CN104220708B - 凸轮轴单元 - Google Patents

Abstract

一种凸轮轴单元(1)，具有：第一凸轮轴(2)，所述第一凸轮轴相对于曲轴是相位能调节的；第二凸轮轴(3)，所述第二凸轮轴与所述第一凸轮轴(2)同心地设置；和凸轮轴调节器(5)，借助于所述凸轮轴调节器，两个所述凸轮轴(2，3)相对于曲轴是相位能调节的。

Description

凸轮轴单元

技术领域

本发明涉及一种具有两个彼此同心地设置的凸轮轴和凸轮轴调节器的凸轮轴单元。

背景技术

具有彼此同心设置的凸轮轴的也称作为双凸轮轴的凸轮轴单元具有第一凸轮轴，所述第一凸轮轴作为内部凸轮轴至少部分地延伸到作为外部凸轮轴的第二凸轮轴中。这种用于操作内燃机的换气阀的凸轮轴单元例如从EP 0 582 846 B1中或US 6,725,817中已知。凸轮轴单元为每个凸轮轴分别具有凸轮轴调节器，所述凸轮轴调节器能够实现相对于曲轴的相位移动。所述凸轮轴单元的凸轮轴调节器分别液压操作。这种液压驱动器一方面相对反应迟钝地工作并且由于油温相关的粘度而具有温度相关的控制值。此外，较大的调整角度是难于实现的并且在上述特殊的驱动器实施方案中不可实现。

EP 1 803 904 A2示出具有两个凸轮轴调节器的其他这类凸轮轴单元。凸轮轴单元伸长地构造并且需要耗费地协调两个凸轮轴调节器。凸轮轴调节器也能够在凸轮轴的相应相反的端部上设置在气缸盖中。结构空间需求由此继续增大，并且没有可用的自由的凸轮轴端部，所述凸轮轴端部例如可以用于连接燃料泵。由于有大量要安装的部件，所述布置在制造方面也是耗费的。

发明内容

本发明的目的是：提出一种需要小的结构空间的凸轮轴单元，所述凸轮轴单元不耗费地构成。

所述目的通过具有第一凸轮轴、第二凸轮轴和一个凸轮轴调节器的凸轮轴单元来实现，所述第二凸轮轴与第一凸轮轴同心地设置，借助于所述凸轮轴调节器，这两个凸轮轴相对于曲轴是相位能调节的。

根据本发明的凸轮轴单元实现了通过仅一个凸轮轴调节器来调节两个凸轮轴。因此能够放弃具有另一驱动器的第二凸轮轴调节器。因此凸轮轴单元不仅能更便宜地来制造；而且取消了凸轮轴调节器的嵌套，并且凸轮轴的背离凸轮轴调节器的自由的端部能够用于连接其它的辅助机组例如燃料泵。

为了这两个凸轮轴能够通过相同的凸轮轴调节器不仅相对于彼此而且相对于曲轴来调节，设置强制耦联。这两个凸轮轴因此不能够彼此独立地被调整，而是其角度偏差通过强制耦联元件的位置始终预设。因此在一个凸轮轴的相位已知的情况下能够推测其它的强制耦联的凸轮轴的相位。

为了确定凸轮轴的旋转角位置因此仅需要一个传感器单元。在此，不重要的是，传感器单元是否直接设置在第一凸轮轴上、在强制耦联元件上或在凸轮轴调节器的相对于强制耦联元件相位固定的其他部件上。因此为了确定这两个凸轮轴的位置，一个传感器单元已经足够。

强制耦联元件优选以机械方式将两个凸轮轴连接。所述强制耦联元件可以直接地或间接地通过凸轮轴调节器加载并且能够构成为连接元件。在调整凸轮轴调节器时，强制耦联元件实现运动，所述运动引起凸轮轴彼此间的强制转动。替选地或附加地，连接元件也能够通过与凸轮轴调节器分开的附加的致动器加载、锁紧或叠加。

构成为与凸轮轴的连接元件的强制耦联元件的强制耦联在一个实施方式中经由齿部进行。齿部例如能够构成为直齿部、斜齿部、球齿部或滑动齿部(Gleitverzahnung)并且设置在凸轮轴上的端侧处。连接元件具有多个齿部，所述齿部同时与凸轮轴上的配对齿部接合。如果连接元件保持在其轴向位置上，由于齿接合，两个凸轮轴相对于连接元件进而相对于凸轮轴调节器的转角位置也是固定的。相反地，如果连接元件轴向移动，那么啮合的斜齿部在轴向固定的凸轮轴情况下引起凸轮轴相对于连接元件的相对转动。

在一个实施方式中，斜齿部相同地取向。连接元件的移动因此导致以相同的旋转方向调节凸轮轴。这两个齿部的倾斜角优选是不同的，以便也进行凸轮轴彼此之间的相对扭转。

在另一个实施方式中，倾斜角具有不同的符号进而设计为配对倾斜齿部。连接元件的轴向移动由于在相反的方向上定向的齿部而引起沿着“提前”方向调节第一凸轮轴并且沿着“迟后”方向调节第二凸轮轴进而引起凸轮轴的相对旋转角位置的明显更大的张开。

连接元件与凸轮轴同轴设置并且能够相对于所述凸轮轴通过伺服驱动器在凸轮轴主轴线的方向上轴向移动。为了借助于可代表的驱动功率引起足够大的凸轮轴调整，伺服驱动器在凸轮轴调节器的致动器和连接元件之间优选具有进行转换的传动装置。如果通过致动器首先引入转动运动，此外需要转换成连接元件的轴向运动。

高的传动比能够经由螺杆驱动器来实现，所述螺杆驱动器引起连接元件的线性移动进而由于斜齿部引起接合的凸轮轴的强制转动。螺杆驱动器优选作为滚珠丝杠具有螺杆和螺母。经由螺杆的螺旋形的导轨引起轴向进给，所述轴向进给由于凸轮轴的和连接元件的斜齿部引起凸轮轴相对于驱动轮的相对转动。因此，经由调节式电动机能够增强或延缓凸轮轴的驱动。螺杆能够与电动机的输出轴连接或者通过所述输出轴本身构成。螺母能够与连接元件固定连接，或连接元件本身能够朝向螺杆具有带有相应的表面轮廓的侧面并且因此与螺母一件式地构成。替选地，螺母通过固定机构轴向地保持在连接元件上。

优选地，连接元件构成为套筒，其中凸轮轴在彼此轴向错开的面上连接到套筒上。套筒能够轴向地通过上述螺杆驱动器或者通过其他的驱动器移动。从连接元件到凸轮轴上的力矩传递能够在连接元件的外侧面上和内侧面上进行。

在套筒形的连接元件的第一设计方案中，两个凸轮轴的连接经由套筒的内侧面进行。该设计方案例如在下述情况下是有利的，两个凸轮轴构成为空心轴并且内部的凸轮轴能够支承在中央杆上。因此，为了连接元件能够与两个凸轮轴啮合，所述连接元件具有径向凸肩，所述径向凸肩的宽度对应于内部的凸轮轴的直径。由此，得出台阶式的套筒，所述套筒能够以其不同的直径与不同的凸轮轴啮合。在内侧，台阶式的套筒能够在其较大直径的范围中具有用于连接于螺杆的螺母。凸轮轴单元因此紧凑地构造。

在第二设计方案中，两个凸轮轴的连接经由外侧面进行。在该设计方案中，连接元件能够薄壁地实现并且具有恒定的壁厚。由此，连接元件是轻质的。此外，连接元件能够与引入到内侧面中相比以更简单的方式引入到外侧面中，使得简化移动元件的制造。

在第三设计方案中，移动元件在端侧具有环形槽。环形槽壁具有齿部，所述齿部能够与凸轮轴上的配对齿部啮合。为此，两个凸轮轴延伸到环形槽中，并且外部凸轮轴的配对齿部与外部的环形槽齿部啮合，而内部凸轮轴的配对齿部与内部的环形槽齿部啮合。在该变型形式中，不需要移动元件上的用于两个凸轮轴的齿部轴向错开，使得整个凸轮轴单元能够轴向更短地构造。

在第四设计方案中，构成为圆柱形的套筒的移动元件不仅在内侧、而且在其外侧面上具有齿部。两个齿部分别与不同的凸轮轴上的配对齿部啮合，所述凸轮轴为了所述目的不仅径向内侧地、而且径向外侧地包围套筒端部。为了容纳套筒，两个凸轮轴在端侧半径稍微减小。该变型形式中的移动元件能够尤其薄壁的构成并且必要时作为板件制造。

在四个设计方案中，内部凸轮轴能够分别支承在中央杆上。优选地，支承经由滚动轴承进行。尤其当移动元件经由斜齿部机械地耦联到凸轮轴上时，轴承能够构成为轴向轴承。中央杆能够在其轴向延长部中具有螺纹线进而形成伺服驱动器的螺杆，所述螺杆能够借助电动机运行。

凸轮轴作为气门凸轮轴是配气机构的一部分。所述凸轮轴具有多个进气或排气凸轮，所述进气或排气凸轮与相关联的载荷变换阀有效连接。凸轮轴在内燃机的气缸盖中旋转。凸轮轴或凸轮轴调节器优选地经由驱动盘如链轮与曲轴连接。在内燃机运行时，凸轮轴因此由曲轴经由驱动盘驱动并且操作载荷变换阀。凸轮轴调节器优选也与驱动盘连接，所述凸轮轴调节器可经由伺服电动机例如电驱动。

凸轮轴调节器优选地作用于两个凸轮轴。在一个设计方案中能够提出，连接元件仅与凸轮轴中的一个啮合并且直接调整所述凸轮轴。那么，另一个凸轮轴与连接元件不连接并且能够相对于第一凸轮轴相位固定或者与所述第一凸轮轴经由合适的调整机构耦联，使得进行对第二凸轮轴的间接调整。

凸轮轴也能够替代地间接地与连接元件连接。那么，所述连接元件不直接与凸轮轴连接，而是例如经由中间轴作用于凸轮轴中的至少一个。

附图说明

下面根据以附图形式示出的实施例详细阐述本发明。附图示出：

图1示出具有移动元件的第一凸轮轴单元的纵剖图，所述移动元件具有两个内齿部，

图2示出具有移动元件的第二凸轮轴单元的纵剖图，所述移动元件具有两个外齿部，

图3示出具有移动元件的第三凸轮轴单元的纵剖图，所述移动元件具有端侧的环形槽，

图4示出具有移动元件的第四凸轮轴单元的纵剖图，所述移动元件具有内齿部和外齿部。

具体实施方式

图1示出第一凸轮轴单元1，所述第一凸轮轴单元具有第一凸轮轴2、与第一凸轮轴2同心设置的第二凸轮轴3和连接元件4。连接元件4与第一凸轮轴2经由第一齿部16连接并且与第二凸轮轴经由第二齿部17连接。对此连接元件4构成为台阶式的套筒，所述套筒具有两个不同的内半径并且在径向外部包围两个凸轮轴2、3。内半径差异对应于外部凸轮轴的环直径，所述外部凸轮轴现在通过第一凸轮轴2形成。两个凸轮轴2、3轴向地以不同程度延伸到连接元件4的内部空腔14中。连接元件4的齿部16、17与凸轮轴2、3的配对齿部6、7啮合。全部三个构件、即两个凸轮轴2、3和连接元件4可围绕共同的旋转轴线10转动。

连接元件4可轴向运动。轴向进给通过仅示意示出的凸轮轴调节器5导入，所述凸轮轴调节器具有可经由电动机运行的伺服驱动器9。伺服驱动器9通过呈螺杆8形式的轴杆形成，在所述螺杆上设置有螺母18。螺杆8与螺母18一起构成滚珠丝杠。当前，螺母18与连接元件4分开制造并且与连接元件4固定连接。所述螺母在一侧止挡在连接元件4的径向凸肩11上并且在其另一个轴向端部上通过止动环12保持。

轴杆在其轴端上具有球轴承19，经由所述球轴承支承内部的凸轮轴。

齿部16、17和其配对齿部6、7构成为斜齿部。螺杆8的转动首先引起与螺母18连接的连接元件4的轴向进给。通过齿部16、17引入到凸轮轴2、3上的力矩由于凸轮轴轴向固定的定位引起其转动。

图2示出凸轮轴单元1的一个设计方案，所述凸轮轴单元与根据图1的凸轮轴单元的不同之处基本上在于，连接元件4构成为套筒，所述套筒的壁厚大致恒定。此外，凸轮轴2、3并非在套筒的内周上、而是在外侧13上与所述套筒啮合。套筒状的连接元件4由此能够具有基本上相同的壁厚并且更轻地构成。所述连接元件4也具有径向凸肩11，螺母18止挡在所述径向凸肩上。借助径向凸肩11，套筒的直径同时扩宽到外部凸轮轴3的内周上。所述套筒因此具有仅两个台阶，而根据图1的套筒具有三个不同的内直径区域(用于两个凸轮轴2、3和螺母18)。

图3示出凸轮轴单元1的一个设计方案，所述凸轮轴单元与根据图1的凸轮轴单元的不同之处基本上在于，连接元件4构成为具有轴向在端侧引入的环形槽15的套筒。环形槽15与旋转轴线10同心地伸展并且具有槽底，所述槽底由具有第一齿部16的外壁和具有第二齿部17的内壁限界。两个齿部6、7再次构成为斜齿部。通过两个凸轮轴2、3在不同的壁上啮合，不需要凸轮轴的轴向错开。因此，环形槽15相对扁平地构成，使得也可完全取消在此还存在的内部空腔14。

在连接元件4的背离环形槽15的端侧端部20上在径向内侧设有用于螺母18的凹部。

图4示出凸轮轴单元1的一个设计方案，所述凸轮轴单元与根据图1的凸轮轴单元的不同之处在于，连接元件4构成为直径基本上恒定的套筒。这种套筒能够低成本地制造。如在根据图3的实施方式中那样，凸轮轴2、3的配对齿部6、7从不同的径向方向接合到连接元件4的齿部16、17中。对此，本来彼此径向贴靠的凸轮轴2、3分别在端侧上具有环形的凹部，所述凹部共同形成环形间隙21。在环形的凹部的壁上设置配对齿部6、7。连接元件4以其齿部16、17延伸到环形间隙21中。在背离环形间隙21的端侧端部20上，连接元件4经由螺母18与螺杆8连接。

附图标记列表

1 凸轮轴单元

2 第一凸轮轴

3 第二凸轮轴

4 连接元件

5 凸轮轴调节器

6 第一配对齿部

7 第二配对齿部

8 螺杆

9 伺服驱动器

10 旋转轴线

11 径向凸肩

12 止动环

13 外侧

14 内部空腔

15 环形槽

16 第一齿部

17 第二齿部

18 螺母

19 球轴承

20 端侧端部

21 环形间隙

Claims (10)

1.一种凸轮轴单元(1)，具有：

-第一凸轮轴(2)，

-第二凸轮轴(3)，所述第二凸轮轴与所述第一凸轮轴(2)同心地设置，

-一个凸轮轴调节器(5)，借助于所述凸轮轴调节器，两个所述凸轮轴(2，3)相对于曲轴是相位能调节的，其中为了两个所述凸轮轴能够通过所述一个凸轮轴调节器不仅相对于彼此而且相对于曲轴来调节，设置强制耦联，使得两个所述凸轮轴不能够彼此独立地被调整，而是其角度偏差通过强制耦联元件的位置始终预设。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述凸轮轴(2，3)与所述凸轮轴调节器(5)耦联为，使得对所述凸轮轴调节器(5)的调节引起对所述凸轮轴(2，3)的反相的调节。

3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述凸轮轴调节器(5)具有能沿着所述凸轮轴(2，3)的轴向方向移动的、具有两个齿部(16，17)的连接元件(4)，其中第一齿部(16)与所述第一凸轮轴(2)上的配对齿部(6)啮合并且第二齿部(17)与所述第二凸轮轴(3)上的第二配对齿部(7)啮合。

4.根据权利要求3所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述凸轮轴单元(1)具有伺服驱动器(9)，所述伺服驱动器具有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠经由螺杆(8)驱动固定在所述连接元件(4)上的或者与所述连接元件(4)一件式地构成的螺母(18)。

5.根据权利要求4所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述连接元件(4)构成为套筒，其中所述螺母(18)设置在套筒内部中并且在轴向上固定。

6.根据权利要求4或5所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述凸轮轴(2，3)中的一个用球轴承支承在所述螺杆(8)上。

7.根据权利要求3所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述连接元件(4)构成为具有径向凸肩(11)的套筒并且两个所述齿部(16，17)构成在不同直径的套筒壁段上。

8.根据权利要求7所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述套筒具有端侧的环形槽(15)，所述环形槽的外壁具有所述第一齿部(16)并且所述环形槽的内壁具有所述第二齿部(17)。

9.根据权利要求3所述的凸轮轴单元，其特征在于，所述连接元件(4)构成为套筒，在所述套筒的外侧(13)上构成所述第一齿部(16)并且在所述套筒的内侧面上构成所述第二齿部(17)。

10.根据权利要求3所述的凸轮轴单元，其特征在于，两个所述齿部(16，17)构成为具有不同的接合角的倾斜齿部。