CN103080485B - 用于组装发动机模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于组装用于机动车发动机的模块的方法，该模块包括带有轴承容纳部(2)的至少一个气缸盖罩(1)和支承在轴承容纳部(2)中的凸轮轴(3)，其中，凸轮轴(3)在模块的组装的过程中由支承轴(4)和待与支承轴(4)连接的构件(5)来构造，并且其中，构件(5)具有用于容纳支承轴(4)的通孔(6)。为了说明这样的方法，在其中不需要特别构造的装置用于在相应的正确的角位置中保持和布置待固定在支承轴上的构件，并且该方法可灵活地用于具有带有不同角位置的凸轮的不同的凸轮轴，提出以下方法步骤：a)？提供支承轴(4)，其在应固定构件(4)的区域中具有局部的直径扩展部(7)而在应在轴承容纳部(2)中支承制造完成的凸轮轴(3)的区域中具有支承截段(8)；b)？待固定在支承轴(4)上的构件(5)以预定的顺序被定位成使得其通孔(6)与气缸盖罩(1)的轴承容纳部(2)对齐地来布置且定位在不与这些构件(5)在制造完成的凸轮轴(3)上所占据的轴向位置相应的轴向位置处；c)？冷却支承轴(4)并且/或者加热构件(5)，使得可将支承轴(4)以其直径扩展部(7)和支承截段(8)移动穿过气缸盖罩(1)的轴承容纳部(2)和构件(5)的通孔(6)；d)？将支承轴(4)移动穿过轴承容纳部(2)和通孔(6)，使得在每个轴承容纳部(2)中布置有支承轴(4)的支承截段(8)且邻近于每个构件(5)布置有直径扩展部(7)；e)？加热支承轴(4)并且/或者冷却构件(5)，使得支承轴(4)的直径扩展部(7)和与通孔(6)相关联的构件(5)的通孔(6)具有预定的重叠；f)？将构件(5)依次压上到与其相关联的直径扩展部(7)上或者将直径扩展部(7)依次压入构件(5)的与其相关联的通孔(6)中，其中，在压上或者压入之前相应来调整每个构件(5)相对于支承轴(4)的需要的角位置。

Description

用于组装发动机模块的方法
技术领域
本发明涉及一种用于组装用于机动车发动机的发动机模块的方法，该模块包括气缸盖罩和可旋转地支承在气缸盖罩中的凸轮轴。
背景技术
为了减少在组装机动车发动机时的装配花费且降低在发动机装配中的仓储和物流成本，由供应商给汽车制造商提供已完成组装的发动机模块直接到装配带处。这样的发动机模块例如由气缸盖罩和支承在其中的凸轮轴构成。在发动机组装的范围中然后仅须将该模块固定在发动机的气缸盖处。
在文件EP1155770B1中说明了一种用于发动机模块(其由气缸盖罩和支承在其中的凸轮轴构成)的装配方法。在该已知的装配方法中设置有带有通引部(Durchführung)的气缸盖罩，之后的凸轮轴的柱状的支承轴被插过通引部。待固定在凸轮轴上的构件、例如凸轮必须被这样布置在特别的容纳部中，使得其刚好定位在需要的角度取向中和在需要的轴向位置处。如果气缸盖罩和待固定在凸轮轴上的构件与其用于容纳支承轴的通引部彼此间位置正确地且角度正确地取向，则支承轴被移动穿过通引部。根据在文件EP1155770B1中所说明的方法的一实施形式，在推过支承轴之前加热待固定在凸轮轴上的构件而冷却支承轴，以确保支承轴的没有力的插入。借助于压配合连接将凸轮固定在支承轴上。为了建立该压配合连接，在文件EP1155770B1中说明不同的可能性。一方面，可由此来建立压配合连接，即借助于按压在力消耗下来插入支承轴。建立压配合连接的另一可能性在于，所插入的支承轴经受内部高压成型(Innenhochdruckumformung)，使得依次或者同时至少在这些构件的区域中来扩大轴的外直径。
由文件EP1155770B1已知的方法是复杂的且与高成本相联系，因为待固定在凸轮轴上的构件已在插入支承轴之前必须如其应在之后的凸轮轴上所布置得那么精确地来定位和取向。为了实现这，需要特别构造的和成形的保持元件，可将构件位置和角度合适地置入其中。对于每个构件，保持元件在此必须具有特别成形的保持容纳部。这些保持元件的保持容纳部是复杂且昂贵的。此外，对于不同的凸轮轴需要不同的保持元件。因为凸轮相对于凸轮轴的支承管的角度取向例如取决于是否涉及用于4缸或者6缸发动机的凸轮轴。
发明内容
本发明目的在于说明一种用于组装由气缸盖罩和凸轮轴构成的发动机模块的方法，在其中不需要特别构造的装置用于在相应的正确的角位置中保持和布置待固定在支承轴上的构件，并且该方法可灵活地用于具有带有不同角位置的凸轮的不同的凸轮轴。
该目的通过根据本发明的方法来实现。
根据本发明的方法的较大的优点在于，待固定在凸轮轴上的构件(例如凸轮、传感器轮等)在插入支承轴之前仅被定位在不与这些构件在制造完成的凸轮轴上所占据的轴向位置相应的轴向位置处。因此，构件在其相对于支承轴的角位置方面还不需要精确地来取向。在根据本发明的方法中在插入支承轴之前可完全放弃构件的精确取向。因此不需要特别的保持装置(通过其已在插入支承轴之前确定各个待固定在凸轮轴上的构件相对于支承轴的精确的角位置)。
在根据本发明的方法中，在插入支承轴之后由此将构件固定在其上，即将构件压到支承轴的与其相关联的直径扩展部(Durchmesseraufweitung)上或者将与构件相关联的直径扩展部压入构件的通孔中。在此可以以简单的方式由此来调整每个单独的构件相对于支承轴的相应的角位置，即，使支承轴相对于相应的构件旋转一定角度，从而实现构件相对于支承轴的需要的相对角位置。因此利用根据本发明的方法可来构造带有相当不同的凸轮轴的不同的模块，而不对于每个不同的凸轮轴相应需要特别的保持装置以保证凸轮在支承轴上的正确的定位和取向。因此利用根据本发明的方法可以以成本有利的且简单的方式来为不同的发动机或者发动机变体制造带有不同凸轮轴的模块，在其中待固定在凸轮轴上的构件以相对于支承轴的不同的角位置来布置。
根据本发明的一实施形式，通过机械成型方法例如滚轧处理(Rollieren)将直径扩展部引入支承轴中。
气缸盖罩的轴承容纳部和支承轴的支承截段根据本发明被测定成使得轴承容纳部在气缸盖罩的完成装配的状态中与支承截段共同形成滑动轴承。支承轴的支承截段对此可以被磨削到该程度使得支承轴在冷却状态中具有对于构造滑动轴承需要的、比气缸盖罩的轴承容纳部略微更小的直径。
附图说明
接下来根据示意性的、示出本发明的原理的附图来详细阐述本发明。其中：
图1显示为根据本发明的方法所准备的支承轴；
图2显示以凸轮(其在组装模块时会固定在支承轴上)的形式的构件；
图3显示本方法步骤的示意性的图示，在其中将冷却的支承轴移动穿过气缸盖罩的轴承容纳部和待固定在支承轴上的加热的构件；
图4显示带有冷却的支承轴和加热的构件的、形成模块的构件的示意性的图示，其中，支承轴到达其位置；
图5显示在实现温度平衡之后根据图4的示意性的图示，也就是说带有加热到环境温度的支承轴且带有冷却到环境温度的构件；
图6显示接合过程的示意性的图示，以该过程将第一构件固定在支承轴上；
图7显示接合过程的示意性的图示，以该过程将第二构件固定在支承轴上；
图8显示完成接合的模块的示意性的图示；
图9显示用于带有两个不同构件5和5’的可调整的凸轮轴的空心支承轴的示意性的图示，仅其中的构件5抗扭地被与支承轴相连接；
图10a-10d显示在制造根据图9的带有两个不同构件5和5’的可调整的凸轮轴时的方法步骤顺序；
图11显示带有空心支承轴和同心地布置在其中的、可相对于支承轴旋转的内轴的组装的可调整的凸轮轴。
具体实施方式
在图1中示出为应用在根据本发明的方法中所准备的支承轴4。支承轴4具有带有不同直径的多个截段。以D1表示的直径形成支承轴4的支承截段8，其在模块的完成组装的状态中与气缸盖罩1的轴承容纳部2形成对凸轮轴3的滑动支承。以D2表示该直径，待固定在支承轴上的构件5在建立与支承轴4的固定连接之前被预定位在其上。以D3表示直径扩展部7的外直径。在所示的实施例中，说明用于构造直径扩展部7的两个不同可能性。在图1中左边所示的直径扩展部7通过滚轧处理来制造。其宽度B与待固定在直径扩展部7上的构件相协调。
在图1右边所示的直径扩展部7而通过磨削过程来制造，也就是说支承轴4从较大的直径开始被磨平到直径D3。在本发明的接下来所示的实施例中然而仅示出还通过滚轧处理所制造的直径扩展部。
图2显示在环境温度中的构件5，其应在模块的组装的过程中被固定在支承轴4上。在图2中示例性所示的构件是凸轮，其具有带有直径DBT和宽度A的通孔6。利用根据本发明的方法然而不仅可将凸轮而且可将其它构件(例如传感器轮等)位置合适地固定在支承轴4上。在本发明的具体的实施例的当前的说明的范围中，为了简单起见仅考虑凸轮作为待固定在支承轴上的构件的示例。
在图3中示出将冷却的支承轴4推过气缸盖罩1的轴承容纳部2和加热的构件5的通孔6的方法步骤。该图示保持纯示意性，且为了使理解容易，不示出气缸盖罩1的另外的零件或者细节。支承截段8的由于支承轴4的冷却而减小的外直径以D1’表示而直径扩展部7的减小的直径以D3’表示。构件-通孔6的由于构件5的加热而增大的直径以DBT’表示。另外，以DL表示气缸盖罩1的轴承容纳部2的直径。
支承截段8的直径D1和直径扩展部7的D3以及构件5的通孔6的直径DBT在相应的构件的制造的范围中被测定成使得冷却的支承轴4的直径D1’和D3’略微小于轴承容纳部2的直径DL和加热的构件5的直径DBT’。以该方式可以简单地将支承轴4移动穿过轴承容纳部2和通孔6。
相对于气缸盖罩1来定位构件5，而不必注意构件相对于支承轴4的角度取向。通孔6在此被取向成使得其与气缸盖罩1的轴承容纳部2对齐。构件5的加热可在定位之前或之后实现。合适的加热方法是借助于感应的加热。例如可利用液氮或者其它冷却介质来冷却支承轴4。
图4显示在仍然冷却支承轴4且仍然加热构件5时支承轴4的完成插入的状态。从该状态开始，现在来加热支承轴4且冷却构件5，直到两个构件呈现环境温度。在实现温度平衡之后的该状态在图5中示出。构件5在该状态中在带有直径D2的截段上预定位。通孔6的直径DBT略微大于直径D2，使得构件5相对于支承轴4的相对的角位置通过简单旋转支承轴4自由变化且可以以任何期望的方式来调整。
图6示意性示出怎样通过压到直径扩展部7上将第一构件5固定在支承轴4上。在将构件5压到直径扩展部7上之前，通过旋转支承轴4来调整构件5相对于支承轴4的所希望的角位置。这在图6中由箭头10表明。箭头11说明对构件5的加压方向。以类似的方式在图7中示出对第二构件5的固定过程。这里还又以非常简单的方式通过简单地旋转支承轴4来调整构件5相对于支承轴4的所希望的角位置。
应理解的是，可以以相同的方式将另外的构件固定在支承轴4上。因此，利用根据本发明的方法可以以简单的且成本有利的方式利用同一装置和同一方式制造由气缸盖罩和凸轮轴构成的不同模块，即例如带有用于4缸发动机的凸轮轴的模块和带有用于6缸或8缸发动机的凸轮轴的模块。根据本发明的方法因此也提高生产灵活性，因为可在没有装配装置的复杂的换装的情况下依次来组装不同的模块。
图8最后示意性地显示完成组装的模块。构件5力配合地且形状配合地与支承轴4相连接。支承截段8与气缸盖罩1的轴承容纳部2构造滑动支承。
根据按照本发明的方法的一实施形式，待与支承轴4相连接的构件5在实施该方法步骤(在其中其以预定的顺序相对于支承轴4被定位成使得其通孔6与气缸盖罩1的轴承容纳部2对齐地来布置且定位在不与这些构件5在制造完成的凸轮轴3上所占据的轴向位置相应的轴向位置处)时附加地也还被定位成使得其在通过加热支承轴4和/或冷却构件5所达到的在支承轴4与构件5之间的温度平衡之后可松开固定地保持在相应与其相关联的直径扩展部7的子截段上。以该方式可能将构件5以确定的所希望的相对于支承轴4的相对位置可松开地固定在其上。当构件5例如由凸轮形成时，可将所有凸轮5这样可松开地固定在支承轴4上，使得其凸轮升程(Nockenerhebung)指到相同的方向上。该方式的优点在于，待在凸轮定位之后实施的在凸轮5与支承轴4之间的压配合连接可以以简单的方式在自动化的方法步骤中实现。当固定地预设构件/凸轮5的相对位置时，在借助于加压装置或者压入装置在构件/凸轮5与支承轴4之间自动建立压配合连接的范围中是有利的。在通过相对于构件/相对于凸轮5旋转支承轴4来调整构件/凸轮5在支承轴4上的需要的角位置之前，该装置那么不需要器件以为每个构件/凸轮5在周向上确定其实际存在的相对位置。
换言之：如果构件/凸轮5相对于支承轴4在其定位之后而在建立压配合连接之前的相对角位置不通过构件/凸轮5在支承轴4上的暂时固定而预先已知，那么在可以确定必须使支承轴4旋转哪个角度以保证构件/凸轮5在支承轴4上的所希望的角位置之前必须在建立压配合连接之前首先来确定构件/凸轮5的相对角位置。这使自动将构件/凸轮5压到支承轴4上或将支承轴4压入构件/凸轮5中变得困难。而如果构件/凸轮5在定位之后总是以相同的角位置可松开地固定在支承轴4上，那么可以取消确定构件/凸轮5相对于支承轴4的相对角位置的工作步骤，因为该相对角位置预先已知。用于建立构件/凸轮5与支承轴4之间的压配合连接的装置因此可以明显更简单地来设计且用于组装凸轮轴的根据本发明的方法可以更快地进行。生产节拍(Taktzeit)被明显提高且实现生产设备的更经济的运行。
图9至11显示一实施形式，在其中在组装可调整的凸轮轴的范围中来运用根据本发明的方法。在该实施形式中支承轴4构造为空心轴。在支承轴4的内部中同心于支承轴4布置有内轴20，其中，内轴20可相对于支承轴4旋转。设置有构件5，其以前述方式通过压配合连接被与支承轴4相连接。除了构件5之外，设置有至少一个另外的构件5’，其不被与支承轴4相连接，而是其抗扭地被与内轴20相连接。构件5’与内轴20的抗扭的连接例如经由销连接(如下面还进一步详细地来阐述的那样)实现。以该方式，构件5’与内轴20共同地可相对于支承轴4和与支承轴4固定地连接的构件5旋转。
构件5和5’优选地由凸轮形成，经由其来操纵内燃机的换气阀。通过内轴20相对于支承轴4的相对旋转来实现，由凸轮5’所操纵的阀的打开和关闭时刻被改变。以该方式提供可调整的凸轮轴，其在利用根据本发明的方法的情况下来制造。
在图9中所示的支承轴4构造为空心轴。在支承轴4的内部中同心于其布置有内轴20(参见图11)。内轴20可相对于支承轴4旋转。在图9中所示的支承轴4具有两个不同的直径扩展部7和7’。第一直径扩展部7用于以前述方式构造与构件5的压配合连接。第二直径扩展部7’用于将构件5’可松开地固定在支承轴4上，如下面还进一步详细地来说明的那样。此外，支承轴4具有开口21。构件5’(其在所示的实施例中构造为凸轮)具有孔23。待布置在空心支承轴4中的内轴20(参见图11)在图9中未示出。开口21和孔23用于构件5’与内轴20的抗扭的固定。这下面根据图11进一步来阐述。
在图10a-10d中以可调整的凸轮轴的组装为例示出根据本发明的制造方法。图1a显示支承轴4穿入相互对齐的轴承容纳部2和通孔6中。冷却支承轴4，因此其直径减小且可以将支承轴连同直径扩展部7、7’移动穿过通孔6。箭头24指示穿入方向。
在图10b中示出在引起支承轴4和构件5、5’和轴承容纳部2之间的温度平衡之后的状态。支承轴4达到其轴向额定位置。其被加热，使得其直径又变大。构件5在轴向上定位成使得其收缩到直径扩展部7的较小的子截段上。由此引起构件5在支承轴4上可松开的固定。又可容易地将构件5从直径扩展部7的子截段向下推，以在将构件5最终压到支承轴4上之前调整构件5与支承轴4之间的所希望的角位置。以可比的方式，构件5’在轴向上定位成使得其收缩到直径扩展部7’上。由此，构件5’可松开地固定地保持在支承轴4上。又可无问题地将构件5’从直径扩展部向下推，以调整在支承轴4、未示出的内轴20和构件5’之间的所希望的相对的角位置。以该方式可以将构件5和5’以所希望的、预先已知的相对的角位置可松开地固定地保持在支承轴4上。由此使接下来实现的将构件5压到支承轴4上或接下来实现的在构件5’与未示出的内轴20(参见图11)之间的销连接的自动化变得容易且提高在组装凸轮轴时的生产节拍。
在图10c中示出如何将构件5在松开暂时的固定的情况下从直径扩展部7在箭头方向(箭头25)上向下推。也可以以相同的方式将构件5’从直径扩展部7’向下推。
在将构件5从直径扩展部7向下推之后，通过支承轴4的旋转来调整构件5与支承轴4之间的所希望的相对的角位置。这在图10d中通过在右侧上的弯曲的箭头26来表示。接下来，将构件5在箭头27的方向上轴向地压到直径扩展部7上，由此在构件5与支承轴4之间形成以纵向压配合(Laengspressverband)的形式的持久的压配合连接。附加地，压配合连接也可以形状配合地来构造。
以类似的方式，现在也可将构件5’带到它的用于与在图10a-10d中未示出的内轴20抗扭地连接的最终位置中。对此，将构件5’首先从直径扩展部7’向下推，使得支承轴4可相对于构件5’自由旋转。接下来，使支承轴4和未示出的内轴20旋转成使得开口21、内轴20中(未示出)的第一孔22和构件5’中的第二孔23相互对齐。之后通过开口21将连接销24压入第一孔22和第二孔23中，由此将构件5’抗扭地与内轴20相连接。然后可通过旋转内轴20使构件5’相对于支承轴4旋转。
可调整的凸轮轴的组装的状态在图11中示出。轴承容纳部2形成对支承轴4的滑动轴承。在支承轴4的端部处内轴20从支承轴4伸出。构件5借助于力配合的或者力和形状配合的压配合连接与支承轴4相连接。在构件5’的区域中以轴向的半剖面示出轴组件。空心的支承轴4围绕内轴20。连接销24通过支承轴4中的开口21(在图11中不可见)压入内轴20的孔22和构件5’的孔23中。在支承轴4与内轴20之间存在环状间隙。经由连接销24将构件5’抗扭地与内轴20相连接。通过使内轴20相对于支承轴4旋转，可相对于支承轴4来旋转构件5’。在图11中在右边在构件5’旁边可识别出直径扩展部7’，构件5’事先可松开地固定地保持在其上。

Claims (8)

1.一种用于组装用于机动车发动机的模块的方法，所述模块包括带有轴承容纳部(2)的至少一个气缸盖罩(1)和支承在所述轴承容纳部(2)中的凸轮轴(3)，其中，所述凸轮轴(3)在所述模块的组装的过程中由支承轴(4)和待与所述支承轴(4)连接的构件(5)来构造，并且其中，所述构件(5)具有用于容纳所述支承轴(4)的通孔(6)，其特征在于以下方法步骤：
a)提供支承轴(4)，其在应固定所述构件(5)的区域中具有局部的直径扩展部(7)而在应在所述轴承容纳部(2)中支承制造完成的所述凸轮轴(3)的区域中具有支承截段(8)；
b)待固定在所述支承轴(4)上的构件(5)以预定的顺序被定位成使得其通孔(6)与所述气缸盖罩(1)的轴承容纳部(2)对齐地来布置且定位在不与所述构件(5)在制造完成的所述凸轮轴(3)上所占据的轴向位置相应的轴向位置处；
c)冷却所述支承轴(4)并且/或者加热所述构件(5)，使得能够将所述支承轴(4)以其直径扩展部(7)和支承截段(8)移动穿过所述气缸盖罩(1)的轴承容纳部(2)和所述构件(5)的通孔(6)；
d)将所述支承轴(4)移动穿过所述轴承容纳部(2)和所述通孔(6)，使得在每个轴承容纳部(2)中布置有所述支承轴(4)的支承截段(8)且邻近于每个构件(5)布置有直径扩展部(7)；
e)加热所述支承轴(4)并且/或者冷却所述构件(5)，使得所述支承轴(4)的直径扩展部(7)和与所述通孔(6)相关联的所述构件(5)的通孔(6)具有预定的重叠；
f)将所述构件(5)依次压上到与其相关联的所述直径扩展部(7)上或者将所述直径扩展部(7)依次压入所述构件(5)的与其相关联的通孔(6)中，其中，在压上或者压入之前相应来调整每个构件(5)相对于所述支承轴(4)的需要的角位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤f)中在压上或者压入之前通过将所述支承轴(4)简单地旋转一定的角度来调整每个构件(5)相对于所述支承轴(4)的相应需要的角位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过机械成型方法将所述直径扩展部(7)引入所述支承轴中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过滚轧处理将所述直径扩展部(7)引入所述支承轴中。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气缸盖罩(1)的轴承容纳部(2)和所述支承轴(4)的支承截段(8)测定成使得所述轴承容纳部(2)在所述气缸盖罩(1)的完成装配的状态中与所述支承截段(8)共同形成滑动轴承。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述构件(5)在所述方法步骤b)中被定位成使得其在在所述方法步骤e)中发生的、在支承轴(4)与构件(5)之间的温度平衡之后可松开固定地保持在相应与其相关联的所述直径扩展部(7)的子截段上。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述支承轴(4)构造为空心轴，在其内部中同心于所述空心轴布置有内轴(20)，其中，所述内轴(20)能够相对于所述空心轴旋转，并且在根据方法步骤e)的温度平衡之后设置有至少一个第二构件(5’)，其不被与所述支承轴(4)相连接，而是其抗扭地被与所述内轴(20)相连接。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二构件(5’)借助于销连接被与所述内轴(20)相连接，其中，在构造为空心轴的所述支承轴(4)中设置有开口(21)，在所述内轴(20)中设置有第一孔(22)而在所述第二构件(5’)中设置有第二孔(23)，所述开口(21)、所述第一孔(22)和所述第二孔(23)相互对齐地来定位，并且通过所述开口(21)将连接销(24)压入所述第一孔(22)和所述第二孔(23)中。
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