CN108691593A - 用于内燃机的气门驱动装置 - 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(1)，‑包括凸轮轴(2)，在该凸轮轴上，至少一个第一凸轮(5a)和轴向相邻的至少一个第二凸轮(5b)以旋转固定的方式布置，‑包括凸轮从动件(3)，该凸轮从动件能通过调节装置(4)在第一位置与第二位置之间轴向调节，‑其中，调节装置(4)包括可调节的第一接合元件(6a)，该第一接合元件能与设置在凸轮轴(2)上的第一滑动引导件(7a)配合，用于将凸轮从动件(3)从第一位置调节到第二位置中，‑其中，调节装置(4)包括可调节的第二接合元件(6b)，该第二接合元件能与设置在凸轮轴(2)上的第二滑动引导件(7b)配合，用于将凸轮从动件(3)从第二位置调节到第一位置中，‑其中，第一接合元件(6a)和第二接合元件(6b)可以分别在切换位置与非活动位置之间调节，在该非活动位置中，消除了该配合，‑其中，调节装置(4)包括接头致动器(8)，用于可选性地将第一或第二接合元件(6a、6b)调节到切换位置中。

Description

用于内燃机的气门驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的气门驱动装置以及包括这种气门驱动装置的内燃机。
背景技术
借助于可调节的通用气门驱动装置(其可以包括具有不同凸轮行程的两个凸轮)，内燃机的气缸可以以两种不同的操作模式操作。如果只使用单个凸轮而不是具有不同行程的两个凸轮，并且如果使用没有凸轮行程的基圆—而不是第二凸轮—则可以借助于气门驱动装置关闭气缸。在这种关闭状态下，与气缸的气体交换阀联接的凸轮从动件不与单个凸轮配合，而与所述基圆配合，从而气体交换阀不受控制。
这种气门驱动装置例如从DE19945340A1知晓。
为了在两种操作模式之间切换，在通常的气门驱动装置的情况下，在两个轴向位置之间调节凸轮从动件。在普通气门驱动装置的情况下，借助于两个致动器进行调节。由此使用用于将气门驱动装置从第一轴向位置调节到第二轴向位置中的第一致动器。使用另外的第二致动器将凸轮从动件从第二轴向位置调节回到第一轴向位置中。在这种普通气门驱动装置的情况下，由于使用两个致动器，所以它们构造得较大，这证明是不利的，与此相关的是较高的生产成本。
发明内容
本发明的目的是在开发气门驱动装置时展示新的方式。特别地，将创造一种气门驱动装置，其特征在于生产成本的降低以及对安装空间需求的减少。
该目的是通过独立专利权利要求的主题来解决的。优选的实施方案是从属专利权利要求的主题。
因此，本发明的基本思想是为气门驱动装置仅配备单个致动器，该致动器可以用于将凸轮从动件从第一轴向位置调节到第二轴向位置中，反之亦然，因此从第二轴向位置调节回到第一轴向位置中。根据本发明，这种致动器是调节装置的一部分，该调节装置包括两个接合元件和两个滑动引导件。第一接合元件和相应的第一滑动引导件用于将凸轮从动件从第一位置调节到第二位置中。第二接合元件和相应的第二滑动引导件用于将凸轮从动件从第二位置调节到第一轴向位置中。两个接合元件均由共同的致动器控制，为此目的，致动器可以可选地与第一或第二接合元件操作连接。
因此，在这里提出的气门驱动装置的情况下，可以省略两个分开的致动器的设置(就像通常的气门驱动装置那样)。这在气门驱动装置的生产中导致显著的成本优势。
根据本发明的用于内燃机的气门驱动装置包括凸轮轴，在该凸轮轴上，第一凸轮和轴向相邻的第二凸轮以旋转固定的方式布置。气门驱动装置还包括凸轮从动件，该凸轮从动件可以通过调节装置在第一位置与第二位置之间轴向调节。在第一位置中，凸轮从动件与第一凸轮驱动连接，而在第二位置中，与第二凸轮驱动连接。调节装置包括可调节的第一接合元件，该第一接合元件可以与设置在凸轮轴上的第一滑动引导件配合，用于将凸轮从动件从第一位置轴向调节到第二位置中。调节装置还包括可调节的第二接合元件，该第二接合元件与设置在凸轮轴上的第二滑动引导件配合，用于将凸轮从动件从第二位置调节到第一位置中。第一接合元件和第二接合元件可以分别在切换位置与非活动位置之间调节，在该切换位置中，相应的接合元件与对应的滑动引导件配合，而在该非活动位置中消除了该配合。
在切换位置中，第一接合元件优选地与第一滑动引导件接合，并且在非活动位置中布置成与第一滑动引导件相距一定距离。如作适当变动，也优选地适用于第二接合元件。
根据本发明，调节装置包括接头致动器，用于可选地将第一或第二接合元件调节到切换位置中。换句话说，根据本发明的气门驱动装置仅需要单个致动器在第一轴向位置与第二轴向位置之间调节凸轮从动件。
根据优选的实施方案，致动器可以在第一致动器位置与第二致动器位置之间轴向调节，其中致动器能够在第一致动器位置中与第一接合元件配合，并且在第二致动器位置中与第二接合元件配合。在该实施方案中，致动器因此以这种方式实现，使得它与两个接合元件配合。因此，所述致动器可以在第一接合元件的帮助下将凸轮从动件从第一轴向位置调节到第二轴向位置中。相同的致动器同样可以在第二接合元件的帮助下将凸轮从动件从第二位置调节到第一位置中。特别优选地，致动器也可以构造成可调节到第一和第二致动器位置之间的至少一个中间位置中，在该至少一个中间位置中，致动器既不与第一接合元件配合，也不与第二接合元件配合。当不需要将凸轮从动件从第一轴向位置调节到第二轴向位置中或反之亦然时，通常调节该至少一个中间位置。因此，在这种情况下，致动器不起作用。
特别有利地，致动器和凸轮从动件可以沿接头轴向方向调节。因此，在垂直于所述轴向方向的方向上，气门驱动装置仅需要特别小的安装空间，即在该变型中，气门驱动装置具有特别紧凑的结构。
在有利的进一步发展中，致动器包括致动器壳体，致动器元件以部分且轴向可调节的方式容纳在该致动器壳体中。在该实施方案中，致动器元件具有用于与第一接合元件配合的第一轴向元件部段和用于与第二接合元件配合的第二轴向元件部段。第一元件部段由此至少在第一致动器位置中从致动器壳体突出，并且第二元件部段至少在第二致动器位置中从致动器壳体突出，用于与相应的接合元件配合。包括上述特征的致动器以特别简单的构造设置并且因此可以以成本有效的方式实现。
特别优选地，第一元件部段是致动器元件的第一轴向端部段，而第二元件部段是致动器元件的第二轴向端部段，其与第一轴向端部段轴向相对地定位。这允许致动器元件与两个不同的接合元件的配合，即使它们轴向地彼此以一定距离布置—如两个相应的滑动引导件那样—由于技术原因，在气门驱动装置中经常出现这种情况。
根据另一优选的实施方案，在致动器壳体中构造容纳部，该容纳部轴向延伸并且优选地构造为开关棒的致动器元件以可轴向调节的方式容纳在该容纳部中。致动器元件可以以永久机械稳定的方式实现，但仍然能够以这种方式相对于致动器壳体移位。
有利地，容纳部可以包括两个通路开口，所述通路开口布置在致动器壳体的彼此相对的轴向前侧上。致动器元件或开关棒分别通过两个通路开口接合，使得致动器元件或开关棒的两个轴向端部段分别从致动器壳体轴向突出，如用于与接合元件配合所要求的。
在另外的有利的进一步发展中，优选地构造为开关棒的致动器元件分别在第一和第二轴向端部段中具有斜坡或分别在第一和第二端部段中轴向远离致动器壳体变细(taper，渐缩，锥化)。两种措施均有助于通过分别与相应的斜坡状或变细的轴向端部段的机械接触来将相应的接合元件从非活动位置调节到切换位置中。
在另一有利的进一步发展中，致动器被构造为电磁致动器。基于磁性相互作用的这种致动器允许在气门驱动装置的操作期间对致动器元件进行特别精确的调节。在该进一步发展中，机电致动器包括固定布置在致动器壳体中并且可以供应电力的励磁线圈，用于产生磁场。还在致动器元件上设置磁性材料的磁体，用于与励磁线圈的磁场配合。在替代的变型中，励磁线圈可以布置在致动器元件上，而磁体布置在致动器壳体上。
根据另外的优选实施方案，在致动器壳体中布置优选地为弹性元件的预张紧元件，该预张紧元件通过产生预张紧力使致动器元件朝向第一或第二致动器位置张紧。在励磁线圈发生故障的情况下，这种预张紧元件确保致动器分别独立地调节到第一或第二致动器位置中。以这种方式在致动器中实现故障安全功能。
在有利的进一步发展中，在致动器壳体中布置磁性元件，该磁性元件通过与磁体的磁性相互作用，永久地产生磁力，该磁力与预张紧力相反，并且小于预张紧力。因此，与不具有这种磁性元件的实施方案相比，励磁线圈仅需要以减小的场强生成磁场，使得也可以减少供电。
本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及借助于附图的相关联的附图描述得出。
不言而喻，上述特征以及下面将描述的特征不仅可以在各特定组合中使用，而且还可以以其他组合或者单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方案在附图中示出，并且将在以下描述中更详细地描述。
在每种情况下，示意性地，
图1以立体图示出了根据本发明的气门驱动装置的示例，
图2以分开的立体图示出了图1的气门驱动装置的致动器，
图3以大致示意性的截面图示出了气门驱动装置的电磁致动器。
具体实施方式
图1示出了用于内燃机的气门驱动装置1。气门驱动装置1包括凸轮轴2，在该凸轮轴上，两个第一凸轮5a和轴向相邻的两个第二凸轮5b以旋转固定的方式布置。此外，气门驱动装置1包括凸轮从动件3，该凸轮从动件包括辊螺栓30和两个可旋转的辊31。凸轮从动件3附接至倾斜杆32，通过该倾斜杆可以控制内燃机的出气门。两个辊31和辊螺栓30可以相对于倾斜杆32沿第一位置与第二位置之间的轴向方向A调节(参见箭头P1)。在本文的上下文中，措辞“轴向的”和“沿轴向方向A”是等效使用的。在图1所示的第一位置中，凸轮从动件3的两个辊31与第一凸轮5a驱动连接。在第二位置中，凸轮从动件3的两个辊31与第二凸轮5b驱动连接。在示例的变型中，还可以设置不同数量的第一和第二凸轮5a、5b。在一种简化的变型中，可以分别仅仅设置正好一个第一凸轮5a和正好一个第二凸轮5b。
调节装置4还包括可调节的第一接合元件6a，该第一接合元件与设置在凸轮轴2上的第一滑动引导件7a配合，用于将凸轮从动件3从第一位置轴向调节到第二位置中。调节装置4同样包括可调节的第二接合元件6b，该第二接合元件与设置在凸轮轴2上的第二滑动引导件7b配合，用于将凸轮从动件3从第二位置调节到第一位置中。
两个接合元件6a、6b均布置在凸轮从动件3的辊螺栓30上。第一接合元件6a以及第二接合元件6b可以分别在切换位置与非活动位置之间调节，在该切换位置中，接合元件6a、6b与相应的滑动引导件7a、7b配合，而在该非活动位置中消除了该配合。在示例场景下，为此目的，两个接合元件6a、6b可以沿垂直于轴向方向A的调节方向V调节(参见箭头P2)。在切换位置中，各个接合元件6a、6b与相应的滑动引导件7a、7b接合。在非活动位置中，各个接合元件6a、6b布置成与相应的滑动引导件7a、7b相距一定距离。此外，调节装置4包括接头致动器8，用于可选性地将第一或第二接合元件6a、6b从非活动位置调节到切换位置中。
图2以分开的图示示出了气门驱动装置1的接头致动器8。致动器8可以在第一致动器位置与第二致动器位置之间沿轴向方向A调节(参见箭头P3)。在第一致动器位置中，致动器8与第一接合元件6a配合，而在第二致动器位置中，与第二接合元件6b配合。图1和图2示出了处于第一致动器位置中的致动器8。致动器8还可以调节到第一致动器位置与第二致动器位置之间的至少一个中间位置中，在该至少一个中间位置中，致动器既不与第一接合元件6a配合，也不与第二接合元件6b(未示出)配合。
根据图2，致动器8包括致动器壳体9，致动器元件10以部分且轴向可调节的方式容纳在该致动器壳体中。致动器元件10优选地构造为开关棒13。致动器元件10或开关棒13分别具有用于与第一接合元件6a配合的第一轴向元件部段11a以及用于与第二接合元件6b配合的第二轴向元件部段11b。两个元件部段11a、11b均从致动器壳体9轴向突出，使得它们可以分别在第一或第二致动器位置中与相应的接合元件6a、6b配合。在图1和图2的示例场景中，第一元件部段11a是致动器元件10的第一轴向端部段12a，而第二元件部段11b是致动器元件10的第二轴向端部段12b，其与第一轴向端部段12a轴向相对地定位。
凸轮从动件3从图1所示的第一位置到第二位置中的调节进行如下：将致动器元件10或开关棒13分别调节到第一致动器位置中。当致动器8在第一致动器位置中调节时，由于由凸轮轴2产生的提升运动，凸轮从动件3被接合元件6a推动，分别抵靠致动器元件10的第一轴向端部段12a或第一元件部段11a，并且以这种方式调节到切换位置中，其中第一接合元件6a与第一滑动引导件7a接合。第一滑动引导件7a以这种方式构造，使得凸轮从动件3通过接合元件6a依靠凸轮轴2与第一滑动引导件7a的旋转调节到第二位置中。
凸轮从动件3从未示出的第二位置到第一位置中的调节进行如下：将致动器元件10或开关棒13分别调节到第二致动器位置(未示出)中。当致动器8被调节到第二致动器位置中时，由于由凸轮轴2产生的提升运动，凸轮从动件3被接合元件6b推动，分别抵靠致动器元件10的第二轴向端部段12b或第二元件部段11b，并且以这种方式调节到切换位置中，其中第二接合元件6b与第二滑动引导件7b接合。由此第二滑动引导件7b以这种方式构造，使得凸轮从动件3通过接合元件6b依靠凸轮轴2与第二滑动引导件7b的旋转调节到第一位置中。
根据图2，致动器壳体9中可以存在容纳部14，在该致动器壳体中，致动器元件10或开关棒13分别布置成可轴向调节。容纳部14包括两个通路开口15a、15b，它们布置在致动器壳体9的彼此相对的轴向前侧16a、16b上，并且致动器元件10或开关棒13分别通过该通路开口接合。根据图2，构造为开关棒13的致动器元件10可以分别在第一和第二轴向端部段12a、12b中具有斜坡17。在未示出的变型中，开关棒13或致动器元件10可以分别在第一和第二端部段11a、11b中分别轴向远离致动器壳体9变细。
如图3中的致动器8的示意图所示，致动器8可以构造为电磁致动器。为此目的，致动器8具有励磁线圈20，该励磁线圈在致动器壳体9中固定布置并且可以向该励磁线圈供电，以产生磁场。磁性材料的磁体21以固定的方式布置在致动器元件10上。磁体21可以以板状的方式构成。由磁体21产生的磁场与励磁线圈20的磁场配合。由于两个磁场之间的磁相互作用，致动器元件10相对于致动器壳体9在第一和第二致动器位置之间调节。在图3中未详细示出的示例的变型中，可以设想将励磁线圈20布置在致动器元件10上并且将磁体21布置在致动器壳体9上。
如在图3中也可以看到的，可以在致动器壳体9中设置预张紧元件22，其优选地构造为弹性元件。这种弹性元件可以例如通过螺旋弹簧来实现。预张紧元件22通过产生预张紧力FV将致动元件10朝向第二致动器位置(图3中未示出)预张紧。
通过向励磁线圈20供电，致动器元件10或开关棒13分别移动到图3所示的第一致动器位置中，其中磁体21克服由预张紧元件22产生的预张紧力FV。因此，致动器元件10从图3中未示出的第二致动器位置移动到左侧—由图3中的箭头L指示—到图3中示出的第一致动器位置中。根据朝向第一致动器位置的移动，由于磁体21到励磁线圈20的距离减小，磁体21与励磁线圈20之间的拉力增加，由此也抵消了也增加了的预张紧力FV。一旦到达第一致动器位置，励磁线圈20的电气测定因此就可以减小，使得致动器元件10由于所产生的力平衡而几乎不能保持就位。在发生故障的情况下，例如当励磁线圈20由于故障而不产生磁场时，由于由预张紧元件22产生的预张紧力FV，致动器元件10移回到第二致动器位置中。因此，可以通过预张紧元件22实现故障安全原理。
此外，由于与磁体21的磁性相互作用而永久地产生与预张紧力FV相反的磁力FM的磁性材料的磁性元件23可以布置在致动器壳体9中。磁性元件23可以例如是永磁体或者可以由铁磁材料组成。磁性元件23和磁体21彼此匹配并这种方式在致动器壳体9中布置，使得磁性元件23和磁体21磁性吸引。因此，磁性元件23与磁体21配合，支持致动器元件10进入第一致动器位置中的移动。由磁性元件23产生的磁力FM由此小于预张紧力FV。因此，可以减小励磁线圈20产生的磁场，以克服由预张紧元件22产生的预张紧力FV，使得也可以减少对励磁线圈20的供电。
致动器8可以可选地配备有附加的励磁线圈24，该附加的励磁线圈在图3中仅大致示意性地示出，并且产生磁场，该磁场与由磁体21产生的磁场配合，支持致动器元件10朝向第一致动器位置的运动。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的气门驱动装置(1)，
-包括凸轮轴(2)，在所述凸轮轴上，至少一个第一凸轮(5a)和轴向相邻的至少一个第二凸轮(5b)以旋转固定的方式布置，
-包括凸轮从动件(3)，所述凸轮从动件能通过调节装置(4)在第一位置与第二位置之间轴向调节，其中，在所述第一位置中，所述凸轮从动件(3)与所述至少一个第一凸轮(5a)驱动连接，并且在所述第二位置中与所述至少一个第二凸轮(5b)驱动连接，
-其中，所述调节装置(4)包括可调节的第一接合元件(6a)，所述第一接合元件能与设置在所述凸轮轴(2)上的第一滑动引导件(7a)配合，用于将所述凸轮从动件(3)从所述第一位置调节到所述第二位置中，
-其中，所述调节装置(4)包括可调节的第二接合元件(6b)，所述第二接合元件能与设置在所述凸轮轴(2)上的第二滑动引导件(7b)配合，用于将所述凸轮从动件(3)从所述第二位置调节到所述第一位置中，
-其中，所述第一接合元件(6a)和所述第二接合元件(6b)能分别在切换位置与非活动位置之间调节，在所述切换位置中，所述接合元件(6a、6b)与相应的滑动引导件(7a、7b)配合，而在所述非活动位置中，消除了该配合，
-其中，所述调节装置(4)包括接头致动器(8)，用于选择性地将所述第一或第二接合元件(6a、6b)调节到所述切换位置中。
2.根据权利要求1所述的气门驱动装置，
其特征在于，
-所述致动器(8)能在第一致动器位置与第二致动器位置之间轴向调节，其中，所述致动器(8)在所述第一致动器位置中与所述第一接合元件(6a)配合，而在所述第二致动器位置中与所述第二接合元件(6b)配合，
-所述致动器(8)能优选地调节到所述第一致动器位置与所述第二致动器位置之间的至少一个中间位置中，在所述至少一个中间位置中，所述致动器(8)既不与所述第一接合元件(6a)配合，也不与所述第二接合元件(6b)配合。
3.根据权利要求1或2所述的气门驱动装置，
其特征在于，
-所述致动器(8)和所述凸轮从动件(3)能沿接头轴向方向(A)调节。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的气门驱动装置，
其特征在于，
-所述致动器(8)包括致动器壳体(9)，所述致动器(8)的致动器元件(10)以轴向可调节且部分的方式容纳在所述致动器壳体中，
-所述致动器(8)具有用于与所述第一接合元件(6a)配合的第一轴向元件部段(11a)和用于与所述第二接合元件(6b)配合的第二轴向元件部段(11b)，-所述第一元件部段(11a)至少在所述第一致动器位置中从所述致动器壳体(9)突出，而所述第二元件部段(11b)至少在所述第二致动器位置中从所述致动器壳体突出，用于与所述相应的接合元件(6a、6b)配合。
5.根据权利要求4所述的气门驱动装置，
其特征在于，
所述第一元件部段(11a)是所述致动器元件(10)的第一轴向端部段(12a)，而所述第二元件部段(11b)是所述致动器元件(10)的第二轴向端部段(12b)，其与所述第一轴向端部段(12a)轴向相对地定位。
6.根据权利要求4或5所述的气门驱动装置，
其特征在于，
在所述致动器壳体(9)中构造容纳部(14)，优选地构造为开关棒(13)的所述致动器元件(10)以可轴向调节的方式容纳在所述容纳部中。
7.根据权利要求6所述的气门驱动装置，
其特征在于，
所述容纳部(14)包括两个通路开口(15a、15b)，所述通路开口布置在所述致动器壳体(9)的彼此相对的轴向前侧(16a、16b)上，并且所述致动器元件(10)或所述开关棒(13)分别通过所述通路开口接合。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的气门驱动装置，
其特征在于，
优选地为所述开关棒(13)的所述致动器元件(10)分别在所述第一和第二轴向端部段(12a、12b)中具有斜坡(17)或者分别在所述第一和第二轴向端部段(12a、12b)中轴向远离所述致动器壳体(9)变细。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的气门驱动装置，
其特征在于，
所述致动器(8)构造为电磁致动器，所述电磁致动器具有励磁线圈(20)，所述励磁线圈在所述致动器壳体(9)中固定布置并且能向所述励磁线圈供电，用于产生磁场，并且在所述致动器元件(10)上具有磁性或能磁化材料的磁体(21)，用于与所述励磁线圈(20)的磁场配合，或者反之亦然。
10.根据权利要求4至9中的任一项所述的气门驱动装置，
其特征在于，
在所述致动器壳体(9)中布置优选地为弹性元件的预张紧元件(22)，所述预张紧元件通过产生预张紧力(FV)使所述致动器元件(10)朝向所述第一或第二致动器位置张紧。
11.根据权利要求9或10所述的气门驱动装置，
其特征在于，
在所述致动器壳体(9)中布置磁性元件(23)，所述磁性元件通过与所述磁体(21)的磁性相互作用，永久地产生磁力(FM)，所述磁力与所述预张紧力相反，并且小于所述预张紧力(FV)。
12.一种内燃机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的气门驱动装置(1)。
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