本發(fā)明涉及一種壓縮殘余應(yīng)力能力改進的滑動凸輪軸。

背景技術(shù)：

車輛通常包括具有旋轉(zhuǎn)凸輪軸和閥的發(fā)動機。凸輪軸經(jīng)由凸輪從動件打開和關(guān)閉閥，凸輪從動件跟隨在旋轉(zhuǎn)凸輪軸上的凸輪凸角。凸輪軸可以是具有花鍵聯(lián)接至內(nèi)軸的外滑動軸的滑動凸輪軸?；瑒油馆嗇S使得凸輪凸角能夠通過相對于內(nèi)軸滑動外軸來變?yōu)榭商娲馆喭菇?，以便將可替代凸輪凸角呈現(xiàn)至凸輪從動件。一個或者多個可替代凸輪凸角可以包括在滑動凸輪軸上以使得能夠修改發(fā)動機功率、效率和/或其它發(fā)動機性能特征。

外軸的內(nèi)外表面均必須進行硬化以便實現(xiàn)耐磨損。此外，在外軸的外部中的壓縮殘余應(yīng)力使得滑動凸輪軸能夠在更高的負載條件下運轉(zhuǎn)，這可以改進發(fā)動機性能。由于外軸具有較薄的壁，因此，常規(guī)的熱處理工藝導(dǎo)致整個外軸發(fā)生硬化，使得在外軸的外部中保留很少或者沒有針對壓縮殘余應(yīng)力的能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文公開了一種外軸、一種滑動凸輪軸以及一種方法。外軸具有外表面，該外表面可承受磨損和負載；以及內(nèi)表面，該內(nèi)表面可承受磨損并且配置有用于傳遞來自外花鍵聯(lián)接內(nèi)軸的轉(zhuǎn)矩且在該外花鍵聯(lián)接內(nèi)軸上軸向地滑動的內(nèi)花鍵。外軸包括內(nèi)表面上用于實現(xiàn)耐磨損的涂層以及外部，該外部進行表層硬化以實現(xiàn)外表面的耐磨損并且在外部中形成壓縮殘余應(yīng)力以實現(xiàn)負載承載能力。外軸可以包括未通過熱處理進行硬化的內(nèi)部。

滑動凸輪軸用于移動至多個可選擇凸輪凸角中的所選擇的一個凸輪凸角并且包括內(nèi)軸和外軸。內(nèi)軸配置有外花鍵。外軸具有內(nèi)表面、外表面、涂層和外部。內(nèi)表面可承受磨損并且配置有用于傳遞來自內(nèi)軸的外花鍵的轉(zhuǎn)矩并且在內(nèi)軸的外花鍵上軸向地滑動的內(nèi)花鍵。外表面可承受磨損和負載并且配置有多個可選擇的凸輪凸角。內(nèi)表面上的涂層用于實現(xiàn)耐磨損。外部進行表層硬化以實現(xiàn)外表面的耐磨損并且在外部中形成壓縮殘余應(yīng)力能力以實現(xiàn)負載承載能力。外軸可以包括未通過熱處理進行硬化的內(nèi)部。

該方法用于對中空凸輪軸的內(nèi)外表面進行處理以便改進發(fā)動機的壽命。該方法包括對凸輪軸的外部進行充分地表層硬化以在保留凸輪軸的核心部分充分柔軟的同時提供外表面耐磨損，從而在外部中形成壓縮殘余應(yīng)力來提供負載承載能力；以及充分地涂覆凸輪軸的內(nèi)表面以提供內(nèi)表面耐磨損。

外軸、滑動凸輪軸和方法在內(nèi)外表面上提供耐磨損并且在外軸的外部中提供壓縮殘余應(yīng)力。這樣做可以實現(xiàn)在更高負載下的運轉(zhuǎn)，進而可以改進性能。本發(fā)明適用于包括滑動凸輪軸的或者包括具有花鍵聯(lián)接至內(nèi)軸的滑動外軸的任何類似旋轉(zhuǎn)軸的任何機器或制造品。

上述特征和優(yōu)點以及本教導(dǎo)的其它特征和優(yōu)點從以下結(jié)合附圖對執(zhí)行本教導(dǎo)的最佳方式進行的詳細描述中容易顯而易見。

附圖說明

圖1是車輛的示意性平面圖，該車輛具有發(fā)動機，該發(fā)動機包括具有外軸的滑動凸輪軸，該外軸具有在內(nèi)表面上的用于實現(xiàn)耐磨損的涂層以及進行表層硬化以實現(xiàn)耐磨損和負載承載能力這兩者的外部。

圖2是圖1的滑動凸輪軸的示意性透視圖，其示出了更多細節(jié)并且包括若干附加的發(fā)動機部件。

圖3是在圖2的線3-3處截取的部分以立面示出的圖2的滑動凸輪軸的部分示意性截面圖。

圖4是在線3-3處截取的圖2的滑動凸輪軸的示意性截面透視圖，其僅僅示出了滑動凸輪軸的外軸，為了清楚起見移除了所有其它零件。

圖5是用于對中空凸輪軸的內(nèi)外表面進行處理以便改進發(fā)動機的壽命的方法的流程圖。

具體實施方式

參照附圖，其中相同的附圖標記在整個附圖中指代相同的部件，圖1示出了包括發(fā)動機12和車輪14的車輛10。車輪14可操作地連接至發(fā)動機12以向車輛10提供動力。發(fā)動機12包括滑動凸輪軸20，如圖2中最佳可見。

現(xiàn)在參照圖2至圖4，滑動凸輪軸20用于移動至一個或者多個可選擇凸輪凸角36A、36B、36C中所選擇的一個凸輪凸角?；瑒油馆嗇S20包括內(nèi)軸22和外軸24?；瑒油馆嗇S20可以包括多個外軸24，如圖所示。內(nèi)軸22具有外花鍵26。外軸24具有內(nèi)表面28，內(nèi)表面28配置有用于傳送來自內(nèi)軸22的外花鍵26的轉(zhuǎn)矩(箭頭T)并且用于在內(nèi)軸22的外花鍵26上軸向地滑動(軸線箭頭A)的內(nèi)花鍵。內(nèi)表面28可承受在內(nèi)花鍵30與外花鍵26之間的第一接口32處的磨損。

外軸24具有外表面34。外表面34配置有一個或多個可選擇凸輪凸角36A、36B、36C，這些凸輪凸角具有相應(yīng)的凸輪輪廓38A、38B、38C并且相對于內(nèi)軸22對應(yīng)于外軸24的相應(yīng)軸向位置40A、40B、40C。所選擇的凸輪凸角(在圖2和圖3中示出為36A)及其相應(yīng)的凸輪輪廓(在圖2和圖3中示出為38A)通過將外軸24定位在相應(yīng)軸向位置(在圖2和圖3中示出為40A)處而被選擇。

發(fā)動機12包括閥42和凸輪從動件機構(gòu)44，凸輪從動件機構(gòu)44將閥42連接至所選擇的凸輪凸角(在圖2和圖3中示出為36A)，以便根據(jù)相應(yīng)的凸輪輪廓(在圖2和圖3中示出為38A)打開和關(guān)閉閥42。凸輪從動件機構(gòu)44可以為輥式指狀從動件，如圖所示且如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，或者可以為任何其它合適的凸輪從動件機構(gòu)。凸輪從動件機構(gòu)44 包括凸輪從動件46。凸輪從動件46可以為輥子(如圖所示)或可以為任何其它類型的凸輪從動件。閥彈簧48可以連接至閥42并且可以對閥42進行偏置以將閥42朝著發(fā)動機氣缸(未示出)中的關(guān)閉位置(未示出)且朝著所選擇的凸輪凸角(示出為36A)推進。外軸24的外表面34可承受凸輪凸角36A、36B、36C與凸輪從動件46之間的第二接口50處的磨損和閥負載(箭頭FV)。

外軸24的外表面34可進一步配置有移動特征件52，其用于將外軸24軸向地(軸線箭頭A)相對于內(nèi)軸22移動至相應(yīng)的軸向位置40A、40B、40C，該軸向位置對應(yīng)于多個可選擇的凸輪凸角36A、36B、36C中的所選擇的那一個。移動特征件52可以為形成在外軸24的外表面34上的凹槽(如圖所示)。移動特征件52可以為筒形凸輪、雙S凹槽或任何其它合適的移動特征件。

發(fā)動機12可以包括移動致動器54和連接至致動器54的致動器銷56。致動器銷56可以為圓柱形(如圖所示)或可以為任何其它合適的形狀。當(dāng)處于致動狀態(tài)時，移動致動器54可以移動致動器銷56使其與移動特征件52接觸，并且當(dāng)處于未致動狀態(tài)時，移動致動器54可以收回致動器銷56使其與移動特征件52脫離接觸。當(dāng)移動致動器54處于致動狀態(tài)時，致動器銷56可以與移動特征件52相配合以將外軸24軸向地(軸線箭頭A)移動至相應(yīng)的軸向位置40A、40B、40C，該軸向位置對應(yīng)于多個可選擇的凸輪凸角36A、36B、36C中的所選擇的那一個。如圖所示，可以有一個以上的移動特征件52和一個以上的致動器銷56。外軸24的外表面34可承受移動特征件52與致動器銷56之間的第三接口58處的磨損和致動器負載(箭頭FA)。

外軸24的內(nèi)表面28可以配置有定位特征件74，其用于將外軸24相對于內(nèi)軸22暫時定位在相應(yīng)的軸向位置40A、40B、40C處，該軸向位置對應(yīng)于多個可選擇的凸輪凸角36A、36B、36C中的所選擇的那一個。外軸24的內(nèi)表面28可以配置有用于減小外軸24的質(zhì)量的輕量化特征件78。

滑動凸輪軸20可以包括棘爪機構(gòu)60，其包括偏置裝置70和棘爪球72。偏置裝置70可以設(shè)置在內(nèi)軸22內(nèi)，并且可以為螺旋彈簧(如圖所示) 或任何其它合適的偏置裝置。棘爪球72可以設(shè)置在偏置裝置70、內(nèi)軸22與外軸24之間。偏置裝置70在棘爪球72上施加徑向向外的偏置力(箭頭B)。定位特征件74可以為形成在外軸24的內(nèi)表面28上的圓周棘爪凹槽，如圖所示。定位特征件可以配置成通過接合棘爪機構(gòu)60的棘爪球72而將外軸24相對于內(nèi)軸22暫時定位在相應(yīng)的軸向位置40A、40B、40C處。外軸24的內(nèi)表面28可承受定位特征件74與棘爪球72之間的第四接口76處的磨損。

外軸24包括內(nèi)表面28上用于實現(xiàn)耐磨損的涂層80。涂層80可為二硫化鎢涂層、金剛石類涂層、鐵素體氮碳共滲涂層或者任何其它用于改善內(nèi)表面28的耐磨性的合適涂層。涂層80改善了內(nèi)花鍵30與外花鍵26之間的第一接口32處的外軸24的內(nèi)表面28的耐磨性。涂層80可以改善定位特征件74與棘爪球72之間的第四接口76處的外軸24的內(nèi)表面28的耐磨性。

現(xiàn)參照圖4，外軸24的外部82進行表層硬化或表面硬化以實現(xiàn)外表面34的耐磨損并且在外部82中形成壓縮殘余應(yīng)力以實現(xiàn)負載承載能力。外部82從外表面34延伸到邊界83。表層硬化或表面硬化是定義為將金屬物體的表面硬化，同時還允許其更底層的金屬保持柔軟，由此在表面處形成一層較硬的金屬(稱為“表層”)。整個外部82可以進行表層硬化。替代地，只有外部82的選定部分可以進行表層硬化。外軸24可以具有并未通過熱處理進行硬化和/或比外部82更柔軟或硬度不及外部82的核心或內(nèi)部84。核心或內(nèi)部84可以從內(nèi)表面28延伸到邊界83。外軸24的外部82可以經(jīng)由激光熱處理、經(jīng)由感應(yīng)熱處理或經(jīng)由任何其他合適的熱學(xué)或機械表層硬化或表面硬化過程而進行表層硬化。

外軸24的已進行表層硬化的外部82改進了凸輪凸角36A、36B、36C與凸輪從動件46之間的第二接口50處的外軸24的外表面34的耐磨性，并且改進了滑動凸輪軸20的負載承載能力。外軸24的已進行表層硬化的外部82還可以改進移動特征件52與致動器銷56之間的第三接口58處的外軸24的外表面34的耐磨性。

現(xiàn)參照圖5，示出了處理滑動凸輪軸20的中空外軸24的內(nèi)表面28和 外表面34以改進發(fā)動機12的壽命的方法100。方法100包括對中空外軸24的外部82充分地進行表層硬化102以提供外表面耐磨損，同時使中空外軸24的核心或內(nèi)部84保持足夠柔軟以在外部82中形成壓縮殘余應(yīng)力，進而提供負載承載能力。方法100包括充分地涂覆104中空外軸24的內(nèi)表面28以提供內(nèi)表面耐磨損。

對外部82進行表層硬化102可以包括經(jīng)由激光熱處理和感應(yīng)熱處理中的一種而進行的表層硬化。涂覆104內(nèi)表面28可以包括用二硫化鎢涂層、金剛石類涂層和鐵素體氮碳共滲涂層材料中的一種進行的涂覆?？梢允褂萌魏纹渌线m的涂層材料。

外表面耐磨損可以在凸輪凸角處提供針對凸輪從動件或第二接口50的耐磨損以及在移動特征件處提供針對致動器銷或第三接口58的耐磨損。負載承載能力可以提供凸輪軸20承載發(fā)動機負載(包括閥門負載FV和致動器銷負載FA)的能力。內(nèi)表面耐磨損可以在內(nèi)花鍵30處提供針對外花鍵26或第一接口32的耐磨損以及在定位特征件處提供針對棘爪球或第四接口76的耐磨損。

雖然已詳細地描述了用于實行本教導(dǎo)的許多方面的最佳模式，但是，熟悉這些教導(dǎo)所涉及的領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到用于實踐在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的本教導(dǎo)的各種替代方面。