CN102678211B - 用于内燃发动机的气门驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的气门驱动装置，为了驱动换气气门提供了至少一个凸轮轴，凸轮轴具有可轴向移位的滑动凸轮(7)，该滑动凸轮具有带凹槽的滑槽区段(12)，具体是用于在第一方向上移位的第一凹槽(18)和用于在相反的第二方向上移位的第二凹槽(19)。致动器(15)配备有用于在这两个方向上移位第一轴向段的第一销杆(16)和移位第二轴向段的第二销杆(17)。为了滑动凸轮的移位，第一销杆和第二销杆都被致动器(15)释放并轴向移动，使得一个销杆伸入一个凹槽中同时另一个销杆支撑在该外侧面(20)，其中，该滑槽区段(12)在部分区段中由相对高导电率的材料制造而在部分区段中由相对低导电率的材料制造。

Description

用于内燃发动机的气门驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于具有多个缸的内燃发动机的气门驱动装置。
背景技术
在现代内燃发动机中，采用可变气门驱动装置(在内燃发动机的换气气门处可以通过这种可变气门驱动装置来设定不同的气门行程)来优化燃烧室中充气的运动。DE 19611641C1披露了一种内燃发动机的气门驱动装置，该气门驱动装置允许换气气门得以按多个不同的行程曲线来驱动。为此目的，一种具有多个凸轮轨道的滑动凸轮以一种不相对转动但可以轴向移位的方式安装在凸轮轴上，这种滑动凸轮具有一个行程轮廓，用于这种凸轮的轴向移位的一个销杆形式的驱动元件接合在这个行程轮廓中。这种凸轮的轴向移位导致了在相应的换气气门处设定不同的气门行程。
DE 102008060166A1披露了一种气门驱动装置，其中以一种不相对转动但可以轴向移位的方式安装在凸轮轴上的一个滑动凸轮具有一个带多个凹槽的滑槽区段，并且其中为了引起这种滑动凸轮的轴向移位而提供了具有多个销杆的一个可被驱动的致动器。这个滑槽区段具有一个左侧第一凹槽和一个右侧第二凹槽，它们彼此相邻地安排在该滑槽区段的圆周上并且与一个共用的导出凹槽(run-out groove)汇合。致动器的这些销杆与滑槽区段的这些凹槽相互作用。
此外，已知一种气门驱动装置，其中滑槽区段的这些凹槽前后相继地定位在滑槽区段的圆周上，具体是用于滑动凸轮在一个第一方向上轴向移位的一个第一凹槽以及用于滑动凸轮在一个相反的第二方向上轴向移位的一个第二凹槽。在这种气门驱动装置中，该致动器还具有多个销杆，这些销杆可以被驱动以便引起这种滑动凸轮的轴向移位，具体是用于滑动凸轮在这两个方向上轴向移位大约一个第一轴向段的一个第一销杆以及用于滑动凸轮在这两个方向上轴向移位大约一个第二轴向段的一个第二销杆。
对于具有这种气门驱动装置(这种气门驱动装置具有至少一个可移位的滑动凸轮)的发动机的发动机控制而言，所必须的是，知道滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置并且因此知道这些凸轮轨道相对于内燃发动机有待驱动的换气气门的相对位置。迄今为止，难于以一种确定且可靠的方式来检测滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置以及因此检测这些凸轮轨道相对于有待驱动的换气气门的相对位置。
发明内容
本发明的目标是，用以下方式来改进一种气门驱动装置，即，可以用一种确定且可靠的方式来检测滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置以及因此检测凸轮轨道相对于有待驱动的换气气门的相对位置。
根据本发明，提出一种用于具有多个汽缸的内燃发动机的气门驱动装置，其中，为了驱动该内燃发动机的多个换气气门，提供了至少一个凸轮轴，该凸轮轴具有至少一个能够在该凸轮轴上轴向移位的滑动凸轮，其中，该对应的滑动凸轮具有一个带有多个凹槽的滑槽区段，这些凹槽被形成在该滑槽区段的一个径向外侧面上并且在该滑槽区段的圆周上被前后相继地定位，具体是带有用于该滑动凸轮在一个第一方向上轴向移位的一个第一凹槽并且带有用于该滑动凸轮在一个相反的第二方向上轴向移位的一个第二凹槽，其中，为了引起该对应的滑动凸轮的轴向移位，一个致动器配备有多个能够被驱动的销杆，具体是带有用于该滑动凸轮在这两个方向上轴向移位一个第一轴向段的一个第一销杆并且带有用于该滑动凸轮在这两个方向上轴向移位一个第二轴向段的一个第二销杆，并且其中，为了该滑动凸轮的轴向移位，该第一销杆和该第二销杆两者都被致动器释放并且在该滑动凸轮的径向方向上被径向向内地轴向移动，从而使得这些销杆中的一个销杆伸入该滑槽区段的一个凹槽中，而对应的另一个销杆支撑在该滑槽区段的该径向外侧面上，其中，该滑槽区段在部分区段中是由一种具有相对高导电率的材料制造的而在部分区段中是由一种具有相对低导电率的材料制造的。
所述目标根据本发明是借助于具有这些特征的一种气门驱动装置来实现的。根据本发明，气门驱动装置的这个滑槽区段在部分区段中是由一种相对高导电率的材料制造的而在部分区段中是由相对低导电率的材料制造的。
根据本发明，该滑动凸轮的滑槽区段是由不同材料制作的，尤其是在部分区段中是由一种导电的材料制作的而在部分区段中是由一种电绝缘的材料制作的。通过该滑槽区段的这些区段或者区域(由不同材料制作)与致动器的这些销杆(优选由一种导电的材料制作)的相互作用，就有可能用一种确定、可靠且简单的方式来检测滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置以及因此检测凸轮轨道相对于有待驱动的换气气门的相对位置。
根据本发明的一个有利发展，该滑槽区段在其多个凹槽以及轴向毗邻这些凹槽的区域中是由一种相对高导电率的优选金属材料形成的，其中该滑槽区段在其多个轴向端部的区域中是由一种相对低导电率的材料形成的，优选是由一种塑料形成的。
该滑动凸轮的滑槽区段的上述构形是尤其简单的并且是特别优选的。它允许用一种尤其简单的方式来确定滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置，并且因此允许确定这些凸轮轨道对应于有待驱动的换气气门的相对位置。
根据本发明的另一个有利发展，致动器的这两个销杆都通过一个优选共用的馈电线而连接到一个电测试电压上，其中，流动的测试电流的水平取决于是这些销杆都支撑在该滑槽区段的一个导电的区域中还是这些销杆中的一个销杆支撑在该滑槽区段的一个电绝缘的区域中。此外，一个优选共用的传感器被配属给致动器的这两个销杆，借助于该传感器就有可能检测是否这些销杆中的一个销杆伸入进这些凹槽中的一个凹槽中。致动器的这种构型是尤其简单的并且因此优选用于检测该滑动凸轮在凸轮轴上的相对位置以及因此检测凸轮轨道相对于有待驱动的换气气门的相对位置。
附图说明
其它的特征和特征组合在说明中给出。本发明的多个具体的示例性实施方案以简化的形式展示在附图中并且在以下说明中更详细地进行解释，在附图中：
图1示出了在一个气门驱动装置的区域中穿过内燃发动机的一个示意剖面；
图2示出了一个示意图，从而说明滑动凸轮的滑槽区段以及与该滑槽区段相互作用的这个致动器的作用方法。
具体实施方式
图1示出了在汽缸盖1的区域中穿过一个内燃发动机的剖面细节，该汽缸盖在外侧以一个汽缸盖罩2为界。汽缸盖1由一个汽缸盖下部3和一个凸轮轴壳体4构成。
根据图1，一个进气凸轮轴6安装在凸轮轴壳体4中以便控制内燃发动机的进气气门5。一个排气凸轮轴(未示出)安装在凸轮轴壳体4中以便控制内燃发动机的排气气门(未示出)。
优选每个汽缸提供两个进气气门5和两个排气气门(未示出)，其中进气气门5以一种已知的方式由进气凸轮轴6驱动。而排气气门(未示出)以一种已知的方式由排气凸轮轴(未示出)驱动。为此目的，安装在凸轮轴壳体4中的进气凸轮轴6或排气凸轮轴(未示出)对应地具有多个滑动凸轮7。
为了以一种可在图1中看到的方式来安装进气凸轮轴6，提供了一种径向支撑装置8，该径向支撑装置包括一个下支撑环本体9，而该下支撑环本体在示出的示例性实施方案中被实施为与凸轮轴壳体4构成一体。此外，每个径向支撑装置8都具有一个支撑罩10，该支撑罩借助(例如)多个在凸轮轴壳体4上的螺钉而附接到下支撑环本体9上。
根据图1，进气凸轮轴6借助多个滚子凸轮跟随件11来驱动进气气门5。滑动凸轮7由一个定位在中央的滑槽区段12以及两个外凸轮区段13形成。
每个外凸轮区段13都包括三个凸轮轨道14，其中每个凸轮轨道14都设定一个不同的气门行程。因此所展示的滑动凸轮7为每个气门包括了一个带三个凸轮轨道14的、可轴向移位的凸轮区段13。
每个滑动凸轮7都配属有一个致动器15，该致动器具有与滑动凸轮7的滑槽区段12相互作用的多个销杆16、17。其结果是，在两个凸轮轴支撑之间的一个区域中使滑动凸轮7移位。滑动凸轮7的这种轴向移位引起对应的气门被选择性地以一个相应的凸轮轨道14驱动，其结果是产生一个不同的气门行程设定。
由对应的滑动凸轮7的滑槽区段12与对应的致动器15相互作用而引起的这种滑动凸轮7的轴向移位的细节见于图2，其中，除了穿过这个滑动凸轮7的滑槽区段12的一个剖面细节之外，图2还示出了该滑槽区段12的展开视图，分别伴同有凸轮区段13相对一个有待驱动的进气气门5的轴向相对位置，并且伴同有一个致动器15。随着凸轮区段13相对于进气气门5的轴向相对位置的变化，进气气门5可以由凸轮区段13的这些凸轮轨道14中的一个凸轮轨道驱动。
根据图2，该可轴向移位的滑动凸轮7的这个滑槽区段12包括多个凹槽，这些凹槽在滑槽区段12的圆周方向上前后相继地定位，并且因此在滑动凸轮7的圆周上前后相继地定位，具体包括用于滑动凸轮7在一个第一轴向方向上轴向移位的一个第一凹槽18以及用于滑动凸轮7在一个相反的第二轴向方向上轴向移位的一个第二凹槽19。
在滑槽区段12的圆周方向上前后相继地定位的这些凹槽18和19在此各自被构形成一种S形，其中这些凹槽18和19在滑槽区段12的一个外侧面20上被成形为：在滑槽区段12上在圆周方向上前后相继，并且相应地延伸过该滑动凸轮7的不同圆周区段以及因此延伸过该滑槽区段12的不同圆周区段。
构形成S形的这个第一凹槽18导致了图2的图表中的滑动凸轮7以及因此图2中所示的凸轮区段13会按箭头X向左移位，同时构形成S形且在圆周方向上定位在第一凹槽18后面的这个第二凹槽19会导致滑动凸轮7按箭头Y移位，并且因此导致凸轮区段13向右移位。构形成S形的凹槽18和19二者一起限定了一个被构形成双S形的滑槽区段12。
与滑槽区段12(具体的是与滑槽区段12的凹槽18和19)相互作用的这个致动器15具有两个销杆16和17。
致动器15的这些销杆16和17被锁定在致动器15的一个壳体中(例如根据从DE 102008060166A1已知的、使用多个被实施为锁定球的锁定元件的方式)，并且可以通过对致动器15的电磁体通电来释放，以便使得这些销杆16和17在滑槽区段12或滑动凸轮7的径向方向上轴向地移动。销杆16和17二者是由电磁体同时解锁的。如下文中更详细地说明的，一个第一销杆16用作在方向X和Y二者上将滑动凸轮7分别移位一个第一轴向段，而一个第二销杆17用作在方向X和Y二者上将滑动凸轮7分别移位一个第二轴向段。
在滑动凸轮7的轴向移位的第一轴向段中，滑动凸轮7的以及因此图2中所示凸轮区段13的相对于一个进气气门5的相对轴向移动发生在引起对应进气气门5的一个相对小行程的一个凸轮轨道14与引起对应进气气门5的一个中等大小行程的一个凸轮轨道14之间，其中，在状态A与B之间以及状态G与H之间，图2中滑动凸轮7的以及因此凸轮区段13的移动被示出为发生在该第一轴向段中。在滑动凸轮7的轴向移位的第二轴向段中，滑动凸轮7的以及因此图2中所示凸轮区段13的相对于一个进气气门5的相对轴向移动发生在引起对应进气气门5的一个中等大小行程的一个凸轮轨道14与引起对应进气气门5的一个相对大行程的一个凸轮轨道14之间，其中，在状态C与D之间以及状态E与F之间，图2中滑动凸轮7的以及因此凸轮区段13的移动被示出为发生在该第二轴向段中。
上述变换对应地在所示滑动凸轮7的以及因此凸轮区段13的轴向移动方向上不同，准确的地说其方式是，在状态A与B之间以及状态C与D之间图2所示凸轮区段13的移动对应地在方向X上向左发生，而在状态E与F之间以及状态G与H之间所述凸轮区段13的移动对应地在方向Y上向右发生。
于是，如果要将凸轮区段13从图2中的状态A(也就是说从采用使得对应的进气气门5具有相对小行程的驱动凸轮轨道14的状态)移动到状态B(也就是说移动到采用使得对应的进气气门5具有中等大小行程的驱动凸轮轨道14的状态)，也就是说如果滑动凸轮7的轴向移动要在第一轴向段中发生在第一方向X上，则致动器15的第一销杆16就被移动成与第一凹槽18接合，其中，通过相对于该固定的致动器15以及附接于其上的销杆16而在图2所示的转动方向Z上转动凸轮轴6以及因此转动该滑动凸轮，该滑动凸轮就在第一轴向方向X上在第一轴向段中移动。
如果在第一方向X上进一步轴向移动这个滑动凸轮7以及因此轴向移动凸轮区段13的话(也就是说从状态C转换成状态D并且因此在第二轴向段中被移位)，致动器15的第二销杆17就被引入进第一凹槽18，其中，通过相对于该固定的销杆17在沿转动方向Z中转动这个凸轮轴6以及因此转动滑动凸轮7，滑槽区段12以及因此滑动凸轮7就在这个第一轴向方向X上在第二轴向段中进一步移动。
滑槽区段12的第二凹槽19用作在相反的第二轴向方向上移动滑动凸轮7、以及因此移动凸轮区段13，其中，为了在第二轴向方向Y上在第二轴向段中轴向移位这个滑动凸轮7，也就是说将凸轮区段13从状态E移动成状态F，致动器15的第二销杆17与所述第二凹槽19相互作用，并且其中，为了在第二轴向方向Y上在第一轴向段中轴向移位这个滑动凸轮7，也就是说将凸轮区段13从状态G移动成状态H，致动器15的第一销杆16与所述第二凹槽19相互作用。
如已经阐述的，各自被构形成S形的这两个凹槽18和19在滑槽区段12的圆周方向上前后相继地定位，其结果是，所述多个凹槽18和19因此延伸在滑槽区段12的以及因此滑动凸轮7的不同圆周区段上。由此凹槽18和19二者分别延伸在滑槽区段12约180°的圆周区段上(见图2)。
因此依据上述的关系，滑槽区段12的这个第一凹槽18或者这个第二凹槽19被使用在与致动器15的这些销杆16和17之一的、随着所希望的滑动凸轮7在凸轮轴6上的轴向移位方向X或Y而变化的相互作用中。为了在第一轴向方向X上移位这个滑动凸轮7，这些销杆16和17之一接合在第一凹槽18中。为了在第二轴向方向Y上移位这个滑动凸轮7，这些销杆16和17之一接合在滑槽区段12的第二凹槽19中。
致动器15的这个第一销杆16或者这个第二销杆17随着滑动凸轮7的轴向移位的所希望的轴向段的变化而接合在滑动凸轮7的滑槽区段12的这些凹槽18和19中的一个凹槽中。对于滑动凸轮7在第一轴向段中的轴向移位，也就是为了在一个引起小气门行程的位置与一个引起中等大小气门行程的位置之间移动这个凸轮区段13(以及在一个引起中等大小气门行程的位置与一个引起小气门行程的位置之间移动这个凸轮区段13)，第一销杆16随着所希望的方向的变化而与这些凹槽18和19之一处于接合。为了在第二轴向段中引起轴向移位，也就是说为了将凸轮区段13从一个引起中等大小气门行程的位置移动到一个有大气门行程的位置(以及从一个有大气门行程的位置移动到一个引起中等大小气门行程的位置)，第二销杆17随着所希望的轴向移位方向的变化而与滑槽区段12的这些凹槽18和19之一处于接合。
为了允许简单、确切并且可靠地检测滑动凸轮7在凸轮轴6上的相对位置以及因此检测凸轮区段13的凸轮轨道14相对于有待驱动的进气气门5的相对位置，这个滑槽区段12(该滑槽区段提供了与致动器15的这些销杆16、17相互作用以便引起滑动凸轮7轴向移位的这些凹槽18和19)在部分区段中由相对高导电率的材料或由导电的材料来制造，并且在部分区段中由相对低导电率的材料或者由不导电的并且因此电绝缘的材料来制造。
致动器15的优选由导电材料制造的这些销杆16和17与滑槽区段12的那些由不同材料制造的区域或区段相互作用，其中，通过这种相互作用于是就能够用一种简单且确切的方式来检测滑动凸轮7在凸轮轴6上的相对位置以及因此检测凸轮区段13的凸轮轨道14相对于有待驱动的进气气门5的相对位置。
滑槽区段12的这些导电的区段或者区域优选由一种金属材料来制作，而滑槽区段12的这些不导电或者电绝缘的区段优选由一种塑料来制作，尤其是由聚四氟乙烯来制作。
在示出的优选示例性实施方案中，滑动凸轮7的这个滑槽区段12在其凹槽18和19的区域中以及直接轴向毗邻于这些凹槽18和19的区域中由相对高导电率的材料或者导电的材料来制作，优选由一种金属材料来制作。相比之下，滑动凸轮7的滑槽区段12在其轴向端部21的区域中由相对低导电率的材料或者电绝缘的材料来制作，优选由一种塑料来制作。
根据本发明的一个有利发展，致动器15的两个销杆16和17都通过一个优选共用的并且因此是单个的导体(馈电线)而连接到一个测试电压上，其中，测试电流流动的水平取决于是这些销杆16和17都支撑在滑槽区段12的一个导电的区域上(具体见图2中的状态B、C、F和G)还是这些销杆16或17之一支撑在滑槽区段12的一个电绝缘的区域上(具体见图2中的状态A、D、E和H)。
致动器15的销杆16和17二者优选配属一个共用的传感器(例如被实施为霍尔传感器的一个传感器)，借助于该传感器就可以检测是否这些销杆16、17之一伸入进这些凹槽18、19之一中。
通过用该传感器(被优选实施为霍尔传感器)的信号对以下测试电流的一般评估，于是就有可能以一种简易而可靠的方式来在图2所示的这些状态之间对滑动凸轮7在凸轮轴6上的移动或者凸轮区段13相对于有待驱动的进气气门5的移动进行推断，并且因此对凸轮轨道14相对于有待驱动的进气气门5的相对位置进行推断，尤其是基于以下的逻辑矩阵：
因此，本发明允许以一种简单且可靠的方式确定这些凸轮轨道14相对于有待驱动的进气气门5的相对位置，并且因此允许确定在致动这个进气气门5的过程中所使用的凸轮轨道14。
参考符号清单
1     汽缸盖
2     汽缸盖罩
3     汽缸盖下部
4     凸轮轴壳体
5     进气气门
6     进气凸轮轴
7     滑动凸轮
8     径向支撑装置
9     支撑环本体
10    支撑罩
11    滚子凸轮跟随器
12    滑槽区段
13    凸轮区段
14    凸轮轨道
15    致动器
16    销杆
17    销杆
18    凹槽
19    凹槽
20    侧面
21    端部

Claims (12)

1.一种用于具有多个汽缸的内燃发动机的气门驱动装置，其中，为了驱动该内燃发动机的多个换气气门，提供了至少一个凸轮轴，该凸轮轴具有至少一个能够在该凸轮轴上轴向移位的滑动凸轮(7)，其中，对应的滑动凸轮(7)具有一个带有多个凹槽的滑槽区段(12)，这些凹槽被形成在该滑槽区段(12)的一个径向外侧面(20)上并且在该滑槽区段(12)的圆周上被前后相继地定位，具体是用于该滑动凸轮(7)在一个第一方向上轴向移位的一个第一凹槽(18)和用于该滑动凸轮(7)在一个相反的第二方向上轴向移位的一个第二凹槽(19)，其中，为了引起该对应的滑动凸轮(7)的轴向移位，一个致动器(15)配备有多个能够被驱动的销杆，具体是用于该滑动凸轮(7)在这两个方向上轴向移位一个第一轴向段的一个第一销杆(16)和用于该滑动凸轮(7)在这两个方向上轴向移位一个第二轴向段的一个第二销杆(17)，并且其中，为了该滑动凸轮(7)的轴向移位，该第一销杆(16)和该第二销杆(17)两者都被致动器(15)释放并且在该滑动凸轮(7)的径向方向上被径向向内地轴向移动，从而使得这些销杆(16、17)中的一个销杆伸入该滑槽区段(12)的一个凹槽(18、19)中，而对应的另一个销杆(16、17)支撑在该滑槽区段(12)的该径向外侧面(20)上，其特征在于，该滑槽区段(12)在部分区段中是由一种具有相对高导电率的材料制造的而在部分区段中是由一种具有相对低导电率的材料制造的。
2.如权利要求1所述的气门驱动装置，其特征在于，该滑槽区段(12)在部分区段中是由一种导电的材料制造的而在部分区段中是由一种不导电的材料或者一种电绝缘的材料制造的。
3.如权利要求2所述的气门驱动装置，其特征在于，该导电的材料是金属。
4.如权利要求2或3所述的气门驱动装置，其特征在于，该电绝缘的材料是一种塑料。
5.如权利要求1至3中任一项所述的气门驱动装置，其特征在于，该滑槽区段(12)在其多个凹槽(18、19)的区域中以及在轴向毗邻这些凹槽(18、19)的区域中由一种相对高导电率的材料或一种导电的材料形成，并且，该滑槽区段(12)在其轴向端部(21)的区域中是由一种相对低导电率的材料或者一种电绝缘的材料形成的。
6.如权利要求1至3中任一项所述的气门驱动装置，其特征在于，该致动器(15)的两个销杆(16、17)都是由一种导电的材料形成的并且通过一个馈电线而连接到一个测试电压上，其中，流动的测试电流的水平取决于是这些销杆(16、17)都支撑在该滑槽区段(12)的一个导电的区域中还是这些销杆(16、17)中的一个销杆支撑在该滑槽区段(12)的一个电绝缘的区域中。
7.如权利要求1至3中任一项所述的气门驱动装置，其特征在于，一个传感器被配属给该致动器(15)的这两个销杆(16、17)，借助于该传感器能够检测是否这些销杆(16、17)中的一个销杆伸入进这些凹槽(18、19)中的一个凹槽中。
8.如权利要求1至3中任一项所述的气门驱动装置，其特征在于，根据该滑动凸轮(7)的轴向移位的所希望方向，该致动器(15)的这些销杆(16、17)中的一个销杆或者接合到该滑槽区段(12)的第一凹槽(18)中或者接合到该滑槽区段(12)的第二凹槽(19)中，并且，根据该滑动凸轮(7)的轴向移位的所希望的轴向段，或者第一销杆(16)或者该第二销杆(17)接合到该滑槽区段(12)的这些凹槽(18、19)中的一个凹槽中。
9.如权利要求1至3中任一项所述的气门驱动装置，其特征在于，该滑动凸轮(7)的滑槽区段(12)的该第一凹槽(18)和该第二凹槽(19)各自构形成一种S形。
10.如权利要求4所述的气门驱动装置，其特征在于，所述塑料是聚四氟乙烯。
11.如权利要求6所述的气门驱动装置，其特征在于，所述馈电线是共用的馈电线。
12.如权利要求7所述的气门驱动装置，其特征在于，所述传感器是共用的传感器。
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