CN102191960A - 包括重量降低特征的凸轮轴及形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括重量降低特征的凸轮轴及形成方法。具体地,一种凸轮轴组件可包括凸轮组件和轴。所述凸轮组件可包括具有内表面和外表面的空心结构。多个突出部可位于所述空心结构的所述外表面上。所述凸轮组件的所述内表面可限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷。所述凸轮组件可与所述轴联接。

Description

包括重量降低特征的凸轮轴及形成方法
技术领域
本公开涉及发动机凸轮轴,并且更特别地涉及轻重量凸轮轴组件。
背景技术
本部分提供涉及本公开的背景信息,其不必是现有技术。
发动机凸轮轴组件可包括位于空心管的外表面上的多个突出部,例如凸角和主轴承支撑部或轴颈。在发动机操作期间,凸轮轴组件旋转并且凸角动作以打开发动机的进气阀和/或排气阀。轴颈提供轴承表面,以便支撑发动机的凸轮轴组件。凸轮轴的质量影响发动机的效率,并且在机动车辆的情况下影响燃料经济性。因此,发动机设计人员通常尝试通过各种手段减小发动机组件的质量。
发明内容
本部分提供本公开的一般性概述,而不是其全部范围或全部特征的详细公开。
一种凸轮轴组件可包括轴和联接到所述轴的凸轮组件。所述凸轮组件可包括具有内表面和外表面的空心结构,多个突出部位于所述外表面上。所述内表面可限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷。所述多个突出部中的至少一个可包括掏空部分。
一种发动机组件可包括发动机结构和凸轮轴组件。所述凸轮轴组件可包括轴和联接到所述轴的凸轮组件。所述凸轮组件可包括具有内表面和外表面的空心结构,多个突出部位于所述外表面上。所述内表面可限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷。所述多个突出部中的至少一个可包括掏空部分。
一种组装凸轮轴组件的方法可包括提供轴以及形成凸轮组件。所述凸轮组件可包括具有内表面和外表面的空心结构,多个突出部位于所述外表面上。所述内表面可限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷。所述多个突出部中的至少一个可包括掏空部分。所述凸轮组件可与所述轴联接。
进一步应用领域将从本文提供的描述变得直观。本发明内容中的描述和具体示例意在仅为说明之目的并且无意限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案:
1. 一种凸轮轴组件,包括:
轴;和
与所述轴联接的凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分。
2. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述轴是空心的。
3. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述轴与所述凸轮组件摩擦性接合。
4. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凸轮组件与所述轴整体形成。
5. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凸轮组件通过熔模铸造工艺制造。
6. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凹陷包括至少一个非凹陷部分。
7. 如方案1所述的凸轮轴组件,其特征在于:
所述内表面限定与所述多个突出部中的每个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的每个限定掏空部分。
8. 一种发动机组件,包括:
发动机结构;和
凸轮轴组件,所述凸轮轴组件包括:
轴;和
与所述轴联接的凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分。
9. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于,所述轴是空心的。
10. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于,所述轴与所述凸轮组件摩擦性接合。
11. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于,所述凸轮组件与所述轴整体形成。
12. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于,所述凸轮组件通过熔模铸造工艺制造。
13. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于,所述凹陷包括至少一个非凹陷部分。
14. 如方案8所述的发动机组件,其特征在于:
所述内表面限定与所述多个突出部中的每个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的每个限定掏空部分。
15. 一种方法,包括:
提供轴;
形成凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述凸轮组件的所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分;并且
联接所述凸轮组件和所述轴。
16. 如方案15所述的方法,其特征在于,形成所述凸轮组件包括熔模铸造工艺。
17. 如方案15所述的方法,其特征在于,所述凹陷包括至少一个非凹陷部分。
18. 如方案15所述的方法,其特征在于,联接所述凸轮组件和所述轴包括摩擦性接合所述凸轮组件和所述轴。
19. 如方案15所述的方法,还包括感应硬化所述凸轮组件。
20. 如方案15所述的方法,其特征在于,联接所述凸轮组件和所述轴包括穿球工艺。
附图说明
本文所描述的附图仅为说明之目的并无意以任何方式限制本公开范围。
图1是根据本公开的一个示例性凸轮轴组件的透视图;
图2是图1所示凸轮轴组件的剖视图;
图3是根据本公开的一个示例性凸轮轴组件的透视图;
图4是根据本公开的一个示例性凸轮轴组件的透视图;
图5是根据本公开的一个示例性凸轮轴组件的局部分解透视图;以及
图6是根据本公开的包括示例性凸轮轴组件的发动机组件的示意性剖视图。
在遍及几幅附图中,对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本公开的示例。下面的描述本质上仅为示范性的,并且无意限制本公开、应用或用途。
参见图1,示出了凸轮轴组件10。凸轮轴组件10可包括轴12和至少一个凸轮组件14。在图1所示的示例中,凸轮轴组件10包括沿轴10的轴向长度L分布的五个凸轮组件14。每个凸轮组件14可包括一个或多个突出部16。作为非限制性示例,凸轮轴组件10的突出部16可以是凸角,如周知的,其用于操作来打开发动机的进气阀和/或排气阀,和/或可以是轴颈,其用作凸轮轴组件10的主轴承支撑部。在图1所示的示例中,在凸轮轴组件10的每个端部处的凸轮组件14各自包括两个突出部16(一个凸角以及一个轴颈),而凸轮轴组件的中部中的三个凸轮组件14各自包括三个突出部(两个凸角以及一个轴颈)。
如图2所示,凸轮组件14可以是空心结构(例如柱形管),其包括外表面17和内表面19。突出部16可位于外表面17上并且从外表面17延伸。作为非限制性示例,内表面和外表面17、19二者的轮廓均可被设置成使得可减小凸轮组件14和相关联的凸轮轴组件10的总质量。
如上所述,一个或多个突出部16可从凸轮组件14的外表面17突出。为了实现凸轮组件14质量的减小,所有突出部16或者其子集可包括掏空部分16U。掏空部分16U可构造成使得沿突出部16的接触表面16C的轴向长度L大于沿凸轮组件14的外表面17的轴向长度16L’。此外,在保持突出部16和凸轮组件14的强度、结构完整性以及性能的同时,掏空部分的高度16H可增加以最大化地减小质量。
也可设置内表面19的轮廓以便减小凸轮组件14的质量。如图2所示,例如,所有突出部16或者其子集可包括形成在凸轮组件14的内表面19中并由其限定的凹陷15。凹陷15可与其相关联的突出部16对准。凹陷15可包括凹陷深度15D,在保持突出部16和凸轮组件14的强度、结构完整性以及性能的同时,凹陷深度15D可增加以最大化地减小质量。凹陷深度15D可沿着凸轮组件14的圆周变化,使得可进一步地减小凸轮组件14的质量。在一个非限制性示例中,凹陷深度15D可变化使得在突出部16的接触表面16C和内凹陷表面15C之间保持基本恒定的材料厚度15H。
参见图3和图4,示出了凸轮轴组件10的每个端部处的凸轮组件14。在图3和图4的非限制性示例中,凸轮组件14可包括一个或多个联接开口140。联接开口140可例如用于将经组装的凸轮轴组件10联接到发动机组件。联接开口140可以是至少部分地轴向延伸穿过突出部16的空心凹陷。为了适应联接开口140,突出部16中的联接开口140所延伸通过的凹陷15可被非凹陷部分150中断,并且包括非凹陷部分150。非凹陷部分150可由凸轮组件14的内表面19限定。以此方式,通过在适当位置包括凹陷15,联接开口140可在结构上不受影响,而同时减小突出部16的质量。
参见图5,示出了示例性凸轮轴组件10。轴12可包括空心结构(例如钢管),其可与凸轮组件14物理地联接。轴12可插入一个或多个空心凸轮组件14并且与内表面19摩擦性地接合,例如通过下面将更全面描述的穿球方法(即,为了测定一个孔口的大小或对孔口表面进行磨光或其他目的而将一个硬质钢球穿过孔口的方法)进行。以此方式,凸轮组件14和轴12可被联接以一起旋转。
下面描述制造凸轮轴组件(例如上述的凸轮轴组件10)的一个示例性方法。可提供轴12。如上所述,轴12可包括空心管结构。作为非限制性示例,轴12可以是薄壁管结构,其被设计成减小轴12的质量,而同时也维持凸轮轴组件10的强度、结构完整性和性能。
可形成凸轮组件14。在第一非限制性示例中,凸轮组件14可通过熔模铸造工艺形成。熔模铸造工艺可包括在陶瓷或类似材料的壳体中形成熔模(investment)的步骤。该壳体可填充有将用于形成凸轮组件14的熔融材料,例如钢。在材料冷却时,可例如通过锤打、振动、化学去除或其他工艺去除壳体。替代性地,壳体可能在冷却时就开始破裂并且从凸轮组件14掉落。对比其他铸造工艺,熔模的精确度减少了为了完成凸轮组件14而需的机加工的量。在第二非限制性示例中,凸轮组件14可通过粉末冶金(“PM”)工艺形成。然而,在PM工艺的情况下,凸轮组件14与轴12的联接(下面将描述)可通过烧结粘接实现。
可例如通过感应硬化、火焰硬化、激光硬化或任何其他硬化工艺来硬化所形成的凸轮组件14。凸轮组件14可作为整体被硬化或者可对凸轮组件14的独立部件(例如突出部16)进行硬化。然后,经硬化的凸轮组件14可与轴12联接,下面将更全面地描述。
凸轮组件14和轴12可通过彼此摩擦性接合而联接,例如通过穿球工艺。在穿球工艺中,凸轮组件14可定位在空心管状轴12上。然后,管状轴12可扩张以将凸轮组件14保持就位。这可通过夹持轴12的端部以防止纵向增长并且迫使球(或者直径越来越大的多个球)穿过管状轴12来实现。一个或多个球比原始的轴12内径更大,因而使轴12扩张来接合凸轮组件14。也可采用其他方式来联接凸轮组件14与轴12,例如烧结粘接、焊接、缩配合、胀开心轴工艺或者任何其他方法。
应理解的是,凸轮轴组件10的部件可通过多种方式彼此联接,并且本公开不限于摩擦接合。例如,在各种实施例中,轴12可与凸轮组件14成为整体以形成单件的凸轮轴组件10。在这些实施例中,由于轴12和凸轮组件14可形成为单个的单件,所以可省略将轴12联接到凸轮组件14的步骤。
参见图6,发动机组件20可包括发动机结构30,由发动机结构30旋转地支撑的曲轴32,联接到曲轴32的一个或多个活塞34,可旋转地支撑在发动机结构30上的进气和排气凸轮轴组件36、38,阀升程组件44,至少一个进气阀46以及至少一个排气阀50。凸轮轴组件36、38中的一个或两个可具有上述凸轮轴组件10的结构。在当前非限制性示例中,发动机组件20被示作为双顶置凸轮轴发动机,其中,发动机结构30包括旋转地支撑进气和排气凸轮轴组件36、38的汽缸盖54。然而,应当理解的是,本公开不限于顶置凸轮轴构造。发动机缸体56可限定汽缸孔58。汽缸盖54和发动机缸体56中的汽缸孔58可协作以限定燃烧室60。

Claims (10)

1.一种凸轮轴组件,包括:
轴;和
与所述轴联接的凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分。
2.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述轴是空心的。
3.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述轴与所述凸轮组件摩擦性接合。
4.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凸轮组件与所述轴整体形成。
5.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凸轮组件通过熔模铸造工艺制造。
6.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于,所述凹陷包括至少一个非凹陷部分。
7.如权利要求1所述的凸轮轴组件,其特征在于:
所述内表面限定与所述多个突出部中的每个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的每个限定掏空部分。
8.一种发动机组件,包括:
发动机结构;和
凸轮轴组件,所述凸轮轴组件包括:
轴;和
与所述轴联接的凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分。
9.如权利要求8所述的发动机组件,其特征在于,所述轴是空心的。
10.一种方法,包括:
提供轴;
形成凸轮组件,所述凸轮组件包括具有内表面和外表面的空心结构以及所述外表面上的多个突出部,其中:
所述凸轮组件的所述内表面限定与所述多个突出部中的至少一个轴向对准的凹陷,并且
所述多个突出部中的至少一个限定掏空部分;并且
联接所述凸轮组件和所述轴。
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