CN109690035B - 尤其是用于调节内燃机的凸轮轴的电磁调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于调节内燃机的凸轮轴或凸轮轴部段的电磁调节装置，其包括：可通电的线圈单元(46)，利用所述线圈单元(46)在通电状态下使沿所述调节装置(10)的纵向轴线(L)可移动地被支承的电枢(26)可相对于极芯在缩回位置和伸出位置之间移动；与所述电枢(26)配合并沿所述纵向轴线(L)可移动地被支承的柱塞(24)，所述柱塞(24)具有自由端部(28)，所述柱塞(24)以所述自由端部(28)在所述伸出位置处与所述凸轮轴配合以调节所述凸轮轴；以及适配器(18)，所述调节装置利用所述适配器(18)可紧固在一构件上，尤其是在气缸盖罩上，其中，所述电枢(26)和所述柱塞(24)抗旋转地相互连接并且所述调节装置(10)具有：在所述适配器(18)内部的第一轴承部段(22)，用于可旋转地支承所述柱塞(24)；和在所述适配器(18)外部的第二轴承部段(30)，用于可旋转地支承所述柱塞(24)和/或所述电枢(26)。

Description

尤其是用于调节内燃机的凸轮轴的电磁调节装置

技术领域

本申请涉及尤其是用于调节内燃机的凸轮轴的电磁调节装置。

背景技术

凸轮轴具有很多凸轮，这些凸轮是凸轮轴上的偏心部段。这些凸轮可以固定设置在凸轮轴或凸轮轴部段上，该凸轮轴或凸轮轴部段可以抗旋转但轴向可移动地安置在圆柱形轴上。利用这些凸轮可以使邻接布置的轴向可移动的构件通过旋转凸轮轴以规则的间隔移动。在这里，凸轮轴的显著应用是内燃机中的气门的打开和关闭。在现代内燃机中，能够将发动机特性例如从强调舒适特性改变为运动特性，这尤其通过改变由凸轮形状确定的气门升程来实现。此外，不同的发动机转速需要可变气门升程以优化扭矩和燃料消耗。其他内燃机具有气缸关停，其中一些气缸可以关停以节省燃料。在该情况下，关停的气缸的气门根本无须再打开。而且在该情况下有利的是，不仅关停各个气缸，而且由于上述原因也实现可变气门升程。

这种内燃机需要具有凸轮的凸轮轴，这些凸轮具有不同的尺寸和形状。然而，为了可以以不同的升程曲线打开和关闭气门，凸轮轴或凸轮轴部段必须轴向移动，以允许相应的凸轮各自与气门配合。在已知的调节装置中，例如在EP2158596B1、DE202006011904U1和WO2008/014996A1中描述的调节装置中，凸轮轴具有不同的凹槽，具有不同数量的柱塞的致动器接合到这些凹槽中。柱塞可在缩回位置和伸出位置之间移动，其中，柱塞在伸出位置处接合到凹槽中。在这里，凹槽是引导部段并且与接合的柱塞一起形成用于轴向调节凸轮轴的滑槽式引导件，为此，该滑槽式引导件必须旋转一定量。

在大多数标准结构形式的四冲程内燃机中，凸轮轴以曲轴的一半转速旋转，从而凸轮轴可以完全旋转到3000转/分及以上。由于这种高旋转速度，高径向力脉动式作用在柱塞上。在上述的用于调节凸轮轴或其中一个凸轮轴部段的调节装置中，柱塞仅在也称为适配器的壳体部段中被支承，利用这些壳体部段可以将调节装置紧固在一构件上，尤其是在气缸盖罩上。由于高径向力而作用在柱塞上的弯矩会使柱塞如此宽地弯曲，使得柱塞卡住在适配器中。因此，柱塞不再能在缩回位置和伸出位置之间移动，由此凸轮轴或凸轮轴部段也不再能轴向移动。

为了克服该缺点，根据DE102013102241A1的柱塞不仅被支承在适配器中，而且被支承在与适配器明显间隔开地布置的极芯中。在WO2016/001254A1中，柱塞不仅被支承在适配器中，而且被支承在电枢中，该电枢也与适配器明显间隔开地布置。

为了将柱塞的自由端部的磨损保持尽可能小，柱塞可旋转地被支承在调节装置中，柱塞以其自由端部接合到凸轮轴的凹槽中。然而，相比之下，在DE102013102241A1中的电枢和在WO2016/001254A1中的电枢借助间隙配合与柱塞连接。因此，只能传递轴向力，而不能传递围绕纵向轴线作用的扭矩。因此，柱塞在接合到凸轮轴的凹槽中时的旋转不会传递到电枢。由于柱塞相对于非旋转电枢的相对旋转，在电枢和柱塞彼此接触的地方产生磨损位置，柱塞和/或电枢在调节装置的操作中随着时间在这些磨损位置磨蚀。结果，尤其地，电枢相对于柱塞的相对轴向位置会改变，使得柱塞不再能以必要的量接合到凹槽中。因此，会发生功能故障或甚至失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种尤其是用于调节内燃机的凸轮轴或凸轮轴部段的电磁调节装置，利用该电磁调节装置可以消除或至少显著地减少上述缺点。尤其地，提供这样的调节装置，其中，可以可靠地吸收在操作中作用在柱塞上的高弯矩，从而不会发生柱塞的卡住。同时，减小了电枢和柱塞之间的磨损，使得它们的相对位置并且尤其是它们相对于彼此的相对轴向位置在操作中不会改变。

该目的是本发明指定的特征来实现的。本发明的一个实施方式涉及一种尤其是用于调节内燃机的凸轮轴的电磁调节装置，其包括：可通电的线圈单元，利用所述线圈单元在通电状态下使沿所述调节装置的纵向轴线可移动地被支承的电枢可相对于极芯在缩回位置和伸出位置之间移动；与所述电枢配合并沿所述纵向轴线可移动地被支承的柱塞，所述柱塞具有自由端部，所述柱塞利用所述自由端部在所述伸出位置处与所述凸轮轴配合以调节所述凸轮轴；以及适配器，所述调节装置利用所述适配器可紧固在一构件上，尤其是在气缸盖罩上，其中，所述电枢和所述柱塞抗旋转地相互连接并且所述调节装置具有：在所述适配器内部的第一轴承部段，用于可旋转地支承所述柱塞；和在所述适配器外部的第二轴承部段，用于可旋转地支承所述柱塞和/或所述电枢。

由于所述电枢和所述柱塞抗旋转地相互连接，因而当接合到凸轮轴或凸轮轴部段的凹槽中时，柱塞的旋转传递到电枢。因此，在电枢和柱塞之间不会发生相对旋转运动，从而在此不再存在磨损位置，该磨损位置会尤其是导致柱塞和电枢相对于彼此的相对轴向位置的变化。可以提供电枢和柱塞之间的有限的相对轴向移动性，因为该有限的相对轴向移动性不会导致磨损或者导致与旋转运动相比明显减小的磨损。从制造工艺观点来看，提出的是，电枢与柱塞通过压塑成型，使得电枢和柱塞不仅平移而且旋转同步移动。

柱塞由于在操作中作用在其上的弯矩引起的卡住是这样避免的，即，柱塞不仅被支承在第一轴承部段中，而且被支承在第二轴承部段中。第一轴承部段布置在适配器内部，而第二轴承部段布置在适配器外部并因此与第一轴承部段间隔开地布置。在这里提出的是，将第二轴承部段从柱塞的自由端部开始布置在第一轴承部段后方。在这里，小间隔已足以避免柱塞的弯曲和由此产生的卡住。在这里，柱塞或电枢中的一方或者双方一起可以被支承在第二轴承部段中。在柱塞与电枢的相应的抗旋转的连接中，电枢在第二轴承部段中的支承引起柱塞在第二轴承部段中的间接支承。当电枢与柱塞压塑成型时，则更是如此。

根据另一实施方式，所述第二轴承部段由非磁性或不可磁化的材料构成。由于线圈单元的通电而产生磁场，该磁场作用在电枢上并使其相对于极芯移动。当第二轴承部段由非磁性、非磁化或不可磁化的材料构成时，磁力线不会受到干扰或偏转。因此，在线圈单元、电枢和极芯的设计中不需要再考虑第二轴承位置，从而可以利用已经使用和经过验证的设计，由此可以将用于在该实施方式中实现所提出的调节装置的额外设计费用保持较低。

在一个改进的实施方式中，所述第二轴承部段可以包括滑动轴承或由所述滑动轴承形成。滑动轴承是广泛使用和经过验证的机械元件，从而第二轴承部段可以低成本且可靠地设计。尤其地，可以使用标准化和规范化的滑动轴承，这再次降低了成本。此外，滑动轴承在很大程度上是免维护的并且能够吸收很大的力。滑动轴承由内燃机的发动机油进行润滑。

在一个改进的实施方式中，所述滑动轴承可以由塑料或非磁性或不可磁化的不锈钢构成。而且采用这些材料也可以得到许多滑动轴承，从而这种材料限制不会引起显著的成本增加。还确保了磁力线不受干扰。

在另一实施方式中，所述滑动轴承布置在管状主体中。管状主体可以例如热压配合到滑动轴承上，从而可以在没有附加连接元件的情况下提供可靠的连接，由此简化了制造。此外，管状主体可以如此设计，使得其仅须少量操作就插入到调节装置中并且同时确定滑动轴承的位置，由此也简化了安装。替代地，管状主体可以在不使用滑动轴承的情况下，例如通过与电枢和/或柱塞接触的表面的相应设计形成第二轴承部段。尤其地，当滑动轴承由非磁性材料构成时，在电枢和滑动轴承之间没有磁力起作用，这减小了电枢和滑动轴承之间的摩擦。结果，一方面可以减少磨损，另一方面可以提高电枢且因此柱塞移动的速度。此外，滑动轴承可以如此设计尺寸，使得在电枢和管状主体之间形成间隙。而且由此防止了作用在电枢和管状主体之间的磁力产生具有上述缺点的摩擦。

一个改进的实施方式的特征在于，所述装置包括弹簧元件，所述弹簧元件具有第一端部和第二端部，所述弹簧元件在所述第一端部处借助弹簧板支撑在所述柱塞或所述电枢上并且在所述第二端部处支撑在所述第二轴承部段上。完全能够仅借助线圈单元的相应通电使电枢并因此使柱塞沿纵向轴线在期望的方向上移动。不过，为此需要相应更昂贵的控制电子设备。此外，经过一定时间，直到现有的磁场消除并且新磁场已建立。借助弹簧元件，当由磁场施加到电枢上的且抵消弹簧元件的预紧力的磁力低于一定值时，已可以使柱塞在相应的方向上移动。在这方面，柱塞可以更快地移动。弹簧板可以借助间隙配合紧固在柱塞或电枢上并且在预紧力的有效方向上借助凸肩来轴向确定。因此，柱塞的旋转运动不会传递到弹簧元件，从而不会发生弹簧元件的旋转或磨损。弹簧元件在第二端部处支撑在第二轴承部段上并且尤其是在滑动轴承上，从而无须采取进一步的设计措施来确定弹簧元件的轴向位置。由此，将制造费用保持较低。另外，弹簧板可以可移动地布置在管状主体内，从而弹簧板由管状主体引导。由此，避免了弹簧板在相邻构件上的倾翻或倾斜或钩住。

根据另一实施方式，所述适配器具有止挡件，所述弹簧板抵靠所述止挡件被止挡在所述伸出位置处。如上所述，柱塞在接合到凹槽中时的磨损应这样减小，即，柱塞是可旋转地被支承的。结果，柱塞可以在凹槽的侧表面上滚动，由此避免或至少减少了促进磨损的滑动。柱塞的磨损可以这样进一步减小，即，柱塞在伸出状态下虽然接合到凹槽中，但不会放置在凹槽的底表面上或者只有当凹槽的出口处的凹槽深度减小时。由于弹簧板抵靠适配器的止挡件止挡，该止挡件可以例如实施为凸肩，因而伸出位置被清楚地限定。另外，柱塞相对于凹槽的相应布置确保的是，柱塞的自由端部处在凹槽的出口外部不与凹槽的底表面接触，由此减小了柱塞在自由端部处的磨损。

一个改进的实施方式的特征在于，所述装置具有永磁体，利用所述永磁体将所述电枢在所述线圈单元的未通电状态下保持在所述缩回位置处。虽然可以通过线圈单元的相应连续通电将电枢保持在缩回位置处，但是为此需要相应量的电能。通过使用永磁体可以节省该电能，从而可以经济地操作调节装置。

附图说明

下面参照附图更详细地说明本发明的示例性实施方式。在附图中：

图1示出了所提出的电磁调节装置的实施例的原理性剖视图。

具体实施方式

在图1中以原理性剖视图示出了根据本发明的电磁调节装置10的实施例。从图1中可以看出，调节装置10具有两个构造相同的结构单元。在下文中，为了清楚起见，大致仅描述其中一个结构单元，其中，该描述也适用于另一结构单元。

调节装置10具有壳体12，该壳体12在所示实施例中设计成大致管状。关于在图1中所选择的图示，壳体12在上端部处用盖14封闭并且在下端部处用凸缘16封闭。调节装置10具有适配器18，该适配器18紧固在凸缘16上。利用该适配器18可以将调节装置10例如紧固在内燃机的气缸盖罩上(未示出)。适配器18具有凹陷部20，在该凹陷部20中可以插入未示出的密封件，以将调节装置10相对于气缸盖罩密封。

适配器18形成用于沿调节装置10的纵向轴线L可移动的柱塞24的第一轴承部段22。例如，第一轴承部段22可以通过为柱塞24的外表面提供相应的表面质量来提供，正如适配器18的与柱塞24的外表面接触的内表面一样。第一轴承部段22的润滑通过内燃机的发动机油进行。为了可以可靠地吸收在操作中作用在柱塞24上的高轴向力，适配器18由硬化的不锈钢制成。

柱塞24在所示实施例中通过压塑成型与电枢26一起制造并因此与电枢26抗旋转地连接。抗旋转的连接也可以以其他方式实现，例如通过焊接。为了实现良好的压塑成型，电枢26具有凹陷部，柱塞24通过一较长部段接合到该凹陷部中。柱塞24具有自由端部28，该自由端部28通过适配器18突出。

调节装置10具有第二轴承部段30，该第二轴承部段30在所示实施例中从自由端部28开始布置在第一轴承部段22后方并且实施为滑动轴承32。滑动轴承32例如由塑料或非磁性不锈钢制成，布置在管状主体34中并且例如通过热压配合与管状主体34连接。滑动轴承32在所示示例中如此布置，使得仅电枢26使用滑动轴承32来支承。因此，第二轴承部段30位于壳体12内部。不仅第一轴承部段22而且第二轴承部段30都如此实施，使得柱塞24和电枢26不仅围绕纵向轴线L可旋转地而且沿纵向轴线L可移动地被支承。滑动轴承32径向向内略微通过管状主体34伸出，从而在管状主体34和电枢26之间形成窄间隙。因此，管状主体34和电枢26彼此不贴合。

此外，调节装置10具有呈环状包围柱塞24的弹簧板36，该弹簧板36具有相对于柱塞24的间隙配合并且在柱塞24的直径扩大部38的区域中贴合在柱塞24上。此外，弹簧板36借助电枢26来轴向固定。因此，弹簧板36实施与电枢26和柱塞24相同的沿纵向轴线L的轴向运动。从图1中可以看出，弹簧板36由管状主体34径向围绕。在弹簧板36的轴向运动中，弹簧板36由管状主体34引导。

此外，设置有弹簧元件40，该弹簧元件40具有第一端部42和第二端部44。弹簧元件40可以提供大致沿纵向轴线L作用的预紧力。弹簧元件40以第一端部42支撑在弹簧板36上并且以其第二端部44支撑在滑动轴承32上。

由于弹簧板36相对于柱塞34的间隙配合，只有当弹簧板36压靠在直径扩大部38的区域上的预紧力超过一定值时，柱塞24的旋转运动才传递到弹簧板36。

为了移动电枢26，调节装置10包括线圈单元46，该线圈单元46在构成间隙的情况下呈环状围绕电枢26。此外，设置有极芯48，该极芯48针对图1中所选择的图示布置在电枢26上方。此外，调节装置10具有永磁体50，该永磁体50紧固在盖14上并且布置在极芯48上方。

由于电枢26和柱塞24通过压塑成型一起制造，因而它们实施相同运动。因此，柱塞24和电枢26不会彼此实施相对运动，从而不存在由于电枢26和柱塞24之间的相对运动引起的磨损位置。左柱塞24和左电枢26处于缩回位置处，而右柱塞24和右电枢26处于伸出位置处。

调节装置10以下列方式操作：永磁体50对电枢26施加沿纵向轴线L作用的吸引力，使得电枢26在缩回状态下由永磁体50吸引并贴合在极芯48上。结果，弹簧元件40被压缩，使得弹簧元件40提供预紧力，但是该预紧力小于永磁体50的吸引力。因此，电枢26和柱塞24占据缩回位置。

如果现在线圈单元46通电，则产生磁场，该磁场感生作用在电枢26上的磁力，该磁力作用在与由弹簧元件40提供的预紧力相同的方向上并因此克服永磁体50的吸引力。磁力和预紧力之和大于永磁体50的吸引力，使得电枢26并因此柱塞24沿纵向轴线L远离永磁体50移动，直到弹簧板36抵靠适配器18的止挡件52被止挡，由此柱塞24和电枢26已到达伸出位置。在该伸出位置处，柱塞24以其自由端部28接合到未示出的凸轮轴或未示出的凸轮轴部段的凹槽中。凹槽具有相对于凸轮轴的旋转轴线呈螺旋状的曲线走向，使得柱塞24在凹槽中的接合与凸轮轴绕其自身的旋转轴线的旋转相结合引起沿凸轮轴的旋转轴线的纵向调节。为了传递相应的轴向力，柱塞24贴合在凹槽的其中一个侧壁上并在该侧壁上滚动，使得柱塞24在接合到槽中时以非常高的旋转速度旋转。由于电枢26与柱塞24的压塑成型，柱塞24的旋转运动也传递到电枢26。适配器18的止挡件52和凹槽的深度如此选择，使得柱塞24在伸出位置处不会以其自由端部28接触凹槽的底表面。但是凹槽的深度朝向端部减小，使得从凸轮轴的一定旋转角度起柱塞24的自由端部28与凹槽的底表面形成接触，由此柱塞24再次在永磁体50的方向上移动。最迟那时，线圈单元46的通电被中断，使得由永磁体50施加在电枢26上的吸引力再次大于由弹簧元件40提供的预紧力和由于线圈单元46缺乏通电而不再作用的磁力之和。因此，柱塞24和电枢26再次占据缩回位置，直到线圈单元46重新通电。

附图标记说明：

10 调节装置

12 壳体

14 盖

16 凸缘

18 适配器

20 凹陷部

22 第一轴承部段

24 柱塞

26 电枢

28 自由端部

30 第二轴承部段

32 滑动轴承

34 管状主体

36 弹簧板

38 直径扩大部的区域

40 弹簧元件

42 第一端部

44 第二端部

46 线圈单元

48 极芯

50 永磁体

52 止挡件

L 纵向轴线

Claims (6)

1.一种用于调节内燃机的凸轮轴或凸轮轴部段的电磁调节装置，其包括：

可通电的线圈单元(46)，利用所述线圈单元(46)在通电状态下使电枢(26)可相对于极芯(48)在缩回位置和伸出位置之间移动，所述电枢(26)沿所述调节装置(10)的纵向轴线(L)被可移动地支承；

与所述电枢(26)配合并沿所述纵向轴线(L)可移动地被支承的柱塞(24)，所述柱塞(24)具有自由端部(28)，所述柱塞(24)以所述自由端部(28)在所述伸出位置与所述凸轮轴配合以调节所述凸轮轴；以及

适配器(18)，所述调节装置(10)利用所述适配器(18)可紧固在气缸盖罩上，其中，

所述电枢(26)和所述柱塞(24)抗旋转地相互连接，并且所述调节装置(10)具有：

在所述适配器(18)内部的第一轴承部段(22)，用于可旋转地支承所述柱塞(24)；和

在所述适配器(18)外部的第二轴承部段(30)，用于可旋转地支承所述柱塞(24)和/或所述电枢(26)，

其中所述第二轴承部段(30)布置在管状主体(34)中，

其中所述装置包括弹簧元件(40)，所述弹簧元件(40)具有第一端部(42)和第二端部(44)，所述弹簧元件(40)在所述第一端部(42)借助弹簧板(36)支撑在所述柱塞(24)或所述电枢(26)上并且在所述第二端部(28)支撑在所述第二轴承部段(30)上，并且

其中所述弹簧板(36)呈环状包围所述柱塞(24)并且具有相对于所述柱塞(24)的间隙配合。

2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述第二轴承部段(30)由非磁性或不可磁化的材料制成。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述第二轴承部段(30)包括滑动轴承(32)或由所述滑动轴承(32)形成。

4.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，所述滑动轴承(32)由塑料或非磁性或不可磁化的不锈钢制成。

5.根据前述权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述适配器(18)具有止挡件(52)，所述弹簧板(36)抵靠所述止挡件(52)被止挡在所述伸出位置处。

6.根据前述权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述装置具有永磁体(50)，利用所述永磁体(50)所述电枢(26)在所述线圈单元(46)的未通电状态下被保持在所述缩回位置处。

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