凸輪軸的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于致動內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的汽缸氣門的凸輪軸。
【背景技術(shù)】
[0002]為了改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的效率，已知使凸輪軸的凸輪適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的工作條件。例如，DE 10 2004 011 596 A1顯示了可移動凸輪系統(tǒng)，所述可移動凸輪系統(tǒng)具有可軸向移動的凸輪架，使得可以通過凸輪架的移動而實(shí)現(xiàn)不同形狀的凸輪輪廓的改變。因此，例如可以改變氣門的致動時長和致動強(qiáng)度。另一方面，通過EP 1 696 107 A1已知通過將凸輪可旋轉(zhuǎn)地裝配在支撐軸上并且經(jīng)由銷而連接至內(nèi)軸(所述內(nèi)軸可以相對于支撐軸旋轉(zhuǎn))的事實(shí)將凸輪構(gòu)造成可旋轉(zhuǎn)的。因此可以改變汽缸氣門的角度位置和轉(zhuǎn)換正時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種新型凸輪，使用所述凸輪可以改變汽缸氣門的轉(zhuǎn)換時間以及改變氣門的致動時長和致動強(qiáng)度，從而更好地適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的當(dāng)前工作條件并且因此增加內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的效率。
[0004]該目的通過凸輪軸實(shí)現(xiàn)，所述凸輪軸具有以空心軸的形式形成的支撐軸，內(nèi)軸在所述支撐軸的內(nèi)部相對于支撐軸同心地設(shè)置。內(nèi)軸相對于支撐軸可旋轉(zhuǎn)。此外，在支撐軸上設(shè)置有第一凸輪部段，所述第一凸輪部段具有第一凹口用于接收支撐軸，所述凸輪部段相對于支撐軸可旋轉(zhuǎn)并且通過支撐軸中的第一開口以結(jié)合地旋轉(zhuǎn)的方式連接至內(nèi)軸。在此，第一凸輪部段具有至少兩個凸輪輪廓。內(nèi)軸與第一凸輪部段之間的連接進(jìn)一步構(gòu)造成使得第一凸輪部段相對于內(nèi)軸和支撐軸可軸向移動。該結(jié)構(gòu)保證可以在兩個凸輪輪廓之間同時進(jìn)行改變，此外可以靈活的設(shè)定凸輪輪廓的角度位置。
[0005]特別地，出于該目的，內(nèi)軸具有孔和銷，所述銷穿過支撐軸中的第一開口并且接合在第一凸輪部段的第一凹口的內(nèi)側(cè)中的軸向凹槽中。因此，第一凸輪部段可以在軸向方向上移動，而在銷與凹槽之間在周向方向上存在主動鎖定，因此避免了第一凸輪部段相對于內(nèi)軸的旋轉(zhuǎn)。通過這種方式，一方面，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)軸與第一凸輪元件之間的簡單聯(lián)接，另一方面保證了相對于內(nèi)軸和支撐軸的可移動性。
[0006]在本申請的含義內(nèi)，術(shù)語軸向方向表示平行于凸輪軸的旋轉(zhuǎn)軸線延伸的方向。周向方向垂直于旋轉(zhuǎn)軸線沿著凸輪軸的圓周延伸。
[0007]在凸輪軸的進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)施方案的情況下，內(nèi)軸具有連續(xù)的孔和銷，所述銷穿過支撐軸中的第一開口和第二開口，其中第二開口與第一開口相對，并且其中銷的兩個相對的端部接合在第一凸輪部段的第一凹口的內(nèi)側(cè)中的兩個軸向凹槽中。這種具有兩個相對的開口和軸向凹槽的對稱的變體形式使得內(nèi)軸與第一凸輪部段之間更大的連接穩(wěn)定性，因此可以通過凸輪輪廓來傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。
[0008]第一開口在周向方向上的尺寸通常大于銷的直徑。通過這種方式，通過銷不能完全避免內(nèi)軸相對于支撐軸的旋轉(zhuǎn)。另一方面，在一些變體形式中可能有利的是選擇第一開口在周向方向上的尺寸使得在第一開口的周向方向上的相對的兩個端部用作銷的端部止擋件，所述端部止擋件固定內(nèi)軸相對于支撐軸的旋轉(zhuǎn)角度。因此，規(guī)定清楚限定的角范圍用于角度位置的設(shè)定。替代性地，當(dāng)然也可以通過用于內(nèi)軸的旋轉(zhuǎn)的控制單元來規(guī)定角度范圍。在該情況下，還在端部位置上維持銷與第一開口之間的在周向方向上的較小程度的游隙尺寸。
[0009]為了保證第一凸輪部段相對于內(nèi)軸和支撐軸的定義明確的移動，在移動的過程中凹口的內(nèi)側(cè)上的軸向凹槽經(jīng)由銷來引導(dǎo)。銷沿著軸向凹槽滑動。在一些實(shí)施方案中，軸向凹槽在周向方向上設(shè)置在凹口的內(nèi)側(cè)上，在該位置處凸輪輪廓中一個的最大尺寸也位于外側(cè)上。其優(yōu)點(diǎn)是材料厚度較大因此更容易提供軸向凹槽和穩(wěn)定的凸輪。原則上，軸向凹槽不必在周向方向上與最大尺寸一致，而是也可以設(shè)置在任何希望的其它位置處。
[0010]在進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)施方案的情況下，在支撐軸上鄰近第一凸輪部段設(shè)置第二凸輪部段，所述第二凸輪部段具有第二凹口用于接收支撐軸，其中第二凸輪部段具有至少兩個凸輪輪廓，并且其中第二凸輪部段和支撐軸之間的連接被構(gòu)造成使得第二凸輪部段以結(jié)合地旋轉(zhuǎn)和可沿軸向移動的方式設(shè)置在支撐軸上。
[0011]第二鄰近凸輪部段的設(shè)置使得能夠用相同的凸輪軸控制同一汽缸的兩個氣門。替代性地，也可以用所述設(shè)置來控制兩個相鄰汽缸的兩個氣門。由于第二凸輪部段也在軸向方向上可移動地設(shè)置在支撐軸上并且具有至少兩個凸輪輪廓，因而可以使用兩個用于致動的凸輪部段在各個凸輪輪廓之間進(jìn)行改變。因此，在汽缸氣門的致動方面實(shí)現(xiàn)較高的靈活性。
[0012]第一凸輪部段的凸輪輪廓通常彼此不同。第二凸輪部段的凸輪輪廓通常也彼此不同。因此保證了較高的可變性。
[0013]然而，如果第一凸輪部段的兩個凸輪輪廓相同，或者第二凸輪部段的兩個凸輪輪廓相同則也是有利的。例如，在如下許多的凸輪軸構(gòu)造中，第一和第二凸輪部段僅能在軸向方向上結(jié)合地移動。在所述情況下，如果第二凸輪部段的兩個凸輪輪廓相同而第一凸輪部段的相應(yīng)的凸輪輪廓不同(或反之亦然)則是特別有利的。因此存在這樣的應(yīng)用:僅使第一凸輪部段改變至不同的凸輪輪廓，并且應(yīng)當(dāng)保持第二凸輪部段的凸輪輪廓。由于兩個凸輪部段僅能結(jié)合地移動，因此在該情況下在第一凸輪部段上設(shè)置兩個不同的凸輪輪廓并且在第二凸輪部段上設(shè)置兩個相同的凸輪輪廓。如果兩個相同的凸輪輪廓在第二凸輪部段上鄰近設(shè)置，則第二凸輪部段的相應(yīng)區(qū)域有利地實(shí)施為寬凸輪的形式。這意味著凸輪部段的橫截面在兩個相同的凸輪輪廓之間不發(fā)生變化。
[0014]在凸輪軸的一個變體形式中，第二凸輪部段的第二凹口和支撐軸的外側(cè)具有相對的缺口從而形成腔體，軸承體設(shè)置在所述腔體中。因此，保證了第二凸輪部段相對于支撐軸的結(jié)合地旋轉(zhuǎn)特性。同時，與齒相比，不會產(chǎn)生支撐軸的直徑增加的軸向區(qū)域。因此，支撐軸也可以被推入到關(guān)閉的軸承接收器而毫無問題。為了允許第二凸輪部段在支撐軸上軸向移動，在該情況下第二凹口的內(nèi)側(cè)上的缺口或支撐軸的外側(cè)上的缺口在軸向方向上具有比軸承體更大的尺寸。在第二凸輪部段移動的過程中，軸承體滑落到這些缺口中。通過使第二凹口的內(nèi)側(cè)上的缺口和支撐軸的外側(cè)上的缺口在周向方向上的尺寸基本上對應(yīng)于軸承體在該方向上的尺寸來避免第二凸輪部段相對于支撐軸的旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)合地旋轉(zhuǎn)性質(zhì)。
[0015]在一個替代性的變體形式中，在第二凹口的內(nèi)側(cè)上和支撐軸的外側(cè)上設(shè)置彼此嚙合的齒。齒的齒槽在軸向方向上延伸從而允許第二凸輪部段在支撐軸上的軸向移動并且避免第二凸輪元件相對于支撐軸的旋轉(zhuǎn)。齒可以相對容易地制造并且不需要額外插入軸承體。例如，支撐軸的外側(cè)上的齒可以體現(xiàn)為套壓齒環(huán)的形式。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的凸輪軸的進(jìn)一步發(fā)展的實(shí)施方案變體形式的情況下，第一凸輪部段和第二凸輪部段在支撐軸上鄰近地設(shè)置。此外，在第一凸輪部段和第二凸輪部段之間設(shè)置聯(lián)接部使得第一凸輪部段能夠相對于第二凸輪部段旋轉(zhuǎn)并且兩個凸輪部段僅能在軸向方向上結(jié)合地移動。其優(yōu)點(diǎn)是可以僅使用一個控制設(shè)備而使兩個凸輪部段在軸向方向上移動(例如滑動軌道)。
[0017]實(shí)現(xiàn)所述聯(lián)接的一個可能的形式是兩個凸輪部段之間的卡銷接頭。第一凸輪部段在面對第二凸輪部段的端部側(cè)上具有第一軸環(huán)，所述第一軸環(huán)沿著圓周的一部分延伸。同時，第二凸輪部段在面對第一凸輪部段的端部側(cè)上具有第二軸環(huán)，所述第二軸環(huán)沿著圓周的一部分延伸。通過使第一軸環(huán)和第二軸環(huán)彼此接合從而形成聯(lián)接。為了聯(lián)接兩個凸輪部段，兩個凸輪部段最初被設(shè)置成使得其凹部彼此對齊。在該情況下，凸輪部段相對于彼此的角度定向選擇為使得第一凸輪部段的第一軸環(huán)位于第二凸輪部段的不具有軸環(huán)的區(qū)域中。第一軸環(huán)在周向方向上的尺寸因此必須小于第二凸輪部段的未設(shè)置第二軸環(huán)的區(qū)域的尺寸。反之亦然。兩個凸輪部段因此可以在軸向方向上一起被推動。隨后通過兩個凸輪部段相對于彼此的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)第一軸環(huán)與第二軸環(huán)的主動鎖定，其中第一軸環(huán)與第二軸環(huán)彼此接合并且通過該方式形成聯(lián)接。
[0018]在另一個實(shí)施方案中，第一凸輪部段和第二凸輪部段鄰近地設(shè)置在支撐軸上。兩個凸輪部段具有結(jié)合接觸表面，所述結(jié)合接觸表面垂直于支撐軸的旋轉(zhuǎn)軸線，使得第一凸輪部段能夠相對于第二凸輪部段旋轉(zhuǎn)而在旋轉(zhuǎn)的過程中不會產(chǎn)生兩個凸輪部段中的一個的移動。通過這種方式，旋轉(zhuǎn)和軸向移動彼此獨(dú)立并且可以單獨(dú)地進(jìn)行。
[0019]在本發(fā)明的一個變體形式中，第一凸輪部段通過彈簧元件抵住第二凸輪部段而受到拉力。在一個替代性的變體形式中，第二凸輪部段通過彈簧元件抵住第一凸輪部段而受到拉力。這意味著受到拉力的凸輪部段抵住另一個凸輪部段被彈簧元件連續(xù)推動。在未受到拉力的凸輪部段的軸向移動的情況下，受到拉力的凸輪部段自動跟隨未受到拉力的凸輪部段的移動。其優(yōu)點(diǎn)在于無需在受到拉力的凸輪部段上設(shè)置鎖定裝置。使用鎖定裝置足以固定未受到拉力的凸輪部段。因此，受到拉力的凸輪部段同樣地通過未受到拉力的凸輪部段的鎖定裝置并且通過彈簧力而被固定在其軸向位置上。因此可以省略兩個凸輪部段的聯(lián)接部。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的凸輪軸的一個實(shí)施方案變體形式被構(gòu)造成使得第一凸輪部段和第二凸輪部段共同具有至少一個第一滑動軌道和第二滑動軌道，所述第一滑動軌道用于第一凸輪部段和第二凸輪部段在第一軸向方向上的移動，所述第二滑動軌道用于第一凸輪部段和第二凸輪部段在第二軸向方向上的移動。在此，第二軸向方向與第一軸向方向相反。
[0021]滑動軌道是容易制造的裝置，其用于引起元件在旋轉(zhuǎn)軸上的移動。軸的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)移動是通過如下情況來使用的:固定裝置(例如致動銷)與元件的滑動軌道接觸?；瑒榆壍老鄬τ谥芟蚍较蛑辽俨糠謨A斜地延伸(即，既不沿著周向方向也不沿著軸向方向)。在軸旋轉(zhuǎn)的情況下，滑動軌道沿著銷滑動。由于銷靜止，通過旋轉(zhuǎn)而在滑動軌道上施加力，所述力具有軸向方向和周向方向上的分量。通常借助于元件以結(jié)合地旋轉(zhuǎn)的方式而附接在軸上的事實(shí)來排除滑動軌道在周向方向上的移動(即滑動軌道的旋轉(zhuǎn))。因此維持軸向方向上的力分量，所述力分量造成滑動軌道的移動并且因此造成元件的移動。
[0022]特別有利的是將第一和第二滑動軌道設(shè)置在第二凸輪部段上。因此，造成的結(jié)果是第一凸輪部段可以被構(gòu)造成更窄，這是因?yàn)椴槐卦O(shè)置滑動軌道的軸向區(qū)域。這反過來使得第一凸輪部段具有重量方面的優(yōu)勢。由于第一凸輪部段通過內(nèi)軸旋轉(zhuǎn)，有利的是該凸輪部段特別為輕質(zhì)的。由于第二凸輪部段僅移動而不旋轉(zhuǎn)，用于滑動軌道的區(qū)域而賦予第二凸輪部段的額外重量的程度更小。
[0023]然而，當(dāng)然在一些實(shí)施方案中將兩個滑動軌道設(shè)置在第一凸輪部段上是有利的。
[0024]特別是在第一凸輪部段和第二凸輪部段之間不具有聯(lián)接部的實(shí)施方案的情況下，可以通過使第一凸輪部段具有第一滑動軌道并且使第二凸輪部段具有第二滑動軌道從而實(shí)現(xiàn)兩個凸輪部段的結(jié)合移動，所述第一滑動軌道用于第一凸輪部段在第一軸向方向上朝向第二凸輪部段的移動，所述第二滑動軌道用于第二凸輪部段在第二軸向方向上朝向第一凸輪部段的移動。
[0025]滑動軌道可以兩種不同的方式形成。一方面，有可能以凹槽狀的方式形成滑動軌道。然后可以將固定銷引入凹槽狀的滑動軌道中用于元件的移動?；瑒榆壍老鄬τ谥芟蚍较蛑辽俨糠謨A斜地延伸(即，既不沿著周向方向也不沿著軸向方向)。例如，具有螺旋路徑的恒定斜度的螺旋輪廓或具有變化斜度的螺旋輪廓是可能的。