CN105658916A - 往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机 - Google Patents

往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及一种带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机。本发明的任务在于，提供一种带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的用于往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及一种带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机，其保证了往复活塞内燃机的快速起动能力、可成本适宜地来实现并且同时实现了在凸轮轴的位置探测时的提高的精确度。在根据本发明的带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的用于往复活塞内燃机的凸轮轴组件中至少一个可相位调整的排气凸轮轴关联有快速起动传感轮单元(10)并且至少一个可相位调整的进气凸轮轴关联有精密传感轮单元(20)，其中精密传感轮单元(20)具有比快速起动传感轮单元(10)更高的分辨率。

Description

往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机
技术领域
本发明涉及一种带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及一种带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机。
背景技术
从文件DE19527503A1中已知的是，在往复活塞内燃机中借助于合适的传感器系统来测定出曲轴(有时称为曲柄轴)和凸轮轴的角度位置。就此而言尤其提及传感轮(Geberrad)连同相关联的传感器的组件。文件DE19527503A1不涉及带有两个凸轮轴的往复活塞内燃机，尤其不涉及带有两个可相位调整的凸轮轴的往复活塞内燃机。
从文件DE102008032026A1中已知一种用于利用传感轮来确定往复活塞内燃机的凸轮轴的绝对位置的凸轮轴传感器单元。传感轮以在其周缘上分布的方式具有许多触发器，这些触发器允许小于20°NW(度凸轮轴)的角度识别精确度。文件DE202008032026A1不涉及带有两个可相位调整的凸轮轴的往复活塞内燃机。
从文件DE10156780A1中已知一种带有进气凸轮轴和排气凸轮轴的往复活塞内燃机，其中仅仅排气凸轮轴构造成可相位调整的并且该排气凸轮轴关联有所谓的快速起动传感轮。文件DE10156780A1不涉及带有两个可相位调整的凸轮轴的往复活塞内燃机。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的用于往复活塞内燃机的凸轮轴组件以及一种带有这样的凸轮轴组件的往复活塞内燃机，其保证了往复活塞内燃机的快速起动能力、可成本适宜地来实现并且同时实现了在凸轮轴的位置探测时的提高的精确度。
任务的解决根据本发明利用独立权利要求的特征进行。
在根据本发明的带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的用于往复活塞内燃机的凸轮轴组件中至少一个可相位调整的排气凸轮轴关联有快速起动传感轮单元并且至少一个可相位调整的进气凸轮轴关联有精密传感轮单元，其中精密传感轮单元具有比快速起动传感轮单元更高的分辨率。
快速起动传感轮单元就此而言被理解成这样的单元，即该单元产生信号曲线，该信号曲线结合曲轴传感器单元的信号曲线实现了往复活塞内燃机的每个气缸的工作节拍(Arbeitstakt，有时称为工作行程/工作循环)的明确的关联性。这能够在四气缸发动机的情况中尤其以下面的方式进行，即快速起动传感轮单元和曲轴传感器单元的信号的组合(例如探测经过传感器的侧壁或其它的记号)是明确的。结合实施例再详细地参考对此的细节。
快速起动传感轮单元就此而言尤其被理解成包括n1个部段的快速起动传感轮和与该快速起动传感轮共同作用的快速起动传感轮传感器的组合，该快速起动传感轮单元构造成，通过该快速起动传感轮单元在往复活塞内燃机的起动过程期间提供用于排气阀的位置的可靠的信息的方式，减少往复活塞内燃机的起动时间。从现有技术中已知这样的快速起动传感轮单元。本发明以下面的内容为出发点，即进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位调整器在往复活塞内燃机起动时以已知的方式锁止在明确的参考位置中，从而借助于提及的快速起动传感轮单元不仅已知排气凸轮轴的位置，而且已知进气凸轮轴的位置。
精密传感轮单元当前尤其被理解成带有n2个部段的精密传感轮和与该精密传感轮共同作用的精密传感轮传感器的组合，该精密传感轮单元具有比快速起动传感轮单元更高的分辨率并且构造成，在往复活塞内燃机运行期间通过经由进气凸轮轴位置精确地测定进气阀的关闭时间点来提供在各个气缸的充气程度(有时称为充气系数)方面的附加的信息。这通过借助于精密传感轮传感器尤其在往复活塞内燃机运行期间持久地对精密传感轮进行信号评估来进行。“更高的分辨率”当前是指，精密传感轮的部段的数量比快速起动传感轮的相应的数量更多。因此进气凸轮轴的一圈借助于精密传感轮单元比利用快速起动传感轮单元“更高地来分辨”，即划分成更小的区段。
还应考虑到的是，快速起动传感轮单元和精密传感轮单元针对不同的目的来使用，即一方面快速起动传感轮单元用于在起动过程期间在凸轮轴调节器锁止的情况下尽可能快速地探测往复活塞内燃机的曲柄传动机构和控制传动机构(有时称为配气机构)的位置并且另一方面精密传感轮单元用于在往复活塞内燃机运行期间改善充气探测。因此精密传感轮优选地划分成带有均匀的部段划分的大量一样大的部段(仅有的例外常常为利用去除或加倍部段而引起的参考记号)，而快速起动传感轮包括更少的部段并且常常具有不均匀的部段划分。快速起动传感轮单元附加地然而以比精密传感轮单元更低的精确度实现了排气凸轮轴在发动机运行期间的位置探测。
根据本发明的凸轮轴组件具有的优点是，通过精密传感轮单元相对于可相位调整的进气凸轮轴的布置的关联性以及快速起动传感轮单元相对于可相位调整的排气凸轮轴的关联性实现了在快速起动能力的情况下同时进气凸轮轴的位置探测的高的精确度并且由此在大量的运行状态中实现了在往复活塞内燃机中的更精密的且因此更有效的喷射和燃烧。因此本发明对于带有两重的相位调整(即带有可相位调整的进气凸轮轴和带有可相位调整的排气凸轮轴)的往复活塞内燃机而言为出于在往复活塞内燃机的充气探测方面的精确度和制造成本的优选的折衷。
部段这一概念在当前的情况中被理解成用于产生和探测至少两个不同的信号的任何装置，该装置实现位置评估。这样的装置尤其为可在几何结构上识别出的元件(如例如侧壁，其带有布置在其之间的提高的和加深的区域、齿部、空隙、槽口)、磁场和/或光学的标记，其能够借助于已知的传感器来探测。优选地使用这样的部段和传感器，即利用它们能够区分出刚好两个不同的状态或信号(例如高/深或0/1)。
在根据本发明的凸轮轴组件的一种实用的实施方式中快速起动传感轮和/或精密传感轮的每个部段具有提高的区域e和加深的区域v，其中提高的区域e和加深的区域v通过径向延伸的侧壁F相互连接。“径向延伸”不是必然地指仅仅径向的延伸方向。该表述还应当包括有侧壁F的这样的延伸方向，即其部分地在径向的方向上且部分地在周缘方向上伸延。在最后提及的情况中尤其当提高的区域e和加深的区域v仅仅在周缘方向上延伸时，则能够使这些侧壁F与提高的区域e和加深的区域v不同。
在根据本发明的凸轮轴组件的另一实用的实施方式中快速起动传感轮和/或精密传感轮的全部的提高的区域e和/或全部的加深的区域v分别布置在布置成同心地围绕相应的凸轮轴的转动轴线D的圆上。这具有的优点是，在径向的方向上朝快速起动传感轮和/或精密传感轮指向的传感器在如上文描述的提高的区域e中和在如上述描述的加深的区域v中必定分别探测出恒定的间距。因此可使用简单构建的且可成本适宜地使用的传感器。
在根据本发明的凸轮轴组件中此外优选的是，精密传感轮的部段n1的数量为至少(2*n2-1)。优选地部段n1的数量或者为(x*n2)、(x*n2+1)或者为(x*n2-1)，其中x为正的整数并且n2为快速起动传感轮的部段的数量。
当作为用于精密传感轮的完整的一圈的记号将“标准大小”的一个部段细分成一半的大小的两个部段时，即当记号由一个附加的提高的区域e来实现时，获得数值(x*n2+1)。
当作为用于精密传感轮的完整的一圈的记号而省去了一个提高的区域e(空隙作为记号)时，获得数值(x*n2-1)。尤其当设置的精密传感轮传感器不能够触发或不能够可靠地触发附加的记号时，即当利用现有的记号已经完全地或尽可能地用尽设置的精密传感轮传感器的分辨率时，则空隙作为记号是优选的。
当在精密传感轮处实行与部段无关的、附加的记号时，获得数值(x*n2)。尤其当附加的记号能够由设置的精密传感轮传感器可靠地来探测时，那么该记号是优选的。
为了使精密传感轮的制造成本和因此还使根据本发明的凸轮轴组件的成本保持得小，可为有利的是，精密传感轮具有比快速起动传感轮更大的外直径。在该情况中设有更高的分辨率(即设有更多部段)的精密传感轮能够以更大的绝对的公差数值来加工，因为提高的和加深的区域(其通常为圆弧区段)的长度随着直径的扩大而变得更长。
本发明还涉及一种带有如上文描述的凸轮轴组件的往复活塞内燃机。对此再一次参考上文结合凸轮轴组件已经描述的与其相联系的优点。往复活塞内燃机这个概念在上文尤其是指机动车的四冲程汽油发动机。然而本发明不受限于此，而是此外尤其能够还用于其它的运输工具，如例如用于船用发动机或航空发动机，以及用于固定式发动机。
在根据本发明的往复活塞内燃机的另一实用的实施方式中该往复活塞内燃机具有z个气缸，其中快速起动传感轮(12)的部段的数量n2相应于气缸的数量z的整数的倍数。整数的倍数尤其还表示部段n2的刚好相应于气缸的数量z的数量。由此往复活塞内燃机的每个单个的气缸在换气节拍(有时称为换气行程/换气循环)或工作节拍中与可评估的信号的相同的数目相关联。
此外优选的是，根据本发明的往复活塞内燃机包括关联有专用的曲轴传感轮单元的曲轴。这样的曲轴传感轮单元优选地为带有大量均匀地在周缘上分布的齿部、突起部和/或槽口的传感轮，其中越多齿部、突起部和/或槽口分布地布置在周缘上，分辨率就越高。通过将由曲轴传感轮单元探测的信号与由快速起动传感轮单元探测的信号进行组合能够(在凸轮轴调节器锁止的情况下)明确地确定往复活塞内燃机的曲柄和控制传动机构的位置。这可同样通过快速起动传感轮单元与精密传感轮单元的信号的组合以更低的精确度来实现(例如用于紧急运转)。
优选地根据本发明的往复活塞内燃机的曲轴、至少一个进气凸轮轴和至少一个排气凸轮轴通过共同的控制传动机构相互连接并且共同地来驱动。这节约了单独的驱动单元以及这些驱动单元的同步。
附图说明
在下面结合图纸描述本发明的另外的实用的实施方式和优点。其中：
图1示出了根据本发明的凸轮轴组件的快速起动传感轮单元和精密传感轮单元连同曲轴的精密传感轮单元。
具体实施方式
图1以示意性的视图示出了直列式四气缸内燃机(汽油发动机)的未示出的曲轴的转动轴线DK、未示出的排气凸轮轴的转动轴线DA以及未示出的进气凸轮轴的转动轴线DE。
排气凸轮轴与快速起动传感轮单元10联结，该快速起动传感轮单元包括快速起动传感轮12和快速起动传感轮传感器14。快速起动传感轮12包括四个交替布置的提高的区域e和加深的区域v，这些提高的区域e和加深的区域v通过仅仅在径向的方向上延伸的侧壁F相互连接。提高的区域还能够被称作为“齿部”。“联结”当前是指快速起动传感轮12抗转动地与排气凸轮轴连接。这能够尤其通过将快速起动传感轮12与凸轮轴整块地构造或通过将单独的快速起动传感轮12(如在图1中示出的那样)与凸轮轴抗转动地连接来进行。通过快速起动传感轮传感器14测定出，在快速起动传感轮传感器14的测量区域中是否正好存在有提高的区域e和/或加深的区域v。由此推导出排气阀的当前的位置。如可在图1中看出的那样，快速起动传感轮12具有带有不均匀的部段划分的四个部段，即部段的加深的区域v的角度范围和提高的区域e的角度范围是不一样大的。
进气凸轮轴与精密传感轮单元20联结，该精密传感轮单元包括精密传感轮22和精密传感轮传感器24。精密传感轮22包括12+1(=13)个交替布置的区域e和加深的区域v，这些区域e和加深的区域v通过仅仅在径向的方向上延伸的侧壁F相互连接。通过借助于精密传感轮传感器24来“计数”和评估信号能够限定(eingrenzen)进气凸轮轴的当前的位置。评估能够例如以已知的方式通过在进气凸轮轴的转动角度上测量磁通量密度进行。这种评估被使用以为了测定往复活塞内燃机的充气程度。在图1中朝精密传感轮传感器24指向并且为附加部段的部分的提高的区域e用作参考记号。因此精密传感轮22具有带有均匀的(单一的(也可称为简单的))划分的十二个部段，其中通过上文描述的参考记号使得带有单一的划分的一个部段会被“划分”成带有一半划分的两个部段。
曲轴与曲轴传感轮单元30联结，该曲轴传感轮单元包括曲轴传感轮32和曲轴传感轮传感器34。曲轴传感轮32包括大量均匀地在周缘上分布的齿部36和用作参考记号的齿部空隙38。
在示出的实施例中传感器14,24,34为已知的霍尔传感器。本领域技术人员致力于，当代替提高的区域e和加深的区域v来不同地设计部段时，则还且尤其才代替这些传感器14,24,34而使用其它的合适的传感器(例如磁的和/或光学的部段和相应的传感器)。
在图1中包含下列的尺寸说明：
de1：在精密传感轮22的提高的区域e的范围中的直径
dv1：在精密传感轮22的加深的区域v的范围中的直径
de2：在快速起动传感轮12的提高的区域e的范围中的直径
dv2：在快速起动传感轮12的加深的区域v的范围中的直径
在示出的实施方式中会使用下列的尺寸：de1=80mm、dv1=72mm、de2=60mm。尺寸dv2能够以合适的方式来匹配快速起动传感轮传感器14的精确度。在示出的实施方式中dv2为约50mm。在根据本发明的布置方案中，当de1选取成比de2更大时，是有利的，因为精密传感轮22的分辨率更高并且de1选取得越大，需要的公差就能够呈现得越大。
在图1中在精密传感轮22处标出的角度α、β和γ在示出的实施方式中为α=25.5°(总共有11次)、β=10.5°(总共有2次)和γ=4.5°(总共有13次，即在每个提高的区段处)。由此精密传感轮22的周缘被细分成带有相应30°的角度的11个部段和带有相应15°的角度的2个部段。
本发明的在当前的说明书中、在图纸中以及在权利要求中公开的特征不仅能够单个地而且能够以任意的组合对于本发明以其不同的实施方式来实现而言是重要的。本发明不受限于描述的实施方式。本发明能够在权利要求的范围中并且在考虑胜任的本领域技术人员的认知的情况下变动。
参考符号列表
10快速起动传感轮单元
12快速起动传感轮
14快速起动传感轮传感器
20精密传感轮单元
22精密传感轮
24精密传感轮传感器
30曲轴传感轮单元
32曲轴传感轮
34曲轴传感轮传感器
36齿部
38齿部空隙

Claims (10)

1.一种带有至少一个可相位调整的进气凸轮轴和至少一个可相位调整的排气凸轮轴的用于往复活塞内燃机的凸轮轴组件，其特征在于，所述至少一个可相位调整的排气凸轮轴关联有快速起动传感轮单元(10)并且所述至少一个可相位调整的进气凸轮轴关联有精密传感轮单元(20)，其中所述精密传感轮单元(20)具有比所述快速起动传感轮单元(10)更高的分辨率。
2.根据上述权利要求所述的凸轮轴组件，其特征在于，所述快速起动传感轮单元(10)包括带有n2个部段的快速起动传感轮(12)和与所述快速起动传感轮(12)共同作用的快速起动传感轮传感器(14)并且所述精密传感轮单元(20)包括带有n1个部段的精密传感轮(22)和与所述精密传感轮(22)共同作用的精密传感轮传感器(24)。
3.根据权利要求2所述的凸轮轴组件，其特征在于，所述快速起动传感轮(12)和/或所述精密传感轮(22)的每个部段具有提高的区域e和加深的区域v，其中所述提高的区域e和所述加深的区域v通过径向延伸的侧壁F相互连接。
4.根据权利要求3所述的凸轮轴组件，其特征在于，所述快速起动传感轮(12)和/或所述精密传感轮(22)的全部的提高的区域e和/或全部的加深的区域v分别布置在布置成同心地围绕相应的凸轮轴的转动轴线D的圆上。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的凸轮轴组件，其特征在于，所述精密传感轮(22)的部段n1的数量为至少(2*n2-1)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的凸轮轴组件，其特征在于，所述精密传感轮(22)具有比所述快速起动传感轮(12)更大的外直径。
7.一种往复活塞内燃机，包括根据上述权利要求中任一项所述的凸轮轴组件。
8.根据权利要求7所述的往复活塞内燃机，带有z个气缸，其特征在于，所述快速起动传感轮(12)的部段的数量n2相应于所述气缸的数量z的整数的倍数。
9.根据权利要求7或8所述的往复活塞内燃机，其特征在于这样的曲轴，即该曲轴关联有专用的曲轴传感轮单元(30)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的往复活塞内燃机，其特征在于，所述曲轴、所述至少一个进气凸轮轴以及所述至少一个排气凸轮轴通过共同的控制传动机构连接和驱动。
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