CN104603404A - 同心凸轮轴总成 - Google Patents

Abstract

一种凸轮轴总成，包括一个外轴、一个容纳在外轴中的内轴和一个包围内轴的轴衬，轴衬具有一个外表面，所述外表面具有至少一个沿轴衬长度方向延伸至少一部分的纵向凹槽，其中，纵向凹槽与外轴配合限定出一个流体通道。

Description

同心凸轮轴总成

交叉引用的相关申请

本申请要求申请号为61/701,146、申请日为2012年9月14日的美国临时申请的优先权，其被全文引用。

背景技术

凸轮轴相位调整装置通过选择行地加快或减慢凸轮轴上的至少一个凸角的位置变化来选择性地调整内燃机的气门正时，由此，可以使阀在内燃循环中的运动出现的较早或较晚。例如，内燃机可以更高效地运行，或者当气门正时加快时(即阀在内燃循环中较早移动时)，内燃机可以在相应的运行条件下高效地运行。此外，内燃机也可以在气门正时减速的运行条件下(即，阀在内燃循环中较晚移动时)高效地运行。通过调整凸轮轴上的至少一个凸角的位置可以使内燃机节省燃油、加大扭矩、减少排放。

凸轮轴相位调整装置可以选择性地定位于完全加速至完全减速范围内的至少两个不同的调速位置。在发动机运行期间，一些***利用发动机运行产生的油压来选择性地驱动相位调整装置。这些***依赖于油压来保持凸轮位置以及气阀的定时。因此，当发动机停止运行并且失去油压时，凸轮相位调整装置就不会停在调速范围内的任一个端值，即，完全加速和完全减速位置。当发动机再次启动时，阀门会在默认位置持续至少很短的时间，直到发动机油压升高到足够大，从而允许使用相位调整***。但是，这会导致不理想的启动条件。更具体地，当发动机启动时，尤其是低温启动时，非常期望凸轮轴位于完全加速和完全减速之间的一个位置。这里尽量获得一个中间位置，但是，一种建议的***是复杂的，而且仍然需要一个凸轮相位调整***，该凸轮相位调整***可以在失去油压时完全控制凸轮的相位调整，例如在发动机启动过程中。而且，用于气门相位调整***的、液压驱动的凸轮轴需要一个或多个流体通道来提供液压，以便选择性地加快或减慢凸轮凸角的定时。已知的该凸轮轴依赖于流体通道，流体通道是在轴中或凸轮相位调整装置的其他部件上机械加工成型。在这些部件中成型所述通道既浪费时间又不经济。

因此，这里需要一种能解决上述问题的、用于不同气门正时***的凸轮轴总成。

附图说明

图1A示出了代表凸轮轴总成的第一个代表图解的部分剖面图，其具有限定了部分流体通道的轴衬。

图1B示出了图1A中的锁销的细部构造。

图2示出了凸轮轴总成的第二实施例的部分剖面图，其具有一个由凸轮轴总成限定的交替的流体通道。

图3示除了图1A中的油轴衬的横截面端部视图，油轴衬设置于凸轮轴总成的内轴和外轴之间的环形空腔中。

图4示出了图1A中的油轴衬的透视图。

图5A示出了要安装在凸轮轴总成的内轴上的图1A中的轴衬。

图5B示出了位于凸轮轴总成的内轴上的图1A中的轴衬。

图5C示出了位于凸轮轴总成的内轴上的图1A中的轴衬，其压靠在凸轮轴总成的内轴上用于***凸轮轴总成的外轴。

图6示出了组装图1A的油轴衬的代表方法。

具体实施方式

参考下面的说明书和附图来详细说明***和方法。尽管附图说明了一些可能的方法，但附图并非按比例绘制，并且某些特征会被放大、删除或部分显示，以便更好地描述和解释本发明。而且，这里的说明并非是穷举，也不是将权利要求限定或限制在附图和下面的说明中的具体形式或结构。

这里描述了凸轮轴和气门机构的几个不同的实施例，他们可用来调整凸轮轴总成的至少一个凸轮凸角的不同相位。更具体地，凸轮凸角与一个或多个进气阀或排气阀连通，并且可以通过凸轮轴的转动来选择地驱动所述阀。凸轮凸角可以在完全加速和完全减速位置之间调整。而且，可以设置一个锁销来将凸轮凸角锁定在完全加速和完全减慢位置之间的中间位置。

一种包括有凸轮轴总成(例如，“凸轮套凸轮”的凸轮轴)的***，该***包括有一个内轴和一个外轴。内轴限定出一个或多个凸轮轴凸角，所述凸角可以选择性地固定在内轴上，以允许凸角进行相位调整，即，相对于内轴可转动地调节。外轴限定出一个或多个凸角，所述凸角固定在外轴上。

凸轮轴总成可以具有一个分体凸角，其本身固定在内轴或外轴上，其驱动凸轮从动件。凸轮从动件可以直接驱动气阀。凸轮从动件可以驱动液压阀驱动***，例如“UniAir”***。液压阀驱动***可以选择性地驱动位于同一缸体上的控制阀。而且，液压阀驱动***可以调节由其驱动的气阀的持续时间和/或提升。在一个实施方式中，液压阀驱动***使用一个油箱打开或关闭控制阀，所述油箱可以打开或关闭螺线管。

图1A和2示出了凸轮轴总成的另外一种实施方式。凸轮轴总成可以包括一个内轴110和一个外轴112。凸轮轴总成100限定了两个液压通道138、140，所述通道分别选择性地加快或减慢与凸轮轴总成100相应的至少一个凸轮凸角(未示出)的正时。设置一个锁销130来选择性地将外轴120与内轴110锁定以共同旋转。一个第三液压通道穿过凸轮轴总成100进入与锁销130相邻的油箱132。第三液压通道设置为选择性地驱动锁销130在预期的位置。

凸轮轴总成100可以具有一个中心螺栓114，该螺栓纵向延伸过内轴110的一部分。一个环形的空腔142限定在内轴110和外轴112之间的纵向部分。一个径向轴承116可以选择性地环绕或转动地支撑外轴112的纵向的一部分。汽缸盖总成118与径向轴承116临近。汽缸盖总成118限定了多个液压孔120、122、124，这些孔延伸穿过径向轴承116和外轴112。

凸轮轴总成100的内轴110和外轴112都限定了一个或多个凸轮轴凸角(未示出)。凸角通过内轴110和外轴112的转动驱动发动机气门(未示出)。由内轴110限定的凸角可以选择性地固定在内轴110上以允许凸角的“相位调整”，即，相对于外轴110转动地调整。由外轴112限定的凸角可以固定在外轴112上。

凸轮轴总成100限定了多个液压通道。例如，第一液压通道138和第二液压通道140可以选择性地加快或减慢与凸轮轴总成100相应的至少一个凸角的正时。而且，一个如下面将要描述的第三液压通道可以选择性地驱动锁销130，所述锁销130可以选择性地将外轴112锁定在内轴110上。

第一液压通道、第二液压通道和第三液压通道分别具有第一通道进口122、第二通道进口124和第三通道进口120。第一通道进口122可以流体连接到第一流体通道144和第一液压通道138。第二通道进口124可以流体连接到第二流体通道146和第二液压通道140。第三通道进口120可以流体连接到第三流体通道156。

第三流体通道156可以与锁销130流体连通，以便于锁销130的移动。相应地，锁销130可以选择性地锁定外轴112，以使外轴112与内轴110共同转动。例如，在一个示例中，第三通道进口120和第三流体通道156可通过第三液压通道136与锁销130流体连接，所述第三液压通道136限定在轴衬128和外轴112的内表面之间，如图所示。在一个示例中，第三通道进口120和第三流体通道156可以通过第三液压通道135与锁销130流体连接，所述第三液压通道135部分限定在外轴112的外表面，如图2所示。

第三通道进口120距离凸轮轴总成100的一个端部最近。凸轮轴总成100可以进一步包括一个链轮134，所述链轮134选择性地接收锁销130，链轮134位于或临近凸轮轴总成100的一个端部。相应地，第三通道进口120可以相比于第一通道进口122和第二通道进口124更靠近链轮134。链轮134可以限定至少部分第三液压通道。

内轴110和外轴112在内轴110的外壁111和外轴112的内壁117之间的纵向部分限定出环形空腔142。如图3所示。当内轴110容纳在外轴112中时，环形空腔142选择性的包围了内轴110的纵向的一部分。而且，第一液压通道138的一部分由环形空腔142限定。

如上所述，图1A示出了一个轴衬128，该轴衬128位于内轴110和外轴112之间具有环形空腔142的纵向部分。当轴衬128设置在环形空腔142中时，从第一流体通道144流入第一液压通道138中的流体可以在轴衬128(图3所示)的内表面148和内轴110的外表面111之间传递到凸轮轴总成100的一个端部。由此，第三液压通道136中的流体与第一液压通道138中的流体彼此隔离。第一流体通道144由外轴112和径向轴承116限定，并从汽缸盖总成118延伸到环形空腔142，由此与第一液压通道138流体连接。

因此，如图3所示，轴衬128与外轴112的内表面117配合将位于内轴110的外表面111和外轴112的内表面117之间的环形部分111分成两个彼此分离的液压通道，即，第一液压通道138和第三液压通道136，如图1A所示。而且，如图3所示，轴衬128的外表面具有多个凹坑115，这些凹坑115在轴衬128的至少部分周界上彼此分离设置。一个或多个凹坑115与外轴112的内表面117配合形成第三液压通道136。可选择的，多个凹坑115用来限定分离的液压通道。

第二液压通道140位于内轴110和中心螺栓114之间。第二液压通道140通过第二流体通道146与汽缸盖总成118流体连接，第二流体通道146径向延伸穿过径向轴承116和外轴112。位于第一液压通道138或第二液压通道140中的液压油可用来提高至少一部分凸轮轴100的凸角的速度，而位于另外一个通道中的液压油可以用来减慢至少一部分凸轮轴100的凸角的速度。

第三液压通道从汽缸盖总成118开始延伸，穿过径向轴承116，进入与锁销130相邻的油箱132。如图1B所示，第三液压通道设置为选择性地驱动锁销130，由此将锁销130移动至期望的位置。这样，锁销130可以将内轴110和外轴112一起锁定在中间的位置，即，完全加速和完全减速的位置。第三液压通道还可以具有一个密封环154，其设置在径向轴承116中与锁销油通道120相反的一侧。

在图1A所示的第一实施例中，第三液压通道136在油轴衬128和外轴112的内表面之间延伸。油轴衬128位于内轴110和外轴112之间具有环形空腔142的纵向部分。油轴衬128具有至少一个凹槽152。凹槽152与外轴112的内表面117配合限定出第三液压油通道136的一部分。第三流体通道156还可以具有密封环154，密封环154设置在径向轴承116中与第三流体通道156相反的一侧。

在图2所示的第二实施例中，第三液压通道延伸穿过径向轴承116，径向轴承116转动地支撑凸轮轴总成。第三液压通道135限定在径向轴承116和外轴112之间。第三液压通道156还可以具有密封环154，密封环154其设置在径向轴承116中与第三流体通道156相反的一侧。

锁销130在发动机油压下运行。因此，油通常会包围锁销130。油箱132靠近锁销，可以驱动锁销130。油通过第三液压通道从汽缸盖总成118进入油箱132。

锁销130可以用来将至少一部分凸轮凸角锁定在任意期望的位置。例如，凸角可以锁定在完全加速和完全减速之间的位置。锁定位置可以是完全加速和完全减慢位置之间的任意位置，包括端部位置，即，完全加速位置和完全减慢位置。仅仅作为示例，一个锁定位置位于完全加速位置。

此外，虽然仅示出了一个锁定位置，但可以设置多个锁定位置。例如，设置多个锁销容纳腔，例如，设置在链轮134中，以接收锁销130。相应地，也可以设置多个锁定位置，例如，在特定运行条件下将凸轮轴帮助选择锁定在多个相关位置。

如图3所示，油轴衬128设置在内轴110和外轴112之间具有环形空腔142的部分。油轴衬128具有一个内表面148和一个外表面150。轴衬128通常为C形，其具有至少一个纵向凹槽152，该凹槽朝向C形的中心延伸，如图4所示。每个纵向凹槽152具有一个相应于轴衬128的内表面148的内表面和一个相应于轴衬128的外表面150的外表面。在一个示例中，凹槽152并非延伸至轴衬128的端部，而是延伸至距离轴衬128的端部一定距离的位置。换句话说，在该示例中，凹槽152没有沿轴衬128全长延伸。

每个凹槽152都允许油箱132流体连接到汽缸盖总成118。锁销130被油或液压流体驱动，所述流体通过通道156与油箱132和汽缸盖总成118流体连接，通道156由径向轴承116和外轴112限定，通过在凹槽152的外表面150和外轴112的内径之间的通道136限定，和一个设置在链轮134中的通道158，并流体连接到油箱。

所述至少一个凹槽152限定了第三液压通道136的一部分。当轴衬128设置在环形空腔142中时，轴衬128的每一个凹槽152都沿内轴110的外径纵向部分延伸，由此在内轴110的外径和凹槽152的内表面148之间沿环形空腔142限定出至少一个纵向空腔。

油或液压流体也可以通过径向轴承116中的通道114和位于内轴110与外轴112之间的环形空腔142将汽缸盖总成118与纵向通道138流体连接，其中，纵向通道138限定在内轴110的内径和轴衬128的内表面148之间。

轴衬128具有一个长度L，可以选择性地沿内轴110沿伸一个长度L。位于内表面148和外表面150之间的轴衬128的厚度可以小于位于内轴110和外轴112之间的环形空腔142的径向厚度。当轴衬128组装并且设置于凸轮轴总成100中时，轴衬128的部分外表面150不具有凹槽152，可能会邻接外轴112的内径。与凹槽152延伸长度对应的轴衬128的部分内表面148可以邻接内轴110的外径。轴衬128中的纵向凹槽152的内表面148与内轴110的外表面配合，在内轴110和轴衬128的内表面148之间限定出至少一个纵向通道，流体可以在该通道中流动。流体可以在轴衬128的至少部分内表面148和内轴110的外径之间流动。

油轴衬128可以由高弹性材料成型，这样当内轴110和外轴112组装在一起时，油轴衬128可以压在内轴110上，并使其形状与内轴110和外轴112之间的环形空腔142一致。仅作为示例，轴衬128可以是金属或塑料。在一个实施例中，轴衬128的材料为金属，其由钢材冲压成型。在另一个示例中，轴衬128由塑料模制成型。轴衬128的不具有个凹槽152的外表面150可以邻接外轴110的内径。

至少一个密封环154设置在径向轴承116上。密封环154在径向轴承116的径向表面和汽缸盖总成118之间延伸。所述至少一个密封环154还可以具有至少一个通道156的一部分。

为了将油轴衬128组装在凸轮轴总成100上，油轴衬128设置在内轴110上的步骤可以先于内轴110设置在外轴112上的步骤。轴衬128可以纵向滑入内轴110。可替换地，通常为C形的轴衬128的开口侧可以临近内轴110，如图5A所示，轴衬128可以朝向内轴110径向压入图5B所示位置。轴衬128具有足够的弹性，以便于其可以临时扩张到合适的尺寸，来使轴衬128的开口部分径向上适合内轴110的直径，而且当轴衬128安装在内轴110上之后，其可以恢复到原始尺寸。

为了将内轴110***外轴112的内径限定的圆形孔中，轴衬128被压缩，以便于其内表面148的至少一部分邻接内轴110的外径，如图5C所示。邻接内轴110压缩轴衬128可以更好地使其适合于内轴110和外轴112之间的环形空腔142尺寸。一旦轴衬128入位内轴110并压缩抵靠内轴110，内轴110可以***由外轴112限定的气缸盖。一旦轴衬128至少部分入位，可以松开对于轴衬128的压缩，允许其外表面150抵靠在外轴112的内径上。与至少一个中的每一个凹槽152相关联的内表面148的部分围绕内轴110的外径。当凸轮轴128完全入位时，其中一个凹槽延伸足够的距离，从而流体连接流体通道156和通道158，由此，将汽缸盖总成118与油箱132流体连接，油箱132邻近于锁销130。

图6是轴衬典型制作方法的流程图。在示例性的说明中，轴衬用来限定凸轮轴总成的流体通道的一部分。步骤600从程序601开始，提供一个具有内轴、外轴和一个位于内、外轴之间的环形空腔。内轴和外轴具有至少一个凸角，并且内轴和外轴可以彼此相对转动。

到步骤602，具有至少一个纵向槽的轴衬可以设置在内轴上。所述轴衬的至少一个纵向槽没有延伸到轴衬的任意端部，而是延伸至距离轴衬端部一定距离处。轴衬可以具有一个内表面和一个外表面，并且为C形。轴衬可以是弹性材料，并且***内轴的纵向部分上。具有轴衬的内轴可以***外轴上。将轴衬朝着内轴方向压缩，以使其适合于内、外轴之间的环形空腔。所述轴衬的至少一个纵向槽具有一个外表面，其与轴衬的外表面一致。步骤600进行到步骤603。

在步骤603，所述轴衬的至少一个纵向槽的外表面与外轴的内径配合来限定第一流体通道。流体通道与油箱流体连接，油箱与锁销相邻，并与汽缸盖总成流体连接。由此，流体通道允许锁销与汽缸盖总成流体连接。

在步骤604，轴衬的内表面与内轴配合限定至少一个流体通道。第二流体通道中的液压流体和油允许内轴相对于外轴设置在加速或减慢位置。最后，步骤605，锁销被由轴衬的至少一个纵向凹槽的外表面和外轴限定的通道内流体驱动。锁销将内轴锁定在一个相对于外轴的某个位置上。

具有至少一个纵向凹槽的油轴衬(其具有一个从曲柄凸轴导向与锁销相邻的油箱的油道)的加工相比于在径向轴承和凸轮轴中加工用于锁销液压操作的通道更简单。可以降低加工费用，并且减少生产凸轮轴总成时的机械加工。该方法加工步骤少。使用具有至少一个纵向凹槽的轴衬还可以缩短生产凸轮轴总成的时间。

关于这里所述的步骤、***、方法、推论，应该明白，尽管这里描述的方法步骤具有一定的顺序，但是还可以按照其他顺序实施。还应该明白，一些步骤可以同时进行，在附加其他步骤，或者省略其他步骤。换句话说，这里所述的方法仅用于示例性说明的目的，并非对本发明的限定。

因此，应该理解，上述说明是示意性的，并非限定性的。根据上述说明可以提供多个实施例和应用。可以预期在所述领域中可以进一步改进，所公开的***和方法包括将来的实施方式。总之，应该明白，本发明可以改进或变形。

权利要求中使用的术语用来表示最大可能的结构，其表示本领域技术人员通常理解的含义，除非其有相反教导。优选的，冠词的使用，例如“一个”、“这个”、“所述”用于限定一个或多个部件，除非权利要求给了相反的限定。

Claims (20)

1.一种凸轮轴总成，包括一个外轴、一个容纳在外轴中的内轴和一个包围内轴的轴衬，轴衬具有一个外表面，所述外表面具有至少一个沿轴衬长度方向延伸至少一部分的纵向凹槽，其中，纵向凹槽与外轴配合限定出一个流体通道。

2.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，轴衬具有一个内表面，轴衬的内表面与内轴配合限定出一个空腔，所述空腔允许流体沿轴衬的内表面流动。

3.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，所述轴衬具有一个第一端部和第二端部，所述至少一个纵向凹槽具有一个第一端部和一个第二端部，凹槽的第一端部与轴衬的第一端部在纵向上彼此分离，凹槽的第二端部与轴衬的第二端部在纵向上彼此分离。

4.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，所述凹槽在其彼此相对的两个端部中间的位置具有一定的深度，至少一个端部在轴衬的外表面与凹槽的中间部分之间具有一个过渡面。

5.权利要求4所述的轴衬，其特征在于，所述过渡面具有一个从中间部分的底部向轴衬外表面延伸的倾斜表面。

6.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，流体通道与用来驱动锁销的油箱彼此流体连通。

7.权利要求6所述的轴衬，其特征在于，锁销将内轴和外轴锁定在一起，防止内轴和外轴之间的相对转动。

8.权利要求6所述的轴衬，其特征在于，还包括一个径向轴承，所述径向轴承可转动地支撑外轴的纵向部分，其中，径向轴承具有部分流体通道，该流体通道与凹槽中的流体通道彼此流体连通。

9.权利要求8所述的轴衬，其特征在于，还包括一个汽缸盖总成，外轴具有部分流体通道，该部分流体通道径向延伸穿过外轴，该外轴的部分流体通道与汽缸盖总成彼此流体连通。

10.权利要求9所述的轴衬，其特征在于，与锁销相邻的油箱通过所述至少一个凹槽中的流体通道与汽缸盖总成流体连通。

11.权利要求9所述的轴衬，其特征在于，还包括至少一个设置在径向轴承上的密封环，所述至少一个密封环具有流体通道。

12.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，所述轴衬为C形。

13.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，轴衬为弹性材料。

14.权利要求1所述的轴衬，其特征在于，轴衬具有一定厚度，轴衬厚度小于内轴外径与外轴内径之间的径向距离。

15.一种方法，包括以下步骤：

设置一个凸轮轴总成，其包括一个外轴和一个内轴，外轴和内轴在彼此之间限定出一个环形空腔；

将油轴衬设置在环形空腔中，所述轴衬具有至少一个纵向凹槽；

在所述的至少一个纵向凹槽中设置流体通道。

16.权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在与所述的至少一个纵向凹槽相应的外轴的内表面上设置部分流体通道。

17.权利要求16所述的方法，其特征在于，所述轴衬还具有一个第二流体通道，该流体通道位于轴衬的内表面与内轴的外表面之间。

18.权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括设置一个锁销，该锁销有选择地将内轴与外轴锁定在一起来共同转动，所述至少一个纵向凹槽中的部分流体通道与锁销流体连通。

19.权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括用弹性材料成型轴衬。

20.权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括安置一个具有一定厚度的轴衬，其厚度小于内轴外径与外轴内径之间的径向距离。