CN101258333B - 具有功能体的轴及装备有这种轴的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有功能体的轴、如用于内燃机的凸轮轴和用于制造这种轴的方法及装备有这种轴的内燃机。

Description

具有功能体的轴及装备有这种轴的内燃机 
技术领域
本发明涉及轴、如接合式凸轮轴，这种轴具有至少一个与其分开制造的并且固定在其上的功能体，这种轴可支承在内燃机内部；本发明还涉及用于制造这种轴的方法及装备有这种轴的内燃机。 
背景技术
组装式凸轮轴及其制造方法例如已由DE-OS′en 198 31 333、19938 791及101 01 539公知，其中，将单独制造的凸轮固定在轴上。 
这种组装式凸轮轴相对于锻造的传统凸轮轴带来一系列优点。因此例如通过单个制造凸轮及将这些凸轮固定在轴上而总体上实现成本的降低，特别是也取消了昂贵且费事的锻造模具及制造过程，对于轴及凸轮可使用不同的且各自最佳的材料。其它优点是，在使用空心轴时获得重量及成本的降低。此外，组装式凸轮轴的原理对于建立改型、适配及变型允许显著宽泛且廉价的活动余地。此外，可取消对整个轴进行费事的硬化。 
具有一体成形上的凸轮或组装式的实心凸轮轴的支承迄今或者通过滑动支承装置或者借助于分开的滚动轴承来进行，因为用于在两个相邻凸轮之间使用的封闭的、即不分开的轴承不可轴向套在比支承部位具有更大直径的凸轮上。因此出于上述原因不可将凸轮轴作为预装配单元来使用，不可利用与此相联系的装配可能性并且也不可利用滚动轴承的优点、如损耗功率较小。 
本发明也涉及到的内燃机的内部的其它组装式轴例如是补偿轴 及类似轴。对于这种组装式轴也存在上述缺点。无论怎样，只要是设置在两个补偿重量之间的支承装置，用于内燃机相应壳体区段中的这种轴的支承装置迄今也构造成滑动轴承或分开的滚动轴承。 
发明内容
因此，本发明的任务在于，消除迄今凸轮轴(也包括其它轴，尤其是这样的轴，在这种轴中，功能体的直径大于支承部位的直径，其中，轴体延伸穿过功能体)的缺点。 
根据本发明提出了一种轴，该轴具有至少一个与该轴分开制造的、轴向套在该轴上并且在该轴上无相对转动的功能体，所述功能体被该轴穿过，该轴可支承在内燃机内部，其中，至少一个支承部位通过滚动支承装置构成，并且在该轴上设置有滚动轴承的至少一个不分开的元件，其中，滚动支承装置的所述至少一个元件设置在两个接合的功能体之间。 
根据本发明还提出了一种用于制造待轴向压力套装在轴上的具有与圆形形状不同的形状的功能体的方法，其中，为了磨削最终功能形状，所述功能体通过其内孔张紧在一个芯棒上并且在那里在磨削期间在与安置在该轴上的状态相应的状态中变形。 
尤其是应使发动机的装配得到改善、简化和降低成本，减小损耗功率并且由此节省动力燃料。此外，与轴分开制造的并且接着轴向压力套装的、具有与圆形形状不同的形状的功能体、尤其是其功能面、在凸轮的情况下即其作用在阀推杆上的面的制造精度应得到改善。 
根据本发明，该任务在轴或装备有这种轴的内燃机中这样来解决：至少一个功能体轴向压力套装在并且无相对转动地固定在该轴上，所述功能体被轴例如所谓的“接合式凸轮轴”穿过，对于该轴的支承，支承部位中的至少一个构造成滚动支承装置，其中，在该轴上 设置有滚动支承装置的至少一个不分开的、即本身闭合的元件并且该轴与滚动轴承的所述至少一个元件由此构成一个预制造的结构单元。 
在此，在轴上可安置一个完整的不分开的滚动轴承，即具有内圈和外圈以及设置在内圈与外圈之间的滚动体的轴承。 
滚动支承装置的第二实施形式可这样构造，使得滚动轴承元件、即滚动体与不分开的保持架及不分开的外圈装配在轴上并且滚动体直接在轴上滚动，即构成无内圈的支承装置。 
支承装置的第三实施形式可这样构造，使得仅彼此间通过不分开的保持架保持在一起的滚动体、例如滚针装配在轴上，滚动体因此一方面直接在轴上滚动并且另一方面直接在设置在缸头中的滚动区域上滚动。 
滚动支承装置的第四实施形式可这样构造，使得在轴上装配内部的轴承圈连同彼此间通过不分开的保持架保持在一起的滚动体。 
在直接在轴上设置有至少一个用于滚动体的滚动轨道的实施形式中，即在上述第二及第三实施形式中，合乎要求的可以是，轴在此由具有轴承圈的品质的材料构成。支承部位也可被硬化、磨削或精车削。 
如果使用具有内圈的支承装置，即使用具有内圈和外圈以及滚动体的完整的轴承或使用仅具有内圈及滚动体的轴承，则有利的可以是，除了功能体如凸轮，内圈也轴向通过压配合无相对转动地固定在轴上。 
通过本发明可以利用滚动支承装置的优点，例如在凸轮轴的支承装置中，尤其是也在凸轮径向延伸尺寸超过轴上的轴承座半径的支承装置中。 
在此特别有利的是，凸轮轴是空心的，由此则使润滑油可通过空心轴输入，为此，合乎目的地一个孔从空心室通到支承部位。在使用 具有内圈的滚动轴承的情况下合乎要求的是，或者在内圈的内部区域中设置一个环状的槽或者在轴承座的区域中设置这样一个槽，已经描述的伸展通过轴的孔通入到所述槽中。合乎目的地在轴承内圈本身中设置一个孔，该孔一方面通入到槽中并且另一方面通入到滚动体的回转轨道中。 
在使用无内圈并且具有不分开的外圈和通过不分开的保持架保持在一起的滚动体的滚动支承装置的情况下，合乎目的地将上述径向的孔设置在轴中，该径向的孔在滚动体的区域中通入到回转轨道中。在无内圈及外圈、即仅具有通过不分开的保持架保持在一起的滚动体的支承装置中可用相同方式进行润滑剂供应。 
在例如在以传统方式通过设置在缸头中的孔进行油供应的缸头中使用根据本发明的凸轮轴的情况下，即在使用具有外圈的滚动轴承的情况下，合乎要求的可以是，在外圈的外部轮廓中和/或在缸头的包围支承装置的轮廓中设置有一个环状的槽并且外圈具有至少近似径向从槽通到滚动体的回转轨道的孔。 
为了限制连续的油流，有利的可以是，环状的槽和/或孔至少在部分区域中构造成节流器。 
但也可在滚动支承装置的至少一侧上设置有一个也单件式的密封装置，但有利的是在滚动体的两侧上设置密封装置，因为于是在密封装置相应构造成间隙密封装置的情况下这些密封装置可产生节流作用。 
为了在缸头或发动机缸体中对凸轮轴进行轴向导向，合乎要求的可以是，使用轴向及径向轴承，所述轴向及径向轴承的外圈可固定在缸头或发动机缸体的槽中。 
但轴的轴向固定也可通过借助于由轴伸出的径向轮廓与缸头或发动机缸体上的配合轮廓共同作用的形状锁合来进行。 
由轴伸出的径向轮廓可成形在轴上，但该轮廓也可通过轴向压力套装的盘或类似件来构成，但也可通过至少一个卡紧环来构成。 
但本发明也涉及：在用于内燃机的补偿轴中该补偿轴作为接合式构件来制造，该接合式构件由轴基体及与该轴基体分开制造的、轴向套在或压力套装在并且轴向固定且无相对转动地固定在该轴基体上的补偿重量组成，这些补偿重量合乎目的地根据DE-OS′en 19831333、19938791或10101539中所述方法之一来施加，其中，这些平衡重量的支承装置尤其是可用所述方式通过滚动轴承的至少一个单件式的元件来进行。此外，本发明还涉及装备有这种轴的内燃机。 
但本发明并不局限于凸轮轴或补偿轴，而是也涉及其它穿过套上或压力套装的功能体的轴。 
另一个本发明构思涉及具有非圆形功能体的所谓接合式轴、即例如凸轮轴的制造，其中，凸轮通过轴向压力套装固定在轴基体上。已经证实，在将凸轮首先磨削到其给定轮廓并且接着压力套装这些凸轮的这种凸轮轴中，凸轮的外部形状这样偏离给定轮廓，使得发动机控制受到消极影响。在此，不仅圆柱状的固定区域变形，而且在凸轮的隆起区域中产生形变。因此，该另一个本发明构思的任务在于：避免这种变形并且尤其是提供凸轮轴，在这种凸轮轴中，功能体、即例如凸轮的外部轮廓在安装好的状态中也相应于符合规定的轮廓。这这样来实现：在磨削外部轮廓时，凸轮的张紧通过其内孔借助于一个张紧元件、例如液压的或机械的张紧芯棒来进行，其中，产生凸轮的扩张，该扩展相应于在凸轮接合到凸轮轴上之后相应的扩张。由此可精确地根据目标轮廓来制造其外部轮廓。 
另一个本发明构思涉及功能体如尤其是用于接合式凸轮轴的凸轮的构型。本发明的该部分的任务在于：节省材料，降低凸轮轴成本并且减小凸轮轴中的不平衡。根据本发明，这这样来实现：凸轮在凸 轮隆起部中加工有一个在轴线方向上至少部分地穿过凸轮的槽。该槽可在轴线方向上贯穿或可能情况下仅部分地穿过凸轮。该槽在朝凸轮正面的方向上观察可以是蛾眉月形状并且仅加工在一侧上，但也可从两侧加工。但该槽也可以是一个贯穿的、也至少近似圆形的开口。 
可以看出，可以节省否则在实心凸轮中所使用的昂贵材料的并非微不足道的部分。 
附图说明
借助于图1至图3来详细描述本发明。附图表示： 
图1一个支承在缸头中的凸轮轴， 
图2根据线II-II的凸轮的视图，及 
图3根据线III-III的一个剖面。 
具体实施方式
根据图1接合式或组装式凸轮轴1具有凸轮2～9，这些凸轮通过轴向压力套装不仅在轴线方向上而且在周向方向上固定在轴基体10上。各设置在两个相邻凸轮之间的、在所示实施例中构造得不同的滚动轴承构型11～15也被轴向套上。 
为了构成所示的支承装置11而使用一个具有外圈18和滚动支承体19以及内圈20的完整的滚珠轴承17。 
凸轮轴1的轴向固定在此通过四个卡紧环21～24来得到。但为了轴承在轴基体上的轴向止动并且由此也使凸轮轴在缸头中轴向止动，也可使内圈如凸轮那样轴向上且无相对转动地固定在凸轮轴基体10上，确切地说是通过DE-Osen 19831333、19938791或10101539中所述方式中的至少一种来固定，这些文献应是本申请的整体组成部分。 
在支承部位11方面，轴承的润滑可用特别有利的方式通过基体10中的空心室25来进行，其方式是，如中心线下方所示，在轴基体10中设置有一个孔26，该孔通到设置在内圈10中的环状的空心室27中，从该空心室又引出一个径向的孔28，该径向的孔终止在滚珠19的滚动轨道中。在中心线上方所示的实施例中用26a标记轴基体10中的润滑剂输入开口，该润滑剂输入开口通到轴基体10中的环状的空心室27a中。在该空心室27a的区域中孔28通到滚珠19的滚动轨道。为了限制穿过轴承的润滑剂体积，孔28、环状室27及孔28可构造成节流器，但也可设置一些起间隙密封作用的密封元件29、30。 
如作为例子示出了支承部位12的支承部位的构型的情况中，设置有滚动支承装置的不分开的元件的、已预装配的凸轮轴不仅包括滚动体31而且包括外圈32，这些滚动体通过也不分开的保持架37保持在一起。为了润滑，一个孔28也可穿过轴基体10。为了对润滑油流进行节流可构造有一些作为间隙密封装置的密封装置34、35。在此，外圈32的止动通过壳体中的一个环状的突缘35及壳体中的一个卡紧环36来进行。凸轮轴相对于壳体的止动通过两个安置在壳体中的环状的突缘38及一个突缘或环状的盘39来进行，该环状的盘也通过轴向压力套装固定在轴基体10上。 
在支承部位13的构型方面，在一个作为预装配单元制造的凸轮轴中仅通过滚动轴承的合乎目的地由一个单件式的保持架37保持在一起的元件、即滚动体40来预装配。以与在支承部位11上相同的方式在支承部位13处也可通过一个孔28进行润滑并且通过相应的间隙密封装置33、34进行对油流的节流。 
在支承部位14的构型方面，预装配单元、即凸轮轴及滚动支承装置的至少不分开的元件包括套在或压力套装在轴承座上的不分开的内圈41及滚动体42，这些滚动体通过一个不分开的保持架43保持 在一起。在滚动体42的侧面也可设置密封装置33、34。为了供应润滑剂，也可如在支承部位11处那样在基体10中设置一个孔26，此外，在内圈中设置一个环状的空心室27，在外圈中设置一个孔28。但环状的空心室也可安置在轴基体中，确切地说以环状室27a的形式安置，孔28a则从该环状室通到滚动轨道中。 
为了构成与用15标记的支承部位相应的支承装置，凸轮轴也包括滚针轴承44形式的完整的滚动轴承，该滚动轴承具有套上或压力套装的内圈45、外圈46及滚动体47、保持架48及构造成节流器的密封装置49、50。在此——也在支承部位11处，外圈46可通过压配合轴向固定并且作为轴承使用具有轴向导向的轴承。 
润滑剂输入在此用通常的方式通过一个设置在缸头中的油输入孔51来进行，该油输入孔通到一个绕外部的轴承圈45设置的环状的空心室52并且通到外圈中的一个径向的孔53。但孔51也可通到一个设置在外部的轴承圈46中的环状的空心室54并且从那里通过一个孔55通到滚动体47的滚动面。 
在相应于12或13的支承部位的构型方面，直接在轴基体上设置一个用于滚动体的滚动轨道。在这种构型中有利的可以是，轴基体具有轴承圈的品质。 
但也可对根据12、13的轴的支承部位进行硬化、磨削或精车削。 
在根据用12及13标记的支承部位的实施形式中，用于外部滚动轨道的支承部位被加工有相应的品质。 
如上所述，本发明并不局限于凸轮轴，而是也涉及其它轴如尤其是补偿轴，即这样的轴：在这种轴中功能元件伸出超过轴直径，其中，轴在功能元件的两侧直到越过其支承部位继续延伸并且其功能体尤其是通过轴向压力套装在径向上且无相对转动地来固定，这如上述DE-OSen中所述的那样。 
图2在按照图1中线II-II的视图中示出了凸轮3，图3示出了根据图2中线III-III的剖面。 
凸轮3具有一个孔60及一个部分圆柱状的区域61，该部分圆柱状的区域过渡到一个凸出的区域62。在凸出的凸轮区域62中加工有一个槽63，以便节省材料及重量。槽63也可在轴线方向上构造成贯穿的。 
这种凸轮通过相应的加工即通过锻造、必要时辐射、车削孔60、将该孔硬车削到接合尺寸、磨削周边轮廓及必要时最后滚磨到其最终尺寸来制造。但在凸轮通过其孔60轴向压力套装时，凸轮的外部形状相对于预给定的给定轮廓发生变化，确切地说不仅在圆柱状的区域61中而且在隆起区域62中发生变化。为了即使在凸轮压力套装好时也保证与给定轮廓精确相应的凸轮形状，在磨削外部轮廓64时将凸轮3通过其圆形的内孔60接收在一个张紧装置上，该张紧装置以与在轴向压力套装时的情况相同的方式使凸轮扩张。为此则可将凸轮接收在一个机械的或液压的张紧元件上，该张紧元件产生与在凸轮压力套装到轴上时相同的形式的重叠。由此可精确地根据目标轮廓来制造外部轮廓，在所述元件解除张力后出现不符合规定的形状，但在凸轮装配后又出现目标形状。 

Claims (33)

1.轴，该轴具有至少一个与该轴分开制造的、轴向套在该轴上并且在该轴上无相对转动的功能体，所述功能体被该轴穿过，该轴可支承在内燃机内部，其中，至少一个支承部位通过滚动支承装置构成，并且在该轴上设置有滚动支承装置的至少一个不分开的、即本身闭合的元件，其特征在于：滚动支承装置的所述至少一个元件设置在两个接合在该轴上的功能体之间。
2.根据权利要求1的轴，其特征在于：不仅滚动支承装置的所述至少一个元件而且一个或多个功能体轴向套在该轴上并且通过压配合在该轴上无相对转动。
3.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：在该轴上固定有至少一个具有内圈及外圈的滚动支承装置。
4.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：所述滚动支承装置是无内圈和/或外圈的滚动支承装置。
5.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：直接在该轴上设置用于滚动体的滚动轨道。
6.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：该轴由具有轴承圈的品质的材料构成。
7.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：滚动面被硬化。
8.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：滚动面被磨削。
9.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：所述支承部位被精车削。
10.根据权利要求5的轴，其特征在于：绕所述滚动轨道设置有一圈滚动体，这些滚动体彼此间通过不分开的保持架保持在一起。
11.根据权利要求10的轴，其特征在于：所述滚动支承装置是具有滚动体及外圈、但无内圈的支承装置。
12.根据权利要求10的轴，其特征在于：所述滚动支承装置是无内圈及外圈的支承装置。
13.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：所述滚动支承装置是具有内圈及彼此间保持在一起的滚动体的支承装置。
14.根据权利要求13的轴，其特征在于：该轴是至少部分空心的。
15.根据权利要求14的轴，其特征在于：一个孔从空心室通到所述支承部位。
16.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：在使用具有内圈的滚动支承装置的情况下该内圈在其内部区域中具有环状的槽。
17.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：在使用具有内圈的滚动支承装置的情况下该轴在轴承座的区域中具有环状的槽。
18.根据权利要求15的轴，其特征在于：所述内圈具有至少近似径向延伸的孔。
19.根据权利要求18的轴，其特征在于：所述孔终止在所述滚动体的滚动轨道中。
20.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：在使用具有外圈的滚动支承装置及到达支承部位的外部轮廓中的油输入装置的情况下在外圈的外部轮廓中和/或在发动机壳体的轴承支座的包围所述滚动支承装置的轮廓中设置有一个环状的槽。
21.根据权利要求20的轴，其特征在于：所述外圈具有至少近似径向延伸的孔。
22.根据权利要求21的轴，其特征在于：所述孔终止在用于滚动体的滚动轨道中。
23.根据权利要求21的轴，其特征在于：所述环状的槽和/或所述孔至少在部分区域中构造成节流器。
24.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：在所述滚动支承装置的至少一侧上设置有密封装置。
25.根据权利要求24的轴，其特征在于：所述密封装置是间隙密封装置。
26.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：该轴在缸头或发动机缸体中的轴向止动通过构造成轴向及径向轴承的滚动支承装置的外部轴承圈在缸头或发动机缸体的凹部中的轴向夹紧来进行。
27.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：该轴的轴向固定通过借助于由该轴伸出的径向轮廓与缸头或发动机缸体上的配合轮廓共同作用的形状锁合来进行。
28.根据权利要求27的轴，其特征在于：该形状锁合通过至少一个卡紧环来形成。
29.根据权利要求1或2的轴，其特征在于：所述功能体在其隆起区域中具有在轴线方向上延伸的槽。
30.根据权利要求29的轴，其特征在于：该槽在轴向上是贯穿的。
31.根据权利要求1的轴，其特征在于：所述轴是接合式凸轮轴。
32.根据权利要求29的轴，其特征在于：所述轴是凸轮轴，所述功能体是凸轮。
33.内燃机，其特征在于：该内燃机包括至少一个根据以上权利要求中一项的轴。
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