CN102345476A - 内燃机的气门传动机构 - Google Patents

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Abstract

内燃机的气门传动机构，具有凸轮轴和两个操纵销，凸轮轴包括承载轴和以抗相对转动且可轴向移动的方式布置在承载轴上的凸轮件，凸轮件具有：至少一个用于可变地操纵换气阀的由紧邻的有不同突起部的凸轮组成的凸轮组和带有两个在其周边上交叉的滑槽轨迹的槽形轴向滑槽，操纵销能联接到滑槽轨迹中，用于在这两个滑槽轨迹的方向上移动凸轮件。轴向滑槽应设有第三滑槽轨迹(20)，第三滑槽轨迹基本上与两个交叉的滑槽轨迹中的一个滑槽轨迹等距地分布，其中，操纵销可同时联接到这一个滑槽轨迹(11)和第三滑槽轨迹中，且其中，联接到第三滑槽轨迹中的操纵销(13)在经过两个滑槽轨迹的交叉区域(16)时迫使凸轮件在这一个滑槽轨迹的方向上进一步移动。

Description

内燃机的气门传动机构
技术领域
本发明涉及一种内燃机的气门传动机构，所述气门传动机构具有凸轮轴和两个操纵销，所述凸轮轴包括承载轴和以抗相对转动(drehfest)且可轴向移动的方式布置在该承载轴上的凸轮件，该凸轮件具有：至少一个用于可变地操纵换气阀的、由紧邻的有不同突起部的凸轮组成的凸轮组和带有两个在其周边上相交的滑槽轨迹的呈槽形的轴向滑槽，所述操纵销可联接到所述滑槽轨迹中，用于在两个滑槽轨迹的方向上移动凸轮件。 
背景技术
由DE 10148177A1公知一种带有可在两个轴向位置之间移动的凸轮件的气门传动机构，该凸轮件的呈槽形的轴向滑槽仅由用于预先确定交叉的滑槽轨迹的靠外的引导壁构成。然而，在轴向滑槽的敞开的设计方案中，关于气门传动机构的功能可靠性的重要风险在于，仅当移动的凸轮件的惯性对于操纵销在靠外的引导壁之间的在滑槽轨迹的交叉区域中必需的贴靠替换(Anlagewechsel)而言足够大时，凸轮件沿瞬时起作用的滑槽轨迹的移动过程才完整地、也就是说无错接地完成。在贴靠替换时在惯性飞行阶段期间和之后，凸轮件必须能在无操纵销正加速的强制作用的情况下运动到操纵销的其它轴向位置中。凸轮件的足够大的惯性的前提条件是凸轮轴的最小转速，该最小转速随着在凸轮件与承载轴之间的摩擦而增加。低于该最小转速旋转的凸轮件的移动可引起如下，即，凸轮件“在半路上”、即在滑槽轨迹的交叉区域中停止且凸轮组的多个凸轮的加载换气阀的凸轮从动件不受控制地且在较高机械负荷的情况下同时加载。此外，在该情况中不再存在如下可能性，即，借助于操纵销将凸轮件随后移位到轴向位置中的一个中，因为这样就不再存在在操纵销与靠外的引导壁之间的轴向 的配位关系。 
为了补救该问题，在DE 102008024911A1中作如下建议，即，凸轮件设有用于操纵销的灵活的引导装置。该引导装置包括两个相反方向转动的、用于构成轴向滑槽的靠内的引导壁的导引翼板，这些导引翼板可相对刚性的靠外的引导壁在轴向上运动。在此，如在道岔中那样，按照导引翼板的姿态，一个滑槽轨迹对于操纵销而言开启，且另一滑槽轨迹对于操纵销而言闭锁。同时，靠内的引导壁在经过滑槽轨迹的交叉区域之后同样引起凸轮件在操纵销上的轴向的强制引导，从而使得凸轮件沿着瞬时起作用的滑槽轨迹的移动过程无错接地完成。 
该类型的带有具有两个交叉滑槽轨迹的轴向滑槽和两个操纵销的气门传动机构由DE 102007051739A1所预先公知。呈槽形的轴向滑槽与交替地联接到其中的操纵销的相互作用使得带有三个凸轮的凸轮组、也就是说三级可变的气门传动机构的示出成为可能。然而，如在首先所引用的出版物中那样，轴向滑槽仅具有靠外的引导壁，从而使得即使在该气门传动机构中同样存在凸轮件的错接的相应高风险。 
为了完整的解释而作如下说明，即，在交叉区域之前、中或后的概念始终适用于操纵销相对于在凸轮件处的以固定转动方向旋转的轴向滑槽的周边位置。 
发明目的 
本发明基于如下任务，即，以如下方式改进一种先前所提及类型的气门传动机构，即，使得所提及的缺点以结构上尽可能简单的机构来消除。 
发明内容
该任务的解决方案由权利要求1的特征部分特征得出，而本发明 的有利的改进方案和设计方案可由从属权利要求得悉。相应地，轴向滑槽应设有第三滑槽轨迹，该第三滑槽轨迹基本上与两个交叉的滑槽轨迹中的一个滑槽轨迹等距地分布。在此，操纵销可同时联接到这一个滑槽轨迹和第三滑槽轨迹中，且联接到第三滑槽轨迹中的操纵销在经过两个滑槽轨迹的交叉区域时迫使凸轮件在这一个滑槽轨迹的方向上进一步移动。换而言之，本发明基于如下思想，即，轴向滑槽的在滑槽轨迹的交叉区域中的以前未利用的区段设有额外的滑槽轨迹，该额外的滑槽轨迹即使在交叉区域中和在其之后同样与第二操纵销相互作用地引起凸轮件沿几何形状上所设置的滑槽轨迹的强制移动。一方面，成功的移动过程由此不再依赖于上面所提及的凸轮轴最小转速，且即使在几乎停止的内燃机的中同样可实现。另一方面，当移动的凸轮件的惯性对于完整的移动过程而言足够时，在凸轮轴转速高于该最小转速之上时可取消在第二操纵销与额外的滑槽轨迹之间的相互作用。 
在本发明的改进方案中作如下设置，即，轴向滑槽设有第四滑槽轨迹，该第四滑槽轨迹基本上与第三滑槽轨迹等距地且关于第三滑槽轨迹分布在所述一个滑槽轨迹的另一侧上。在此，以相对于上面所阐释的工作原理类似的方式，操纵销可同时联接到所述一个滑槽轨迹和第四滑槽轨迹中，且联接到第四滑槽轨迹中的操纵销在经过两个滑槽轨迹的交叉区域时迫使凸轮件在所述一个滑槽轨迹的方向上进一步移动。根据本发明的后面所阐释的实施例，轴向滑槽的这种设计方案和轴向滑槽与两个操纵销的相互作用是三级气门传动机构可变性的基础，在其中在移动方向中的一个上将凸轮件由一个凸轮强制移动至下一个凸轮。 
鉴于凸轮件还在另一移动方向上的强制移动，两个交叉的滑槽轨迹中的另一个可具有相对一个滑槽轨迹更大的槽深度。在该情况中，所述另一滑槽轨迹通过带有靠内的和靠外的引导壁的闭合的槽来预先确定，从而使得联接到另一滑槽轨迹中的操纵销在经过两个滑槽轨迹 的交叉区域之后迫使凸轮件在另一滑槽轨迹的方向上进一步移动。 
为了在滑槽轨迹的交叉区域中在很大程度上阻止瞬时沿一个滑槽轨迹行进的操纵销到另一滑槽轨迹的更大的槽深度中的不期望的卡止，所述另一滑槽轨迹应具有如下槽深度，即，紧接在两个滑槽轨迹的交叉区域之前的槽深度小于紧接在两个滑槽轨迹的交叉区域之后的槽深度。 
此外，第三滑槽轨迹应具有如下槽深度，即，在两个滑槽轨迹的交叉区域中的槽深度小于两个交叉的滑槽轨迹的每个槽深度。基于该设计方案，滑槽轨迹的分布在滑槽轨迹的交叉区域之前的靠外的引导壁给予相对于在其处沿着受引导的操纵销的横向力的足够的机械稳定性。相应地适用于带有其它的、第四滑槽轨迹的轴向滑槽的设计方案，其中优选的是，第三滑槽轨迹的和第四滑槽轨迹的在两个滑槽轨迹的交叉区域中的槽深度基本上大小相等。 
附图说明
本发明的其它特征由下面的描述且由附图得出，在附图中局部示意地或简化地示出了本发明的一个实施例。除非另有说明，在此相同的或功能相同的构件或特征设有相同的附图标记。其中： 
图1以孤立的透视图示示出了三级升程可变的气门传动机构的根据本发明的轴向滑槽； 
图2示出了根据图1的轴向滑槽的剖面I-I； 
图3a展开地示出了在凸轮件由第一轴向位置移动到中间轴向位置中时与两个操纵销相互作用的根据图1的轴向滑槽； 
图3b示出了操纵销的关于滑槽轨迹槽深度的、属于第一次移动的、周边相关的径向升程曲线； 
图4a类似于图3a地示出了凸轮件由中间轴向位置到第三轴向位置中的移动； 
图4b类似于图3b地示出了操纵销的属于第二次移动的径向升程 曲线；并且 
图5示出了一种带有三级升程可变性的公知的气门传动机构。 
具体实施方式
为了更好的理解，本发明由图5起进行阐释，在图5中示出了根据开头引用的DE 102007051739A1的内燃机的公知的可变气门传动机构的剖面图。该气门传动机构具有凸轮轴1，该凸轮轴包括承载轴2和以抗相对转动且可轴向移动的方式布置在该承载轴上的凸轮件3。为了该目的，承载轴2设有外纵向啮合部，且凸轮件3设有相应的内纵向啮合部。这些啮合部是公知的，并且在此处仅能在承载轴2上辨认出。凸轮件3具有两个凸轮组，其由紧邻的、带有各自相同的基圆半径和不同的突起部的凸轮4a至4c和5a至5c组成。依赖于凸轮件3的轴向位置而瞬时起作用的突起部到未示出的换气阀上的传递借助于此处仅简示出的凸轮从动件6和7实现，这些凸轮从动件可公知地构造为可枢转地支承在内燃机中的杠杆或在纵向上引导的各自带有凸轮滚动分支点(Nockenrollenabgriff)或凸轮滑动分支点(Nockengleitabgriff)的挺柱。凸轮4a至4c和5a至5c的不同的突起部可理解为相应的凸轮升程的不同数值和/或凸轮的不同的气门正时。分布在两个凸轮组之间的圆柱形区段8用于将凸轮件3支撑在位置固定地布置在内燃机中的凸轮轴轴承部位9中。 
为了以将在图中瞬时起作用的凸轮4b和5b相应地转换到与此相邻的凸轮4a或4c或者5a或5c中的一个上为目的而移动凸轮件3，凸轮件3具有带有两个交叉的滑槽轨迹11和12的呈槽形的轴向滑槽10’。这些滑槽轨迹通过执行器的操纵销13和14的点状地示出的中点轨迹来象征性表现，中点轨迹在操纵销交替地联接到轴向滑槽10’中时相对于轴向滑槽10’而经过且彼此镜面对称。 
在凸轮件3的移动过程开始时和结束时，圆柱形操纵销13、14的中心距进而操纵销的中点轨迹11、12与凸轮4a至4c和5a至5c的相 应的中心距基本上相等。 
随后，对当凸轮件3在凸轮4a至4c和5a至5c处于共同的基圆相位期间移动时两个操纵销13、14与轴向滑槽10’的相互作用进行说明。出发位置是如下示出的状态，在其中操纵销13、14处在从轴向滑槽10’脱开的回拉状态中。凸轮件3向左的移动、也就是说瞬时起作用的凸轮4b和5b到凸轮4c和5c上的转换，通过将操纵销13连接到一个滑槽轨迹11中来引入。旋转的且因此同时在承载轴2上轴向向左移位的凸轮件3首先以加速侧面(Beschleunigungsflanke)15支撑且随后在经过滑槽轨迹11、12的交叉区域16之后，由于该凸轮件的轴向惯性而以减速侧面17支撑在操纵销13处。凸轮件3的向右回移，也就是说回到示出的出发位置中，通过将同一个操纵销13联接到另一滑槽轨迹12中实现，其中，从现在起凸轮件3支承在加速侧面18上，且随后在经过交叉区域16之后以相应的贴靠替换支承在操纵销13上的减速侧面19上。 
凸轮件3从示出的出发位置向右的移动(也就是说瞬时起作用的凸轮4b和5b到凸轮4a和5a上的转换)以类似的方式实现，其中，在该情况中操纵销14联接到滑槽轨迹12中，且凸轮件3通过加速侧面18和减速侧面19支撑在操纵销14上。凸轮件3到示出的出发位置中的回移通过将操纵销14联接到滑槽轨迹11中来实现，紧接着，凸轮件3利用加速侧面15和减速侧面17来支撑在操纵销14处上向左移位。 
在结束凸轮件3的移动过程之后所需的、操纵销13、14在其所示分开的位置中的复位可主动地通过操纵销13、14自身或者通过轴向滑槽10，的合适的且此处未进一步示出的径向轮廓来引起。在这种径向轮廓中，如其例如由开头引用的DE 10148177A1所预先公知的那样，滑槽轨迹11、12在凸轮件3的转动方向上在加速侧面15和18之前以及在减速侧面17和19之后设有在径向上下降的进入斜坡或者在径向上上升的离开斜坡。所述离开斜坡负责将操纵销13、14回移到示出的 分开的位置中。 
轴向滑槽10’以如下方式敞开地构造，即，滑槽轨迹11、12仅通过靠外的引导壁(即加速侧面15、18和减速侧面17、19)在轴向上界定。如事先所阐释的那样，凸轮件3的轴向的惯性依赖于凸轮件转速，且对于凸轮件3的完整的移动过程而言必需的最小转速决定性地依赖于在凸轮件3与承载轴2之间的啮合部摩擦。太小的转速可能阻止瞬时起作用的操纵销13或14在加速侧面15或18与减速侧面17或19之间的在交叉区域16中必需的贴靠替换。移动过程的很大程度上的转速独立性通过根据本发明修改的轴向滑槽与两个操纵销的相互作用来实现。这在下面借助图1至图4来阐释。 
图1示出了用于根据图5的三级升程可变的气门传动机构的修改的轴向滑槽10，该轴向滑槽的转动方向通过在端侧上绘制的箭头来标明。除了两个交叉的滑槽轨迹11、12之外，轴向滑槽10还设有第三滑槽轨迹20和第四滑槽轨迹21，其分别以实线象征性表现。第三和第四滑槽轨迹20或21通过其它槽来预先确定，所述第三和第四滑槽轨迹在轴向滑槽10的端侧上关于其转动方向进入或者离开。所述第三和第四滑槽轨迹在一个滑槽轨迹11的两侧上且基本上与该滑槽轨迹等距地分布，且在后面所阐释的与操纵销13、14的相互作用中引起凸轮件沿一个滑槽轨迹11的强制移动，从而使得凸轮件3即使在经过交叉区域16之后同样地且在图1中向右进一步移动。如同样由图3a和图4a可知的那样，第三滑槽轨迹和另一滑槽轨迹20或12在交叉区域16之后具有基本上相同的轨迹走向，而第四滑槽轨迹和另一滑槽轨迹21或12在交叉区域16之前的轨迹走向基本上相同。相应地，第三和第四滑槽轨迹20或21与滑槽轨迹11的间距各自与操纵销13和14的中心距相符。 
所有滑槽轨迹11、12、20、21的呈槽形的构型可由在图2中示出的紧接在两个滑槽轨迹11、12的交叉点之前的轴向滑槽10的纵剖面 I-I获知。一个滑槽轨迹11的槽深度，紧接在交叉点之前的槽深度T1小于紧接在其后的槽深度T2且明显小于另一滑槽轨迹12的槽深度T3，也就是说适用如下关系式a.)T1＜T2且b.)T1、T2＜＜T3。基于该构型的是第三和第四滑槽轨迹20或21的仅单侧的作用方向，其中，凸轮件3在相反方向上(在图1中向左)的强制移动通过明显分布更深的另一滑槽轨迹12的两侧的引导壁产生。通过由T1到T2的深度跳跃，在瞬时经过一个滑槽轨迹11的操纵销13或14的(深的)另一滑槽轨迹12中卡止或钩住的风险显著降低。 
第三和第四滑槽轨迹20或者21在交叉区域16中具有相同的且相对较小的槽深度T4，并且适用如下关系式：T4＜T1、T2、T3。该构型引起加速侧面15、18和减速侧面17、19的增大的机械稳定性。 
操纵销13、14与轴向滑槽10在凸轮轴转速低时的相互作用在图3和图4中示出。图3a示出了轴向滑槽10相应于垂直的箭头方向由凸轮件3的第一轴向位置到中间的轴向位置中的移动过程。在此，操纵销14联接到一个滑槽轨迹11中且操纵销13联接到第三滑槽轨迹20中。图3b示出了操纵销13、14到带有绘制的槽深度T1至T4的轴向滑槽10中的相应的沉入曲线。在水平的箭头方向上旋转的轴向滑槽10首先以加速侧面15(参见图1)支撑在操纵销14上且在此向下移动，而操纵销13接合到第三滑槽轨迹20中。在经过两个滑槽轨迹11、12的交叉区域16期间和之后，轴向滑槽10支撑在第三滑槽轨迹20的槽壁22(参见图1)上且进一步向下移动。在此，操纵销14沿减速侧面17(参见图1)而跟随所设置的滑槽轨迹11。当两个操纵销13、14通过滑槽轨迹11、20的径向上升的离开斜坡23而向回移位到操纵销分开的静止位置中时(参见图5)，凸轮件3经过凸轮宽度的移动过程结束。 
类似于图3a，图4a示出了轴向滑槽10由凸轮件3的中间轴向位置到第三轴向位置的移动过程。在此，操纵销13联接到一个滑槽轨迹11中且操纵销14联接到第四滑槽轨迹21中。类似于图3b，图4b示 出了操纵销13、14到轴向滑槽10中的相应的沉入曲线。然而在该情况中，操纵销14到第四滑槽轨迹21中的径向联接在两个滑槽轨迹11、12的交叉区域16中才得以实现，以便于阻止操纵销14与另一滑槽轨迹12的加速侧面18(参见图1)的碰撞。轴向滑槽10首先以加速侧面15(参见图1)支撑在操纵销13处且在此向下移动，而操纵销14接合到第四滑槽轨迹21中。在经过两个滑槽轨迹11、12的交叉区域16期间和之后，轴向滑槽10支撑在第四滑槽轨迹21的槽壁24(参见图1)上且进一步向下移动。在此，操纵销13沿减速侧面17(参见图1)跟随所设置的滑槽轨迹11。当两个操纵销13、14通过滑槽轨迹11、21的离开斜坡23向回移位到操纵销分开的静止位置中时，凸轮件3经过另一凸轮宽度的移动过程结束。 
回到凸轮件3的中间轴向位置和第一轴向位置中的相反的移动过程通过将操纵销13或者14联接到另一滑槽轨迹12中来实现，该滑槽轨迹由于其闭合的带有槽深度T3的槽形而表现为用于相应地联接的操纵销13或14的永久的强制引导。 
附图标记列表 
1    凸轮轴 
2    承载轴 
3    凸轮件 
4    凸轮 
5    凸轮 
6    凸轮从动件 
7    凸轮从动件 
8    圆柱形的区段 
9    凸轮轴轴承部位 
10   轴向滑槽 
11   一个滑槽轨迹 
12   另一滑槽轨迹 
13    操纵销 
14    操纵销 
15    加速侧面 
16    滑槽轨迹的交叉区域 
17    减速侧面 
18    加速侧面 
19    减速侧面 
20    第三滑槽轨迹 
21    第四滑槽轨迹 
22    第三滑槽轨迹的槽壁 
23    离开斜坡 
24    第四滑槽轨迹的槽壁 
T1-T4 槽深度。 

Claims (7)

1.内燃机的气门传动机构，所述气门传动机构具有凸轮轴(1)和两个操纵销(13、14)，所述凸轮轴包括承载轴(2)和以抗相对转动且能轴向移动的方式布置在所述承载轴上的凸轮件(3)，所述凸轮件(3)具有：至少一个用于能变地操纵换气阀的、由紧邻的有不同突起部的凸轮(4a至4c，5a至5c)组成的凸轮组和带有两个在其周边上交叉的滑槽轨迹(11、12)的呈槽形的轴向滑槽(10)，所述操纵销能联接到所述滑槽轨迹(11、12)中，用于在这两个滑槽轨迹(11、12)的方向上移动所述凸轮件(3)，其特征在于，所述轴向滑槽(10)设有第三滑槽轨迹(20)，所述第三滑槽轨迹基本上与两个交叉的滑槽轨迹中的一个滑槽轨迹(11)等距地分布，其中，所述操纵销(13、14)能同时联接到所述一个滑槽轨迹(11)和所述第三滑槽轨迹(20)中，且其中，联接到所述第三滑槽轨迹(20)中的操纵销(13)在经过所述两个滑槽轨迹(11、12)的交叉区域(16)时迫使所述凸轮件(3)在所述一个滑槽轨迹(11)的方向上进一步移动。
2.根据权利要求1所述的气门传动机构，其特征在于，所述轴向滑槽(10)设有第四滑槽轨迹(21)，所述第四滑槽轨迹基本上与所述第三滑槽轨迹(20)等距地且关于所述第三滑槽轨迹(20)分布在所述一个滑槽轨迹(11)的另一侧上，其中，所述操纵销(13、14)能同时联接到所述一个滑槽轨迹(11)和所述第四滑槽轨迹(21)中，且其中，联接到所述第四滑槽轨迹(21)中的操纵销(14)在经过所述两个滑槽轨迹(11、12)的交叉区域(16)时迫使所述凸轮件(3)在所述一个滑槽轨迹(11)的方向上进一步移动。
3.根据权利要求1所述的气门传动机构，其特征在于，所述两个交叉的滑槽轨迹中的另一个滑槽轨迹(12)具有相对所述一个滑槽轨迹(11)更大的槽深度(T3)，其中，联接到所述另一滑槽轨迹(12)中的操纵销(13、14)在经过所述两个滑槽轨迹(11、12)的交叉区域(16)时迫使所述凸轮件(3)在所述另一滑槽轨迹(12)的方向上进一步移动。
4.根据权利要求3所述的气门传动机构，其特征在于，所述一个滑槽轨迹(11)具有如下槽深度(T1、T2)，即，紧接在所述两个滑槽轨迹(11、12)的所述交叉区域(16)之前的槽深度小于紧接在所述两个滑槽轨迹(11、12)的所述交叉区域(16)之后的槽深度。
5.根据权利要求1所述的气门传动机构，其特征在于，所述第三滑槽轨迹(20)具有如下槽深度(T4)，即，在所述两个滑槽轨迹(11、12)的交叉区域(16)中的槽深度小于所述两个交叉的滑槽轨迹(11、12)的每个槽深度(T1、T2、T3)。
6.根据权利要求2所述的气门传动机构，其特征在于，所述第四滑槽轨迹(21)具有如下槽深度(T4)，即，在所述两个滑槽轨迹(11、12)的所述交叉区域(16)中的槽深度小于所述两个交叉的滑槽轨迹(11、12)的每个槽深度(T1、T2、T3)。
7.根据权利要求6所述的气门传动机构，其特征在于，所述第三滑槽轨迹(20)和所述第四滑槽轨迹(21)在所述两个滑槽轨迹(11、12)的所述交叉区域(16)中的槽深度(T4)基本上大小相等。
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