CN103277162A - 用于建立有效连接的耦合装置、用于运行该耦合装置的方法以及内燃机的气门传动装置 - Google Patents

用于建立有效连接的耦合装置、用于运行该耦合装置的方法以及内燃机的气门传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耦合装置(1)，其用于在内燃机的凸轮轴和曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于所述曲柄轴的相位调节所述凸轮轴的相位，其中所述耦合装置(1)具有能够由所述曲柄轴驱动的第一输入轴(2)、能够由电伺服驱动装置(11)驱动的第二输入轴(3)以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴(4)。在此规定，所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)通过至少一个偏心并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴(2)上的转矩传递元件(12)相互耦接。本发明还涉及一种用于运行耦合装置(1)的方法以及一种内燃机的气门传动装置。

Description

用于建立有效连接的耦合装置、用于运行该耦合装置的方法以及内燃机的气门传动装置
技术领域
本发明涉及一种用于在内燃机的凸轮轴和内燃机的曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位的耦合装置，其中所述耦合装置具有可以由曲柄轴驱动的第一输入轴、可以由电伺服驱动装置驱动的第二输入轴和与凸轮轴有效连接的输出轴。此外本发明还涉及一种用于运行耦合装置的方法以及一种内燃机的气门传动装置。 
背景技术
由现有技术已知上述类型的耦合装置。其配属于具有至少一个曲柄轴和至少一个凸轮轴的内燃机。所述曲柄轴用于：曲柄轴尤其借助于连杆(Pleuelstange)将内燃机的至少一个活塞的震荡式线性运动转换成旋转运动。所述凸轮轴用于触发内燃机的至少一个气门。其由此是气门传动装置的组成部分。所述凸轮轴由曲柄轴驱动。为此目的设有耦合装置，通过所述耦合装置在凸轮轴和曲柄轴之间建立有效连接。所述曲柄轴也通过耦合装置驱动所述凸轮轴。在此在曲柄轴的转速和凸轮轴的转速之间存在特定的转速比。在四冲程内燃机中，所述曲柄轴的转速通常是凸轮轴的转速的二倍。但也可以实现其他转速比。 
因此除了用于单纯地建立有效连接外，所述耦合装置还用于相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位。因此所述耦合装置也可以构造为相位调节装置并且是凸轮轴调节设备的组成部分。通过调节所述凸轮轴的相位，可以在内燃机的运行过程中调节一个气门或者说多个气门的触发时间。一般来说通过调节凸轮轴的相位更早或者更晚地打开气门，其中打开时间间隔保持不变，在所述打开时间间隔中气门是打开着的。 
由于通过耦合装置在凸轮轴和曲柄轴之间建立有效连接，因此所述耦合装置具有输入轴，所述输入轴可以由曲柄轴驱动或者说被驱动。为了调节相位设有伺服驱动装置，耦合装置的第二输入轴可以借助于所述伺服驱动装置驱动或者说被驱动。最后所述耦合装置具有输出轴，所述输出轴可以与所述凸轮轴有 效连接或者说被有效连接。 
所述耦合装置的伺服驱动装置例如可以是电动的，例如是电动机、尤其是直流电动机。但已知的耦合装置具有如下缺点，即在运行内燃机或者说耦合装置时，所述伺服驱动装置必须始终具有不等于零的转速，也就是说不应调节所述凸轮轴的相位。例如所述伺服驱动装置或者说与之相连的第二输入轴具有相当于所述第一输入轴或曲柄轴的转速一半的转速。为了相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位，现在要增大或减小所述伺服驱动装置的转速。但这意味着所述伺服驱动装置应具有相对较大的功率并因此承受大的磨损。 
发明内容
与之相对地，具有权利要求1所述特征的耦合装置具有如下优点，即仅仅必须运行所述伺服驱动装置以调节所述凸轮轴的相位。根据本发明可以实现这一点，方法是所述第二输入轴和所述输出轴通过至少一个偏心且可旋转运动地支承在第一输入轴上的转矩传递元件相互耦接。所述转矩传递元件由此不仅与第一输入轴和第二输入轴而且与输出轴有效连接。其位于第一输入轴上并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴上，其中偏心地设置支承部。与此相应地，所述转矩传递元件的旋转轴线与第一输入轴自身的旋转轴线不同。例如两条旋转轴线相互平行地布置。 
在所述第一输入轴旋转时，所述转矩传递元件围绕所述第一输入轴的旋转轴线一起旋转。但同时也可以被描述成围绕其自身旋转轴线的旋转运动。现在如此布置所述转矩传递元件，从而使得其与所述第二输入轴和输出轴以传递转矩的方式共同作用。在此，所述第二输入轴和输出轴仅通过所述转矩传递元件相互有效连接。它们仅通过可旋转运动地支承的转矩传递元件相互耦接。同时所述转矩传递元件在所述第一输入轴上的支承部仅仅允许所述转矩传递元件围绕其旋转轴线旋转运动。 
对于停止的伺服驱动装置进而对于停止的第二输入轴来说，可以通过所述第一输入轴的旋转将转矩经由所述转矩传递元件传递到输出轴上。如果附加地或者替代地，借助于电伺服驱动装置驱动所述第一输入轴，那么也可以将施加在所述第二输入轴上的转矩经由所述转矩传递元件传递到输出轴上。在第一输入轴和第二输入轴同时进行旋转运动时，两个旋转运动相互叠加。以这种方式可以一方面通过第一输入轴、转矩传递元件和输出轴在凸轮轴和曲柄轴之间建 立有效连接，另一方面借助于电伺服驱动装置通过第二输入轴、转矩传递元件和输出轴调节相位。在此，只有在应当实际地调节所述凸轮轴的相位时，才必须运行所述伺服驱动装置。 
本发明的一种改进方案规定，第一输入轴、第二输入轴和输出轴相互同轴地布置。所述耦合装置的三个轴因此具有相同的旋转轴线。换句话说，这三个轴的旋转轴线重合。相应地，所述转矩传递元件相对于第一输入轴、第二输入轴和输出轴的共同的旋转轴线偏心地支承，其中所述转矩传递元件的旋转轴线不与共同的旋转轴线相重合，而是尤其平行地以一定间距相对于共同的旋转轴线延伸。例如规定，第二输入轴和输出轴沿共同的旋转轴线的方向相互间隔距离地布置，也就是说它们的分别朝向另一个元件的端面相互隔开，从而在第二输入轴和输出轴之间不存在直接的有效连接。第一输入轴例如相对于第二输入轴和/或输出轴同心地布置。例如第一输入轴支承在第二输入轴、输出轴或这两者上，并且所述第一输入轴相应至少部分地包围其他的轴。 
本发明的一种改进方案规定，第二输入轴具有带有第一直径的输入转矩传递轮，并且输出轴具有带有第二直径的输出转矩传递轮，其中所述输入转矩传递轮和输出转矩传递轮通过构造为耦合轮的转矩传递元件彼此有效连接。所述输入转矩传递轮布置在第二输入轴上并且不可相对转动地与所述第二输入轴连接或者由第二输入轴构造而成。在输出轴方面，这也适用于输出转矩传递轮。所述输入转矩传递轮具有第一直径，并且输出转矩传递轮具有第二直径。所述第二直径可以相当于第一直径。但两个直径优选相互区别，尤其是第二直径大于第一直径。所述转矩传递元件应同样构造为轮并且因此构造为耦合轮。所述输入转矩传递轮与输出转矩传递轮通过所述耦合轮以传递转矩的方式连接。 
本发明的一种改进方案规定，所述输入转矩传递轮、输出转矩传递轮和耦合轮构造为齿轮。原则上可以任意设计上述轮。但为了在它们之间构造出可靠的有效连接而设置形状配合连接。相应地，这些轮构造为齿轮，所述齿轮分别具有外啮合部，其中所述输入转矩传递轮和输出转矩传递轮的外啮合部与耦合轮的一个或多个外啮合部共同作用、也就是相互啮合。 
本发明的一种改进方案规定，所述耦合轮具有与输入转矩传递轮有效连接的、带有第一补偿直径的第一区域以及与输出转矩传递轮有效连接的、带有第二补偿直径的第二区域。所述耦合轮被分为两个区域，其中第一区域与输入转 矩传递轮共同作用，并且第二区域与输出转矩传递轮共同作用。例如相应设置的啮合部相互啮合。为了保证所述区域与转矩传递轮的共同作用，第一区域具有第一补偿直径并且第二区域具有第二补偿直径。在此第一补偿直径与第一直径，第二补偿直径和第二直径协调一致。尤其是第一直径与第一补偿直径的和与第二直径与第二补偿直径的和相同。 
本发明的一种改进方案规定，第一输入轴具有用于可旋转运动地支承转矩传递元件的轴承保持器。为了保证可靠地在两侧上支承转矩传递元件，设有轴承保持器。所述轴承保持器优选沿轴向方向延伸。例如所述第一输入轴由基体和轴承保持器组成，其中所述基体可旋转运动地支承在第二输入轴或者输出轴上，并且轴承保持器可旋转运动地支承在相应其他的轴上。尤其是输入转矩传递轮和输出转矩传递轮与转矩传递元件一样布置在轴承保持器中，从而所述轴承保持器同时提供对污物或者类似物的防护。 
本发明的一种改进方案规定，所述转矩传递元件具有与第一输入轴、第二输入轴和输出轴的旋转轴线平行的旋转轴线。上文已对此实施方式进行描述。第一输入轴、第二输入轴和输出轴的旋转轴线特别优选地重合为一个共同的旋转轴线，而转矩传递元件的旋转轴线与该共同的旋转轴线平行地隔开。 
本发明的一种改进方案规定，所述伺服驱动装置通过一个、尤其是自行制动的传动装置与第二输入轴有效连接。借助于所述传动装置可以实现伺服驱动装置与第二输入轴之间的转矩转换。例如规定，所述伺服驱动装置只提供较小的转矩，所述转矩通过减小转速的方式增大并传递至第二输入轴。相应地，通过这种方式至少部分地避免所述伺服驱动装置由于第一输入轴的旋转运动而同样处于旋转运动状态。但特别优选的是，所述传动装置设计为自行制动的传动装置。在此理解为，虽然借助于所述伺服驱动装置可以驱动第二输入轴，但第一输入轴的旋转运动不能传递到所述伺服驱动装置上。通过这种方式能够实现不通过第一输入轴的旋转运动而使所述伺服驱动装置处于旋转运动状态，而所述伺服驱动装置没有通电，也就是说不加载电流。 
附加地或者替代地可以规定，第一输入轴具有用于与曲柄轴建立有效连接的链式传动装置的链轮。所述链轮由第一输入轴构造或者布置在所述第一输入轴上并且以可以传递转矩的方式固定在其上。所述链轮是链式传动装置的组成部分并用于容纳链条，通过所述链条建立与曲柄轴的有效连接。 
此外本发明还涉及一种用于驱动耦合装置、尤其是根据上述实施方式的耦合装置的方法，其中所述耦合装置用于在内燃机的凸轮轴和内燃机的曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位，并且所述耦合装置具有可由曲柄轴驱动的第一输入轴、可由电伺服驱动装置驱动的第二输入轴以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴。在此规定，第二输入轴和输出轴通过至少一个偏心地并且可旋转运动地支承在第一输入轴上的转矩传递元件相互耦接，并且为了调节相位仅运行所述伺服驱动装置。关于所述耦合装置的设计方案可参照上述实施方式。特别有利的是，可以仅仅在调节相位时运行所述耦合装置的伺服驱动装置。通过这种方式，所述伺服驱动装置的尺寸能够设计得相对较小并且同时提高所述耦合装置的使用寿命。 
本发明最后涉及一种气门传动装置，其具有至少一个凸轮轴、曲柄轴和用于在凸轮轴和内燃机的曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位的耦合装置、尤其是根据上述实施方式所述的耦合装置，其中所述耦合装置具有可由曲柄轴驱动的第一输入轴、可由电伺服驱动装置驱动的第二输入轴以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴。在此规定，第二输入轴和输出轴通过至少一个偏心地并且可旋转运动地支承在第一输入轴上的转矩传递元件相互耦接。所述第一输入轴与曲柄轴有效连接，而所述第二输入轴与电伺服驱动装置有效连接。相应地，所述第一输入轴由电伺服驱动装置驱动并且第二输入轴由电伺服驱动装置驱动。为了将第一输入轴和/或第二输入轴的旋转运动传递给凸轮轴而设置所述输出轴，所述输出轴与所述凸轮轴有效连接。在此针对所述耦合装置的设计方案也参照上述实施方式。 
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释，而不视为对本发明的限制。附图示出： 
图1是用于在凸轮轴和曲柄轴之间建立有效连接并且用于调节凸轮轴的相位的耦合装置的示意性的纵剖面图；并且 
图2是图1所示的耦合装置的示意性的侧视图。 
具体实施方式
图1示出了耦合装置1的纵截面的示意图，所述耦合装置例如设置在内燃机(在此未示出)的气门传动装置中。所述内燃机具有曲柄轴和至少一个凸轮 轴。所述凸轮轴配属于也具有耦合装置1的气门传动装置。借助于所述耦合装置1一方面在凸轮轴与曲柄轴之间建立有效连接，另一方面相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位。可以为所述气门传动装置配备多个凸轮轴，其中每个凸轮轴优选具有一个耦合装置1。此后例如所述凸轮轴其中之一配属于内燃机的至少一个进气阀并且所述凸轮轴中其他凸轮轴配属于内燃机的至少一个排气阀。 
所述耦合装置1具有第一输入轴2、第二输入轴3和输出轴4。所述第一输入轴2与所述曲柄轴有效连接。为此目的，其例如具有链轮5，所述链轮通过多个齿6与链式传动装置8的链条7形成形状配合连接。所述链条7通向另一个、此处未示出的、与内燃机的曲柄轴有效连接的链轮。在所述链轮5上连接有轴承保持器9，所述轴承保持器从所述链轮5出发关于旋转轴线10沿轴向方向延伸。所述旋转轴线10是第一输入轴2、第二输入轴3和输出轴4的共同的旋转轴线。这些轴的各个旋转轴线重合为共同的旋转轴线10。在此处所示的实施例中，第一输入轴2的链轮5可旋转运动地支承在第二输入轴3上，并且轴承保持器9可旋转运动地支承在输入轴4上。在此，轴承保持器9不可相对转动地与链轮5连接。在所述链轮5或者说第一输入轴2发生旋转运动时，所述轴承保持器9也描述围绕共同的旋转轴线10的旋转运动。 
第二输入轴3可以借助于在此仅仅示出的电伺服驱动装置11驱动。在电伺服驱动装置11和第二输入轴3之间可以存在没有示出的传动装置，所述传动装置特别优选构造为自行制动的。这意味着，所述伺服驱动装置11的旋转运动转化为所述第二输入轴3的旋转运动，但与之相反地，第一输入轴2的旋转运动不能引起(停止的)伺服驱动装置11的旋转运动。所述输出轴4优选与所述凸轮轴直接相连或者说由所述凸轮轴的一个区域构造而成。所述第二输入轴3和输出轴4现在借助于偏心并且可旋转运动地支承在第一输入轴2上的转矩传递元件12彼此耦合。为此目的，所述第一输入轴2具有输入转矩传递轮13并且所述输出轴4具有输出转矩传递轮14。两者都被构造为齿轮，也具有此处未示出的外啮合部。明确的是，所述轴承保持器9不仅完全包括转矩传递元件12而且完全包括输入转矩传递轮13以及输出转矩传递轮14。 
所述转矩传递元件12在此作为耦合轮15存在。所述耦合轮具有第一区域16和第二区域17，其中所述第一区域16与输入转矩传递轮13共同作用，并且所述第二区域17与输出转矩传递轮14共同作用。这意味着，在所述耦合轮15 的区域16和17中同样设有外啮合部，所述外啮合部与输入转矩传递轮13和输出转矩传递轮14的外啮合部啮合。所述输入转矩传递轮13具有直径d1，并且所述输出转矩传递轮14具有直径d2。这两个直径d1和d2可能相同，但优选为不同。尤其是第二直径d2大于第一直径d1。所述耦合轮15的第一区域16具有第一补偿直径D1。 
对此应注意的是，d1/2+D1/2的和与d2/2+D2/2的和相同。该和由输入轴2和3以及输出轴4的共同的旋转轴线10与转矩传递元件12的旋转轴线18之间的间距确定。该间距在图1中表示为D。于是在此适用：D＝d1/2+D1/2＝d2/2+D2/2。明确的是，所述转矩传递元件12偏心地支承在第一输入轴2上，其中所述旋转轴线18所间隔距离地与共同的旋转轴线10平行地设置。为了支承所述转矩传递元件12设置两个轴承19和20，其中所述轴承19位于链轮5上并且所述轴承20位于轴承保持器9上。所述转矩传递元件12具有销21和22，其中所述销21位于轴承19中并且所述销22位于轴承20中。在此处所示出的实施方式中仅仅设置了唯一一个转矩传递元件12。然而当然可以规定，存在多个、尤其是两个或三个转矩传递元件12。它们分布、尤其是均匀地分布在所述第一输入轴2的圆周上，偏心并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴上。 
在运行所述耦合装置1时，第一输入轴2上的转速为ω1，第二输入轴3上的转速为ω2并且输出轴4上的转速为ωA。第一输入轴2、第二输入轴3和输出轴4的转速比能够利用以下方程式表示： 
ω A = ω 1 ( 1 - d 1 D 2 D 1 d 2 ) + ω 2 d 1 D 2 D 1 d 2
如果现在d1＝D1以及d2＝2D2，则得出比例为： 
ω A = 1 2 ω 1 + 1 2 ω 2
以这种方式，利用所述耦合装置1也可以实现曲柄轴和凸轮轴之间的转速转换。在这种情况中，对于没有被操作的伺服驱动装置11来说、即在ω2＝01/s时，所述输出轴4以第一输入轴2一半转速或者说曲柄轴的一半转速旋转。此处适用： 
ω A = 1 2 ω 1 针对 ω 2 = 0 1 s
相应地，所述转速转换不必借助于链式传动装置8实现，从而链轮和其他链轮的直径或者说齿的数目可以相同。 
通过操作所述伺服驱动装置11，也就是对于ω2＜＞01/s来说现在可以相对于曲柄轴的相位调节凸轮轴的相位。为此目的，为了达到相位
Figure BSA00000895059000081
的差，对于上述的比例来说第二输入轴3转动角度
Figure BSA00000895059000082
尤其是只有当所述伺服驱动装置11通过自行制动的传动装置与第二输入轴3有效连接时，才必须操作所述伺服驱动装置11以调节相位。在没有进行相位的调节时，操作或者说运行所述伺服驱动装置11是不必要的。此时适用：ω2＝01/s。以这种方式，可以一方面将所述伺服驱动装置11的尺寸设计得相对较小，并且另一方面延长了其使用寿命。 
图2示出了所述耦合装置1的侧视图。其构造相当于根据图1所描述的构造，因此可以参照上述实施方式。 

Claims (10)

1.一种耦合装置(1)，其用于在内燃机的凸轮轴和曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于所述曲柄轴的相位调节所述凸轮轴的相位，其中所述耦合装置(1)具有能够由所述曲柄轴驱动的第一输入轴(2)、能够由电伺服驱动装置(11)驱动的第二输入轴(3)以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴(4)，其特征在于，所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)通过至少一个偏心并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴(2)上的转矩传递元件(12)相互耦接。
2.根据权利要求1所述的耦合装置，其特征在于，所述第一输入轴(2)、所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)彼此同轴地布置。
3.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述第二输入轴(3)具有带有第一直径(d1)的输入转矩传递轮(13)，并且所述输出轴(4)具有带有第二直径(d2)的输出转矩传递轮(14)，其中所述输入转矩传递轮(13)和输出转矩传递轮(14)通过构造为耦合轮(15)的转矩传递元件(12)彼此有效连接。
4.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述输入转矩传递轮(13)、所述输出转矩传递轮(14)和所述耦合轮(15)构造为齿轮。
5.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述耦合轮(15)具有与所述输入转矩传递轮(13)有效连接的、带有第一补偿直径(D1)的第一区域(16)以及与所述输出转矩传递轮(14)有效连接的、带有第二补偿直径(D2)的第二区域(17)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述第一输入轴(2)具有用于可旋转运动地支承所述转矩传递元件(12)的轴承保持器(9)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述转矩传递元件(12)具有与所述第一输入轴(2)、所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)的旋转轴线(10)平行的旋转轴线(18)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的耦合装置，其特征在于，所述伺服驱动装置(11)通过一个、尤其是自行制动的传动装置与所述第二输入轴(3)有效连接。
9.一种方法，其用于运行耦合装置(1)、尤其是根据上述权利要求中任一项或者任意几项所述的耦合装置，其中设置用于在内燃机的凸轮轴和内燃机的曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于所述曲柄轴的相位调节所述凸轮轴的相位的耦合装置(1)，并且所述耦合装置具有能够由所述曲柄轴驱动的第一输入轴(2)、能够由电伺服驱动装置(11)驱动的第二输入轴(3)以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴(4)，其特征在于，所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)通过至少一个偏心并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴(2)上的转矩传递元件(12)相互耦接，并且仅仅运行所述电伺服驱动装置(11)以调节相位。
10.一种内燃机的气门传动装置，所述气门传动装置具有至少一个凸轮轴、曲柄轴以及用于在内燃机的凸轮轴和内燃机的曲柄轴之间建立有效连接并且用于相对于所述曲柄轴的相位调节所述凸轮轴的相位的耦合装置(1)、尤其是根据上述权利要求中任一项或者任意几项所述的耦合装置(1)，其中所述耦合装置(1)具有能够由所述曲柄轴驱动的第一输入轴(2)、能够由电伺服驱动装置(11)驱动的第二输入轴(3)以及与所述凸轮轴有效连接的输出轴(4)，其特征在于，所述第二输入轴(3)和所述输出轴(4)通过至少一个偏心并且可旋转运动地支承在所述第一输入轴(2)上的转矩传递元件(12)相互耦接。
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