CN105940191A - 可调节的凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的气门驱动装置的可调节的凸轮轴(1)，具有外轴(10)和穿过外轴(10)延伸的内轴(11)，其中在外轴(10)上，布置有至少一个凸轮元件(12)且至少一个凸轮元件(12)不可旋转地连接至内轴(11)，其中凸轮元件(12)包括具有内部轴承表面(13)的轴通道，所述内部轴承表面(13)与外轴(10)的外侧上的轴承表面(14)形成滑动支承，用于在外轴(10)上可旋转地布置凸轮元件(12)。根据本发明，至少一个轴承表面(13、14)的至少部分为球形形状。

Description

可调节的凸轮轴
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的气门驱动装置的可调节的凸轮轴，具有外轴并具有穿过外轴延伸的内轴，其中，在外轴上，布置有至少一个凸轮元件，该凸轮元件共同旋转地连接至内轴，其中凸轮元件包括具有内部轴承表面的轴通道，其与外轴的外侧的轴承表面一起形成用于外轴上的凸轮元件的可旋转布置的滑动轴承装置。
背景技术
DE 10 2012 103 581 A1显示了普通的具有外轴和内轴的可调节的凸轮轴，内轴穿过外轴延伸，外轴为管状的形式，所述内轴在所述外轴中可以旋转。可旋转地保持在外轴上的凸轮元件通过螺栓共同旋转地连接至内轴，从而在内轴相对于外轴旋转的情况下，实现凸轮元件在外轴上的相位角的改变。
在外轴上可以旋转的凸轮元件与凸轮元件中的轴通道一起在外轴的外侧上形成滑动轴承装置，该滑动轴承装置经由内轴与外轴之间的间隙供应润滑油。
凸轮元件与气门驱动装置的敏感元件接触，由此经常有径向不对称力作用于凸轮元件上的情况。这能够引起凸轮元件相对于凸轮轴的纵向轴线倾斜，并引起在轴承表面的外侧区域的负载增大，这可以导致所谓的边缘荷载。如果在凸轮元件在其它的圆柱形外轴上倾斜的情况下，只有轴通道的轴承表面的边缘区域(即例如在纵向轴线方向的外侧的局部有限区域)或外轴上的座装点的边缘区域承受凸轮元件上的全部操作力的话，这就会发生。最后，这种边缘荷载导致磨损增加，以及凸轮元件与外轴之间的摩擦增加，因此必须避免。
DE 100 54 622 A1已公开一种气门致动元件，且提供滚动支承安装的外环，该外环与凸轮元件的凸轮轮廓接触。外环通过内环成为滚动支承安装的构造，由外环和内环形成的轴承单元以可倾斜的样式安装在轴承螺栓上。为此目的，轴承螺栓为球形形式。由于运行的外环的倾斜运动所获得的自由度，所述外环能够抵靠凸轮元件的凸轮轮廓被引导从而与其线性接触，而不会在凸轮轮廓与敏感元件(即外环)之间产生边缘荷载。然而在此情况下，以可倾斜的样式安装在轴承螺栓上的滚动轴承单元的装置不能容易地实施，以用于在可调节的凸轮轴的外轴上安装凸轮元件。
发明内容
本发明的目的为进一步开发用于内燃机的气门驱动装置的可调节的凸轮轴，在凸轮轴的外轴上改进地安装凸轮元件。特别地，本发明的目的为防止外轴上的凸轮轴的滑动轴承装置中的所谓的边缘荷载。
本发明的目的通过根据权利要求1的前序部分及区别特征的可调节的凸轮轴而实现。本发明的优势改进在从属权利要求中具体说明。
本发明包含的技术教导为，形成至少一个轴承表面，该轴承表面至少部分为球冠形状。
通过至少一个轴承表面的球形形状，对于凸轮元件在外轴上绕着纵向轴线的旋转移动，实现其它的自由度以用于凸轮元件在外轴上进行的轻微的倾斜运动。除了在任何情况下设置在滑动轴承装置中的轴承间隙之外，还通过球形形状实现径向间隔在轴承表面的轴向长度上的至少一侧向外增大。如果凸轮元件在外轴上轻微地倾斜，那么在彼此上滑动的轴承表面的更长的轴向区域进行承载作用，由此防止边缘荷载的形成。无论凸轮元件的倾斜运动如何，由于轴承表面不是圆柱形形状，因此在任何倾斜方向上，甚至是在操作力相反地非对称地引入至凸轮元件的情况下，都不可能是轴承表面的仅仅有限的区域进行承载作用。
在此，至少一个轴承表面的根据本发明的球形形状描述的是这样的轴承表面的形状：其为旋转对称形式并在两个轴承表面之间产生轴承间隙，该轴承间隙在轴承表面的轴向长度上变化。在此情况下球形形状形成为使得轴承间隙(即轴承表面之间的余留的径向间隙)朝向轴承表面的至少一个外侧变大。因此根据本发明，球形形状与圆柱形形状形成偏离，从而轴通道中的表面和/或外轴的外侧朝着各自的相对的轴承表面成圆顶状，并形成径向间隔收缩部。
在可调节的凸轮轴的操作的过程中，因此凸轮单元可以实现周期的倾斜运动，该周期的倾斜运动跟随由敏感元件同样周期施加的力，借此倾斜运动甚至可以产生将润滑油泵送进入轴承表面之间的间隔的效果。以此方式，可以改进润滑油供应进入轴承表面之间的轴承间隙，特别地，避免存在于轴承间隙中的润滑油变得过度老化且不能替换为新鲜的润滑油的情况。
轴承表面的形状与圆柱形形状的几何偏离在此情况下很小从而凸轮元件的凸轮轨道与敏感元件之间的接触不会受到不利地影响。特别地，甚至可以实现凸轮元件以改进的方式相对于敏感元件保持线性接触，而边缘荷载也不会在所述线性接触中产生。特别地，球形形状为极小的形式，从而在轴通道中的轴承表面与外轴的外侧上的轴承表面之间不会产生固体接触，甚至在凸轮元件倾斜布置在外轴的外侧上的情况下保持承载润滑膜。
在一个有利的实施方案中，外轴的外侧上的轴承表面可以具有球形形状，其中特别地，球形形状的宽度可以至少与滑动轴承装置在纵向轴线(凸轮轴沿着该轴向轴线延伸)的方向上的长度相对应。在此，球形形状的宽度可以对应于滑动轴承装置的轴向长度，不过还可以设置为球形形状的宽度比滑动轴承装置的轴向长度更大。以此方式，可以特别地实现，轴承表面中通过球形形状产生的半径可以构造为非常大，这在制造方面产生优势。
在进一步的可能的实施方案中，轴通道中的轴承表面可以至少部分具有球形形状，从而轴通道的直径在内部比在边界处更小。然而在此根据本发明，球形形状还可以设置在两个轴承表面中，由此，基于两个球形形状，在滑动轴承装置的边界的方向上的径向间隔放大可以进行合计。
在至少一个轴承表面中的球形形状可以有利地以各种方式形成。例如，球形形状可以为相对于凸轮轴的纵向轴线的对称形式。因此，设置具有在彼此上滑动的轴承表面的滑动轴承装置，滑动轴承装置具有在轴向方向上的轴承表面的长度上在中间实现的径向间隔收缩部。因此凸轮元件可以以同样的方式在两个相对的倾斜方向上倾斜。例如，轴承表面之间的最小的径向间隙的区域可以在凸轮元件的凸轮轨道的下方在中间布置。然而，凸轮元件还可以具有凸轮套环，产生凸轮元件的在轴向上的更长的设计。在此，径向间隔收缩部的区域可以在轴承表面的整个长度上在中间形成，其由具有凸轮套环的凸轮元件的轴向长度限定。
在进一步的变体中，至少一个轴承表面中的球形形状还可以为不对称的形式。不对称形式的球形形状可以特别地用于具有凸轮套环的凸轮元件的情况下，球形形状可以既在轴通道的轴承表面中形成又在外轴的外侧中形成，特别地在用于安装凸轮元件的座装点处。球形形状可以在至少一个轴承表面中不对称地形成，从而轴承表面之间的径向间隔收缩部在凸轮套环的部分中形成或优选地毗邻凸轮套环的部分形成。将力引入至凸轮元件基本上经由凸轮元件的凸轮轨道发生，由此凸轮元件可以实现在外轴上的轻微的周期的倾斜运动。由于至少一个轴承表面的对称或不对称的球形形状，轴承表面在彼此上滚动以便实现倾斜运动，并且由于根据本发明的球形形状，在倾斜运动的终点不会产生边缘荷载。
在此，不需要在轴承表面的整个轴向长度上形成至少一个轴承表面中的球形形状。例如，至少一个轴承表面可以具有毗邻球形形状形成的至少一个圆柱形部分。还可以由此设置为圆柱形部分形成径向间隔收缩部的区域的轴向延长部分，从而在一侧或两侧上，球形形状跟随圆柱形部分，由此轴承表面发展至边界。这样的轴承表面的轮廓外形具有优选地布置在中间的圆柱形部分和在侧向发展的球形形状，特别有利地防止在凸轮元件倾斜的情况下产生边缘荷载，但是，基于径向间隔收缩部的变宽区域，用于承受凸轮元件的操作力的承载区域在外轴上的得以实现，该承载区域可以承受高的机械负载。在至少一个边界的方向上的球形形状可以在此情况下过渡至边界半径，轴承表面通过该半径形成滑动轴承装置的轴向末端。
球形形状的径向高度可以为例如1μm至15μm，优选为2μm至10μm，特别优选为4μm至6μm。因此轴承表面与圆柱形形状的偏离非常小，且可以例如限制为轴承间隙的尺寸范围。
附图说明
改进本发明的进一步的措施将在附图的基础上与本发明的优选示例性实施方案的说明一起在下文中更具体的呈现，在附图中：
图1显示了具有由外轴的外侧形成的轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，轴承表面具有球形形状，
图2显示了具有由外轴的外侧形成的轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，轴承表面具有球形形状，球形形状比凸轮元件的宽度更宽，
图3显示了在凸轮元件的轴通道中具有内部轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，内部轴承表面具有球形形状，
图4显示了具有由凸轮元件的轴通道形成的内部轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，其中轴承表面具有不对称的球形形状，
图5显示了在凸轮元件的轴通道中具有球形的内部轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，其中轴承表面具有圆柱形部分，
图6显示了具有球形形状的轴承表面的可调节的凸轮轴的示例性实施方案，该轴承表面由凸轮元件的轴通道形成，其中球形形状为不对称的样式。
具体实施方式
图1至图6显示了用于内燃机的气门驱动装置的可调节的凸轮轴1的不同的示例性实施方案，具有外轴10并具有穿过外轴10延伸的内轴11。内轴11可以在外轴10中绕着纵向轴线15旋转，在每种情况下只显示沿着纵向轴线15延伸的可调节的凸轮轴1的一段。在所示的一段中，凸轮轴元件12位于外轴10的外侧上，凸轮轴元件12例如为具有凸轮套环16的套环凸轮的形式，并利用螺栓19共同旋转地连接至内轴11。如果内轴11相对于外轴10旋转，那么凸轮元件12同样在外轴10的外侧上旋转。
轴通道形成于凸轮元件12中用于引入外轴10，轴通道形成内部轴承表面13，该内部轴承表面13与外轴10的外侧上的轴承表面14形成滑动轴承装置。通过所述滑动轴承装置，凸轮元件12在外轴10上绕着纵向轴线15旋转预定的角度部分。
如下的示例性实施方案显示凸轮元件12的轴通道中的各种轴承表面13和外轴10的外侧上的各种轴承表面14，其中轴承表面13和14具有以不同方式形成的球形形状。
图1显示了在外轴10的外侧上具有球形形状的轴承表面14的可调节的凸轮轴1的示例性实施方案。球形形状为对称的形式并具有与凸轮元件12的宽度近似对应的宽度，从而球形形状具有凸轮元件12在外轴10的外侧的座装点的宽度。当力作用在凸轮元件12上的时候，由于凸轮元件12与内燃机的气门驱动装置的敏感元件接触，所述凸轮元件能够实现最小的相对于纵向轴线15的倾斜运动，从而在倾斜运动的过程中，凸轮元件12的轴通道中的轴承表面13实现在外轴10的外侧上的球形轴承表面14上的滚动运动。在此情况下凸轮元件12通过螺栓19与内轴11的连接不需要具有无限刚度，从而尽管凸轮套环16压配合连接于螺栓19，但是也可以通过凸轮元件12来实现较小的运动。球形形状可以由半径R来限定，由于球形形状的有限的宽度，半径R比在下文呈现的参考图2的示例性实施方案中的半径更小。
作为所示的球形形状(其由绕着空间的固定点的单一的半径R来限定)的可选择的形式，特别优选地除其以外，轴承表面14的相对于纵向轴线15的球形形状还可以由一个接一个形成的多个半径来限定，多个半径可以为彼此不同大小。相应地，球形形状还可以例如以包括在纵向轴线15的方向上彼此毗邻的多个半径的多边形的形式形成。特别地，根据图示的中间的半径R可以比边缘的半径更大，边缘的半径可以以无棱边或无阶梯的样式接入到外轴10的圆柱形表面。
图2显示了具有球形形状的轴承表面14的可调节的凸轮轴1的进一步的示例性实施方案，其具有宽度B，在该示例性实施方案中，宽度B比凸轮元件12的宽度更大。以此方式，限定球形形状的半径R可以用更大值来限定。因此，径向间隔收缩部17的区域也扩大，引起滑动轴承装置的承载能力增大。如同结合图1已陈述的，特别地根据该示例性实施方案，球形形状还可以可选择地以多边形的形式形成，该多边形由在纵向轴线15的方向上一个接一个毗邻的多个半径构成。
图3显示了在凸轮元件12的轴通道中具有球形形状的内部轴承表面13的可调节的凸轮轴1的示例性实施方案。球形形状具有近似对称的形式，从而在机械载荷施加至凸轮元件12上的情况下，所述凸轮元件可以实现相对于纵向轴线15的倾斜运动，倾斜运动从示出的中间位置开始在两个不同的倾斜方向上均等地发生。
图4显示了在凸轮元件12的轴通道中具有球形轮廓的轴承表面13的可调节的凸轮轴1的示例性实施方案，其中，在根据图3的示例性实施方案的变型中，球形形状的轴承表面13为不对称的形式，从而径向间隔收缩部17在凸轮套环16的方向上形成。凸轮元件12具有凸轮套环16，其中随着径向间隙朝着图示的平面中的左侧增大，球形形状的尺寸增大。因此，轴承表面13和14之间的轴承间隙朝着左侧敞开。如果力作用在凸轮元件12上，凸轮元件12可以通过轴承表面13在轴承表面14上滚动来实现轻微的倾斜运动。
图5显示了具有轴承表面13的可调节的凸轮轴1的实施方案，该轴承表面13具有圆柱形部分18。圆柱形部分18的两侧邻接凸轮元件12的轴通道中的轴承表面13的球形部分。所述球形部分与半径过渡地形成轴通道的末端，从而由于显示的轴承表面13的球形形式，可以以特别的方式避免边缘荷载，其中球形区域之间的圆柱形部分18可以实现滑动轴承装置的高承载能力。这里，球形部分可以特别地以无棱边或无阶梯的样式过渡至圆柱形部分18，从而避免增大的机械应力区域。
图6以图5的示例性实施方案的变型显示了凸轮元件12的轴通道中的球形形状的轴承表面13的不对称设计。在此，示出的径向间隔收缩部17的区域位于凸轮元件12的凸轮轮廓的下方，毗邻凸轮套环16，从而显示不对称的球形形状的轴承表面13的可能的示例性实施方案。如果凸轮元件12的轴通道中的轴承表面13以不对称的球形形状形成，那么在此情况下径向间隔收缩部17的区域还可以位于凸轮套环16的下方。
如图1至图6所示，轴承表面13和14中的球形形状以非常夸张的形式形象地示出，轴承表面13和14中的不是真实比例的球形形状的图示仅用于球形形状的形象化。事实上，球形形状极其微小且显示出球形形状的几微米范围的径向高度偏差，例如1μm至15μm。
本发明的实施方案并不限制于上述详细说明的优选示例性实施方案。当然，可以利用示出的方案想到许多变体甚至是从根本上不同类型的实施方案。从权利要求书、从说明书或从附图显现的包括结构细节和/或空间布置的所有特征和/或优点既可以单独地又可以以各种组合的形式为本发明的要点。
附图标记列表
1 可调节的凸轮轴
10 外轴
11 内轴
12 凸轮元件
13 轴承表面
14 轴承表面
15 纵向轴线
16 凸轮套环
17 径向间隔收缩部
18 圆柱形部分
19 螺栓
B 球冠形状的宽度
R 半径。

Claims (8)

1.一种用于内燃机的气门驱动装置的可调节的凸轮轴(1)，具有外轴(10)和穿过外轴(10)延伸的内轴(11)，其中在外轴(10)上，布置有至少一个凸轮元件(12)且至少一个凸轮元件(12)共同旋转地连接至内轴(11)，其中凸轮元件(12)包括具有内部轴承表面(13)的轴通道，所述内部轴承表面(13)与外轴(10)的外侧上的轴承表面(14)一起形成用于外轴(10)上的凸轮元件(12)的可旋转布置的滑动轴承装置，
其特征在于，形成至少一个轴承表面(13、14)，该轴承表面至少部分具有球形形状。
2.根据权利要求1所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，外轴(10)的外侧上的轴承表面(14)具有球形形状，其中特别地，球形形状具有宽度(B)，所述宽度(B)至少与在纵向轴线(15)的方向上的滑动轴承装置的长度对应，凸轮轴(1)沿着所述纵向轴线(15)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，轴通道中的轴承表面(13)至少部分具有球形形状，从而轴通道在内部的直径比在边界处的直径更小。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，至少一个轴承表面(13、14)的球形形状为相对于纵向轴线(15)的对称形式。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，至少一个轴承表面(13、14)的球形形状为不对称形式。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，凸轮元件(12)形成为具有凸轮套环(16)，其中至少一个轴承表面(13、14)中的球形形状为不对称形式，从而轴承表面(13、14)之间的径向间隔收缩部(17)在凸轮套环(16)的部分中形成，或优选地毗邻凸轮套环(16)的部分形成。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，至少一个轴承表面(13、14)具有至少一个圆柱形部分(18)，该圆柱形部分(18)毗邻球形形状形成。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的可调节的凸轮轴(1)，其特征在于，球形形状的径向高度为1μm至15μm，优选为2μm至10μm，特别优选为4μm至6μm。
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