CN103174486A

CN103174486A - 用于内燃发动机的阀门驱动装置

Info

Publication number: CN103174486A
Application number: CN2012105410643A
Authority: CN
Inventors: M·瓦尔; K·富斯
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-06-26
Also published as: DE102011056833B4; DE102011056833A1; BR102012031927A8; BR102012031927A2; RU2526145C2; RU2012152601A

Abstract

本发明涉及一种用于内燃发动机的阀门驱动装置。该阀门驱动装置具有一个主凸轮轴（1）和一个第一凸轮元件（6），该第一凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴上；并且具有一个第二凸轮元件（11），该第二凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴（1）上。该阀门驱动装置还具有一个传感器单元（7）。此外，该第一凸轮元件（6）具有一个第一编码器转轮（9），并且该第二凸轮元件（11）具有一个第二编码器转轮（10）。一个第三编码器转轮（8）以一种防扭转并且轴向固定的方式布置在该主凸轮轴（1）上。

Description

用于内燃发动机的阀门驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的阀门驱动装置。

背景技术

已经知道用于内燃发动机的阀门驱动装置具有至少一个第一凸轮元件和一个第二凸轮元件，这些凸轮元件可以借助一个转换滑槽来轴向地移位并且它们被提供用于实现一种可转换的阀门驱动；并且具有一个传感器单元，该传感器单元被提供用于确定至少一个凸轮元件的旋转位置和/或相位。

DE 10 2008 036 462A1披露了一种阀门驱动装置，该阀门驱动装置具有一个用于检测凸轮轴位置的传感器装置。该传感器装置包括一个编码器转轮（Geberrad），该编码器转轮被布置在一个滑槽部分上。该传感器装置记录凸轮轴的旋转过程中该凸轮轴的位置。

DE 10 2009 014 517A1披露了一种用于内燃发动机的阀门驱动器，在该阀门驱动器中提供了一种具有编码器转轮的滑动凸轮***，其中该编码器转轮具有两个编码器转轮轨道。该编码器转轮与一个以位置固定的方式安装在汽缸盖中的位置传感器相互作用。编码器转轮的多个角度区段的外径被选定成使得该传感器的一个内面末端沿着编码器转轮的或者这些角度区段的一个圆柱形的外圆周表面移动，从而与所述外圆周表面以一个小的径向间距通过一个气隙来分开，这样使得传感器能够检测在这些角度区段与这些插在其间的空隙之间的急剧过渡，每个凸轮对的这些凸轮之一是基于阀门打开和阀门关闭时刻的这些角度间距而被编码的。

DE 10 2008 049 103A1披露了一种阀门驱动装置，该阀门驱动装置具有一个滑动式凸轮***，在这种滑动式凸轮***中提供了一个位置检测装置，该位置检测装置具有两个编码器转轮。这种位置检测装置具有四个传感器元件，其中这些传感器元件中的两个分别被形成为传感器轮的区段。第一和第三传感器元件联接到一个第一凸轮元件上，并且第二和第四传感器元件联接到一个第二凸轮元件上。这些传感器元件分别具有一个检测转换位置和一个中间转换位置。在检测转换位置中，对应的传感器元件被布置在位置检测装置的一个检测区域中。这种位置检测装置被提供用于对这些传感器元件进行无接触式检测。在此，借助这些传感器元件将一个信号引入该位置检测装置中，其中一个信号波形是取决于这些传感器元件的形貌结构。在此，不同的传感器元件的形貌可以是相互有区别的。

发明内容

本发明的一个目的是，为内燃发动机提供一种改进的阀门驱动装置，这种阀门驱动装置使得能够检测多种特征变量。

本发明因而给出一种用于内燃发动机的阀门驱动装置。该阀门驱动装置具有一个主凸轮轴，该主凸轮轴带有一个第一凸轮元件，该第一凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴上；并且带有一个第二凸轮元件，该第二凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴上，并且带有一个传感器单元。此外，该第一凸轮元件具有一个第一编码器转轮并且该第二凸轮元件具有一个第二编码器转轮。此外，一个第三编码器转轮以一种防扭转并且轴向固定的方式布置在该主凸轮轴上。在各个凸轮元件上提供一个编码器转轮的结果是，在这些凸轮元件轴向移位过程中，设置在这些凸轮元件上的这些编码器转轮也能够发生轴向移位。

优选的是该第一和该第二编码器转轮各自在圆周上具有一定数目的接片，并且该第三编码器转轮在圆周上具有多个齿。凸轮元件防扭转地布置在主凸轮轴上以及轴向固定的第三编码器转轮防扭转地布置在主凸轮轴上的结果是，该第一和该第二编码器转轮的各自的接片的以及该第三编码器转轮的齿的位置在该凸轮轴的旋转过程是相同的。

在本发明的一个有利的改进中规定，该第一和该第二编码器转轮是轴向可移位的，使得能够将这些接片***到该第三编码器转轮的齿隙中。各个凸轮元件以及在这些凸轮元件上安装的编码器转轮相对于轴向固定在该主凸轮轴上的凸轮元件的这种可轴向移位能力的结果是，能够借助一个对应的传感器单元来确定这些对应的凸轮元件的轴向位置。

有利地规定，该第一编码器转轮的接片的数目与该第二编码器转轮的接片的数目不同。因此，在该第一凸轮元件以及布置在该第一凸轮元件上的第一编码器转轮朝向固定在该主凸轮轴上的第三编码器转轮的方向轴向移位，使得该第一编码器转轮的接片被推入该第三编码器转轮的齿隙中时，得到被轴向地固定在该主凸轮轴上的编码器转轮的预先确定数目的齿隙。与此相反，如果第二凸轮元件以及布置在该第二凸轮元件上的该第二编码器转轮朝向轴向固定在该主凸轮轴上的编码器转轮方向轴向移位，使得该第二编码器转轮的接片被推入轴向固定在该主凸轮轴上的编码器转轮的齿隙中，则又得到轴向固定在该主凸轮轴上的编码器转轮的预先确定数目的齿隙。轴向固定在该主凸轮轴上的编码器转轮的齿隙的数目在该第一编码器转轮被推入的情况下、在该第二编码器转轮被推入的情况下、在这两个编码器转轮都被推入的情况下以及这两个编码器转轮都没有被推入的情况下分别是不同的。由于由此改变轴向固定在该主凸轮轴上的编码器转轮的齿隙的数目，因而能够确定各个凸轮元件的轴向位置。

在本发明的一个有利的改进中规定，该第三编码器转轮的各个齿之间的间距是不均匀的。这使得能够与各个凸轮元件的轴向位置无关地基于该第三编码器转轮的各个齿的不同的间距或者说齿隙宽度来确定该主凸轮轴的径向位置。

该传感器单元优选适合于确定各个凸轮元件的轴向位置和该主凸轮轴的径向位置。确定所述多个不同的特征变量仅要求一个传感器。

在本发明的一个有利的改进中规定，该传感器单元适合于通过检测该第三编码器转轮的齿隙的数目和宽度来确定各个凸轮元件的轴向位置和该主凸轮轴的径向位置。

还有利地规定，该传感器单元布置在该第三编码器转轮上方的中央位置。由于该第一凸轮元件的编码器转轮的以及该第二凸轮元件的编码器转轮的轴向移位能力，与轴向固定在该主凸轮轴上的第三编码器转轮的设置相结合，该传感器单元可以布置在该第三编码器转轮上方的中央位置，使得不需要该传感器的可轴向移位以及不需要设置多个传感器单元。

在本发明的一个有利的改进中规定，该传感器单元以位置固定的方式布置在内燃发动机的汽缸盖中。还规定，该传感器单元能够执行无接触式分析求值（Auswertung）。

附图说明

在附图中展示了本发明的多个示例性实施方案并且将在以下说明中对其进行更详细的解说。在附图中：

图1示出根据本发明的阀门驱动装置的一个示例性实施方案的立体图；

图2示出了根据图1的阀门驱动装置的一个分解视图；

图3示出根据本发明的阀门驱动装置处于第一转换位置的侧视图；

图4示出根据本发明的阀门驱动装置处于第二转换位置的侧视图；

图5示出根据本发明的阀门驱动装置处于第三转换位置的侧视图；和

图6示出根据本发明的阀门驱动装置处于第四转换位置的侧视图。

具体实施方式

在这些附图中，相同的附图标记用于表示相同的或功能上相同的部件。

根据图1，一种用于内燃发动机的阀门驱动装置具有一个主凸轮轴1，该主凸轮轴带有一个凸轮轴驱动器并且在外径上带有多个花键齿形。在主凸轮轴1上布置了一个第一滑动件或凸轮元件6、一个第二滑动件或凸轮元件11、以及主凸轮轴的一个编码器转轮8，它们各自在内径上具有花键齿形。此外，该阀门驱动装置具有一个用于检测多种特征变量的传感器7、和用于使对应的凸轮元件6、11轴向移位的多个致动器2、3、4、5。

第一凸轮元件6具有两个凸轮对、用于使凸轮元件6轴向移位的一个滑槽、和一个编码器转轮9。第一凸轮元件6的这两个凸轮对布置在邻近凸轮轴驱动器的近端处。用于使第一凸轮元件6轴向移位的该滑槽布置在中央区域中，并且编码器转轮9布置在第一凸轮元件6的远端处。编码器转轮9在圆周上具有一个接片或齿，该接片或齿在第一凸轮元件6的轴向方向上延伸。

该主凸轮轴的编码器转轮8邻近第一凸轮元件6的编码器转轮9布置，其中该主凸轮轴的编码器转轮8是以一种轴向固定的方式布置的。

编码器转轮8具有带有9个齿隙的齿形，其中，各个齿是以不均匀的间距布置的并且是不同地确定尺寸的。

第二凸轮元件11具有一个编码器转轮10、用于使第二凸轮元件11轴向移位的一个滑槽、以及两个凸轮对。第二编码器转轮10被布置在邻近该主凸轮轴的编码器转轮8的近端处，用于使第二凸轮元件11轴向移位的该滑槽被布置在第二凸轮元件11的中央区域中，并且这两个凸轮对被布置在第二凸轮元件11的远端处。编码器转轮10在圆周上具有三个接片或齿，这些接片或齿在第二凸轮元件11的轴向方向上延伸。

用于检测多种特征变量的传感器7以位置固定的方式布置在内燃发动机的汽缸盖中并且布置在该主凸轮轴的编码器转轮8上方的中央位置，并且该传感器被提供用于无接触式分析求值。

第一凸轮元件6的致动器2、3和第二凸轮元件11的致动器4、5分别被竖直地布置在各自对应的凸轮元件的滑槽之上。这些致动器2、3、4、5分别是电操作的并且各自具有一个可驶出的转换销。为了使这些凸轮元件移位，对应的转换滑槽各具有一个滑槽轨道。这种滑槽轨道被设计成一个槽状凹陷并且是直接在这些凸轮元件中形成的。这种滑槽轨道具有S形的设计。为了使这些凸轮元件移位，根据这种滑槽轨道的位置而定，两个转换销之一驶出，接合进入滑槽轨道中。滑槽轨道的这种S形的形式的结果是，在这些凸轮元件6、11旋转运动过程中，一个轴向力作用在这些凸轮元件6、11上，这些凸轮元件6、11借助这种轴向力而发生移位。

图2示出根据图1的阀门驱动装置的一个分解图。带有凸轮轴驱动器的主凸轮轴1在外径上具有花键齿形。第一凸轮元件6、主凸轮轴1的编码器转轮8和第二凸轮元件11在内径上具有花键齿形并且它们***到主凸轮轴1上。在此，在组装之后，该主凸轮轴的编码器转轮8是以一种轴向固定的方式布置的。布置在主凸轮轴1上的这些凸轮元件6、11分别具有用于汽缸1-4的两个凸轮对（未展示）。在此，这些凸轮对具有至少两个不同的凸轮外形，这些凸轮外形就轮廓和/或凸轮行程而言可以不同。在这些凸轮元件6、11上固定了编码器转轮9、10，这些编码器转轮的齿能够接合在该主凸轮轴的编码器转轮8的齿隙中。由于这些花键齿形，滑动件6、11在主凸轮轴1上是轴向可移位的，但是不能相对于主凸轮轴1扭转。用于检测这些编码器转轮的齿隙的传感器7布置在该主凸轮轴的编码器转轮8上方的中央位置。

图3示出根据本发明的阀门驱动装置处于第一转换位置的侧视图。当发动机运行时，由该主凸轮轴和其上布置的这些凸轮元件6、11构成的凸轮轴以曲轴转速的一半旋转。如在图3中所示，这些凸轮元件6、11处于一个初始转换位置或第一转换位置，并且通过一个棘爪机构保持在位置中。在第一转换位置中，汽缸1-4是未转换（geschaltet）的。第一凸轮元件6的编码器转轮9与该主凸轮轴的编码器转轮8相接合，而第二凸轮元件的编码器转轮10与该主凸轮轴的编码器转轮8脱离接合。由于事实是第一凸轮元件6的第一编码器转轮9具有一个齿，该主凸轮轴的编码器转轮8的齿隙中的一个齿隙被填充。布置在该主凸轮轴的编码器转轮8上方的传感器7因而检测到该主凸轮轴的编码器转轮8的八个齿隙。以此方式能够确定该阀门驱动装置是处于第一转换位置。

图4示出根据本发明的阀门驱动装置处于第二转换位置的侧视图。在阀门驱动装置的第二转换位置中，汽缸1和2被转换并且汽缸3和4未转换。为此目的，用于汽缸1和2的凸轮元件11从第一转换位置被移位进入第二转换位置。这些凸轮元件的致动是借助电致动器（未展示）实现的，这些电致动器被固定从而相对于该凸轮轴是不可旋转的。这些致动器例如固定到汽缸盖上。可替代地，这些致动器可以类似地固定到轴承托架上或固定到阀门罩盖上。对于汽缸1和2，从凸轮元件11的第一转换位置转换进入凸轮元件11的第二转换位置是借助致动器的一个销来实现的，该销驶出并且接合在凸轮元件11的滑槽中，该滑槽被固定地连接到凸轮元件11上。该滑槽将凸轮轴的旋转运动转换成凸轮元件11的轴向移动。由于事实是，在阀门驱动装置的第二转换位置中，第一凸轮元件6的编码器转轮9以及第二凸轮元件11的编码器转轮10二者都与该主凸轮轴的编码器转轮8相接合，其中，第一编码器转轮9具有一个齿并且第二编码器转轮10具有三个齿，所以传感器7检测到该主凸轮轴的编码器转轮8的五个齿隙。以此方式能够确定该阀门驱动装置处于第二转换位置。

图5示出根据本发明的阀门驱动装置处于第三转换位置的侧视图。在第三转换位置中，汽缸1-4是转换的，并且这些凸轮元件6、11处于它们的终端位置。为此目的，第一凸轮元件6在轴向方向上移位，其方式为第一凸轮元件6的编码器转轮9被移位而与该主凸轮轴的编码器转轮8脱离接合。具有如先前的三个齿的第二凸轮元件11的编码器转轮10与该主凸轮轴的编码器转轮8相接合。传感器7因而检测到该主凸轮轴的编码器转轮8的六个齿隙。能够以此方式确定该阀门驱动装置处于第三转换位置。

图6示出根据本发明的阀门驱动装置处于第四转换位置的侧视图。在第四转换位置中，汽缸1和2未被转换，而汽缸3和4是转换的。用于汽缸1和2的凸轮元件11因而从第二转换位置被移位进入凸轮元件11的第一转换位置中。在凸轮元件11的第一转换位置中，第二凸轮元件11的编码器转轮10与该主凸轮轴的编码器转轮8脱离接合。由于事实是，在该阀门驱动装置的第四转换位置，第一凸轮元件6的编码器转轮9或第二凸轮元件11的编码器转轮10都不与该主凸轮轴的编码器转轮8相接合，传感器7检测到九个齿隙。能够以此方式确定该阀门驱动装置处于第四转换位置。

汽缸的转换返回初始位置是按照上述过程来发生。编码器转轮8、9、10的这种配置使得这些凸轮元件的编码器转轮9、10有可能在该主凸轮轴的编码器转轮8上使得齿隙的数目和/或齿隙的宽度可以改变。齿、齿隙的数目和齿几何形状是示例性展示的。

例如就齿宽度和深度或者齿的形状而言，类似地可以想到具有不同几何形状构型的齿和齿隙的其他组合。这些编码器转轮的可能的组合产生了不同数目的齿隙和位置。这些通过传感器7来检测并且由发动机控制器来分析求值。由此确保可靠地检测这些凸轮元件6、11的轴向位置以及该凸轮轴的径向位置。

通过根据本发明的这种用于内燃发动机的阀门驱动装置，此外可能的是，实现例如发动机用于启动－停车功能的一种有目的的停机，使得发动机可以执行快速启动。另外，借助传感器7，有可能的是，不仅检测凸轮轴的径向位置而且类似地检测这些凸轮元件6、11的位置，也就是说对于检测这些凸轮元件6、11的位置而言不要求额外的传感器。

附图标记列表

1 主凸轮轴

2 致动器

3 致动器

4 致动器

5 致动器

6 第一凸轮元件

7 传感器

8 主凸轮轴的编码器转轮

9 第一凸轮元件的编码器转轮

10 第二凸轮元件的编码器转轮

11 第二凸轮元件

Claims

1.一种用于内燃发动机的阀门驱动装置，该阀门驱动装置具有一主凸轮轴（1）；具有一个第一凸轮元件（6），该第一凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴（1）上；具有一个第二凸轮元件（11），该第二凸轮元件以一种防扭转并且轴向可移位的方式布置在该主凸轮轴（1）上；并且具有一个传感器单元（7），其中，该第一凸轮元件（6）具有一个第一编码器转轮（9）并且该第二凸轮元件（11）具有一个第二编码器转轮（10），并且，一个第三编码器转轮（8）以一种防扭转并且轴向固定的方式布置在该主凸轮轴（1）上。

2.如权利要求1所述的阀门驱动装置，其特征在于，该第一和第二编码器转轮（9，10）各自在圆周上具有多个接片，并且该第三编码器转轮（8）在圆周上具有多个齿。

3.如权利要求1或2所述的阀门驱动装置，其特征在于，该第一和第二编码器转轮（9，10）是轴向可移位的，其方式为，这些接片能够***到该第三编码器转轮（8）的齿隙中。

4.如权利要求2或3所述的阀门驱动装置，其特征在于，该第一编码器转轮（9）的接片的数目与该第二编码器转轮（10）的接片的数目是不同的。

5.如权利要求2至4之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该第三编码器转轮（8）的各个齿之间的间距是不均匀的。

6.如以上权利要求之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该传感器单元（7）适合于确定各个凸轮元件（6，11）的轴向位置以及该主凸轮轴（1）的径向位置。

7.如以上权利要求之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该传感器单元（7）适合于通过检测该第三编码器转轮（8）的齿隙的数目和宽度来确定各个凸轮元件（6，11）的轴向位置以及该主凸轮轴（1）的径向位置。

8.如以上权利要求之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该传感器单元（7）布置在该第三编码器转轮（8）上方的中央位置上。

9.如以上权利要求之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该传感器单元（7）以位置固定的方式布置在该内燃发动机的汽缸盖中。

10.如以上权利要求之一所述的阀门驱动装置，其特征在于，该传感器单元（7）被提供用于无接触式分析求值。