CN105612316B - 凸轮轴调节设备 - Google Patents

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Abstract

本发明基于如下目的：提出一种凸轮轴调节设备，所述凸轮轴调节设备具有改进的润滑剂管理。对此提出一种具有用于调节凸轮轴(2)的角位的调节传动装置(5)的凸轮轴调节设备(1)，其中所述调节传动装置(5)具有：输入轴(14)，所述输入轴可与曲轴耦联；输出轴(15)，所述输出轴可与凸轮轴耦联；和调节轴(16)，所述调节轴可与执行器(13)耦联，其中所述调节传动装置(5)限定旋转轴线(D)，其中所述调节传动装置(5)构成传动装置内部空间(25)，其中在所述传动装置内部空间(25)中，所述输入轴(14)、所述输出轴(15)和所述调节轴(16)彼此有效连接，其中所述凸轮轴调节设备(1)具有用于给所述传动装置内部空间(25)供给润滑剂的润滑剂供给部(7)，其中所述润滑剂供给部(7)构成为用于在所述传动装置内部空间(25)中构成相对于旋转轴线设置在径向外侧的润滑剂池(32)。

Description

凸轮轴调节设备
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴调节设备。
背景技术
凸轮轴调节设备用于径向地调节在内燃机的凸轮轴和曲轴之间的角位。这种凸轮轴调节器通常具有：驱动部分，所述驱动部分与曲轴例如经由链或者皮带耦联；从动部分，所述从动部分通常抗扭地与凸轮轴耦联；和调节轴，所述调节轴实现调节从动部分相对于驱动部分的角位。
驱动轴、调节轴和从动轴在传动装置中彼此有效连接，其中在传动装置中由于轴承装置和彼此间的接合产生机械摩擦。为了减小机械摩擦通常用油来润滑凸轮轴调节器的传动装置。
可能形成最接近的现有技术的DE 10 2005 059 860 A1例如公开了一种凸轮轴调节器的润滑剂回路。在润滑剂回路中，润滑剂经由凸轮轴被输送给凸轮轴调节器并且经由径向地位于外部的出口再次导出。为了控制凸轮轴调节器中的润滑剂量并且避免凸轮轴调节器的过度冲洗而提出：在流动通道中构成流动元件，所述流动元件作用为节流阀或者隔板，以便调节润滑剂流量。
发明内容
本发明基于如下目的：提出一种凸轮轴调节设备，所述凸轮轴调节设备具有改进的润滑剂管理。
该目的通过如下凸轮轴调节设备实现。本发明的优选的或者有利的实施方式从接下来的描述以及所附的附图中得出。
在本发明的范围中提出一种凸轮轴调节设备，所述凸轮轴调节设备尤其针对车辆的发动机、特别是针对内燃机构成。可选地，凸轮轴调节设备包括凸轮轴，其中凸轮轴构成用于控制发动机的阀。
凸轮轴调节设备具有调节传动装置，其中调节传动装置尤其优选构成为三轴传动装置。调节传动装置包括输入轴、输出轴和调节轴。输入轴例如可经由链或者皮带与发动机的曲轴耦联。输出轴优选抗扭地与凸轮轴耦联或者可抗扭地与凸轮轴耦联。特别地，输入轴形成驱动部分并且输出轴形成从动部分。而调节轴与执行器耦联或者可与执行器耦联。执行器关于发动机能够固定于壳体或者一起旋转的方式设置。执行器例如能够作为马达、尤其电动马达或者作为制动器来实现。可选地，凸轮轴调节设备包括执行器。
调节传动装置构成用于调节凸轮轴的角位。特别地，调节传动装置构成用于相对于发动机的曲轴的角位改变凸轮轴的角位。替选地或者补充地，调节传动装置构成用于调节输入轴和输出轴之间的角位。通过调节角位优选实现：发动机的阀的打开时间点和/或关闭时间点朝着“早”或“迟”的方向移动。
调节传动装置、尤其输入轴和/或输出轴和/或调节轴限定调节传动装置的共同的旋转轴线。
调节传动装置构成传动装置内部空间，其中在传动装置内部空间中输入轴、输出轴和调节轴彼此有效连接。尤其地，调节传动装置构成为叠加传动装置，其中尤其优选将调节轴的旋转运动加到输入轴的旋转运动上并且以这种方式调节角位。
凸轮轴调节设备、尤其调节传动装置具有用于给传动装置内部空间供给润滑剂的润滑剂供给部。尤其地，润滑剂构成为油、特别是构成为传动油。润滑剂供给部构成为连续式供给部，使得润滑剂持续地被输送给传动装置内部空间并且从该传动装置内部空间中导出。
在本发明的范围中提出：润滑剂供给部构成用于在传动装置内部空间中构成相对于旋转轴线设置在径向外侧的润滑剂池、尤其润滑剂外壳。换句话说，润滑剂供给部尺寸确定为，使得在围绕旋转轴线的环形空间中构成由润滑剂构成的润滑剂池以进行对调节传动装置的润滑。尤其优选的是，润滑剂池在凸轮轴调节设备运行时尤其关于径向的扩展部恒定地构成。特别地，润滑剂池在凸轮轴调节设备正常运行时——即例如在发动机在怠速运转时或者在发动机的运行转速较高时——由径向的扩展部与转速无关地构成。特别地，在运行时润滑剂池占据在结构上预设的理论状态，所述理论状态是与转速无关的。尤其优选的是，调节传动装置构成为，使得输入轴、输出轴和/或调节轴从润滑剂池中获取润滑剂并且分布在传动装置内部空间中。
由此在本发明的范围中寻求用于供给调节传动装置润滑剂的另一方法途径，其中在运行时通过润滑剂供给部保证：始终存在在径向上位于外部的润滑剂池，所述润滑剂池以防供给调节传动装置不足的润滑剂并且同时以防供给调节传动装置过度的润滑剂。尤其优选地，润滑剂池在凸轮轴调节设备、尤其调节传动装置运行时保持不变地构成。
为了强调有创造性的基本思想，所要求保护的是：润滑剂池由于作用于润滑剂上的惯性力、尤其离心力而形成。惯性力通过调节传动装置的或其中其部件的旋转而产生。尤其优选的是，调节传动装置在运行时平均以如下角速度旋转，所述角速度对应于输入轴和/或输出轴的角速度。通过调节传动装置以该平均角速度旋转产生惯性力，所述惯性力引起润滑剂池的生成。
在本发明的一个优选的设计方案中，润滑剂池的径向延伸的尺寸被确定为，使得至少一个滑动轴承部位和/或至少一个滚动轴承部位和/或在三个轴中的两个轴之间的至少一个接合部位由润滑剂覆盖，其中三个轴通过输入轴、输入轴和调节轴形成。该设计方案强调如下方面：不一定必须将调节传动装置中的所有与摩擦相关的部位都设置在润滑剂池中，因为通过三个轴彼此间的相对运动从润滑剂池中获取润滑剂并且分布在调节传动装置中、尤其在调节传动装置的传动装置内部空间中。润滑剂高度从而润滑剂池的内表面的径向位置尤其被选择为，使得一方面传动装置元件和轴承装置足以浸入到润滑剂池中，但是另一方面避免因过高的润滑剂高度引起的不必要的飞溅损耗。
在本发明的一个尤其优选的设计方案中，润滑剂供给部包括润滑剂输送部和润滑剂导出部，其中润滑剂导出部包括润滑剂溢流口，所述润滑剂溢流口确定润滑剂池沿着旋转轴线的方向的径向的扩展部。由此润滑剂溢流口保证：传动装置内部空间不被润滑剂浸没。润滑剂溢流口能够可选地尤其构成为一个或多个离开传动装置内部空间的出口，尤其构成为离开传动装置内部空间的排出间隙。润滑剂溢流口例如构成为至少一个沿着轴向方向取向的、从传动装置内部空间离开的排出口。润滑剂溢流口例如能够在系统打开时、如在系统例如应用于链式传动时引导到链盒中，使得润滑剂能够流出并且在该处返回到油回路中。在系统关闭时、例如在皮带传动时，在发动机的气缸盖中例如能够设有回流管道。
尤其优选的是，润滑剂导出部具有润滑剂出口，其中润滑剂出口相对于润滑剂池构成在径向外侧。润滑剂出口保证：润滑剂中的干扰颗粒或者其它污染物不持久地淤积在传动装置内部空间中，而是从润滑剂池的在径向上位于外部的底部经由润滑剂出口从传动装置内部空间中导出、尤其经由润滑剂出口被冲洗掉。润滑剂出口例如能够作为一个或多个沿着径向方向伸展的排出口和/或一个或多个沿着轴向方向伸展的排出口来实现。尤其优选的是，调节传动装置具有多个作为润滑剂出口的排出口，所述排出口沿着围绕旋转轴线的环周方向优选规则地分布。优选地，将润滑剂出口的排出口之间的中间角选择为小于60度、尤其小于50度。通过沿着环周方向的分布实现：在调节传动装置停机时，润滑剂能够通过润滑剂出口自动地流出。这一方面具有如下优点：在调节传动装置的较长时间停机后没有未冷却的从而粘稠的或者粘滞的润滑剂保留在调节传动装置中，和/或润滑剂不聚集在调节传动装置的角部段中并且不以这种方式在调节传动装置的再次起动时产生失衡。
在润滑剂供给部的设计中优选的是，润滑剂输送部的润滑剂的体积流QZ优选构成为平均大于润滑剂出口的体积流QA，使得QZ>QA是适用的。以这种方式保证：在凸轮轴调节设备运行时润滑剂积聚在传动装置内部空间中并且构成润滑剂池。尤其优选地，润滑剂供给部被设定为，使得QA≤0.9*QZ是适用的。对体积流的检查例如能够经由纯标准化的检查方法来进行，其中例如设定5bar的压差和30cSt的油粘度。
然而，补充地优选的是，润滑剂出口的体积流QA和润滑剂溢流口的体积流QU的总和优选构成为平均大于或等于润滑剂输送部的体积流QZ，使得QA+QU≥QZ是适用的。以这种方式，不仅保证润滑剂池的形成而且保证其沿着径向方向径向向内沿着旋转轴线的方向的限界。
在结构上来观察，相对于旋转轴线，润滑剂输送部能够配设有半径RZ，润滑剂出口能够配设有半径RA并且润滑剂溢流口能够配设有半径RU。为了以所描述的方式构成润滑剂池，优选的是，RZ<RU<RA是适用的。
在润滑剂出口、润滑剂溢流口和润滑剂输送部中有多个开口时使用平均半径，所述平均半径例如能够根据下述公式来计算：
其中：
R平均半径、即RZ、RU或者RA
A相应的开口的总面积、即AZ、AU、AA
r作为距旋转轴线的距离的半径
A(r)相应的开口的与半径相关的面积
在考虑所引入的名称时，然而与公式无关，优选的是，润滑剂输送部的进入到传动装置内部空间中的开口的总面积AZ和润滑剂出口的离开传动装置内部空间的开口的总面积AA满足下述关系：
AA≤0.9*AZ。
此外优选的是，润滑剂输送部的进入传动装置内部空间中的开口的总面积AZ和润滑剂溢流口的离开传动装置内部空间的开口的总面积AU满足下述关系：
AU≥2.0*AZ。
在此优选假设：所述总面积分别形成润滑剂输送部的或润滑剂出口的确定体积流的尺寸。
原则上，调节传动装置能够构成为摆盘传动装置、偏心传动装置、行星齿轮传动装置、凸轮传动装置、多铰链或者耦联传动装置、摩擦轮传动装置、具有作为传动级的丝杠的斜齿部或者在多级的实施方案中构成为各个构型的组合。
在一个尤其优选的结构上的设计方案中，调节传动装置构成为轴传动装置，其中轴传动装置具有滚动轴承和带有外齿部的可变形的钢衬套，所述钢衬套设置在滚动轴承上。尤其优选地提出：润滑剂池设定为，使得滚动轴承的外环浸入到润滑剂池中、然而滚动轴承的内环不浸入到润滑剂池中，和/或钢衬套至少部分地浸入到润滑剂池中。在该优选的设计方案中，快速旋转的部件、即滚动轴承的内环从润滑剂池中摆脱出来，使得润滑剂池不因飞溅损耗而被干扰。而通过外环或者钢衬套的浸入保证：足以将润滑剂引导至滚动轴承从而也引导至内环。
特别地，关于润滑剂溢流口的开口的半径RU对于内环的半径Ri而言适用的是：
Ri≤0.9*RU。
在本发明的一个具体的设计方案中提出：润滑剂输送部经由凸轮轴中的轴向伸展的贯通口来实现，所述贯通口以半径RZ在传动装置内部空间中终止。此外优选地提出：润滑剂出口构成为多个排出口，所述排出口沿着轴向方向伸展并且所述排出口在轴承装置的最外部的区域的高度上在传动装置内部空间中设置在输入轴和输出轴之间。此外优选地提出：润滑剂溢流口构成为多个排出口或者环绕的、优选不中断地润滑剂间隙，所述排出口(润滑剂间隙)关于半径RU设置在滚动轴承的内环和外环之间。
附图说明
本发明的其它特征、优点和效果从接下来对本发明的优选的实施例的描述以及所附的附图中得出。在此示出：
图1示出作为本发明的一个实施例的凸轮轴调节设备的示意性的概览视图；
图2示出图1中的凸轮轴调节设备的调节传动装置的剖视图；
图3以与在图2中相同的视图示出具有润滑剂池的调节传动装置；
图4示出图2中的调节传动装置的一个替选的设计方案；
图5示出图4中的调节传动装置的俯视图。
具体实施方式
图1示出作为本发明的第一实施例的用于车辆的发动机、尤其内燃机的凸轮轴调节设备1的示意性视图。凸轮轴调节设备1包括凸轮轴2，所述凸轮轴具有多个凸轮3，所述凸轮构成用于操作发动机的阀。
凸轮轴2的驱动经由驱动轮4进行，所述驱动轮经由链、皮带或者传动装置与发动机的曲轴(未示出)耦联。在驱动轮4和凸轮轴2之间连接有调节传动装置5，所述调节传动装置实现以受控的方式转换凸轮轴2相对于驱动轮4进而相对于未示出的曲轴的角位。为了控制调节传动装置5，该调节传动装置经由马达轴13与电动马达6耦联，所述电动马达固定地、即相对于调节传动装置5并非一起旋转地设置。
凸轮轴调节设备1具有润滑剂供给部7，所述润滑剂供给部从油槽或油箱8经由发动机油泵9并且可选地从发动机机油滤清器10经由油旋转传输器(未示出)将作为润滑剂的传动油引入到凸轮轴2中。润滑剂经由润滑剂输送部11从凸轮轴2导入到调节传动装置5中，以便润滑调节传动装置5并且接下来经由润滑剂导出部12再次从调节传动装置5中导出，使得润滑剂供给部7构成为润滑剂回路。
图2示出调节传动装置5的沿着旋转轴线D的剖视图，所述旋转轴线例如通过凸轮轴2或者马达轴13(图1)来限定。
调节传动装置5构成为所谓的轴传动装置，也称为谐波驱动传动装置(Harmonic-Drive-Geteibe)。轴传动装置5也称为滑楔传动装置(Gleitkeilgetriebe)、应变波传动装置或者英语为strain wave gear(SWG)。调节传动装置5具有输入轴14，所述输入轴与驱动轮4抗扭地耦联或者通过该驱动轮形成。此外，调节传动装置5具有输出轴15，所述输出轴抗扭地与凸轮轴2连接。而调节轴16抗扭地与马达轴13连接。调节轴16具有在横截面中垂直于旋转轴线D非圆形地、尤其椭圆形地构成的发电机部段17，在所述发电机部段上设置有滚动轴承18，其中滚动轴承18的内环19安置在发电机部段17的侧表面上并且外环20承载可变形的、具有外齿部的柱形的钢衬套21。钢衬套21也称为柔性花键。钢衬套21在横截面中垂直于旋转轴线D同样椭圆形地成形。
输入轴14承载内齿部22，所述内齿部与钢衬套21的外齿部啮合。输出轴15也承载内齿部23，所述内齿部同样与钢衬套21的外齿部啮合。通过调节轴16以与输入轴14的角速度不同的角速度旋转，输入轴14和输出轴15能够在角位方面相对彼此调节。这种轴传动装置例如也在文献DE 10 2005 018 956 A1中描述。
经由内齿部22、23和钢衬套21的外齿部，输入轴14、输出轴15和调节轴16在半径为RG的相互作用区域28中形成有效连接。此外，调节传动装置5在输出轴15的内齿部23的支座和输入轴14之间具有半径为RL的滑动轴承部段24。
调节传动装置5构成传动装置内部空间25，所述传动装置内部空间通过输入轴14、在一侧上通过承载件26而在另一侧上通过覆盖件27形成，其中在传动装置内部空间25中设置有滑动轴承部段24、滚动轴承18和钢衬套21的外齿部与内齿部22和23的相互作用区域28。
润滑剂输送部11包括一个或多个在轴向上定向的排出口29，所述排出口以距旋转轴线D的距离RZ设置在输入轴15的端侧S上。排出口29经由凸轮轴2中的通道供给润滑剂。在运行时，润滑剂从排出口29离开并且由于输出轴15的转动而分布在传动装置内部空间中，其中端侧S作用为润滑剂引导面。经由排出口29，润滑剂被输送到传动装置内部空间25中。
润滑剂导出部12分为润滑剂出口30和润滑剂溢流口31。润滑剂出口30以距旋转轴线D的距离RA设置。润滑剂溢流口31以距旋转轴线D的距离RU设置。
排出口29、润滑剂出口30和润滑剂溢流口31以及距离RA、RZ和RU的尺寸被确定为，使得在传动装置空间25中构成润滑剂池32，如润滑剂池极其示意性地在图3中在调节传动装置5的剖视图上重叠地示出。可以看到，润滑剂池32从传动装置内部空间25的径向外侧延伸直至润滑剂溢流口31的径向外边棱。在润滑剂池32的该区域中设置有滑动轴承部段24以及内齿部22、23和钢衬套21的外齿部的相互作用区域28和滚动轴承18的外环20。通过形成润滑剂池32由此保证：不仅滑动轴承部段24而且相互作用区域28充分地供给有润滑剂。而内环18设立在润滑剂池32外部，以便避免润滑剂的不必要的飞溅。
如果观察润滑剂供给部7的体积流，那么润滑剂输送部11的体积流QZ通过排出口29和其它在流动技术方面相关的部件的设计方案来调节，使得该体积流始终小于或等于润滑剂导出部12的体积流，所述润滑剂导出部的体积流由润滑剂出口30的体积流QA和润滑剂溢流口31的体积流QU组成。
尤其提出：润滑剂出口30的体积流QA小于润滑剂输送部11的体积流QZ。以这种方式在运行时保证：首先填充润滑剂池32，直至该润滑剂池达到润滑溢流口30的径向外边棱并且随后可靠地流出，使得防止传动装置内部空间25的溢流。由此实现：润滑剂池32的径向扩展部在调节传动装置5运行时与输入轴14的角速度无关地始终相同。
图4示出调节传动装置5的另一实施例，其中相对于之前的附图中的实施例，润滑剂出口30划分为两个不同的轴向的出口，其中出口中的一个设置在承载件26中并且另一出口设置在覆盖件27中。通过箭头示意性地表明润滑剂流动。
在图5中示出调节传动装置5的俯视图，以便图解说明润滑剂导出部12的外侧的开口。沿着环周方向可以看到润滑剂出口30，所述润滑剂出口用作为从传动装置内部空间25例如进入到发动机的链盒中的贯通口。在润滑剂出口的贯通口之间分别设有中间角β，使得传动装置内部空间25在调节传动装置5停机时能够流空。而润滑剂溢流口31构成为在覆盖件27和发电机部段17的圆形的卡圈之间的环形间隙。
调节传动装置5的尺寸优选满足下述条件中的至少一个、一个任意的选择或者所有：
·RZ<RU<RA。
·RA≥1.00*RG和/或RA≥1.00*RL，尤其RA≥1.05*RG和/或RA≥1.05*RL。
·QZ>QA，优选0.9*QZ>QA。
·润滑剂出口30的开口的总面积AA小于润滑剂输送部11的排出口29的总面积AZ，尤其适用的是：AA≤0.9*AZ。
·润滑剂溢流口31的开口的总面积AU大于润滑剂输送部11的排出口29的总面积AZ，尤其适用的是：AU≥2.0*AZ。
·QU>QZ-QA，其中QZ＝QA+QU。
·Ri≤1.0*RU，优选Ri≤0.9*RU。
附图标记列表
1 凸轮轴调节设备
2 凸轮轴
3 凸轮
4 驱动轮
5 调节传动装置
6 电动马达
7 润滑剂供给部
8 油箱
9 发动机油泵
10 发动机机油滤清器
11 润滑剂输送部
12 润滑剂导出部
13 马达轴
14 输入轴
15 输出轴
16 调节轴
17 发电机部段
18 滚动轴承
19 内环
20 外环
21 钢衬套
22 内齿部
23 内齿部
24 滑动轴承部段
25 传动装置内部空间
26 承载件
27 覆盖件
28 相互作用区域
29 轴向定向的排出口
30 润滑剂出口
31 润滑剂溢流口
32 润滑剂池
D 旋转轴线
QA，QU，QZ 体积流
RA，RZ，RO，RG，RL 半径
AA，AZ，AU 总面积

Claims (7)

1.一种凸轮轴调节设备(1)，
具有调节传动装置(5)，其中所述调节传动装置(5)具有：输入轴(14)，所述输入轴能够与曲轴耦联；输出轴(15)，所述输出轴能够与凸轮轴耦联；以及调节轴(16)，所述调节轴能够与执行器(13)耦联，
其中所述调节传动装置(5)构成传动装置内部空间(25)，
其中在所述传动装置内部空间(25)中，所述输入轴(14)、所述输出轴(15)和所述调节轴(16)彼此有效连接，
其中所述凸轮轴调节设备(1)具有用于给所述传动装置内部空间(25)供给润滑剂的润滑剂供给部(7)，
其特征在于，
所述润滑剂供给部(7)构成用于在所述传动装置内部空间(25)中构成相对于旋转轴线设置在径向外侧的润滑剂池(32)，
所述润滑剂池(32)覆盖至少一个滚动轴承(18)部位，
所述润滑剂供给部(7)具有润滑剂输送部(11)和润滑剂导出部(12)，其中所述润滑剂导出部(12)包括润滑剂溢流口(31)，其中所述润滑剂池(32)的径向的扩展部径向向内通过所述润滑剂溢流口(31)确定为，使得所述滚动轴承(18)的外环(20)设置在所述润滑剂池(32)的区域中，并且内环(19)设置在所述润滑剂池(32)的外部。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调节设备(1)，其特征在于，所述润滑剂溢流口(31)构成为离开所述传动装置内部空间(25)的出口。
3.根据权利要求1所述的凸轮轴调节设备(1)，
其特征在于，所述润滑剂导出部(12)具有润滑剂出口(30)，其中所述润滑剂出口(30)相对于所述润滑剂池(32)构成在径向外侧。
4.根据权利要求3所述的凸轮轴调节设备(1)，其特征在于，所述润滑剂输送部(11)的体积流(QZ)大于所述润滑剂出口(30)的体积流(QA)(QZ>QA)，使得构成所述润滑剂池(32)。
5.根据权利要求4所述的凸轮轴调节设备(1)，其特征在于，所述润滑剂出口(30)的和所述润滑剂溢流口(31)的体积流的总和(QA+QU)构成为大于等于所述润滑剂输送部(11)的体积流(QZ)(QA+QU>＝QZ)，使得所述润滑剂池(32)沿着径向方向向内通过所述润滑剂溢流口(31)限界。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的凸轮轴调节设备，其特征在于，关于所述旋转轴线，所述润滑剂输送部(11，29)配设有半径RZ、所述润滑剂出口(30)配设有半径RA并且所述润滑剂溢流口(31)配设有半径RU，其中适用的是：RZ<RU<RA。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的凸轮轴调节设备(1)，其特征在于，所述调节传动装置(5)构成为轴传动装置，其中所述轴传动装置具有所述滚动轴承(18)和能变形的、具有外齿部的钢衬套(21)，所述钢衬套设置在所述滚动轴承(18)上，其中所述滚动轴承(18)和/或所述钢衬套(21)至少部分地浸入到所述润滑剂池(32)中。
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