方式，永磁体然后可以被用于，实现无电流稳定的状态(其中，概念“无电流稳定”在本发明中应当这样理解，即，因此通过衔铁单元——以及与此连接的挺杆单元——实现和保持一个调节位置，而不需要为线圈单元通电)。
在结构上特别简洁方式还可以是，这样三稳态地构造电磁调节装置，使得在两个、优选通过将相应的永磁体单元保持在稳定的铁芯区域而确定的轴向端部位置之间，沿轴向达到第三(优选稳定的)位置，即，一方面通过永磁体相互之间相反定向的吸引效应实现稳定的中间状态，作为补充和/或替代方案，通过线圈装置的交流电激励实现(稳定的)中间位置，在该中间位置上，没有永磁体单元吸附在固定的铁芯上，而是通过交流电信号的持续换向控制该(实现三稳态的)状态。
在本发明另一种优选的设计方案中，挺杆单元可以这样与衔铁单元交互作用，使得通过设置在衔铁单元(优选端侧)的永磁体的作用使(进一步优选一体的金属的)挺杆单元通过磁效应以可拆卸的方式吸附在衔铁单元上，这在使用和安装时实现了最大可能的灵活性。
然后还有利的是，这样实现挺杆单元，使得该挺杆单元朝向永磁体单元的轴向端部具有对于与衔铁单元粘性地相互作用有利的磁特性，在另一端，并且为了接合到型面元件或相应的控制槽中，在此恰当地是坚韧或耐磨地材料优化。
结果通过本发明以出人意料的简单并且有效的方式实现了用于调节内燃机的凸轮轴的装置，该装置在结构简单地同时具有紧凑的结构和较高的运行可靠性。
附图说明
由以下对优选实施例的说明以及参照附图得出本发明的其它优点、特征和细节，在附图中示出：
图1是按本发明的第一种实施形式的行程型面元件的侧视图，带有部分示出的控制槽；
图2是按图1的装置的完整控制槽轨迹的径向展开图；
图3、图4所示的视图示出了挺杆单元如何接合图1所示的行程型面元件产生朝右方向的轴向运动(其中，挺杆单元被控制到减小的第一深度中)；
图5是图1所示的行程型面元件相对图1扭转的视图；
图6是类似于图2的视图，用于示出沿着第二控制槽使凸轮轴回移到图2至图4所示的轴向移动位置的调节过程(或移动运动)；
图7，图8类似于图3、图4的视图，用于示出为实现复位位置在第二进入深度(图7)的挺杆接合，其中，按照图8通过槽轨道延伸的效应将挺杆单元组件压出第二移动位置；
图9，图10是按图2、图6的槽轨迹的展开视图，用于示出沿图2、图6的例子的相反方向的调节过程(图9)以及复位过程(图10)；
图11是用于示出实现三个调节位置之间的三稳态的轴向位置的电磁调节装置的结构的立体图；
图12是电磁调节装置的接合端的详细视图，用于示出销状的挺杆单元如何通过设置在衔铁单元端侧上的永磁体的作用以可拆卸的方式吸附在电磁调节装置的衔铁单元上；
图13是用于示出实现三稳态促动器的中间衔铁位置时的磁通和力的示意剖视图；
图14是控制槽的剖视图，用于示出(平坦的)第一槽和(深的)第二槽的深度的比例关系和相对几何形状。
具体实施方式
根据图1至4的视图示出了按本发明的第一种优选的实施形式的、用于调节凸轮轴的装置如何实现凸轮轴沿箭头10方向(也就是在图面向右)的轴向运动。
在此，图1的侧视图(关于相邻的其它槽轨道是不完整的)示出了，如何在抗扭地安装在内燃机的(未示出的)凸轮轴上的往复型面元件12上构造控制槽14，该控制槽(参见图1视图的下部区域)从公共的槽底部出发分支为左侧分岔的具有第一较平深度的槽轨迹16(在图2的展开图中通过虚线示出)以及右边较深的槽轨迹18(在图2的展开图中通过黑色实线示出)。相应地在槽通道14中的假定挺杆位置时，挺杆在图1的位置中可以通过恰当选择(调节)挺杆深度(根据驱动挺杆的电磁调节装置的相应位置)而遵循较平坦的槽16或较深的槽18的另一路线。
图1至图4的实施例示出，如何通过将挺杆单元17置于相应于槽16的槽深度的第一(较平坦的)进入深度实施沿箭头10的向右运动。该运动在图2中通过单箭头20标出，并且在图3和图4的侧视图中(相应示出了行程型面元件的其它旋转位置)示出。
相应地，作为(抗扭地安置在凸轮轴上的)往复型面元件相对在径向静止的挺杆的持续旋转的结果产生了轴向滑移运动，该滑移运动使往复型面元件并因此凸轮轴以在图4中用箭头方向10示出的方式向右移动。
图5至图8示出了轴向的反向运动，因此凸轮轴可以再次被回移到初始位置。该路线通过控制槽轨迹22(示出深槽底的黑实线)示出，其中，该路线由挺杆单元17驶过，该挺杆单元被相应于槽轨迹22置于第二进入深度。箭头24示出了从开始的轴向移动位置的运动流程，其中，挺杆单元17再次嵌入附图标记26所示的加深的槽底中(但这次在更深的第二进入深度)并且保持在该加深的轨道22(沿着箭头24)上(经过图7的径向位置)，直至到达相应于图1、图2(在此移动之前)的移动状态的初始位置。
类似于这种沿第一轴向移动方向的来回移动，图9、图10的其它视图仅仅举例示出了沿相反的轴向的来回移动：例如从中间位置出发，现在通过将挺杆单元17置于移动路线的深的(第二)进入位置沿着槽18(箭头28)进行移动，产生了这样的结果，即，在图面中向左运动。然后，借助于第一深度的槽30(虚线或箭头32)实现从该调节位置到中间位置(图10)的回移，其中，在此挺杆单元17再次以减小的进入深度接合。
以这种方式可以通过在接合区域具有仅一种(优选恒定的)外径的销状-圆柱形的挺杆单元17在槽中的运动实现与在现有技术中通过由外挺杆和内挺杆(或多个轴向间隔的挺杆)构成的轴向装置才能实现的同样的凸轮轴(较复杂的)轴向运动。
根据图11至图13说明一种实施例，如何能够实现用于将挺杆单元17置于相应的调节位置的电磁调节装置。在立体视图中示出了一种壳体装置，其由两个相互插套的U形弓形件40，42组成，所述弓形件在其相应的连接区域提供缺口44，衔铁单元46被导引穿过该缺口。衔铁单元46在纵向延伸的圆柱形中间部段48的两端具有永磁体装置50，其(在两端)支承一个盘状的永磁体并且提供外表面(安置面)52，然后在该安置面上以可拆卸的方式放置有挺杆单元17(通过永磁体作用保持)。
通过恰当地控制静止的线圈单元54，使衔铁单元在相应的轴向端部位置之间运动，其中，这些端部位置通过止挡(和相应的永磁体的永磁吸附状态)确定。为了实现按本发明有利的三稳态还规定，通过恰当的、脉冲状地控制线圈单元54，将衔铁单元置于轴向中间位置，在该中间位置上，没有永磁体单元50吸附在壳体底部或磁性作用的铁芯上，并因此占据稳定的中间位置。另外，按照扩展设计有利的是，通过永磁体装置恰当的交流电控制产生三稳态的中间位置。图13示出了三稳态的中间位置的磁通的相应流程。图中示出了，如何(通过相应的磁导元件和铁芯的几何构造)通过铁芯闭合永磁体50的相应磁通，使得相应于两个相互指向的力箭头58，产生稳定的中间状态(仅仅通过在铁芯区域施加分别一个吸引力的永磁体实现)并且导致衔铁单元稳定的中间位置。线圈单元54脉冲状地加电可以将衔铁单元置于该位置并且从该位置出发接通到两个端部位置之一，作为补充，线圈单元所述的交流电控制用于这种中间位置。
作为按图1至10的侧视图和行程型面元件的展开视图的补充，图14示出了一种可能的槽几何形状，带有第一进入深度60(虚线)的第一控制槽的槽横截面，相比第二控制槽的槽深度和槽几何形状具有相对更深的槽深度。该视图，以及图1至图10的示意图仅仅是示意的而非限定性的，相反，几何形状、槽轨迹和其它在本领域技术人员技能之内的构造都可以针对相应的应用目的进行恰当适配。

Claims (14)

1.一种用于调节内燃机的凸轮轴的装置，该装置带有抗扭地设置在以可轴向移动的方式支承的凸轮轴上或旁边的、提供控制槽的行程型面元件(12)和用于导致凸轮轴的预定轴向移动的控制单元，其中，所述控制单元具有优选在凸轮轴径向可沿着运动方向运动的、被设计用于可控地接合到行程型面元件中的挺杆单元(17)，并且，
所述行程型面元件构造有第一控制槽(16)，该第一控制槽设计用于与处于第一进入深度的挺杆单元共同作用，以形成凸轮轴的第一轴向运动，以及
所述行程型面元件构造有第二控制槽(18，22)，该第二控制槽设计用于与处于一个不同于第一进入深度的第二进入深度的挺杆单元共同作用，以形成所述凸轮轴的不同于第一轴向运动的第二轴向运动，
其特征在于，所述挺杆单元(17)在第一进入深度和第二进入深度在接合端具有恒定的外径，并且沿着运动方向由电磁调节装置驱动，该电磁调节装置可控地在第一和第二控制槽中为第一进入深度提供第一稳定的调节位置，为第二进入深度提供第二稳定的调节位置，以及为挺杆单元的非接合状态提供第三调节位置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挺杆单元(17)设计为具有恒定外径的一体式部件。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一和第二控制槽相邻地布置在公共的和/或一体构造的行程型面元件(12)中。
4.如权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，行程型面元件中的第一和第二控制槽至少局部过渡到彼此。
5.如权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述挺杆单元构造为销状和圆柱状。
6.如权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，这样构造所述第一和第二控制槽，使凸轮轴通过控制挺杆单元的控制单元的作用借助于第一轴向运动以及第二轴向运动从初始位置调节到第一轴向移动位置和回到初始位置中。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述行程型面元件具有与第一和第二控制槽相邻和/或部分搭接的第三控制槽，并且第三控制槽形成所述凸轮轴的第三轴向运动，其中，这样构造和/或设置第三控制槽，使凸轮轴能够通过控制所述挺杆单元的控制单元的作用从初始位置或第一轴向移动位置运动到一个与初始位置和第一轴向移动位置不同的第二轴向移动位置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，这样设计所述第一、第二和第三控制槽，使得所述凸轮轴通过控制所述挺杆单元的控制单元的作用在三个相互不同的轴向移动位置之间任意调节。
9.如权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，所述电磁调节装置具有可相对于静止的线圈单元并且作为对线圈单元通电的反应沿着运动纵轴线在至少两个调节位置之间运动的衔铁单元(46)，该衔铁单元在端侧具有用于与挺杆单元共同作用的接合器件，其中，所述至少两个调节位置是无电流稳定的调节位置。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电磁调节装置设计用于将衔铁单元置于第三调节位置，其中，所述第三调节位置沿着所述运动纵轴线的方向位于所述第一和第二调节位置之间。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述衔铁单元具有形式为至少一个、优选两个永磁体的永磁体器件(50)，该永磁体设计用于与静止的铁芯区域共同作用并且设计用导致和/或保持至少一个无电流稳定的调节位置。
12.如权利要求9至11之一所述的装置，其特征在于，所述挺杆单元(17)借助于永磁作用以可拆卸的方式固定在所述衔铁单元(46)上。
13.如权利要求1至12之一所述的装置，其特征在于，沿着运动方向以不可拆卸的方式连接所述衔铁单元的材料具有不同的强度和/或磁特性。
14.如权利要求1至13之一所述的装置，其特征在于，所述电磁调节装置具有壳体，该壳体构造为一对相互嵌套和/或相对插套设计的、弓形的壳体元件(40，42)，驱动所述挺杆单元的衔铁单元(46)延伸经过该壳体元件。
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