CN102748083B - 具有带不同凸轮轮廓的滑动件的凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴(1)，该凸轮轴具有一个可旋转驱动的基本凸轮轴(2)和至少一个滑动件(5)以及一个转换装置。滑动件能够在基本凸轮轴上纵向移位并且具有凸轮组(7)。转换装置具有转换轴(13)及滑槽销(11)，转换轴能够旋转并且具有带滑槽轨(16)的转换滑槽件(14)，滑槽销连接滑动件并且进入滑槽轨。根据第一方案，滑槽轨(16)是循环封闭的并且滑动件(5)的往复转换发生在该转换轴(13)的同一个旋转方向上。根据第二方案，转换轴(13)在该基本凸轮轴(2)内并且基本凸轮轴在其壁中具有开口(12)，滑槽销(11)穿过该开口。通过凸轮轴的结构简单的设计以及少的零件数量，使得具有多个不同凸轮轮廓的滑动件可往复转换。

Description

具有带不同凸轮轮廓的滑动件的凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴，该凸轮轴具有一个可旋转驱动的基本凸轮轴和至少一个滑动件，该滑动件安装在基本凸轮轴中并且可以在后者的纵向方向上移位，该滑动件具有至少一个凸轮组，该至少一个凸轮组带有至少两个有不同凸轮轮廓的凸轮，该凸轮轴并且具有一个转换装置，该转换装置用于将该至少一个滑动件移位进入这些凸轮轮廓不同的转换位置上。
背景技术
这种类型的凸轮轴使用在内燃发动机的汽缸盖中。每个用于进行气体交换的气门(进气气门和排气气门)都被指配了一个凸轮组，这个凸轮组具有多个带不同凸轮轮廓的凸轮，例如两个或三个。这些凸轮轮廓具有相同的基圆半径，对于不同操作模式，例如在点火模式和内燃机制动模式，以及低转速范围和高转速范围，这些凸轮在各自的情况下具有不同的构形。根据操作模式，凸轮组中的一个凸轮通过滑动件的移位，与指配给所述凸轮组的换气气门产生操作连接。
引言中提及的这种类型的凸轮轴从DE 10 2008 005 639 A1中已知。其中描述的是一种具有两个滑动件的凸轮轴，在其基本凸轮轴中这些滑动件可以移位。这些滑动件中的每一个都具有多个凸轮组，而每个凸轮组都具有两个带不同凸轮轮廓的凸轮。一个致动装置用于将这些滑动件从第一转换位置移位进入第二转换位置，或从第二转换位置移位回第一转换位置。这些滑动件在轴向方向上的这种移位是由一个具有两个滑槽轨的转换滑槽件的一个转换路径来限定的。该转换路径与凸轮对中的这两个凸轮之间的平均间距相对应。该致动装置具有两个致动销，这两个致动销能接合进入到转换滑槽件的这两个滑槽轨中，其结果是，这些滑动件借助于基本凸轮轴的旋转而轴向移位。首先一个滑动件从第一转换位置开始被移位到第二转换位置。这个滑动件移位后，另一个滑动件也从第一转换位置被移位到第二转换位置。在这个滑槽件内，该转换滑槽件紧临滑动件安排，处于与凸轮轴的轴向延伸相关。因此，该凸轮轴具有相对大的轴向长度。
发明内容
本发明的目标是用以下方式开发一种引言中所阐述类型的凸轮轴，即具有不同凸轮轮廓的滑动件有可能往复转换，并且结构简单、设计紧凑而且零件数目少。
在这种引言中所述类型的凸轮轴中，这个目标是根据一个第一个解决方案通过以下事实来实现的，即这种转换装置具有一个转换轴以及一个滑槽销，该转换轴能够围绕该基本凸轮轴的旋转轴线而旋转并且具有一个具有滑槽轨的转换滑槽件，该滑槽销被连接到该滑动件上并且接合进入该滑槽轨，该滑槽轨是循环封闭的并且该滑动件的往复转换发生在该转换轴的同一个旋转方向上。
根据本发明的这种凸轮轴因此仅为每一个滑动件要求一个在转换轴的转换滑槽件中的滑槽轨，并且连接到滑动件上的该滑槽销接合进入所述滑槽轨中。由于这种滑槽轨是循环封闭的，所以滑动件的往复转换可以发生在转换轴的同一个旋转方向上。如果，起始于一个初始的角位置，该转换轴被旋转了一个限定的角度，这会导致滑动件从初始位置移位进入一个新的位置，由此产生向前转换。在转换轴以一个限定的角度进一步旋转的过程中，这个滑动件保持在此位置中。如果该转换轴以一个限定的角度再进一步被旋转的话，该滑槽轨会使得这个滑动件相对于基本凸轮轴产生一个在返回转换的意义上的相反运动，并且在该转换轴以一个限定的角度进一步旋转的过程中，该滑动件保持在该位置中。在已经发生一个完整的循环时，即转换轴旋转360°，滑动件的这种所阐述的往复转换的顺序会再一次开始。
在这种引言中所述类型的凸轮轴中，这个目标是根据一个第二个解决方案通过以下事实来实现的，即这种转换装置具有一个转换轴以及一个滑槽销，该转换轴可以围绕该基本凸轮轴的旋转轴线而旋转并且具有一个具有滑槽轨的转换滑槽件，该滑槽销被连接到该滑动件上并且接合进入该滑槽轨，该转换轴被安排在该基本凸轮轴内并且该基本凸轮轴在其壁中具有一个开口，该滑槽销穿过该开口。
因此该基本凸轮轴包围该转换轴。这种设计使简单的结构成为可能，这是因为***的基本凸轮轴接收了可以在其纵向方向上移位的该至少一个滑动件，并且滑动件的移位可以通过安排在中央的、并且因此在该基本凸轮轴内的这个转换轴来发生。在这种设计中，该基本凸轮轴在其壁中具有一个开口，该滑槽销穿过该开口。在滑动件往复(Hin-und Rückschalten)转换的过程中，滑动件以及因此该滑槽销仅仅在基本凸轮轴的轴向方向上移动，其结果是，所述开口被优选形成为一个槽缝，该槽缝在基本凸轮轴的轴向方向上延伸。
根据本发明的第一设计的一个扩展，该转换轴被安排在基本凸轮轴内，并且该基本凸轮轴在其壁中有一个开口，该滑槽销穿过该开口。根据第二种解决方案的一个扩展，该滑槽轨是循环封闭的并且滑动件的往复转换发生在该转换轴的同一个旋转方向上。
根据本发明凸轮轴可以用于单汽缸和多汽缸发动机。该凸轮轴优选对于指配给该凸轮轴的每个汽缸都具有一个滑动件。具体是，每个滑动件具有两个凸轮组用于对应汽缸的两个进气气门或两个排气气门。该对应的凸轮组具体具有两个或三个带不同凸轮轮廓的凸轮。对应的凸轮组中的这些凸轮被设计的方式具体为，它们具有与其凸轮外形和/或升程相关的不同的凸轮轮廓。
如果基本凸轮轴在外直径上、在对应的滑动件的范围内具有一个花键齿***，并且该滑动件在内直径上具有一个相应的花键齿***的话，就导致了对应的滑动件在基本凸轮轴上的一种特别简单的结构设计和安装。由于这些花键齿***，该滑动件可以在基本凸轮轴上被轴向移位，但是不能相对于基本凸轮轴旋转。
考虑有利的是，转换轴具有一个用于调节单元的端侧接收座来旋转这个转换轴。作为由内燃发动机的控制器所触发的一个脉冲的结果，这种调节机构或致动器***使得这个转换轴在对应的凸轮或凸轮组的基圆阶段中、在基本凸轮轴的旋转方向上或者相反于该旋转方向的方向上旋转一个限定的角度，并且因此触发转换过程，通过该转换过程，滑动件相对于基本凸轮轴而在基本凸轮轴的轴向方向上被移动。
该对应的滑槽轨(滑动件的轴向移位是通过该对应的滑槽轨与滑槽销相互作用而产生的)是按照下述方式来设计的，即它具有两个基本上平行的第一滑槽区段以及两个第二滑槽区段，这些第一滑槽区段定位在多个平面中，这些平面相对于该转换轴的旋转轴线基本上垂直，并且这两个第二滑槽区段连接所述第一滑槽区段并产生该转换。这四个滑槽区段的结果是，滑动件以及由此凸轮组的这些凸轮的往复转换就可能具有结构上非常简单地设计。
一个第二滑槽区段优选被指配给该转换轴的一个从0°到45°的相对转角范围，而另一个第二滑槽区段被指配给转换轴的一个从180°到225°的相对转角范围。此处，指定相对转角范围的选择的原因是，在多汽缸发动机中，例如一个四汽缸发动机，不言而喻的是一个汽缸的一个第二滑槽区段和另一个第二滑槽区段被指配了与其他汽缸不同的角度，而尽管如此在对应的其他汽缸中指配的这种从0°到45°以及从180°到225°的转角范围是与该转换轴的其他初始角度相关联的。对于带有不同数目汽缸的发动机的结果是多个其他的转换角度，例如在双汽缸发动机的情况下相对转角范围是90°，而在三汽缸发动机的情况下相对转角范围是60°。
尤其是，在用于四汽缸直列式发动机的凸轮轴的情况下，这些滑动件的转换滑槽件的滑槽轨被安排的方式为，关于该转换轴来看相对扭转，使得这四个滑动件的移位按照这种汽缸1-汽缸3-汽缸4-汽缸2的点火顺序来发生。也可能是一种不同的点火顺序，例如汽缸1-汽缸2-汽缸3-汽缸4。
因此，本发明提出了一种凸轮轴，就有可能由这种凸轮轴通过对应的转换滑槽件的同一个滑槽轨来实现往复转换。该对应的转换滑槽件处于凸轮轴的内部。通过对应的滑槽轨的这些滑槽区段的一种限定的安排就有可能使得以点火顺序来进行汽缸的选择性的转换。在转换操作的过程中，该转换轴仅相对于基本凸轮轴在一个方向上被旋转。这种对应的转换滑槽件的设计使得有可能循环地进行转换，也就是说该转换轴总是在一个方向上、即转换方向上被旋转，而与有待发生的转换是往还是复无关。取决于滑槽轨的构形，转换操作的始点和终点(相对于基本凸轮轴的位置而言)可以变化。根据本发明的凸轮轴可以用于单汽缸和多汽缸发动机。该凸轮轴可以通过多个滑动件或通过在这些滑动件之间的多个支撑点来安装。
附图说明
将在从属权利要求、附图以及对附图中所展示的优选示例性实施方案的说明中得出本发明的进一步的特征，而本发明并不局限于此。在附图中：
图1示出了根据本发明凸轮轴的三维展示，
图2示出了所展示的凸轮轴的这些零部件的三维视图，
图3示出了凸轮轴的纵向截面，通过凸轮轴的一部分区域进行展示，
图4示出了根据图5中的线IV-IV穿过凸轮轴的截面，
图5示出了根据图4中的线V-V穿过凸轮轴的截面，
图6示出了这个凸轮轴，展示了在四汽缸直列式发动机的情况中，凸轮轴的这些滑动件的不同转换位置，以及
图7示出了在四汽缸直列式发动机的汽缸中用于汽缸1-汽缸3-汽缸4-汽缸2的点火顺序的转换图表。
具体实施方式
以下描述首先涉及图1到图5的展示，尤其涉及图2：
示出的凸轮轴1用于被构形为四汽缸直列式发动机的一个内燃发动机。凸轮轴1的作用是控制进气气门的运动，内燃发动机的每个汽缸有两个进气气门。替代的是，该凸轮轴也可以通过任何手段来被提供用于对内燃发动机的排气气门进行控制。
凸轮轴1具有一个基本凸轮轴2，该基本凸轮轴2的一个端部区域带有一个凸轮轴驱动器3。凸轮轴驱动器3由围绕在内燃发动机曲轴上的一个驱动链或皮带驱动，在发动机运转时，基本凸轮轴2以曲轴转速的一半进行旋转。根据内燃发动机的四个汽缸的这种安排，例如，基本凸轮轴2具有四个花键齿***4，它们在基本凸轮轴2的纵向方向上彼此以一个间隔来安排。所述花键齿***4的外径用于接收多个滑动件5(因此是四个滑动件5)，这些滑动件在内径上具有一个花键齿***6。这些滑动块5中的每一个都具有相同的构形并且分别有两个凸轮组7，而每个凸轮组被构形为一个凸轮对。每个凸轮对因此具有两个凸轮8、9。这两个凸轮8、9具有与其外形和/或升程相关的不同凸轮轮廓。每个滑动件5在凸轮8或9的基圆内具有一个接收孔10用于接收一个滑槽销11。具体是，每个滑动件5的这些凸轮中的一个凸轮9配备了接收孔10，滑槽销11被***这个接收孔10中，而滑槽销11径向向内延伸超过滑动件5的花键齿***6。这个滑槽销11固定地连接到滑动件5上。
由于这些花键齿***4和6，这些滑动件5可以在基本凸轮轴2上轴向移位，但是不能相对于基本凸轮轴2旋转。在这四个花键齿***4中每一个的区域中，该基本凸轮轴2都配备了槽缝12，这些槽缝12在基本凸轮轴2的轴向上延伸。滑动件5的指配给具有槽缝12的花键齿***4的那个滑槽销11穿过这个对应的槽缝12。因此，不考虑穿过槽缝12的这个滑槽销11，该滑动件5能够在基本凸轮轴2的纵向延伸方向上相对于后者沿着槽缝12的纵向延伸方向被轴向移位。
基本凸轮轴2配备一个同轴的通孔。基本在这个孔的整个长度上，该基本凸轮轴2贯穿有一个转换轴13，该转换轴13带有四个转换滑槽件14和一个用于致动器***的端侧接收座15。
与转换轴13的纵向延伸方向相关地，这些转换滑槽件14彼此以一个间隔来安排。每个转换滑槽件具有一个循环封闭的滑槽轨16，该滑槽轨16因此延伸过一个完整的圆。连接到四个滑动件5上的四个滑槽销11接合进入四个转换滑槽件14上的四个滑槽轨16。如果通过致动器***以及由此通过转换轴13的接收座将一个旋转运动引入到转换轴13上的话，这会导致一种情形，其中，考虑到这些转换滑槽件14与这些滑槽销11之间的这种形状配合连接，在转换轴13在同一方向上旋转的情况下，这些滑动件5就会在凸轮轴1的轴向方向上被往复移动，并且因此是在使得这些滑动件5以及由此使得凸轮8和9往复转换的意义上被移动的。这里，固定地连接到滑动件5上的这些滑槽销11在这些转换滑槽件14的这些滑槽轨16中滑动。
在下文中，具体是使用图6和7，将说明根据本发明的凸轮轴在四汽缸直列式发动机中的操作方法，其中转换图表用于内燃发动机的汽缸点火顺序为汽缸1-汽缸3-汽缸4-汽缸2。
当发动机运转时，基本凸轮轴2连同位于其上的滑动件5和置于其内的转换轴13一起以曲轴转速的一半旋转。这些滑动件5被置于(例如)转换位置A中。相对于基本凸轮轴2的旋转运动，转换轴13处于转换过程之外，在静止点。作为由发动机控制器触发的一个脉冲的结果，该致动器***通过接收座15使得转换轴13在基圆阶段过程中、在基本凸轮轴2的旋转方向上或者相反于该旋转方向的方向上旋转一个限定的角度并且因此触发用于“汽缸1”的转换操作。作为转换轴13的这种旋转以及转换滑槽件14的这种循环封闭的滑槽轨16的设计和安排的结果，这种旋转运动被转化成一种轴向运动，而这种轴向运动将用于“汽缸1”的滑动件5从位置A(即第一个凸轮轮廓，例如凸轮8的位置)移位到位置B(即第二个凸轮轮廓，在这种情况下于是就是相应的凸轮9的位置)。这种转换发生在凸轮的基圆中。这个操作重复三次，结果是，在转换轴13的四次旋转运动结束时，所有的滑动件5都被从位置A推到位置B。用于“汽缸1至4”的带滑槽轨16的转换滑槽件14的这种设计和安排允许汽缸可以按照点火顺序来单独地被从位置A移位到位置B。通过滑槽轨16的设计，移位的路径是单独地固定的。这些汽缸的返回转换(按照点火顺序)根据上述图表发生。转换轴13在顺时针或逆时针方向上进一步被旋转四次，其结果是这些滑动件5被再次单个地并且按照点火顺序地推回到它们各自的初始位置中。如果转换轴13的这四次旋转都在返回转换(Rückschaltung)操作中进行，那么这些滑动件5和转换轴13再次被置于他们的初始位置中(转换位置A)。
在图6中更详细地展示了这些不同的转换位置，并且以下将参照在这个图示中所示的状态a到e进行说明：
除了图表a到e之外，图6还通过圆点展示了转换轴的位置并且通过圆圈展示了带滑动件的基本凸轮轴的位置。
a.初始位置(例如，转换位置A)
基本凸轮轴2和转换轴13位于初始位置。该基本凸轮轴的位置与汽缸1处于“12点钟位置”-0°/360°。所有的滑动件都处于转换位置A。
b.汽缸1被转换
转换轴被逆时针方向旋转45°。该基本凸轮轴位置与汽缸1处于“9点钟位置”-90°。用于汽缸1的滑动件处于转换位置B，并且用于汽缸2至4的这些滑动件处于转换位置A。
c.汽缸1和3被转换
转换轴被逆时针方向旋转90°。基本凸轮轴位置与汽缸1处于“6点钟位置”-180°。用于汽缸1和3的这些滑动件位于转换位置B，并且用于汽缸2和4的这些滑动件位于转换位置A。
d.汽缸1、3和4被转换
转换轴被逆时针方向旋转135°。基本凸轮轴位置与汽缸1位于“3点钟位置”-270°。用于汽缸1、3和4的这些滑动件位于转换位置B，而用于汽缸2的滑动件位于转换位置A。
e.所有汽缸被转换(结束位置“向前转换(Hinschaltung)”)
转换轴被逆时针方向旋转180°。基本凸轮轴位置与汽缸1处于“12点钟位置”-360°/0°。所有滑动件都处于转换位置B。转换轴和基本凸轮轴都处于结束位置“向前转换”。
在图7展示的用于1-3-4-2点火顺序的转换图表中，这四个转换滑槽件14的滑槽轨16被示出为用于这些单独的汽缸的一个展开视图，以便示出指配给对应的汽缸的这个凸轮组的凸轮8和凸轮9的向前转换和向后(返回)转换的不同时刻。从此图中可以看到的是，每个滑槽轨16有两个基本平行的第一滑槽区段17和两个第二滑槽区段18，这些第二滑槽区段18与所述第一滑槽区段17连接，并且产生这种转换。这些第一滑槽区段17基本定位在多个平面中，这些平面相对于转换轴13的旋转轴线被垂直地安排。一个第二滑槽区段18被指配给转换轴的一个从0°到45°的相对转角范围，而另一个第二滑槽区段18被指配给转换轴13的一个从180°到225°的相对转角范围。从图7的展示可以看出的是，相对于时钟的取向来看，这些相对转角范围在汽缸与汽缸之间是偏移的，以便发生这种所希望的点火顺序。
因此，凸轮轴的这种设计使得有可能通过同一个滑槽来实现往复转换。滑槽轨的这种构形使得有可能以点火顺序来进行汽缸的选择性的转换。在转换操作过程中，该转换轴仅仅在一个方向(相对于该基本凸轮轴)上被旋转。这种槽式引导的设计使得有可能循环地进行转换。转换轴因此与有待发生的转换是往或是复无关地总是在一个方向上、即转换方向上旋转。转换的始点和终点(相对于基本凸轮轴的位置而言)可以根据滑槽的构形来变化。
参考符号清单
1    凸轮轴
2    基本凸轮轴
3    凸轮轴驱动器
4    花键齿***
5     滑动件
6     花键齿***
7     凸轮组
8     凸轮
9     凸轮
10    接收孔
11    滑槽销
12    槽缝
13    转换轴
14    转换滑槽件
15    接收座/致动器***
16    滑槽轨
17    滑槽区段
18    滑槽区段

Claims (12)

1.一种凸轮轴(1)，该凸轮轴具有一个可旋转驱动的基本凸轮轴(2)和至少一个滑动件(5)，该至少一个滑动件被安装在该基本凸轮轴(2)中并且能够在后者的纵向方向上移位，该滑动件(5)具有至少一个凸轮组(7)，该至少一个凸轮组带有至少两个有不同凸轮轮廓的凸轮(8、9)，该凸轮轴(1)并且具有一个转换装置，该转换装置具有一个转换滑槽件(14)并且用于将该至少一个滑动件(5)移位进入这些凸轮(8、9)的不同的多个转换位置中，其特征在于，该转换装置具有一个转换轴(13)以及一个滑槽销(11)，该转换轴能够围绕该基本凸轮轴(2)的旋转轴线而旋转并且具有一个具有滑槽轨(16)的转换滑槽件(14)，该滑槽销被连接到该滑动件(5)上并且接合进入该滑槽轨(16)，该转换轴(13)被安排在该基本凸轮轴(2)内，并且该基本凸轮轴(2)在壁中具有一个开口(12)，该滑槽销(11)穿过该开口。
2.如权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，该滑槽轨(16)是循环封闭的并且该滑动件(5)的往复转换发生在该转换轴(13)的同一个旋转方向上。
3.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，该开口被形成为一个槽缝(12)，该槽缝在该基本凸轮轴的轴向方向上延伸。
4.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，该凸轮轴对于一个内燃发动机的被指配给该凸轮轴的每个汽缸都具有一个滑动件(5)。
5.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，每个对应的滑动件(5)具有两个凸轮组(7、7)。
6.如权利要求5所述的凸轮轴，其特征在于，每个对应的凸轮组(7)具有一个凸轮对(8、9)，该凸轮对的两个凸轮(8、9)具有不同的凸轮轮廓，或者每个对应的凸轮组(7)具有多于两个凸轮，这些凸轮有不同的凸轮轮廓。
7.如权利要求6所述的凸轮轴，其特征在于，每个对应的凸轮组(7)的这些凸轮(8、9)具有与它们的外形和/或升程相关的不同的凸轮轮廓。
8.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，该基本凸轮轴(2)在外直径上、在对应的滑动件(5)的区域中具有一个花键齿***(4)，并且该滑动件(5)在内直径上具有一个相应的花键齿***(6)。
9.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，该转换轴(13)具有用于一个致动单元的一个端侧接收座(15)以便旋转该转换轴(13)。
10.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，这些对应的滑槽轨(16)各具有两个基本上平行的第一滑槽区段(17)以及两个第二滑槽区段(18)，这些第一滑槽区段定位在多个平面中，这些平面相对于该转换轴(13)的旋转轴线基本上垂直，并且这两个第二滑槽区段连接所述第一滑槽区段(17)并且引起该转换。
11.如权利要求10所述的凸轮轴，其特征在于，一个第二滑槽区段(18)被指配给该转换轴(13)的一个从0°到45°的相对转角范围，而另一个第二滑槽区段(18)被指配给该转换轴(13)的一个从180°到225°的相对转角范围。
12.如权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，在一个凸轮轴(1)用于一个四汽缸直列式发动机的情况下，这些滑动件(5)的转换滑槽件(14)的滑槽轨(16)被安排的方式为关于该转换轴(13)而被相对旋转，这样使得四个滑动件(5)的移位按照汽缸1-汽缸3-汽缸4-汽缸2的点火顺序来发生。
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