CN104564201B - 用于内燃机的凸轮轴调节的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对内燃机的凸轮轴进行调节的装置，凸轮轴有至少一个抗扭布置在其上的凸轮件和带两个滑槽轨道的轴向滑环。滑槽轨道形式为开设在凸轮轴周向面内的控制槽。两个滑槽轨道的形状及走向在共同的轨道区段内重合，共同的轨道区段在分支部位处过渡为两个分属于滑槽轨道之一的沿轴向并列延伸的耦合区段。装置具有至少一个可相对于凸轮轴沿径向耦合到轴向滑环中的操作元件，用于沿轴向移动凸轮件。分支部位设计为使得从共同轨道区段出发朝向分支点导引的操作元件导入避让路径中，避让路径沿周向形成共同轨道区段超出分支部位的延长段。本发明还涉及一种具有所述装置的内燃机以及一种用于所述装置的轴向滑环。

Description

用于内燃机的凸轮轴调节的装置

技术领域

本发明涉及一种用于对内燃机的凸轮轴进行调节的装置，所述凸轮轴具有至少一个抗扭地布置在凸轮轴上的凸轮件和带两个滑槽轨道的轴向滑环。所述滑槽轨道是开设在凸轮轴的周向面内的控制槽，它们的尺寸或形状及走向在共同的轨道区段内重合，其中，所述共同的轨道区段在分支部位处过渡为两个沿轴向并列延伸的耦合区段。此外，所述装置具有至少一个能相对于凸轮轴沿径向耦合到轴向滑环中的操作元件，用于沿轴向移动凸轮件。分支部位设计为，使得从耦合区段之一出发朝向分支部位在滑槽轨道之一中导引的操作元件导入所述共同的轨道区段中。

背景技术

由DE 10 2007 010 148A1已知一种内燃机的气门机构，其能够分级地调节内燃机的进气门和排气门的行程。这种用于凸轮调节的装置包括凸轮件作为凸轮轴的一部分，其抗扭但可沿轴向移动地布置在凸轮轴的承载轴上。凸轮件具有两个凸轮组，所述凸轮组分别带有两个沿轴向并列布置的具有不同凸轮形状的凸轮。

所述装置能够通过以下方式调节配属于该凸轮组的气门的行程，即，将凸轮件移动到定义的轴向位置，由此使操作气门的摇臂的接触元件要么与两个凸轮之一接触，要么与“零凸轮”接触，所述“零凸轮”以不具有凸轮升程的凸轮件区段的形式构成。在摇臂接触两个凸轮之一时，以由相应的凸轮升程定义并且附加地与摇臂传动比有关的行程操作相应的气门。在摇臂接触“零凸轮”时，气门的行程由于缺少凸轮升程而等于零。因此通过“零凸轮”实现了气门的关闭。

沿凸轮轴的轴向对单独的凸轮件的调节分别借助轴向滑环进行，所述轴向滑环是凸轮件的集成部件或一体部件。在轴向滑环内集成有两个滑槽轨道，所述滑槽轨道形式为沿周向以Y形延伸的控制槽。一个滑槽轨道用于沿轴向向前移动凸轮件，而另一个滑槽轨道用于沿轴向向后移动凸轮件。为此目的，两个滑槽轨道具有沿周向延伸的共同的轨道区段，其是两个滑槽轨道的一部分，因此两个滑槽轨道在该区段内的走向和形状重合。此外，两个控制槽在另一区段内具有两个分散延伸的部分槽，所述部分槽构成两个滑槽轨道的用于耦合操作元件的耦合区段并且在分支点处汇合为所述共同的轨道区段。所述调节通过调节设备实现，其具有形式为调节销的可移出式操作元件，其中分别有一个调节销根据凸轮件在承载轴上的相应位置和期望的调节方向(向前或者向后)移出并且啮合到耦合区段之一内。这由于轴向滑环相对于调节销的相对转动而导致凸轮件在承载轴上轴向移动。

分支部位设置为，使得在轴向滑环旋转时在滑槽轨道之一中导引的操作元件从耦合区段之一出发朝向分支部位导入共同的轨道区段内。

在图6中示出了传统的轴向滑环130。所述轴向滑环130是基本上呈环形的滑槽轮并且在其周向面内具有两个形式为控制槽的滑槽轨道132和134。滑槽轨道132和134具有共同的轨道区段135和两个分散延伸的、分别属于一个滑槽轨道的啮合区段137、138。在大约呈Y形的分支部位136处，两个啮合区段137、138汇合为共同的区段。由于啮合区段137与共同的轨道区段之间在分支部位处的接近于180°的钝角，在轴向滑环沿箭头方向旋转时在啮合区段之一137中导引的操作元件缓和地引入共同的轨道区段135中，因此，由于共同的轨道区段135与啮合区段137之间的轴向错移，与轴向滑环相连的凸轮件产生轴向移动。

然而业已证明，在使用上述凸轮调节设备时操作元件可能损坏。

在专利文献DE 10 2007 037 232A1中描述了一种由于凸轮轴调节的备选设备。该设备的轴向滑环具有带第一深度的第一控制槽和带第二深度的第二控制槽，第二深度大于第一径向深度。换而言之，在这种轴向滑环中，不具有两个滑槽轨道的共同轨道区段。这种布局的优点在于，凸轮件的轴向移动可以借助两个操作元件实现，即啮合到第二滑槽轨道中的内部推杆和啮合到第一滑槽轨道中的包围内部推杆的套筒状外部推杆。由此可以节省轴向的结构空间。但是这种轴向滑环的制造较复杂并且容易损坏。

在专利文献DE 10 2009 009 080A1中描述了另一种由于凸轮轴调节的设备。在此，两个滑槽轨道沿周向依次地布置，因此只需要一个操作元件。然而由于缺少两个滑槽轨道的Y形几何形状，这种设备需要较大的结构空间。

发明内容

鉴于所述问题，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于凸轮轴调节的装置，其能够可靠地工作并且特别耐用。

该技术问题按本发明通过对已知的凸轮轴调节装置进行扩展设计而解决，其主要其特征在于，所述分支部位设计为，使得从所述共同的轨道区段出发朝向分支部位导引的操作元件导入避让路径(Ausweichweg)中，所述避让路径沿周向形成所述共同的轨道区段超出分支部位的延长段。

本发明基于这样的认知，即本文开头所述的操作元件损坏的原因尤其可能在于，在某些边界条件下凸轮轴可能与规定的旋转方向相反地反向旋转。如果在进行这种反向旋转时操作元件恰巧处于共同的轨道区段内，则其沿反方向运行通过滑槽轨道并且在分支部位处正面碰撞到布置于两个啮合区段之间的控制槽壁上。在Y形分支部位分别具有共同轨道区段与两个啮合区段之间形成的钝角时，操作元件准确地碰撞在呈尖状地在该部位收缩的前壁上，这导致操作元件与尖部之间强硬地碰撞并且导致操作元件损坏，如弯曲或者断裂。

例如，当在半发动机运行(Halfmotorbetrieb:可涉及部分气缸关闭)的一挡中恒定行驶时由于在没有踩离合器的情况下突然全力制动而使汽车停止时，可能在耦合的操作元件中出现凸轮轴反向旋转的情况。在这种情况下，发动机控制装置在转速低于转速下限之后发出切换至全发动机运行的指令，并且操作元件移出以进行凸轮轴调节。然而在此不能确保实现所需的凸轮轴转数以切换回全发动机运行。因此，在发动机反向旋转直至停止时(配气机构、曲轴传动机构和双惯量飞轮中的弹性松弛)，可能由于操作元件与Y形尖部的碰撞导致换挡滑槽损坏、扭转或者弯曲。此外，操作元件可能在碰撞时(尤其当操作元件设计为调节销的形式时)弯曲或折断。

按照本发明，分支部位处的尖锐的Y形尖部由避让路径代替，从共同的轨道区段出发沿相反方向导引的操作元件引入所述避让路径中。避让路径从分支部位出发开始沿共同区段导入分支部位的方向延伸。

换而言之，避让路径形成共同的轨道区段超过分支部位的延长段。避让路径在进一步的延伸中可以改变其方向，只要操作元件能够缓和而无障碍地转入该方向即可。

在此，避让路径设计为，使得导入避让路径之中的操作元件不会突然碰到障碍物，而是充其量缓和地被转向(沿轴向或者沿径向)。为此目的，避让路径沿周向的延伸尺寸优选大于1cm，特别优选大于2cm，但优选小于10cm。对于普遍使用的轴向滑环外径，避让路径沿周向在优选大于5°、特别优选大于10°、尤其是20°或者更大的角度上延伸。

在本发明的一种优选实施形式中，所述两个耦合区段和所述共同的轨道区段在分支部位处Y形地汇合，其中，所述两个耦合区段彼此形成锐角，优选形成小于20°、特别优选小于10°、尤其是5°或者更小的角。在这样设计的Y形分支部位处，避让路径起到特别积极的作用，因为可以避免与Y形尖部的强硬碰撞。

在此，所述避让路径可以在所述两个耦合区段之间延伸，因为共同轨道区段的延长段通常沿周向在两个耦合区段之间延伸。因此在避让路径的延伸走向中操作元件不需要猛地转向。

在一种特别优选的实施形式中，所述避让路径以斜面的形式构成，所述斜面具有从分支部位出发逐渐减小的槽深度。换而言之，与规定方向相反地导入分支部位中的操作元件渐渐从控制槽中导出，而不会碰到槽壁。在此，两个耦合区段之间的整个区域可以从分支部位出发设计为斜面，由此可靠地避免碰撞。

业已证明特别相宜的是，所述斜面的斜率设置为，使得通过所述斜面导引的操作元件在发动机运行时沿径向被顶出所述轴向滑环。换而言之，避让路径与通常情况下共同轨道区段的反向端部类似地设计为顶出斜面，其将操作元件弹回到对应的凸轮调节器中。由此特别优雅地解决了沿“相反”方向在轴向滑环中运行的操作元件的问题。所述斜面相对于在分支部位处的槽底上形成的切平面的斜率优选大于10°并且小于30°，尤其约为20°。这种斜率值特别可靠地使操作元件弹回到对应的凸轮调节器中，而同时避免了操作元件与斜面之间过大的摩擦。

至少避让路径的第一区段的中线优选处于与共同轨道区段的中线相同的径向平面内。以此方式确保了操作元件无摩擦地导入偏移路径中。业已证明特别有利的是，所述两个滑槽轨道基本上围绕作为镜面反射平面的径向平面对称地延伸。这确保了轴向滑环和操作元件在沿向前和向后的方向调节凸轮件时的应力相同，由此提高了所述装置的耐用性。

在本发明的一种备选实施形式中，分支部位设计为，使得所述避让路径通入其中一个啮合区段内。在这种实施形式中，沿“相反”方向在滑槽轨道中运行的操作元件并不碰到尖锐的Y形轮廓，而是缓和地导引回其中一个啮合区段中。

缓和的回引例如可以通过弹簧控制或惯性控制的转辙器实施，所述转辙器使操作元件回到通过设计预先确定的优先槽中。

作为备选或补充，操作元件导入啮合区段之一的过程可以通过以下方式实现，即导入避让路径中的操作元件以大于70°、尤其大于80°并且小于88°的倾斜角接触所述导引槽的壁区段并且由此进入啮合区段之一内。倾斜角可以理解为操作元件的运动轨道与壁区段碰撞面的法线之间的夹角。如果该角接近90°，则在避让路径中导引的操作元件缓和地朝向啮合区段之一转向。

在这种情况下，两个耦合区段优选这样非对称地成型，使得延伸通过所述共同的轨道区段的轴向中线的径向平面与正好一个耦合区段的侧壁相交或相切。操作元件通过避让路径导入该耦合区段中并且在交点或切点处接触侧壁。操作元件沿耦合区段的进一步延伸的方向转向。

分支部位的非对称造型可以结构简单地通过以下方式实现，即所述耦合区段之一朝向分支部位扩宽，而另一耦合区段的轴向尺寸优选保持恒定。在这种情况下，操作元件导入第一耦合区段的扩宽的、构成避让路径的交汇部中。

在耦合区段的与分支部位反向的端部上可以设置斜面，尤其是顶出斜面。

所述凸轮件可以具有至少一个凸轮组，所述至少一个凸轮组具有至少两个沿轴向并列布置的凸轮。按照本发明，按照本发明的凸轮轴的“凸轮”也理解为“零凸轮”，其不具有凸轮升程，因此通过“零凸轮”实现了内燃机由此控制的气门的零行程。为了能够同时调节内燃机气缸的两个或多个气门，按照本发明的凸轮轴的(每个)凸轮件可以具有多个并且优选两个凸轮组，所述凸轮组可以布置在轴承圈的两侧。

所述操作元件可以设计为可沿径向调节的调节销或调节针的形式，所述调节销或调节针的直径优选与所述两个导引槽的宽度或者与两个滑槽轨道适配。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，设有两个基本上相同地成型的操作元件，其中第一操作元件设置用于通过啮合到耦合区段之一内而向前地轴向移动凸轮件，并且另一个操作元件设置用于通过啮合到另一耦合区段内而向后地轴向移动凸轮件。所述凸轮件能沿轴向移动地支承在与该凸轮件结构分离的承载轴上。

本发明还涉及一种具有按照本发明的凸轮轴调节装置的内燃机。所述内燃机可以是任何具有气门切换***的发动机机组，它们使用在不同的工作机器和前进机器中。内燃机优选是汽车的内燃机。

此外，本发明涉及一种按照本发明的凸轮轴调节装置的轴向滑环。

附图说明

以下根据在附图中示出的两个实施例进一步阐释本发明。在附图中：

图1示出本发明的第一实施形式的滑槽轮形式的轴向滑环的立体图；

图2a、图2b和图2c示出图1所示的滑槽轮的不同视图；

图3示出具有图1的滑槽轮的凸轮轴的侧视图；

图4示出本发明的第二实施形式的滑槽轮形式的轴向滑环的立体图(图4a)和侧视图(图4b)；

图5a和5b以两个示意性侧视图示出用于凸轮轴调节的装置，所述示意性侧视图说明了凸轮件轴向移动的过程；并且

图6示出现有技术中的滑槽轮形式的轴向滑环的立体图。

具体实施方式

图1示出按照本发明的形式为滑槽轮的轴向滑环30，其为了形成按照本发明的装置10而抗扭地安装在用于形成凸轮轴20的承载轴上，如图3所示。轴向滑环30具有两个开设在基本上呈圆柱形的周向面内的滑槽轨道32和34。所示滑槽轨道32和34设计为控制槽的形式，所示控制槽加深地以Y的形状开设在滑槽轮的周向面内。滑槽轨道32、34分别具有啮合区段37和38，其中，两个啮合区段37、38在分支部位36处汇合为两个滑槽轨道的共同的轨道区段35。两个啮合区段轴向错移地并列延伸，并且所述共同的轨道区段35沿轴向和周向相对于两个啮合区段错移地延伸。延伸经过共同轨道区段的中线的径向平面与在远离分支部位的啮合区域中延伸经过啮合区段之一的径向平面的距离基本上相当于凸轮组23的两个并列布置在凸轮轴上的凸轮的轴向距离。

两个控制槽的深度在滑槽轨道的整个延伸长度上基本上相同。然而在共同的轨道区段的端部可以设置斜面状的顶出区段，槽深度在该区段内逐渐减小。两个滑槽轨道的形状、尤其是各控制槽的宽度和深度基本上相同。这具有的优点是，用于径向啮合在两个滑槽轨道中的操作元件50同样可以基本上相同地成型。

当形式为第一调节销52的操作元件50啮合到配属于第一滑槽轨道32的啮合区段37中并且可轴向移动地支承的轴向滑环30同时沿周向旋转时，第一调节销52朝向分支部位36导引并且导入共同的轨道区段35中。同时，由于啮合区段37与共同轨道区段35之间的轴向错移，轴向滑环沿轴向移动，这使得承载凸轮的凸轮件22沿轴向移动。

为了使轴向滑环30往回移动，形式为第二调节销54的另一操作元件50耦合到配属于第二滑槽轨道34的第二啮合区段38中。轴向滑环30的扭转使得第二调节销54朝向分支部位36导引并且导入共同的轨道区段35中。由于啮合区段38与共同轨道区段35之间的轴向错移，轴向滑环30沿轴向往回移动。

凸轮调节的这种工作方式在图5a和图5b中示意性地示出：在图5a中，第一调节销52啮合到第一啮合区段37的啮合区域中。通过凸轮轴的旋转，调节销52朝向分支部位36导引并且轴向滑环同时沿轴向移动。在图5b中，移动过程结束。

对于在耦合到共同轨道区段35中的操作元件50移出时凸轮轴反向旋转的情况，设有避让路径40，所述避让路径从分支部位出发形成共同轨道区段的延长段。换而言之，至少避让路径40的第一部分基本上沿与共同轨道区段35在分支部位36之前的最后一部分相同的方向延伸。

在图1和图2a至图2c所示的本发明的实施形式中，避让路径设计为顶出斜面42的形式，其具有从分支部位出发逐渐减小的槽深度T。斜面的上升角β(在分支部位处的槽底形成的切平面与斜面表面之间的夹角)大约为20°，这可靠地将操作元件50顶出到对应的凸轮调节件中(参见图2c，其以延伸经过避让路径的径向剖切平面示出槽底)。在图2b的侧视图中，斜面基本上呈三角形，其中，斜面侧边缘之间的夹角相当于啮合区段37、38之间从分支部位36出发的夹角α，因此斜面的宽度覆盖了两个啮合区段37、38之间的整个中间区域。

在图4中示出本发明的一种备选实施形式。所示的是具有避让路径40的轴向滑环30，其从分支部位36出发通入第一滑槽轨道32的啮合区段37内。避让路径40沿周向形成共同的轨道区段超出分支部位36的延长段。换而言之，从共同轨道区段朝向分支部位(即沿“相反的”方向)导引的操作元件50运行经过的轨道在分支部位处并不是突然地通过障碍物(如壁等)结束，而是轨道通过避让路径延续，所述避让路径最终通入啮合区段37。避让路径40的第一部分和共同轨道区段35的最后部分的方向基本上彼此一致。避让路径40可以是弯曲的，如图4所示。

在此，分支部位36的Y形轮廓成型为不对称的，其中，啮合区段37朝向分支部位36扩宽，而啮合区段38的宽度保持恒定。操作元件50由此导入啮合区段37的较宽汇合部中。

在此，操作元件50从共同轨道区段35出发接触非对称成型的Y形中心的侧壁45的倾斜角γ大于70°，因此操作元件缓和地朝向啮合区段37转向。

同样可以考虑本发明的备选实施形式。因此，操作元件50例如通过分支部位处的弹簧控制或者惯性控制的转辙器转入啮合区段之一内。

在图3中示出了固定在凸轮轴20的承载管上的具有轴向滑环30的凸轮件22。所述凸轮件22具有凸轮组23，所述凸轮组带有两个沿轴向相互邻接的具有不同凸轮高度的凸轮。轴向滑环30可以与凸轮组23一体地设计或者以单独的滑槽轮的形式固定在凸轮轴的承载轴上。在承载轴上的固定优选通过热学方法实现。

附图标记清单

10 用于凸轮轴调节的装置

20 凸轮轴

22 凸轮件

23 凸轮组

30 轴向滑环/滑槽轮

32、34 滑槽轨道

35 滑槽轨道的共同区段

36 分支部位

37、38 滑槽轨道的啮合区段

40 避让路径

42 斜面

45 导引槽的侧壁

50 操作元件

52 第一调节销

54 第二调节销

130 轴向滑环

132、134 滑槽轨道

135 共同区段

136 分支部位

137、138 啮合区段

α 分支部位处的啮合区段之间的夹角

β 斜面的上升角

γ 操作元件在侧壁上的倾斜角

Claims (23)

1.一种用于对内燃机的凸轮轴(20)进行调节的装置(10)，所述凸轮轴具有至少一个抗扭地布置在其上的凸轮件(22)和带两个滑槽轨道(32、34)的轴向滑环(30)，所述滑槽轨道分别以开设在凸轮轴周向面内的控制槽的形式构成，其中，所述两个滑槽轨道(32、34)的形状和走向在共同的轨道区段(35)内重合，所述共同的轨道区段(35)在分支部位(36)处过渡为两个分别属于所述两个滑槽轨道之一的沿轴向并列延伸的啮合区段(37、38)，并且所述装置具有至少一个能相对于凸轮轴沿径向耦合到轴向滑环(30)中的操作元件(50)，用于沿轴向(A)移动凸轮件，

其特征在于，

所述分支部位(36)设计为，使得在凸轮轴与规定的旋转方向相反地反向旋转时从所述共同的轨道区段(35)出发朝向分支部位(36)导引的操作元件(50)导入避让路径(40)中，所述避让路径形成所述共同的轨道区段(35)超出分支部位(36)的延长段。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个啮合区段(37、38)和所述共同的轨道区段(35)在分支部位处Y形地汇合，其中，所述两个啮合区段在分支部位(36)处彼此形成锐角(α)。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个啮合区段在分支部位(36)处彼此形成小于20°的角。

4.按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个啮合区段在分支部位(36)处彼此形成小于10°的角。

5.按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个啮合区段在分支部位(36)处彼此形成5°或者更小的角。

6.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述避让路径(40)在所述两个滑槽轨道的啮合区段(37、38)之间延伸。

7.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述避让路径(40)以斜面(42)的形式构成，所述斜面具有从分支部位(36)出发逐渐减小的槽深度(T)。

8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述斜面的斜率设置为，使得通过所述斜面(42)导引的操作元件在发动机运行时沿径向被顶出所述轴向滑环(30)。

9.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述斜面(42)相对于在分支部位(36)处的槽底上形成的切平面的上升角(β)大于10°并且小于30°。

10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述斜面(42)相对于在分支部位(36)处的槽底上形成的切平面的上升角(β)为20°。

11.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个滑槽轨道(32、34)基本上围绕作为镜面反射平面的径向平面对称地延伸。

12.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述避让路径(40)通入其中一个啮合区段(37)内。

13.按权利要求12所述的装置，其特征在于，避让路径(40)具有弹簧控制或惯性控制的转辙器，所述转辙器使操作元件回到所述啮合区段之一内。

14.按权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述避让路径(40)设置为，使得导入避让路径中的操作元件以大于70°并且小于88°的倾斜角(γ)接触侧壁(45)并且由此进入啮合区段之一(37)内。

15.按权利要求14所述的装置，其特征在于，所述避让路径(40)设置为，使得导入避让路径中的操作元件以大于80°并且小于88°的倾斜角(γ)接触侧壁(45)并且由此进入啮合区段之一(37)内。

16.按权利要求12所述的装置，其特征在于，所述分支部位这样非对称地成型，使得延伸通过所述共同的轨道区段(35)的轴向中线(M)的径向平面与正好一个啮合区段(37)的侧壁(45)相交。

17.按权利要求12所述的装置，其特征在于，所述啮合区段之一(37)朝向分支部位(36)扩宽。

18.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸轮件(22)具有至少一个凸轮组(23)，所述至少一个凸轮组(23)具有至少两个沿轴向并列布置的凸轮。

19.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述操作元件(50)是沿径向突出的调节销，所述调节销的直径与所述两个滑槽轨道的宽度适配。

20.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设有两个基本上相同地成型的操作元件(52、54)，其中第一操作元件(52)设置用于通过啮合到啮合区段之一(37)内而向前地轴向移动凸轮件，并且另一个操作元件(54)设置用于通过啮合到另一啮合区段(38)内而向后地轴向移动凸轮件。

21.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凸轮件(22)能沿轴向移动地支承在与该凸轮件结构分离的承载轴上。

22.一种具有按前述权利要求之一所述的装置的内燃机。

23.一种用于按权利要求1至21之一所述的装置的轴向滑环。