CN105339708B - 可调节凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于内燃机发动机的气门机构的可调节凸轮轴(1)，所述凸轮轴(1)具有外轴(10)并具有内轴(11)，所述内轴(11)在所述外轴(10)中同中心地延伸并可旋转地保持在所述外轴(10)中，其中至少一个具有凸轮孔(13)的凸轮元件(12)可旋转地安装在所述外轴(10)上，并且其中所述凸轮元件(12)以旋转地固定的方式连接至所述内轴(11)。根据本发明，轴承套(14)插入所述凸轮孔(13)从而在所述轴承套(14)与所述外轴(10)之间形成滑动轴承间隙，所述轴承套(14)以旋转地固定的方式连接至所述凸轮元件(12)。

Description

可调节凸轮轴
技术领域
本发明涉及用于内燃机发动机的气门机构的可调节凸轮轴，所述凸轮轴具有外轴和内轴，所述内轴在外轴中同中心地延伸并且可旋转地保持在外轴中，其中至少一个具有凸轮孔的凸轮元件可旋转地安装在外轴上，并且其中凸轮元件以旋转地固定的方式连接至内轴。
背景技术
用于内燃机发动机的气门机构的可调节凸轮轴(其具有可相对彼此调节相位的凸轮元件)允许以不同正时控制内燃机发动机的进气门和排气门，而进气门无需进气凸轮轴，并且排气门无需单独的排气凸轮轴。彼此嵌入安装的轴在汽缸盖中围绕共同的旋转轴线旋转并且可以通过控制元件调节其相对相位。凸轮元件可旋转地保持在外轴的外侧上，从而形成滑动轴承间隙。凸轮元件通过螺栓以旋转地固定的方式连接至内轴，并且螺栓穿过外轴，外轴具有在周向方向上线性形成的相应的螺栓开口。
例如，DE 10 2009 012 143 A1公开了用于内燃机发动机的气门机构的可调节凸轮轴，所述凸轮轴具有外轴和内轴，所述内轴在外轴中同中心地延伸并且可旋转地保持在外轴中。轴承套压在外轴的外侧并且用于可旋转地保持凸轮元件，同时保证汽缸盖中的凸轮轴的可旋转的轴承。为此，轴承套具有相应的长度并且必须被推到外轴的外侧。为了将凸轮元件设置在轴承套上，轴承套必须首先进行复杂的再加工，特别是从轴承套的外表面除去机械加工残留物。轴承套基本上构造成更宽的从而将凸轮元件共同安装在轴承套上且从而将凸轮轴安装在汽缸盖中，并且轴承套必须在较大的轴向长度上进行机械加工。此外，产生的缺点是轴承套(凸轮元件在所述轴承套上可旋转地安装在凸轮轴的外侧)造成滑动轴承直径的增加，不必要地增加了在滑动轴承装置中产生的摩擦。
发明内容
本发明的目的是改进可调节凸轮轴的外轴上的凸轮元件的轴承装置。特别地，本发明的目的是提供具有简化的构造和简化的安装过程的可调节凸轮轴。最后，本发明的目的是将可调节凸轮轴的外轴上的凸轮元件的轴承装置中产生的摩擦最小化。
从根据权利要求1的前序部分的可调节凸轮轴出发，连同表征性特征实现该目的。从属权利要求中显示了本发明的有利的细化形式。
本发明包括的技术教导是：轴承套插入凸轮孔并且以旋转地固定的方式连接至凸轮元件，从而在轴承套与外轴之间形成滑动轴承间隙。
本发明有利地使用如下可能性：将轴承套以旋转地固定的方式插入凸轮元件的凸轮孔，以便使得在轴承套的内表面与外轴的外表面之间的滑动轴承配对。通过这种方式，滑动轴承的行动半径减小；还有助于可调节凸轮轴的安装，因为无需首先将轴承套施用在可调节凸轮轴的外轴上以便然后将凸轮元件置于轴承套上。
特别的优点源自如下事实：特别关于有利的材料选择，凸轮元件中的轴承套的构造可以适应外轴上的凸轮元件的滑动轴承的特定负载。根据本发明的实施方案，轴承套并不同时地用来将凸轮轴安装在汽缸盖中(所述轴承必须承受更高的负载)，而是仅用于将凸轮元件安装在外轴上。由于在轴承套的内侧与外轴的外侧之间的滑动轴承装置的更小的行动半径，因此外轴上的凸轮元件的轴承的摩擦也减少。
特别有利地，轴承套可以压入凸轮孔。因此形成的摩擦连接使得轴承套以旋转地固定的方式连接至凸轮元件，以便安全地防止了轴承套在凸轮孔中的扭转。此外，轴承套可以销在凸轮孔中以在轴承套与凸轮元件之间产生形状匹配连接。
还有利地，轴承套可以具有在凸轮元件的整个宽度上延伸的轴向长度。因此轴承套可以适应于凸轮元件的宽度，以特别形成轴向长度对应于凸轮元件的宽度的滑动轴承间隙。凸轮元件的宽度特别地由外轴穿过其延伸的凸轮孔的长度决定。
凸轮元件可以以环状凸轮元件的形式形成，所述环状凸轮元件具有凸轮基体和凸轮环，其中轴承套可以具有延伸超过凸轮基体和凸轮环的宽度的轴向长度。
根据用于形成滑动轴承的另一个可能的实施方案，凸轮元件可以构造成环状凸轮元件并且轴承套可以具有仅在凸轮基体的宽度上延伸的轴向长度。因此，轴承套可以仅引入凸轮孔的位于实际的凸轮元件下方的部分，特别是因为与输出元件(例如摆杆或气门)的接触受限于凸轮基体的轴向宽度，使得凸轮元件的作用力通过凸轮元件仅传递至凸轮基体。凸轮环在此优选用于将凸轮元件以旋转地固定的方式连接至内轴。
根据轴承装置的另一个实施方案，凸轮孔可以具有在第一内径区域与第二内径区域之间形成的径向台肩部，所述第一内径区域具有更大的直径用于接收轴承套，所述第二内径区域具有更小的直径。轴承套可以在更大内径的轴向宽度上压入直至轴承套的轴向表面抵着径向台肩部倚靠。
可以设置螺栓用于将凸轮元件以旋转地固定的方式连接至内轴，所述螺栓穿过内轴并穿过在外轴中形成的至少一个螺栓开口横向地延伸。螺栓的至少一个端部可以保持在凸轮元件中，由此通过螺栓造成凸轮元件以旋转地固定的方式连接至内轴。如果轴承套也在螺栓插入的区域上延伸，可以在轴承套中形成至少一个径向通道开口，螺栓穿过所述通道开口延伸。特别地，如果螺栓插入凸轮环的区域中并且轴承套还穿过轴承环延伸，可以在轴承套中形成径向通道开口，除了将轴承套压入凸轮孔的摩擦连接之外，所述通道开口还通过形状匹配连接沿轴向固定轴承套。
根据外轴上的凸轮元件的轴承的另一个有利的实施方案，轴承套可以由黄铜材料、青铜材料或黄铜和青铜的合金制成。替代性地，轴承套可以包含塑料材料。塑料材料可以例如为聚甲醛(POM)或例如聚酰亚胺(PI)。还有利地，轴承套的轴承内表面可以具有涂层，所述涂层例如包括聚四氟乙烯涂层(PTFE)。特别地，在润滑不足时，轴承套中PTFE涂层的使用获得有利的应急运转性能。
根据轴承套的另一个有利的实施方案，轴承内表面可以设计成平滑的或优选具有轴承结构化表面，所述结构化表面特别地包括杯状或凹槽状凹部从而可以形成润滑剂储存腔。例如可以通过激光机械加工工艺、珩磨工艺、电子束工艺或者通过蚀刻工艺形成结构化表面。
附图说明
下文参考附图连同本发明的优选示例性实施方案的描述更详细地描述本发明的进一步的改进方案。附图显示了：
图1显示了根据本发明的第一个示例性实施方案的凸轮轴的横截面图；
图1a显示了根据图1的细节图I；
图2显示了根据本发明的第二个示例性实施方案的凸轮轴的示例性实施方案的横截面图；
图2a显示了根据图2的细节图II；
图3显示了根据本发明的第三个示例性实施方案的凸轮轴的示例性实施方案的横截面图；
图3a显示了根据图3的细节图III。
附图标记列表
1 凸轮轴
10 外轴
11 内轴
12 凸轮元件
13 凸轮孔
13a 第一内径区域
13b 第二内径区域
14 轴承套
15 凸轮基体
16 凸轮环
17 径向台肩部
18 螺栓
19 螺栓开口
20 通道开口
21 凸轮元件
具体实施方式
图1和图1a以横截面图显示了凸轮轴1的第一个示例性实施方案，其中图1a显示了根据图1的细节I。凸轮轴1构造成可调节凸轮轴1并用于内燃机发动机的气门机构，其中可以通过共同的凸轮轴1以可变的凸轮正时来驱动进气门和排气门。凸轮轴1包括外轴10和内轴11，所述内轴11穿过外轴10延伸并且可旋转地保持在外轴10中。在外侧上，凸轮元件12可旋转地保持在外轴10上并且另一个凸轮元件21显示为固定地设置在外轴10上。凸轮元件12由螺栓18连接至内轴11，螺栓18穿过内轴11横向地延伸并保持在凸轮元件12中的端部处。所显示的用于使螺栓18穿过外轴10的螺栓开口19在周向方向上纵向延伸，从而内轴11可以在外轴10中以预定的角范围扭转，其中也通过外轴10的外侧上的凸轮元件12进行该扭转。因此，凸轮元件12的相位可以相对于凸轮元件21发生变化。
为了将凸轮元件12保持在外轴10上，凸轮元件12具有凸轮孔13，外轴10穿过所述凸轮孔13延伸。根据本发明，轴承套14插入凸轮孔13以便旋转地固定至凸轮元件12，并且轴承套14的内侧与外轴10的外侧用于形成滑动轴承装置。根据所显示的示例性实施方案，轴承套14压入凸轮孔13使得其以自支撑和因此旋转地固定的方式插入凸轮孔13。轴承套14包含的材料不同于凸轮元件12的材料，特别地，轴承套14包含黄铜材料、青铜材料或塑料材料，而凸轮元件12包含钢材料。
特别地正如图1a中的细节I所示，凸轮元件12以环状凸轮元件的形式形成并具有凸轮基体15和凸轮环16。螺栓18的端部保持在凸轮环16中并且穿过在外轴10中形成的螺栓开口19并穿过在轴承套14中形成的通道开口20延伸。轴承套14的轴向长度对应于具有凸轮基体15和凸轮环16的凸轮元件12的轴向长度。
图2和图2a显示了具有外轴10和内轴11的凸轮轴1的另一个示例性实施方案，并且凸轮元件12由螺栓18以旋转地固定的方式连接至内轴11，其中另一个凸轮元件21刚性地连接至外轴10，如图2a中所示。轴承套14插入凸轮元件12的凸轮孔13并且轴承套14保持紧靠外轴10的外侧，以形成滑动轴承设置，用于将凸轮元件12可旋转地保持在外轴10上。凸轮元件12构造成具有凸轮基体15和凸轮环16的环形凸轮元件。根据所显示的示例性实施方案，凸轮孔13具有第一内径区域13a和第二内径区域13b，所述第一内径区域13a具有较大的内径，所述第二内径区域13b具有较小的直径。第一内径区域13a在凸轮基体15的轴向宽度上延伸，而第二内径区域13b在凸轮环16的轴向宽度上延伸。
具有较大直径的第一内径区域13a用于保持轴承套14，所述轴承套14的轴向长度对应于第一内径区域13a的轴向长度。从第一内径区域13a到第二内径区域13b的过渡形成径向台肩部17，当轴承套14压入凸轮孔13时轴承套14可以沿轴向抵着所述径向台肩部17倚靠。
第二内径区域13b的直径大致对应于外轴10的外径，其中在第二内径区域13b与外轴10的外径之间的径向间隙可以构造成使得在凸轮环16的区域中不存在滑动轴承装置的支撑作用。
图3和图3a显示了用于内燃机发动机的气门机构的凸轮轴1的另一个示例性实施方案，所述凸轮轴1具有外轴10和内轴11，所述内轴11穿过外轴10同中心地延伸，其中显示了凸轮元件12由螺栓18以旋转地固定的方式保持在外轴10上并且可以通过内轴11旋转，如图3a的放大细节III中所示。另一个凸轮元件21刚性地保持在凸轮轴1的外轴10上。
凸轮元件12不具有凸轮环，并且对应于凸轮元件12的轴向宽度的轴承套14插入凸轮元件12的凸轮孔13。螺栓18穿过外轴10中的螺栓开口19并穿过轴承套14中的通道开口20延伸，从而最终至少一个端部位于在凸轮元件12中。由于螺栓18穿过轴承套14中的通道开口20或者压入轴承套14中的通道开口20，因此轴承套14有利地与凸轮元件12及螺栓18受控地连接，并且除了在轴承套14的外侧与凸轮孔13之间的摩擦连接之外，在螺栓18与通道开口20之间形成的形状匹配连接可以防止轴承套14侧向地移出凸轮元件12。
在本发明的实施方案中，本发明并不限于上述优选的示例性实施方案。相反，在实质不同的类型的实施方案中使用本文介绍的技术方案的多个变体形式是可行的。源自权利要求书、说明书或附图的包括构造细节或空间布置的所有特征和/或优点自身或广泛地变化的组合对于本发明来说是重要的。

Claims (11)

1.用于内燃机发动机的气门机构的可调节凸轮轴(1)，所述凸轮轴(1)具有外轴(10)和内轴(11)，所述内轴(11)在所述外轴(10)中同中心地延伸并能够旋转地保持在所述外轴(10)中，其中至少一个具有凸轮孔(13)的凸轮元件(12)能够旋转地安装在所述外轴(10)上，且其中所述凸轮元件(12)以旋转地固定的方式连接至所述内轴(11)，其中轴承套(14)插入所述凸轮孔(13)从而在所述轴承套(14)与所述外轴(10)之间形成滑动轴承间隙，所述轴承套(14)以旋转地固定的方式连接至所述凸轮元件(12)，其特征在于，所述凸轮元件(12)以环状凸轮元件的形式形成，所述环状凸轮元件具有凸轮基体(15)和邻近所述凸轮基体(15)的凸轮环(16)，设置螺栓(18)用于将所述凸轮元件(12)以旋转地固定的方式连接至所述内轴(11)，所述螺栓(18)穿过所述内轴(11)并穿过在所述外轴(10)中形成的至少一个螺栓开口(19)横向地延伸，至少一个端部位于所述凸轮环(16)中，其中所述轴承套(14)具有至少一个径向通道开口(20)，所述螺栓(18)穿过所述通道开口(20)延伸。
2.根据权利要求1所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承套(14)压入所述凸轮孔(13)。
3.根据权利要求1或2所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承套(14)具有在所述凸轮元件(12)的整个宽度上延伸的轴向长度。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，其中所述轴承套(14)具有延伸超过所述凸轮基体(15)和凸轮环(16)的宽度的轴向长度。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，其中所述轴承套(14)具有仅在凸轮基体(15)的宽度上延伸的轴向长度使得所述轴承套(14)仅引入所述凸轮孔(13)的一部分。
6.根据权利要求5所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述凸轮孔(13)具有径向台肩部(17)，所述径向台肩部(17)在第一内径区域(13a)与凸轮环(16)的第二内径区域(13b)之间形成，所述第一内径区域(13a)具有更大的内径用于接收所述轴承套(14)，所述第二内径区域(13b)具有更小的内径。
7.根据前述权利要求1、2、6中的任一项所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承套(14)包含黄铜材料、青铜材料或塑料材料。
8.根据前述权利要求1、2、6中的任一项所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承套(14)的轴承内表面具有涂层。
9.根据前述权利要求8所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述涂层包括聚四氟乙烯涂层。
10.根据前述权利要求1、2、6、9中的任一项所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述轴承套(14)的轴承内表面具有结构化表面。
11.根据前述权利要求10所述的可调节凸轮轴(1)，其特征在于，所述结构化表面包括可以形成润滑剂储存腔的杯状或凹槽状凹部。
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