CN102549240B - 凸轮轴系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改变凸轮轴(2)的至少一个第一凸轮相对于凸轮轴(2)的第二凸轮的相对角位置的凸轮轴系统(1)，其中，该系统包括角度调整装置(3)，角度调整装置(3)具有定子(4)和相对于定子(4)可转动地布置的转子(5)，其中，转子(5)抗扭地与轴(6)相连接，其中，定子(4)抗扭地与空心轴(7)相连接，其中，轴(6)和空心轴(7)彼此同中心地布置，其中，至少一个第一凸轮抗扭地与轴(6)相连接，其中，至少一个第二凸轮抗扭地与空心轴(7)相连接。为了在定子与空心轴之间建立占据较少空间的固定的连接，本发明作如下设置，即，在定子(4)与空心轴(7)之间的抗扭连接通过固定地与定子(4)相连接的遮盖元件(8)来进行，其中，遮盖元件(8)具有孔(9)，用以容纳空心轴(7)的圆柱形的部段(10)，以及其中，在遮盖元件(8)与空心轴(7)之间的圆柱形的接触面(11)中存在力配合的和/或材料配合的连接。

Description

凸轮轴系统
技术领域
本发明涉及一种用于改变凸轮轴的至少一个第一凸轮相对于凸轮轴的第二凸轮的相对角位置的凸轮轴系统，其中，该系统包括角度调整装置，该角度调整装置具有定子和相对于该定子可转动地布置的转子，其中，转子抗扭地与轴相连接，其中，定子抗扭地与空心轴相连接，其中，轴和空心轴彼此同中心地布置，其中，至少一个第一凸轮抗扭地与轴相连接，以及其中，至少一个第二凸轮抗扭地与空心轴相连接。
背景技术
这种类型的凸轮轴系统被称作“Cam in Cam(凸轮套嵌凸轮)”系统。凸轮轴的至少两个凸轮(多为数个相应的凸轮)可凭借该系统在凸轮轴上被彼此相对地扭转，以便于改变内燃机的换气阀的配气相位。这类凸轮轴系统例如在EP 1 945 918 B1中、在GB 2 423 565 A中以及在WO 2009/098497 A1中有所介绍。
公知的是，在定子或定子的一部分与空心轴之间的抗扭的连接借助于螺栓拧紧来建立，就像这对于在内部轴与转子之间的连接而言是典型的那样。在该解决方案中，不利的是，为此需要相对较大的径向结构空间。当内燃机以OHC结构类型(顶置凸轮轴)实施时，这是尤其有问题的。另外，通过该连接提高了该系统的重量。
此外，在凸轮轴调整系统中，公知的是，建立了与一个或多个被压入到该系统中的螺栓的抗扭的连接(对此参见GB 2 423 565 A、图1以及在那里的销38)。然而，这样的解决方案易受构件故障影响。此外，在该解决方案中，随着时间的推移，相对容易构成间隙，这通过构件的磨损和变形而得到解释。
据此，空心轴与定子的连接在这种类型的调整装置的情况下是薄弱部位，该薄弱部位在故障情况下可能导致凸轮轴系统的功能失效。
发明内容
本发明基于如下任务，即，以如下方式改进开头所提及类型的凸轮轴系统，即，在定子与空心轴之间的连接得到改善。在此，尤其地应力求径向节省空间的解决方案，因为可供使用的结构空间非常有限。
该任务通过本发明的解决方案的特征在于，在定子与空心轴之间的抗扭的连接通过固定地与定子相连接的遮盖元件来进行，其中，遮盖元件具有孔，用以容纳空心轴的圆柱形的部段，以及其中，在遮盖元件与空心轴之间的圆柱形的接触面中存在力配合的和/或材料配合的连接。
孔优选地相对于轴和空心轴同中心地布置。遮盖元件通常被与定子相拧合。
力配合的连接可通过在孔与圆柱形的部段之间的压合座或收缩座来建立。为了提供足够的接触面用于传递足够大的转矩，特别优选的实施方案作如下设置，即，遮盖元件在轴和空心轴的轴向上具有尽可能恒定的厚度，其中，遮盖元件在孔的区域中在其厚度上被扩宽，以便于扩大圆柱形的接触面的长度。在此，遮盖元件优选地具有平坦的端面，其中，扩宽的厚度于是延伸进入到该系统的内部中。
材料配合的连接可通过遮盖元件与空心轴的熔焊来建立。尤其地，该熔焊可以是激光束熔焊或电子束熔焊。
材料配合的连接同样可通过遮盖元件和空心轴的钎焊来建立。在此，尤其地考虑硬焊料钎焊
Figure BDA0000150441260000031
此外，可行的是，材料配合的连接通过遮盖元件和空心轴的粘接来建立。
在遮盖元件与空心轴之间既可存在力配合的连接，还可存在材料配合的连接。
轴优选地与转子通过螺栓连接件相连接，其中，螺栓连接件优选地包括相对于该轴同轴地布置的中心螺栓。
角度调整装置优选地构造为液压的调整装置。
利用该设计方案如下变得可行，即，在定子与空心轴之间建立占据较少空间的非常牢固的连接。
附图说明
在附图中示出了本发明的一个实施例。其中：
图1示出了内燃机的具有由两个同中心的轴构成的凸轮轴的凸轮轴系统的径向截面，其中，该系统具有角度调整装置，
图2示意性地示出了内燃机的进气阀和排气阀依照第一种可行的操作方式开启和关闭的在时间上的变化曲线，
图3示意性地示出了所述阀依照第二种可行的操作方式开启和关闭的的在时间上的变化曲线，
图4示意性地示出了所述阀依照第三种可行的操作方式开启和关闭的在时间上的变化曲线，以及
图5示意性地示出了所述阀依照第四种可行的操作方式开启和关闭的在时间上的变化曲线。
具体实施方式
在图1中示出了凸轮轴系统1，凸轮轴系统1包括具有(未示出的)的凸轮的凸轮轴2，该(未示出的)的凸轮以公知的方式与换气阀共同起作用，以便于控制在内燃机中的气体交换。
这种类型的装置用于改变内燃机的阀配气相位。大多使用液压操作式的调整器。
根据第一种行驶策略，对进气阀相对于排气阀的控制方案被改变，或者反过来也可以，这大多可用在呈SOHC(单顶置凸轮轴)或OHV(顶置气门)的结构类型的发动机中。这允许进气相位或排气相位利用唯一的凸轮轴加以改变。
第二种行驶策略作如下设置，即，一组进气阀相对于另一组阀的配气相位以各自的进气凸轮轴加以改变。这一点当每个气缸设置有两个或可能三个进气阀，并且期望的是，在气缸处改变其中一个进气阀相对于另一进气阀的配气相位时，可被使用。
根据第三种行驶策略，一组排气阀相对于另一组阀的配气相位以各自的排气凸轮轴来改变。这一点当每个气缸设置有两个或可能三个排气阀，其中，期望的是，在气缸处改变一个排气阀相对于其他排气阀的配气相位时，可被使用。
在此处，凸轮轴系统1具有角度调整装置3，角度调整装置3与凸轮轴2相连接。在凸轮轴上布置有例如用于内燃机的进气阀和排气阀的凸轮。借助于角度调整装置3可实现如下，即，凸轮的一部分相对于凸轮的另一部分被扭转。为此，凸轮轴2由两个同轴地布置的轴元件(即由轴6及同轴地布置轴6中的空心轴7)组成。处在凸轮轴2上的凸轮要么与轴6抗扭地相连接，要么与空心轴7抗扭地相连接。对此的细节由EP 1 945 918 B1获知。
角度调整装置3具有定子4和转子5，定子4和转子5彼此相对地(在该实施例中借助于液压的操作件)可被扭转过限定的角度。该扭转功能的产生在现有技术中是公知的，其中，示范性地参引DE 10344 816 A1。在该处所描述的装置中，存在叶轮，叶片成型到叶轮中，或叶片布置在叶轮中。叶片处在被加工到转子中的液压室中。通过对液压室的相应侧以液压流体进行相应的加载，可实现转子相对于定子的调整。
转子5与轴6抗扭地相连接，其中，为此使用中心螺栓13。通过中心螺栓13确保在转子5与轴6之间牢固的径向连接和轴向连接。
定子4具有遮盖元件8，遮盖元件8借助于螺栓14与定子4相连接。空心轴7与遮盖元件8抗扭地相连接。在此，在定子4与空心轴7之间的抗扭的连接通过与定子4相连接的遮盖元件8以如下方式来进行，即，遮盖元件8具有孔9，用以容纳空心轴7的圆柱形的部段10。在此，作如下设置，即，在遮盖元件8与空心轴7之间的圆柱形的接触面11中存在力配合的和/或材料配合的连接。
为此，在根据图1的实施例中作如下设置，即，空心轴7以其圆柱形的部段10借助于压配合而安置在孔9中。该压配合可通过将圆柱形的部段10轴向压入到孔9中和/或通过加温收缩来建立。压配合排除了在遮盖元件8与空心轴7之间的所有轴向余隙和径向余隙。
为了使孔9在轴向上设有足够长的延伸，遮盖元件8在孔9的区域中设有在轴向上延伸的加宽部15。利用加宽部15，确保足够的接触长度，从而使得借助于压合座在遮盖元件8与空心轴7之间的连接足够牢固。据此，遮盖元件8的在其径向的延伸上尽可能均匀的厚度d在孔9的区域中基于加宽部15而被提高到值D上，数值D优选地至少为数值d的1.5倍、特别优选地为数值d的至少2倍。
遮盖元件8的外部的端面12尽可能平坦地构造，也就是说加宽部15延伸进入到角度调整装置3的内部中。
在与遮盖元件8相对而置的侧面上，角度调整装置3被以另一遮盖元件16来封闭。角度调整装置3进而还有凸轮轴2的驱动以已知的方式通过小齿轮17借助由内燃机的曲轴驱动的(未示出的)链条来进行。小齿轮17在这里构造为单独的构件。然而，小齿轮17同样能以集成到定子4中的方式来构造。
由此，可行的是，对在同空心轴7抗扭地相连接的凸轮与同轴6抗扭地相连接的凸轮之间的相位施加影响，也就是进行调整。在此，在遮盖元件8与空心轴7之间的连接根据本发明如此牢固地构成，即，可以传递足够的转矩，以便于逆着换气阀的弹簧力实现对凸轮的操作。相同的情况自然适用于在转子5与轴6之间借助于中心螺栓13的连接。
内燃机的由凸轮轴系统而可行的运行方式在图2至5中图示出来。这些图相应地示出了凸轮施加到阀上的开启行程在时间上的变化曲线。
在带有单个凸轮轴(SOHC结构类型-单顶置凸轮轴)的发动机中或者在OHV结构类型(顶置气门)的发动机中，轴6操作排气阀，其中，排气阀相对于发动机的曲轴的控制方案可被调整。在此，对排气阀的操作方案在图2中的左边的半图中可见，而在右边的半图中可见的是对进气阀的操作方案。对应于排气阀的虚线示出的曲线变化过程以及沿双箭头方向的移动说明了：为此对角度调整装置3的调整可行性加以利用。
在图2的情况下，这使得对排气阀依赖于内燃机的转速和负荷状态的优化的控制方案(也就是说开启和关闭)成为可能。这以有利的方式引起较高的燃料效率并且产生降低的排放。
对于发动机的与在图2中相同的结构类型而言，在图3中可见，当轴6操作进气阀时，变化曲线看起来是怎样的。对排气阀的操作方案还在左侧的半图中，而对进气阀的操作方案在右侧的半图中可见。在这里，这时又对于虚线示出的曲线变化过程和双箭头而看出，进气阀相对于曲轴的相位可被改变。
在图3的情况下，这使得进气阀依赖于内燃机的转速和负荷状态的优化的控制方案(也就是说开启和关闭)成为可能。容积效率可被改善，这产生了发动机的改善的转矩生成以及较高的燃料效率，并且产生了发动机的较好的运行特性。
在带有两个处于上部的凸轮轴(DOHC(双顶置凸轮轴)结构类型)的发动机中可作如下设置，即，轴6利用被抗扭地固定在轴6上的凸轮来操作每个气缸的一个或多个排气阀，而剩下的排气阀通过空心轴7和抗扭地布置在空心轴7上的凸轮来操作。图4示出了这样的解决方案。在该情况下，对于每个气缸而言可实现排气阀中的一个或多个相对于剩下的排气阀的操作方案加以调整。在图4中的左侧的半图中可见如下，即，至少一个排气阀(参见实线)被以固定的配气相位来加载，而至少另一个的排气阀(参见虚线和双箭头)在配气相位方面可被调整。在这里，进气阀在配气相位方面不可被调整(参见右侧的半图)。
由此，可改变排气阀的开启的时长，从而使得排气阀的开启时间可被优化。排气阀在下死点(UT)之前提早的开启使得内燃机较快的升温成为可能，这降低了冷启动-排放。
在图5中简示出与图4类似的解决方案。同样地此处，DOHC(双顶置凸轮轴)结构类型的发动机得到使用。轴6此处操作每个气缸的一个或多个进气阀，而剩下的进气阀由空心轴7来操作。
由此，又能以如下方式实现控制，即，进口处的阀开启时间可被改变。在图5的右侧的半图中的实线又示出了具备不可变的配气相位的一个或多个进气阀的控制方案，而虚线和双箭头说明的是，余下的进气阀就对其的控制方案而言借助于角度调整装置3可在时间上加以改变。
因此，在这里类似于图4地，可改变进气阀开启的时长。此外，同样可以对进气阀的关闭时间加以优化。这可被用于执行进气阀延迟关闭的策略(延迟进气阀关闭(LIVC-Late Intake Value Closing))。
进气阀在下死点(UT)之后关闭使得如下成为可能，即，气体的部分被压回到吸取区段中，这减小了压缩区段的长度。这引起发动机的泵损失的降低，并且因此引起改善的燃料效率。进气阀的关闭可以依赖于转速和发动机负荷得到优化。
附图标记列表
1    凸轮轴系统
2    凸轮轴
3    角度调整装置
4    定子
5    转子
6    轴
7    空心轴
8    遮盖元件
9    孔
10   圆柱形的部段
11   圆柱形的接触面
12   端面
13   中心螺栓
14   螺栓
15   加宽部
16   遮盖元件
17   小齿轮
d    厚度
D    厚度

Claims (15)

1.用于改变凸轮轴（2）的至少一个第一凸轮相对于所述凸轮轴（2）的第二凸轮的相对角度位置的凸轮轴系统（1），其中，所述系统包括角度调整装置（3），该角度调整装置（3）具有定子（4）和相对于该定子（4）以可转动的方式布置的转子（5），其中，所述转子（5）抗扭地与轴（6）相连接，其中，所述定子（4）抗扭地与空心轴（7）相连接，其中，所述轴（6）和所述空心轴（7）彼此同中心地布置，其中，所述至少一个第一凸轮抗扭地与所述轴（6）相连接，以及其中，至少一个第二凸轮抗扭地与所述空心轴（7）相连接，其特征在于，在所述定子（4）与所述空心轴（7）之间的抗扭的连接通过固定地与所述定子（4）相连接的遮盖元件（8）来进行，其中，所述遮盖元件（8）具有孔（9），用以容纳所述空心轴（7）的圆柱形的部段（10），以及其中，在所述遮盖元件（8）与所述空心轴（7）之间的圆柱形的接触面（11）中存在力配合的和/或材料配合的连接。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述孔（9）与所述轴（6）和所述空心轴（7）同中心地布置。
3.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述遮盖元件（8）被与所述定子（4）相拧合。
4.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述力配合的连接通过在孔（9）与圆柱形的部段（10）之间的压合座或收缩座来建立。
5.根据权利要求4所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述遮盖元件（8）在所述轴（6）和空心轴（7）的轴向上具有优选恒定的厚度（d），其中，所述遮盖元件（8）在所述孔（9）的区域中的厚度（D）扩宽，以扩大所述圆柱形的接触面（11）的长度。
6.根据权利要求5所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述遮盖元件（8）具有平坦的端面（12），并且加宽部（15）基于扩大的所述厚度（D）而延伸进入所述系统的内部中。
7.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述材料配合的连接通过遮盖元件（8）和空心轴（7）的熔焊来建立。
8.根据权利要求7所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述熔焊是激光束熔焊或电子束熔焊。
9.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述材料配合的连接通过遮盖元件（8）和空心轴（7）的钎焊来建立。
10.根据权利要求9所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述钎焊是硬焊料钎焊。
11.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述材料配合的连接通过遮盖元件（8）和空心轴（7）的粘接来建立。
12.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，在遮盖元件（8）与空心轴（7）之间既存在力配合的连接，还存在材料配合的连接。
13.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述轴（6）与所述转子（5）通过螺栓连接件相连接。
14.根据权利要求13所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述螺栓连接件包括与所述轴（6）同轴地布置的中心螺栓（13）。
15.根据权利要求1所述的凸轮轴系统，其特征在于，所述角度调整装置（3）构造为液压的调整装置。
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