CN103080486B - 凸轮轴调节设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相对于同轴地驱动凸轮轴的驱动轮对凸轮轴进行相对调节的调节设备，所述调节设备包括作用在驱动轮和凸轮轴之间的调节传动装置，所述调节传动装置可由电动马达驱动以便调节凸轮轴。调节传动装置具有内制齿的齿轮和与之啮合的外制齿的齿轮，其中内制齿的齿轮可围绕调节设备的中心轴线旋转，且外制齿的齿轮相对于中心轴线偏心地布置，且可被驱动成围绕中心轴线进行圆周运动。外制齿的齿轮偏心地支承在至少两个偏心轴上，其中，每个偏心轴可被驱动成围绕各偏心轴线进行旋转运动，其中偏心轴线相对于中心轴线偏心地布置，且可围绕中心轴线旋转。

Description

凸轮轴调节设备

技术领域

本发明涉及一种相对于同轴地驱动凸轮轴的驱动轮对凸轮轴进行相对调节的调节设备，其中驱动轮和凸轮轴相对于调节设备的中心轴线同轴地布置。

背景技术

在汽车的内燃机中，曲轴通过链传动、齿形带传动或齿轮传动与驱动轮联接，所述驱动轮基本上与曲轴同步地驱动凸轮轴。通过凸轮轴控制内燃机的气门开启时间。通过所述类型的调节设备能够有目的地调节凸轮轴相对于驱动轮的相位（且因此相对于曲轴的相位），以影响在内燃机内进行的燃烧过程。为此，可在驱动轮和凸轮轴之间作用有一个调节传动装置，该调节传动装置可由电动马达驱动，以便相对于驱动轮调节凸轮轴。电动马达的使用保证了特别精确的控制。

调节传动装置在此类设备中形成加和传动装置(Summiergetriebe)，其中驱动轮与第一输入装置对应，电动马达的输出元件（例如马达小齿轮）与第二输入装置对应，且凸轮轴或凸轮轴区段（例如，凸轮轴凸缘）与加和传动装置的输出装置对应。在此，有利的是，驱动轮、电动马达的输出元件和凸轮轴可相互同轴地转动，以便由驱动轮、电动马达、调节传动装置和凸轮轴组成的整个单元可以围绕共同的轴线，即，所谓的中心轴线旋转。

为了可相对于驱动轮调节凸轮轴，必须施加较高的转矩。为了结构小、运行快的电动马达满足此要求，调节传动装置必须将电动马达的高转速转化为慢速（相对于固定的驱动轮）。为此，调节驱动装置可具有内制齿的齿轮和与之啮合的外制齿的齿轮，其中内制齿的齿轮围绕所谓的中心轴线可旋转，且外制齿的齿轮相对于中心轴线偏心地布置，且在此偏心布置中可被驱动成围绕中心轴线进行圆周运动。所述的圆周运动在此（因为外制齿的齿轮在内制齿的齿轮上滚动）叠加外制齿的齿轮的相对缓慢的旋转（相对于内制齿的齿轮）。如果在此类的布置中外制齿的齿轮具有仅比与之啮合的内制齿的齿轮略少的齿（例如，差异在1至5个齿），则因此可有利地具有高的传动比（例如，60至300）。

但在此类调节传动装置中的问题在于，与内制齿的齿轮啮合的外制齿的齿轮相对于调节设备的中心轴线偏心地布置。因此，外制齿的齿轮的圆周运动可容易地传递到调节传动装置的输入元件或输出元件上（例如凸轮轴上），如前所述，所有的元件统统应与中心轴线同轴地布置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，创造一种前述类型的凸轮轴调节设备，其中，调节传动装置在紧凑的结构和高效率的情况下导致快速转换为慢速。

该技术问题通过一种带有权利要求1的特征的调节设备解决，且尤其通过将外制齿的齿轮偏心地支承在至少两个偏心轴上解决，其中每个偏心轴可被驱动成围绕各自偏心轴线进行旋转运动，其中偏心轴线相对于中心轴线偏心地布置且可围绕中心轴线旋转。

因此，在根据本发明的调节设备中提供至少两个偏心轴线，该偏心轴线相对于调节设备的所述中心轴线偏心地布置且尤其相互平行地布置。相互处于固定的相对位置的偏心轴线的布置可围绕中心轴线旋转，即包括至少两个偏心轴线的布置与驱动轮、电动马达和凸轮轴可同轴地旋转，其中偏心轴线的各位置例如通过共同的支承装置限定。

每个偏心轴线与各偏心轴对应。每个偏心轴包括偏心区段（即凸轮）且可被驱动成围绕各自偏心轴线进行旋转运动。与所述内制齿的齿轮接合的所述外制齿的齿轮支承在至少两个偏心轴上，以便可通过偏心轴围绕各自偏心轴线的旋转运动将外制齿的齿轮驱动成围绕中心轴线进行所述（偏心的）圆周运动。

因此，外制齿的齿轮的要求的偏心率可通过偏心轴各自的偏心区段表示，其中，与偏心轴对应的偏心轴线一起可进行与中心轴线的同轴旋转运动。因此，围绕偏心布置的偏心轴线可旋转的偏心轴实现了，可由调节设备围绕中心轴线的旋转运动导致外制齿的齿轮的偏心圆运动（带有叠加的旋转），即具有所述的偏心轴线围绕中心轴线的旋转的形式。因此，调节传动装置的输入装置和输出装置都与中心轴线同轴地布置。

其结果是，可通过使用同轴的内制齿的齿轮和与之啮合的偏心的外制齿的齿轮，在低的结构空间中实现带有高效转化为慢速的高传动比的调节传动装置，其中，通过调节传动装置的输入元件和输出元件的同轴构造实现了简单的构造，且可达到高效率。

本发明的有利的实施形式在下文中解释且在从属权利要求中涉及。

根据一种优选的实施形式，外制齿的齿轮通过各固定轴承支承在偏心轴上。因此，外制齿的齿轮的偏心圆运动和由此导致的转矩传递表现出特别满意的效率。根据另一种的实施形式，外制齿的齿轮可通过各滑动轴承支承在偏心轴上。

此外，优选的是，每个偏心轴可旋转地支承在各轴颈上，即所谓的偏心轴颈上，其中，偏心轴颈限定所述的偏心轴线，且固定在共同的支承装置上。以此，实现了可旋转驱动的偏心轴特别简单的支承。在此实施形式中，偏心轴尤其构造为空心轴，该空心轴在内侧支承在偏心轴颈上。但替代地，偏心轴可例如直接榫形地嵌接到共同的支承装置内，且在此处在外侧可旋转地支承在该支承装置上。

在此，进一步优选的是，偏心轴又通过各另外的滚动轴承支承在偏心轴颈上。以此，进一步提高了调节传动装置的效率，因为对于外制齿的齿轮的运动因此可连续提供滚动轴承装置。

根据另外的优选的实施形式，内制齿的齿轮与驱动轮抗扭地连接，且多个偏心轴线的布置（尤其多个偏心轴颈的布置）与凸轮轴抗扭地连接。换言之，在此情况中，内制齿的齿轮形成调节传动装置的输入装置且多个偏心轴线的布置形成调节传动装置的输出装置。以此，可实现调节传动装置的特别紧凑的结构，其中尤其也实现了内制齿的齿轮与驱动轮一体式的设计。但基本上相反的布置也是可以的。

此外，优选的是，所述偏心轴可由电动马达驱动成围绕各偏心轴线进行旋转运动。换言之，在此情况中，承载外制齿的齿轮的偏心轴与调节传动装置的输入装置对应。

优选地，偏心轴可被驱动成围绕各自的偏心轴线进行相互同步的旋转运动，以导致外制齿的齿轮期望的圆周运动。

根据一种优选的实施形式，每个偏心轴与各联接齿轮抗扭地连接（尤其一体式构造）。在此情况中，电动马达可驱动马达小齿轮，所述马达小齿轮与调节设备的中心轴线同轴地布置，且与联接齿轮直接啮合或通过至少一个共同的中间齿轮啮合。因此，除了同步驱动外，可由与中心轴线同轴的驱动导致偏心轴的偏心支承。

优选地，联接齿轮和中间齿轮（如果存在）在调节传动装置的每个位置中在径向上完全地布置在外制齿的齿轮的齿部以内。换言之，联接齿轮和必要时中间齿轮完全地布置在与中心轴线同心的假想的圆柱面以内，其中，该圆柱面在每个传动位置中完全地位于外制齿的齿轮的齿部以内，以便外制齿的齿轮的齿宽以及内制齿的齿轮的齿宽可轴向上延伸超过联接齿轮以及中间齿轮。因此，联接齿轮或中间齿轮可轴向上完全地或部分地布置在外制齿的齿轮和内制齿的齿轮以内。以此，缩短调节传动装置的轴向结构长度。

根据另外的实施形式提供了两个、三个或四个偏心轴，所述偏心轴围绕各偏心轴线可旋转地驱动，以便驱动外制齿的齿轮，其中偏心轴线优选地按照均匀的角度划分围绕中心轴线分布地布置。

附图说明

本发明在下文中仅示例地通过参考附图阐述。

图1示出了根据本发明的调节设备的侧视图。

图2示出了沿根据图1的平面II-II的横截面。

图3示出了沿根据图1的平面III-III的横截面。

图4示出了沿根据图2的平面IV-IV的纵截面。

图5示出了沿根据图1的平面V-V的纵截面，所述纵截面相对于根据图4的截面平面旋转90°。

具体实施方式

在图1至图5中所示的调节设备用于未图示的内燃机的凸轮轴11的相对于同轴地驱动凸轮轴的驱动轮13的相对调节，所述驱动轮13例如通过未图示的链传动与内燃机的曲轴驱动作用地联接。驱动轮13和凸轮轴11相对于调节设备的中心轴线A同轴地布置。驱动轮13通过调节传动装置15与凸轮轴11联接，所述调节传动装置15可由电动马达17驱动，以相对于驱动轮13调节凸轮轴11的相位。

如尤其在图4和图5中所示，调节传动装置15包括内制齿的齿轮19，所述内制齿的齿轮19通过滚动轴承21与中心轴线A同轴地可旋转地支承在调节传动装置15的支承装置23上。如从图2和图3中可见，内制齿的齿轮19与外制齿的齿轮25啮合。外制齿的齿轮25相对于中心轴线A略微偏心地布置，且所述外制齿的齿轮25在这个略微偏心的布置中可被驱动成围绕中心轴线A进行圆周运动。内制齿的齿轮19和外制齿的齿轮25之间的齿数差很小。例如，可以规定，外制齿的齿轮25仅比内制齿的齿轮19少一个、两个、三个、四个或五个齿。与之相应地，如尤其从图3中显见，外制齿的齿轮25相对于中心轴线A的偏心率很小。在图3的上部区域内，外制齿的齿轮25与内制齿的齿轮19啮合，而在图3的下部区域内，外制齿的齿轮25几乎不与内制齿的齿轮19啮合。

图3示出了外制齿的齿轮25通过各自的滚动轴承27支承在两个偏心轴29上。两个偏心轴29的每个又通过滚动轴承31支承在各自的偏心轴颈33上且围绕各偏心轴线B可旋转。两个偏心轴颈33且因此两个偏心轴线B相对于中心轴线A偏心地布置。如在图4中可见，两个偏心轴颈33相互平行地延伸，且它们固定在支承装置23上，以便两个偏心轴颈33且因此两个偏心轴线B以固定的相对位置围绕中心轴线A可旋转。如从图3中显见，偏心轴29的各外周相对于各偏心轴线B的偏心率相应于外制齿的齿轮25相对于中心轴线A的偏心率。而偏心轴线B相对于中心轴线A的偏心率明显大于外制齿的齿轮25相对于中心轴线A的偏心率。中心轴线A和偏心轴线B处于外制齿的齿轮25的节圆以内。

从图4中显见，每个偏心轴29与各联接齿轮34抗扭地联接，即一体式构造。在图2中示出，两个联接齿轮34通过共同的中间齿轮35与马达小齿轮37啮合。中间齿轮35可旋转地支承在平行于偏心轴颈33定向且同样固定在支承装置23上的轴承轴颈36上（图5）。此外，在图2、图3和图5中示出了螺栓39，通过所述螺栓39借助于支承装置23将调节传动装置15与凸轮轴11的凸缘24固定地连接。螺栓39之一在此同轴地贯穿轴承轴颈36且通过支承装置23将轴承轴颈36与凸轮轴凸缘24拧紧。

电动马达17通过马达轴41驱动马达小齿轮37（图4和图5）。但不强制地需要中间齿轮35；作为替代，马达小齿轮37也可直接驱动两个联接齿轮34。在两个情况中，通过马达小齿轮37进行两个偏心轴29的同步驱动。

调节传动装置15形成了加和传动装置，以便能够由电动马达17改变凸轮轴11相对于驱动轮13的相位。在此，与驱动轮13对应的、内制齿的齿轮19形成了第一输入装置。与电动马达17对应的马达小齿轮37形成了第二输入装置。支承了偏心轴颈33且与凸轮轴凸缘24固定连接的支承装置23形成了调节传动装置15的输出装置。

只要电动马达17的转速且因此马达小齿轮37的转速设定为驱动轮13的转速，调节传动装置15就整体地围绕中心轴线A旋转，且因此凸轮轴11的转速相应于驱动轮13的转速。但能够通过电动马达17的短时的更快或更慢的运行来进行对凸轮轴11的相位调节，其中，要由电动马达17施加的转矩很小。关于固定的驱动轮13，马达小齿轮37的旋转运动导致凸轮轴11的仅略微的旋转，即调节传动装置15导致强转换为慢速。这基本上由于在偏心地布置的外制齿的齿轮25围绕中心轴线A完全的圆周运动中外制齿的齿轮25在内制齿的齿轮19上滚动所导致。由于两个齿轮19、25之间小的齿数差，外制齿的齿轮25相对于内制齿的齿轮19完全的圆周运动仅导致外制齿的齿轮25的略微重叠的旋转，即精确地对应于低的齿数差。

虽然外制齿的齿轮25偏心地布置，但为了通过与中心轴线A同轴布置的电动马达17驱动该外制齿的齿轮25，马达小齿轮37通过中间齿轮35和联接齿轮34将两个偏心轴29相互同步地驱动成围绕偏心轴线B进行各自的旋转运动。根据图3可见，外制齿的齿轮25由此驱动成相对于偏心轴颈33的布置进行圆周运动，其中，外制齿的齿轮25的中点在围绕中心轴线A的圆轨迹上运动。

虽然外制齿的齿轮25偏心地布置，但为了由此导致的外制齿的齿轮25相对于内制齿的齿轮19的叠加的旋转运动可传递到与中心轴线A同轴布置的凸轮轴11上，跟随外制齿的齿轮25的旋转运动的偏心轴29安放在偏心轴颈33上，所述偏心轴颈33通过支承装置23借助螺栓39与凸轮轴凸缘24且因此与凸轮轴11固定连接。

因此结果是，调节传动装置15的两个输入装置（带有内制齿的齿轮19的驱动轮13和带有马达小齿轮37的马达轴41）和输出装置（带有凸轮轴11的偏心轴颈33）与中心轴线A同轴地布置，且仍对于调节传动装置15的全部可旋转的元件实现滚动支承。因此，虽然调节传动装置15在小的结构尺寸下具有很大的减速效果，但所示的调节设备仍具有较高的效率。

与在图1至图5中的图示不同的是，联接齿轮34和中间齿轮35可构造得更小，使得它们在径向上完全地布置在外制齿的齿轮25的齿部以内。以此，可实现调节传动装置缩短的轴向结构长度，即外制齿的齿轮25和相应的内制齿的齿轮19轴向部分地或完全地跨越联接齿轮34和中间齿轮35。

附图标号列表

11凸轮轴

13驱动轮

15调节传动装置

17电动马达

19内制齿的齿轮

21滚动轴承

23支承装置

25外制齿的齿轮

27滚动轴承

29偏心轴

31滚动轴承

33偏心轴颈

34联接齿轮

35中间齿轮

36轴承轴颈

37马达小齿轮

39螺栓

41马达轴

A中心轴线

B偏心轴线

Claims (10)

1.一种相对于同轴地驱动凸轮轴的驱动轮(13)对所述凸轮轴(11)进行相对调节的调节设备，其中，所述驱动轮和所述凸轮轴相对于所述调节设备的中心轴线(A)同轴地布置，带有作用在所述驱动轮和所述凸轮轴之间的调节传动装置(15)，所述调节传动装置(15)能由电动马达(17)驱动以便调节所述凸轮轴，

其中，所述调节传动装置具有内制齿的齿轮(19)和与之啮合的外制齿的齿轮(25)，其中，所述内制齿的齿轮(19)能围绕所述中心轴线(A)旋转，而所述外制齿的齿轮(25)相对于所述中心轴线(A)偏心地布置且能被驱动成围绕所述中心轴线进行圆周运动，

其特征在于，

所述外制齿的齿轮(25)偏心地支承在至少两个偏心轴(29)上，其中，每个偏心轴能被驱动成围绕各偏心轴线(B)进行旋转运动，其中，所述偏心轴线(B)相对于所述中心轴线(A)偏心地布置，且能围绕所述中心轴线旋转，其中，每个偏心轴(29)与各自的联接齿轮(34)抗扭地连接，其中，所述电动马达(17)驱动与所述中心轴线(A)同轴地布置的且与所述联接齿轮(34)直接联接或通过中间齿轮(35)驱动作用地联接的马达小齿轮(37)。

2.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述外制齿的齿轮(25)通过各自的滚动轴承(27)支承在所述偏心轴(29)上。

3.根据权利要求1或2所述的调节设备，其中，每个偏心轴(29)可旋转地支承在各自的偏心轴颈(33)上，其中，所述偏心轴颈(33)固定在共同的支承装置(23)上。

4.根据权利要求3所述的调节设备，其中，所述偏心轴(29)通过各自的滚动轴承(31)支承在偏心轴颈(33)上。

5.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述内制齿的齿轮(19)与所述驱动轮(13)抗扭地连接，且所述偏心轴线(B)抗扭地配设给所述凸轮轴(11)。

6.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述偏心轴(29)能被所述电动马达(17)驱动成围绕各自的偏心轴线(B)进行旋转运动。

7.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述偏心轴(29)能被驱动成围绕各自的偏心轴线(B)进行同步的旋转运动。

8.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述联接齿轮(34)以及必要时所述中间齿轮(35)在所述调节传动装置(15)的每个位置中都在径向上完全布置在所述外制齿的齿轮(25)的齿部以内。

9.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述偏心轴(29)相对于各自的偏心轴线(B)的偏心率相应于所述外制齿的齿轮(25)相对于所述中心轴线(A)的偏心率。

10.根据权利要求1所述的调节设备，其中，所述偏心轴线(B)按照均匀的角度划分围绕所述中心轴线(A)分布地布置。