CN109996936B - 用于内燃机的凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的凸轮轴(10)，包含基轴(12)，其具有建构为外齿部的第一齿部(20)，并且包含至少一个设于所述基轴(12)上的凸轮元件(14)，其具有建构为内齿部的第二齿部(16)，能够沿轴向相对基轴(12)移动，并且通过齿部(20、26)以不能相对转动的方式与基轴(12)连接，其中所述齿部(20、26)中的至少一个具有齿(22、28)，其齿宽(B)沿基轴(12)的轴向改变。

Description

用于内燃机的凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种用于特别是汽车的内燃机的凸轮轴。
背景技术
例如已由DE 10 2009 022 657 A1已知这种用于特别是汽车的内燃机的凸轮轴。其中该凸轮轴包括基轴，其具有建构为外齿部的第一齿部。该凸轮轴还包括至少一个设于该基轴上的凸轮元件，其具有建构为内齿部的第二齿部。该凸轮元件能够沿轴向相对基轴移动，并且通过这些齿部以不能相对转动的方式与基轴连接，从而例如能够通过齿部在凸轮元件与基轴之间传递转矩。该基轴例如是驱动轴，其用于对例如用作输出轴的凸轮元件进行驱动。特别是使用凸轮元件来操纵内燃机的至少一个换气阀，尤其是将其开启。
此外，EP 0 606 820 B1揭示过一种针对至少一个在冷却管内延伸的应力元件的夹紧锚定装置，包含支撑在建筑物部分上的锚定板。
发明内容
本发明的目的是对本文开篇所述类型的凸轮轴作进一步改进，从而实现特别有利的噪声特性。
本发明用以达成上述目的的解决方案为具有下述特征的一种凸轮轴。本发明的有利设计方案和有益改进方案参阅其余技术方案。
为了对在背景技术中给出的类型的凸轮轴作进一步改进，从而实现别有利的噪声特性，根据本发明，所述齿部中的至少一个具有若干齿，其特别是沿基轴的周向延伸的齿宽沿基轴的轴向改变。这样便能在所述凸轮元件相对基轴的至少一个位置中对齿部之间的啮合间隙至少加以限制，从而与传统的凸轮轴相比大幅减少非期望的啮合噪声的产生。同时能够实现齿部以及凸轮元件的足够的可动性，使得凸轮元件能够相对基轴沿轴向移动。
其中本发明特别是基于以下认识：对于凸轮元件相对基轴的这个移动而言通常需要最小间隙，其通常通过齿部之间的啮合间隙加以确保。此外，特别是会出现制造相关的公差，即所谓的制造公差，其使得啮合间隙进一步增大。已为人所知的是，啮合间隙会按指数影响凸轮轴的声学特性，故在啮合间隙过大的情况下可能会出现非期望的含脉冲的噪声。借助本发明的凸轮轴能够避免这类非期望的含脉冲的噪声，因为在同时实现凸轮元件相对基轴的可移动性的情况下，特别是在凸轮元件相对基轴的至少一个位置中能够将啮合间隙保持在特别小的水平。
所述凸轮元件例如能够在至少两个位置之间相对所述基轴移动，进而能够沿基轴的轴向相对这个基轴平移运动。这些位置优选为极限位置或者端位，其中凸轮元件能够相对基轴轴向移入各端位，但不能超出端位移动。通过变化的齿宽，能够至少在端位中将啮合间隙保持在特别小的水平，且同时确保凸轮元件相对基轴的可移动性，从而实现凸轮轴的特别有利的功能和特别有利的噪声特性。
附图说明
本发明的更多优点、特征和细节参阅下文对优选实施例的说明以及附图。在本发明范围内，前述的特征和特征组合以及下文将在附图描述中提及和/或附图中单独示出的特征和特征组合既可以本案所给出的方式进行组合，也可按其他方式组合应用或单独应用。
图1为为本发明的用于内燃机的凸轮轴的示意性透视图；
图2局部示出凸轮轴的基轴的示意性透视图；
图3局部示出基轴的齿的示意性俯视图；以及
图4为局部示出基轴的示意性剖视图以及凸轮轴的凸轮元件的示意性俯视图，其中在图4中示出凸轮元件的两个位置。
在附图中，相同或功能相同的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1为整体用10表示的用于汽车的内燃机的凸轮轴的示意性透视图，该汽车例如可以借助内燃机驱动。其中，所述内燃机建构为往复式内燃机，并且具有至少一个建构为气缸的燃烧室，其对应至少一个换气阀。所述燃烧室特别是对应数个换气阀，其中的至少一个换气阀建构为进入阀，且另一换气阀建构为排出阀。借助这些换气阀对气缸的所谓换气进行控制。下面以这些换气阀中的一个为例对凸轮轴10进行说明，其中前文及后文就其中一个换气阀所作的描述也适用于可能的其他换气阀。
使用凸轮轴10来操纵所述换气阀，即开启换气阀。其中，换气阀以可平移运动的方式保持在内燃机的气缸头上，其中换气阀能够在一个闭合位置与至少两个互不相同的开启位置之间相对气缸头平移运动。其中，使用凸轮轴10来使换气阀从闭合位置移入各开启位置。为此，凸轮轴10包括基轴12，其也称作法兰轴或者驱动轴。凸轮轴10还包括至少一个凸轮元件14，其也称作凸轮轴套，并且例如是输出轴或用作凸轮轴10的输出轴。
在换气阀从闭合位置移入开启位置中的第一个的过程中，换气阀实施第一冲程。在换气阀从闭合位置移入第二开启位置的过程中，换气阀实施比第一冲程更大的第二冲程，故第一开启位置例如设置在闭合位置与第二开启位置之间。其中，使用凸轮轴10来在换气阀的冲程之间切换，从而例如在阀门冲程切换***中使用凸轮轴10。这个在冲程之间的切换也称作冲程切换，并且在各阀门冲程切换操作的范围内进行。
其中，在图1中以透明方式示出的凸轮元件14设置在基轴12上，并且能够沿基轴12的轴向相对这个基轴在至少两个互不相同的位置之间平移运动，即能够移动。在内燃机完全制造完毕后，凸轮轴10以可围绕一个旋转轴相对气缸头旋转的方式支承在所述气缸头上。其中，所述内燃机包括至少一个例如建构为曲轴的输出轴，其以可围绕第二旋转轴相对另一壳体元件旋转的方式支承在所述另一壳体元件上。其中，这些旋转轴例如至少大体相互平行延伸。其中，凸轮轴10、特别是基轴12特别是能够通过驱动***被输出轴驱动。所述驱动***例如是牵引传动装置，其可建构为带传动装置或者链传动装置。所述驱动***还可以是齿轮传动装置。
凸轮元件14例如具有第一凸轮16，以及沿凸轮元件14的轴向且进而沿基轴12的轴向跟随凸轮16的第二凸轮18。所述换气阀是可借助各凸轮16或18操纵，其中借助凸轮16例如能够实现第一冲程以及第一开启位置，且借助第二凸轮18能够实现第二冲程以及第二开启位置。其中，换气阀例如是可至少间接地借助各凸轮16或18操纵，其中，换气阀例如是可通过图中未详细绘示的操纵元件借助各凸轮16或18操纵。所述操纵元件例如是挺柱或者凸轮从动件/气门摇臂。
为了实现第一冲程，且进而实现换气阀的第一开启位置，例如使得凸轮元件14移入所述位置中的第一个。在所述第一位置中，换气阀是可借助第一凸轮16操纵，其中在该第一位置中不会发生通过凸轮18对换气阀的操纵。为了实现第二冲程，例如使得凸轮元件14移入第二位置。在所述第二位置中，换气阀是可借助第二凸轮18操纵，其中在该第二位置中不会发生通过第一凸轮16对换气阀的操纵。这些位置均是极限位置或者端位，故凸轮元件14能够沿基轴12的轴向相对这个基轴移入端位，但不能超出端位移动。这样一来，凸轮元件14以可轴向移动的方式支承在基轴12上。
为了借助各凸轮16或18操纵换气阀，使得凸轮元件14围绕第一旋转轴相对换气阀或相对操纵元件旋转。为此，通过基轴12对凸轮元件14进行驱动，借此使所述凸轮元件围绕第一旋转轴旋转。为了实现这一点，基轴12具有至少一个可从图2特别清楚地识别出的第一齿部20，其建构为外齿部。所述外齿部具有数个沿基轴12的周向相继并相互间隔一定距离设置的第一齿22，在这些齿之间设有第一齿部20的齿槽24。
结合图4能够特别清楚地看出，凸轮元件14具有第二齿部26，其建构为内齿部，并且包括数个沿基轴12的周向、进而沿凸轮元件14的周向相继并相互间隔一定距离设置的齿28。此外，齿部26也包括设于第二齿28之间的齿槽30。在凸轮轴10完全制造完毕后，齿部20与26相互啮合，使得齿22卡入齿槽30且齿28卡入齿槽24。这样一来，凸轮元件14便通过齿部20和26以不能相对转动的方式与基轴12连接，从而能够通过齿部20和26在凸轮元件14与基轴12之间传递转矩，特别是从基轴12传递至凸轮元件14。故凸轮元件14能够被驱动，且进而围绕第一旋转轴旋转。
图4示出两个位置，凸轮元件14能够相对基轴12移入这些位置。第一位置用S1表示，其中第二位置用S2表示。由于在第一位置S1中实现小于第二冲程的第一冲程，也将该第一位置称作短冲程位置，并且也将第一冲程称作短冲程(NH)。与此对应地，将第二位置S2称作长冲程位置，并且将第二冲程称作长冲程(HH)。在图3和图4中以双向箭头32示出移动行程，其为在使凸轮元件14沿基轴12的轴向相对这个基轴移动，以使凸轮元件14从端位移至端位时的行程。故位置S1和S2为凸轮元件14能够相对基轴12移入的操作位置或切换位置。
为了实现凸轮轴10的且进而实现汽车内燃机整体的特别有利的噪声特性，齿部20的齿22和/或齿部26的齿28具有各一特别是沿基轴12或凸轮元件14的周向的齿宽，其也称作宽度，并且沿基轴12的轴向、进而沿凸轮元件14的轴向改变。图3以俯视图示出齿22中的一个。如图3所示的齿22的宽度在图3中用B表示，故从图3可以特别清楚地看出，宽度B或其值沿基轴12的轴向且进而沿齿22的纵向延伸方向改变。前文及后文就齿22和齿部20所作的描述也适用于齿28和齿部26，反之亦然。
从图3可以特别清楚地看出，各齿22例如建构为喇叭状齿，故齿部20例如建构为喇叭状齿部。其中，齿22具有至少一个沿轴向楔状扩展的纵向区域L。齿22还具有第一分区34和沿轴向跟随第一分区34的第二分区36，其中分区34与36例如均是齿22的纵向区域。在第一分区34内，宽度B具有第一值，其中宽度B在第二分区36内具有大于该第一值的第二值。该第二值例如比第一值大10微米，故齿22在第二分区36内比在第一分区34内更宽。各分区34或36为接触区域，故分区34例如为第一接触区域，且分区36例如为第二接触区域。其中，在所述接触区域内设有各接触点38和40，齿部20与26在相应的端位中在这些接触点上发生相互接触。其中，齿部20与26例如在第一位置S1中通过所述第一接触区域发生相互接触，以及在第二位置S2中通过所述第二接触区域发生相互接触，其中齿部20与26例如在第一位置S1中不通过第二接触区域发生相互接触，并且在第二位置S2中不通过第一接触区域发生相互接触。
这样一来，针对凸轮轴10就端位而言实现接触区域的分隔，使得第一接触区域例如为短冲程区域，且第二接触区域例如为长冲程区域。这样便能在端位中将齿部20与26之间的啮合间隙保持在特别小的水平，从而防止产生非期望的噪声。所述端位是所谓的啮合端位，齿部20和26停留在这些端位中。通过变化的宽度B，能够同时确保足够用于凸轮元件14相对基轴12的移动的啮合间隙，使得凸轮元件14能够相对基轴12移动。换言之，借助喇叭状齿部，一方面能够将端位中的啮合间隙保持在特别小的水平，另一方面能够实现足够用于移动操作的啮合间隙，使得凸轮元件14能够以有利并且特别是低摩擦的方式相对基轴12移动。
宽度B在分区36内的值大于在分区34内的值，故与分区34相比在分区36内实现齿厚增大。此外，与齿22的至少一个紧随分区34、不同于分区34及36、并且例如沿轴向设于分区34与36之间的第三分区相比，宽度B在分区34内具有更大的值，故与该第三分区相比在分区34和36内实现齿厚增大。这样便能在端位中将齿部20与26之间的啮合间隙保持在特别小的水平，从而特别是在端位中防止产生非期望的噪声。
附图标记表
10 凸轮轴
12 基轴
14 凸轮元件
16 第一凸轮
18 第二凸轮
20 第一齿部
22 第一齿
24 齿槽
26 第二齿部
28 第二齿
30 齿槽
32 双向箭头
34 分区
36 分区
38 接触点
40 接触点
B 宽度
L 纵向区域
S1 第一位置
S2 第二位置

Claims (3)

1.一种用于内燃机的凸轮轴(10)，包含基轴(12)，其具有建构为外齿部的第一齿部(20)，并且包含至少一个设于所述基轴(12)上的凸轮元件(14)，其具有建构为内齿部的第二齿部(16)，能够沿轴向相对基轴(12)移动，并且通过齿部(20、26)以不能相对转动的方式与基轴(12)连接，且所述齿部(20、26)中的至少一个具有齿(22、28)，其齿宽(B)沿基轴(12)的轴向改变，
其特征在于，
所述齿(22、28)各自具有至少一个沿轴向楔状扩展的纵向区域(L)。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴(10)，
其特征在于，
所述齿(22、28)各自具有第一接触区域(34)，在该第一接触区域内所述齿宽(B)具有第一值，并且具有沿轴向跟随所述第一接触区域(34)的第二接触区域(36)，在该第二接触区域内齿宽(B)具有大于所述第一值的第二值。
3.根据权利要求1或2所述的凸轮轴(10)，
其特征在于，
所述凸轮元件(14)能够在至少两个位置(S1、S2)之间相对所述基轴(12)沿轴向移动，其中所述齿部(20、26)在所述位置(S1、S2)中的第一位置中通过第一接触区域(34)发生相互接触，并且在第二位置(S2)中通过第二接触区域(36)发生相互接触，以及，所述凸轮元件(14)具有用于实现第一冲程的第一凸轮(16)和用于实现内燃机的换气阀的比第一冲程更大的第二冲程的第二凸轮(18)，其中所述换气阀可在第一位置(S1)中借助所述第一凸轮(16)操纵以及在第二位置(S2)中借助所述第二凸轮(18)操纵。
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