CN102459826B - 气门受控的发动机的组合式轴部件、尤其是组合式凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气门受控的发动机的组合式轴部件、尤其是组合式凸轮轴，其中，包括至少一个功能件、尤其是至少一个凸轮的毂体借助插接齿部沿周向方向借助形锁合连接结构以形锁合的方式保持在轴上，其中，所述插接齿部具有构造在所述轴上的轴齿部，所述轴齿部与构造在毂体开口中的毂体齿部共同作用。根据本发明，所述至少一个毂体(14)除了周侧的形锁合连接之外还通过紧配合保持在所述轴(12)上，所述紧配合通过形成在所述轴齿部(22)的顶圆与所述毂体齿部(26)的根圆之间的压配合来产生。另外，本发明描述了一种用于制造用于气门受控的发动机的组合式凸轮轴的方法。

Description

气门受控的发动机的组合式轴部件、尤其是组合式凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于气门受控的发动机的组合式/装配式(gebaut)轴部件、尤其是组合式凸轮轴，以及一种根据权利要求10前序部分所述的用于制造组合式轴部件的方法。
背景技术
具有可变气门控制和/或单个气缸关闭的发动机的结构是已知的，其中在凸轮轴上应用有能轴向移动的凸轮或凸轮对，所述凸轮或凸轮对例如对于每个提升阀具有两个不同的凸轮结构，并因此通过其变换而导致不同的控制时间。如果所述轮廓之一是圆对称的(凸轮基圆)，则也可使提升阀静止不动。如果这类“切换凸轮”与不能变换的固定凸轮相组合，则两种变型已经能基于组装技术而被实施成组合式的式样——例如通过插接齿部，所述插接齿部在简单组装的情况下确保了驱动力矩的可靠传递以及对所产生的变换力矩/交变力矩的合适的支承。因为例如这种插接齿部具有缝隙，所以在发动机运行中会产生显著的噪声排放。该噪声排放尤其是取决于在插接齿部上的、例如通过气门凸轮或泵凸轮产生的变换力矩。
不仅从DE 197 10 847 C2而且从DE 37 17 190 A1已知了承载凸轮的毂部基体在切削加工的情况下推装到轴上。然而，这种连接方式的缺点在于，由于形成了切削，可传递的转矩减小了，这是因为材料从接合缝中被切出并因此不再能有助于形锁合或不再能有助于建立紧力进而有助于力锁合。
为了避免上述问题，在EP 1 741 945 A1中提出，构造具有圆形横截面的毂体开口以及绝对平的开口表面。要与毂体相连接的轴在连接区域中借助特殊的滚花方法增大到这样的直径，即在轴外侧上形成有凸出部和凹入部。这两个构件以下列方式实现连接，使得毂体被推动越过所述轴的借助滚花方法增大的区域并与此同时与所述轴实现力锁合和形锁合的连接。然而，在所述变形中存在下述危险，即可造成空隙，并因此造成紧力损失，进而又造成轴与毂体之间的连接的形锁合(水平)和/或力锁合(水平)的降低。
发明内容
与此相对地，本发明的目的在于，提出一种组合式轴部件、尤其是组合式凸轮轴，借助该组合式轴部件在轴运行时能以结构简单的方式可靠地避免不期望的噪声排放。另外，本发明的目的还在于，提供一种方法，借助该方法能技术简单地制造组合式轴。
所述目的通过独立权利要求的特征来实现。本发明有利的和适宜的实施形式是从属权利要求的主题。
根据权利要求1，提出一种用于气门受控的发动机的组合式轴部件、尤其是组合式凸轮轴，其中，包括至少一个功能件、尤其是至少一个凸轮的毂体借助插接齿部沿周向方向借助形锁合连接结构以形锁合的方式保持在轴上，其中，插接齿部具有构造在轴上的轴齿部，该轴齿部与构造在毂体开口中的毂体齿部协同工作。根据本发明，所述至少一个毂体除了周侧的形锁合连接之外还通过紧配合保持在轴上，紧配合通过形成在轴齿部的顶圆与毂体齿部的根圆之间的压配合而产生。
除了通过这种根据本发明的构造方式可取消毂体在轴上的轴向固定装置之外，特别有利地是，在轴运行时所产生的变换力矩得到了非常好的支承并且在齿部中被吸收，从而不再会产生或者明显减少了不期望的噪声排放。
特别有利以及制造技术方面有益的是，为了产生紧配合，轴齿部的顶圆直径可相对于标称尺寸/名义尺寸/基本尺寸被增大和/或毂体齿部的根圆直径可相对于该标称尺寸被减小。因此，以非接触的方式相对置的、轴上的齿部的齿顶以及毂体上的齿部的齿根设计成，使得所述齿顶和齿根在协同工作时产生所说的紧配合。以最简单和成本低廉的方式实现了齿部的修改/变型以及制造方面的额外花费。
尤其是可在制造轴上的齿部和毂体上的齿部时，顶圆直径被磨削成配合(尺寸)，而根圆直径被拉削成配合(尺寸)。在此，优选的是，进行紧配合的所述齿部在接近过渡配合的范围内制成为过盈配合，尤其是制成为具有与未构造有插接齿部的、例如在切削加工的条件下相连接的以及传递相同的工作力矩的轴-毂连接结构相比更小的重合度/过盈度(优选为H7/r6或H7/s6或H7/u6的配合方式)。相对较小的重合度确保组装的简单并且保证了，尽管在运行中、尤其在凸轮运行中已被尺寸精确地预先制成的毂体仍确保对所产生的变换力矩进行足够的支承，但所述毂体以后不会变形。
在毂体以压配合的方式以及以纵压结合的方式相接合的情况下，轴上的相对应的齿部在组装方面特别有利地设计有进入斜面，以便使得易于推装到该齿部上。优选的是，这种推装与可以是水基或油基的合适的润滑介质或隔离介质相结合地进行，以便避免在推装到这种紧配合-轴区域或紧配合-轴区段上时磨耗并因此损坏组装范围内的毂体或毂体齿部，这种紧配合-轴区域或紧配合-轴区段具有相同的紧配合-配合尺寸，如配设给待推装上的毂体的、沿着推装方向位于该毂体后面的紧配合-轴区域。
另选地，在以横压结合(Querpressverband)的方式相接合的情况下，可将轴冷却和/或将毂体加热到使得该毂体能以最大程度没有力作用的方式推装到轴上或齿部上。上面描述的组装辅助措施的优点还在于，在毂体以紧配合和滑配合交替布置的情况中，待接合的毂体可没有困难地被推动经过多个按顺序位于该毂体前面的齿部、例如根据权利要求8的滑配合，并且在此尤其与具有基本相同或一致的齿部参数的紧配合-毂体连接和滑配合-毂体连接相联系。这里，一致的齿部参数应理解为各个插接齿部区域的尤其近似相同的尺寸和设计/构造方式。
尤其是根据本发明的权利要求10所述的方法实施例，轴齿部的顶圆被圆(形)地制成、尤其是圆(形)地磨削成具有最大20μm、优选最大16μm、更优选最大13μm的公差。同样地，根据本发明的所述方法实施例，毂体齿部的根圆被圆(形)地制成、尤其是圆(形)地拉削成具有最大25μm、优选最大21μm、更优选最大17μm的公差。通过这种产生精细公差的制造方式可制造出可突出地满足上面所述的条件的组合式凸轮轴。在此，轴齿部的顶圆和毂体齿部的根圆优选被制成具有相同的标称尺寸或基于相同的标称尺寸来设计。
附图说明
下面借助所附的示意图更详细地阐明本发明的一种实施例。其中示出：
图1示出用于具有部分气缸关闭(功能)的发动机的凸轮轴，该凸轮轴在此具有例如四个布置在插接齿部上的具有凸轮对的毂体，这里在这些毂体中又仅示例性地有两个毂体以紧配合的方式实施成固定的而两个毂体以滑配合的方式实施成可移动的；
图2示出根据图1的凸轮轴的一区段的分解图，该凸轮轴具有能交替地以紧配合和滑配合的方式组装到轴上的两个毂体和两个插接齿部；
图3示出能移动的毂体的齿部在轴上的齿啮合的放大图；以及
图4同样示出图2的进行紧配合的另一毂体的齿部在轴上的齿啮合的放大图。
具体实施方式
图1示出用于具有部分气缸关闭(功能)的发动机的凸轮轴10，该凸轮轴基本包括能由驱动齿轮(例如链轮，未示出)驱动的内部轴12，在该轴上布置有四个构造在毂体14、16上的凸轮对18、20。对凸轮轴10仅进行为理解本发明所需的说明。
毂体14上的凸轮对18是简单的固定凸轮，所述固定凸轮各自致动发动机的配气机构/气门传动机构的提升阀。
中间的凸轮对20是固定在毂体16上的切换凸轮，所述切换凸轮各自具有凸轮轮廓20a以及圆对称的、与凸轮基圆相一致的轮廓20b。另外，凸轮对20配设有相邻的滑槽引导部20c，凸轮对20能借助所述滑槽引导部与毂体16一起进行轴向移动。在此，未示出的切换销交替地与其中一个滑槽引导部或另一个滑槽引导部相啮合。
在凸轮轴10的轴12上，每个凸轮对18、20连同其毂体14、16一起与轴向平行地取向的齿部22、24(参见图2)相接合，所述齿部与毂体14、16中的对应齿部26、28作为在周向方向上形锁合的插接齿部协同工作。
在此，用于两个毂体14的齿部22、26设计为还要仔细描述的过盈配合件，从而毂体14连同其凸轮18一起在接合之后以压配合的方式保持在轴12上，而且不需要其它的轴向固定装置。
用于两个毂体16的齿部24、28作为按照DIN/ISO标准的已知齿部设计为滑配合件并且能够以几乎没有力作用的方式被推装/推套到轴12上。另外，为了调节切换凸轮20连同毂体16，在轴12中设置有通过压簧30径向向外预偏压的止动体部32，该止动体部与毂体16中的对应的凹部(未示出)共同作用以将毂体16连同凸轮对20一起锁止在轴12上的各个切换的轴向位置中。
图3示出被设计为滑配合件的齿部24、28的齿啮合，其中根据常规的齿部参数，分别在齿顶(齿顶圆34)与齿根(齿根圆36)之间形成有按照DIN/ISO标准的标准间隙(尺寸a)。因此，毂体16能以几乎没有力作用的方式推装到轴12上或该轴的齿部24上并且被相应地调节以调整凸轮传动机构。
与此不同的是，齿部22、26的齿啮合(图4)被设计为压配合。为此，轴12上的齿部22的齿顶圆34被制造成相对于毂体14中的齿部26的齿根圆36具有小的重合度/过盈度
在制造齿部22、26时，首先将轴12上的齿部22轧制成具有稍大的齿顶圆34，并随后将该齿顶圆34磨成具有一配合尺寸(优选为u6)。
对于毂体14中的齿部26，对应的齿根或其齿根圆36借助拉刀制成与较大的齿顶圆34相匹配、优选制成具有一配合尺寸H7(分别基于共同的标称尺寸/名义尺寸/基本尺寸)。齿顶圆34与齿根圆36之间的相对较小的重合度满足了：既固定了毂体14在轴12上的轴向位置，又在不存在由齿隙导致的相对运动的情况下支承了在凸轮传动机构中产生的变换力矩。
为了将毂体14连同凸轮18一起组装到轴12的齿部22上，使轴12冷却并同时加热毂体14连同凸轮18。可借助H7/u6配合通过相对较小的重合度来使毂体14的加热保持得很低，从而在已经配合精确地制造的凸轮对18上不产生扭曲/变形或硬度损失。在此，首先沿着组装方向将待定位的毂体14(在图1中左侧)没有困难地推动经过位于该毂体前面的齿部22和24，并在轴12与毂体14之间的温度均衡之后进行紧配合。
作为横压结合(热压配合)的替代，齿部22上的毂体14也可设计为纵压结合。在这种情况下，可在齿部22上沿着组装方向分别设置有位于前面的进入斜面21(锥形渐缩部)，该进入斜面有利于将毂体14装到轴12的齿部22上。如果需要的话，进入斜面21也可被构造在毂体14的内齿部26上。通过应用合适的(油基的和/或水基的)润滑介质和/或隔离介质，能可靠地避免压配合中的可能的磨耗。
本发明并不局限于所示实施例。作为所给出的过盈配合H7/u6的替代，也可使用另外的合适的配合方式。
作为毂体上的凸轮对的替代，也可相应地构建单个凸轮或包括单个凸轮和凸轮对的组合件。另外，除了凸轮或凸轮对之外，如需要也可将凸轮轴的另外的功能件例如传动偏心轮等如上面所述地以压配合的方式固定在轴12的齿部22上。
切换凸轮20也可被设计成，作为气缸关闭功能的替代方案，设置有不同的凸轮轮廓用以获得可变的气门控制。

Claims (13)

1.一种用于气门受控的发动机的组合式凸轮轴，其中，包括至少一个凸轮(18)的毂体(14)借助插接齿部沿周向方向借助形锁合连接结构以形锁合的方式保持在轴(12)上，其中，所述插接齿部具有构造在所述轴(12)上的轴齿部(22)，所述轴齿部与构造在毂体开口中的毂体齿部(26)协同工作，其中，所述至少一个毂体(14)除了周侧的形锁合连接之外还通过紧配合保持在所述轴(12)上，所述紧配合通过形成在所述轴齿部(22)的顶圆与所述毂体齿部(26)的根圆之间的压配合来产生，其特征在于，所述轴(12)具有至少一个另外的轴齿部(24)，该另外的轴齿部形成构造成滑配合的插接齿部的构件，包括至少一个凸轮的滑配合-毂体(16)通过构造在毂体开口中的毂体齿部(28)这样与所述另外的轴齿部协同工作，使得所述滑配合-毂体(16)以能轴向移动的方式保持在所述轴(12)上；所述至少一个紧配合-毂体(14)和所述至少一个滑配合-毂体(16)具有相同或一致的齿部参数。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，为了产生所述紧配合，所述轴齿部(22)的顶圆直径(34)相对于一标称尺寸被增大和/或所述毂体齿部(26)的根圆直径(36)相对于所述标称尺寸被减小。
3.根据权利要求2所述的凸轮轴，其特征在于，在制造所述轴齿部(22)时，所述顶圆直径(34)磨削成配合尺寸，和/或在制造所述毂体齿部(26)时，所述根圆直径(36)拉削成配合尺寸。
4.根据权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，造成紧配合的所述轴齿部(22)和所述毂体齿部(26)在接近过渡配合的范围内制成为过盈配合。
5.根据权利要求4所述的凸轮轴，其特征在于，造成紧配合的所述轴齿部(22)和所述毂体齿部(26)制成为具有比未构造有插接齿部的以及传递相同的工作力矩的轴-毂连接结构更小的重合度。
6.根据权利要求5所述的凸轮轴，其特征在于，造成紧配合的所述轴齿部(22)和所述毂体齿部(26)制成为H7/r6或H7/s6或H7/u6。
7.根据权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，所述轴齿部(22)设计有进入斜面(21)。
8.根据权利要求1或2所述的凸轮轴，其特征在于，轴侧的切换齿部被构造成，使得以紧配合的方式固定在所述轴(12)上的所述至少一个毂体(14)以相对于所述切换齿部具有一限定的间隙的方式被推装到所述轴(12)上。
9.一种用于制造用于气门受控的发动机的组合式凸轮轴的方法，其特征在于，这样将具有至少一个凸轮的毂体借助插接齿部保持在一轴上，使得在所述轴与所述毂体之间不仅形成沿周向方向起作用的形锁合连接，而且形成在轴齿部(22)的顶圆与毂体齿部(26)的根圆之间沿径向方向起作用的力锁合连接或压配合连接，所述轴齿部(22)的所述顶圆被圆整地制成具有最大20μm的公差，而所述毂体齿部(26)的所述根圆被圆整地制成具有最大25μm的公差；所述轴(12)具有至少一个另外的轴齿部(24)，该另外的轴齿部形成构造成滑配合的插接齿部的构件，使与所述毂体(14)具有相同或一致的齿部参数的、包括至少一个凸轮的滑配合-毂体(16)通过构造在滑配合-毂体开口中的毂体齿部(28)这样与所述另外的轴齿部协同工作，使得所述滑配合-毂体(16)以能轴向移动的方式保持在所述轴(12)上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述轴齿部(22)的所述顶圆与所述毂体齿部(26)的所述根圆制成具有相同的标称尺寸。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将所述轴齿部(22)和/或所述毂体齿部(26)制成具有进入斜面(21)。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在以横压结合的方式相接合时，这样冷却所述轴(12)和/或这样加热所述毂体(14)，使得能以基本没有力作用的方式和/或以一限定的间隙将所述毂体(14)推装到所述轴(12)上。
13.根据权利要求中9或10所述的方法，其特征在于，在以纵压结合方式相接合时，使用隔离介质和/或润滑介质，在推过各个相同的紧配合-轴区段时，所述隔离介质和/或润滑介质作为滑动介质借助所述毂体积聚在接合缝中。
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