CN110410167A - 可调节凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的可调节凸轮轴，该可调节凸轮轴包括外轴和支承轴，该支承轴限定至少一个孔，且浮凸凹槽构造在孔外侧。支承轴沿着纵向轴线延伸。外轴可包括凸轮元件，该凸轮元件设置在支承轴上，以使得外轴能沿纵向轴线而沿着支承轴移位，其中，该外轴能在至少两个轴向闭锁位置中闭锁在支承轴上。偏置装置、压配合保持器以及闭锁元件设置在孔内，以使得偏置装置促使闭锁元件朝向限定在外轴中的多个凹部的任何一个凹部。

Description

可调节凸轮轴
技术领域
本发明涉及用于车辆的发动机的阀操作装置，尤其是切换凸轮用于打开和闭合阀的阀操作装置。
背景技术
已知用于内燃机的可调节凸轮轴，该可调节凸轮轴具有支承轴和至少一个外轴，该支承轴沿纵向轴线延伸，且该至少一个外轴接纳在该支承轴上，以使得其能沿纵向轴线的方向移动。外轴随着支承轴的旋转而旋转，支承轴和外轴之间的花键结构能用于此目的，且借助花键结构来防止外轴在支承轴上旋转。为了将外轴闭锁在支承轴上的离散可重复的轴向位置中，可设有闭锁元件，这些闭锁元件可借助偏置装置而预受应力，且闭锁元件能闭锁到闭锁元件容座中，于是，则可限定外轴在支承轴上的轴向位置。外轴在支承轴上的不同轴向位置用于带动外轴的不同凸轮元件与阀或分接元件相连接，用于致动阀。不同的凸轮元件能限定用于打开和闭合内燃机的阀的不同控制时间，或者阀冲程能借助不同的凸轮元件来改变，这些凸轮元件与分接元件或者直接地与阀操作地连接。
此种改变借助外轴在支承轴上假定的不同离散轴向位置来实现，且外轴的移位例如借助操纵装置来实现，该操纵装置以静止的方式接纳在气缸盖中，并且能与调节元件相互作用，该调节元件能类似地由外轴所包括。
例如，DE 10 2010 011 897 A1公开一种用于内燃机的可调节凸轮轴，该可调节凸轮轴具有支承轴和外轴，该支承轴沿纵向轴线延伸，且该外轴接纳在支承轴上，以使得其能轴向地移动。借助偏置装置的弹簧力加载的呈滚珠形式的闭锁元件用于将外轴闭锁在离散的轴向位置中。滚珠可由于弹簧力而闭锁到限定于凸耳后方的不同轮廓凹槽中，且这些轮廓凹槽关于轴向位置而设置，以使得每个轮廓凹槽与凸轮元件的相关联凸轮轨道对于分接元件的接触相对应。
然而，如上所述的传统的可调节凸轮轴具有组装问题，其中，当闭锁元件和弹簧组装到支承轴上时，外轴须邻近于支承轴上的容座而安装到支承轴上，因为该外轴用于防止滚珠和弹簧从支承轴上的容座中掉出。于是，当滚珠和弹簧安装到支承轴上时，支承轴须具有延伸长度，以便外轴容纳在支承轴上，从而使得外轴然后能立即在滚珠和弹簧之上滑动，以将滚珠和弹簧保持在支承轴中。
发明内容
本发明提供一种用于内燃机的可调节凸轮轴。该可调节凸轮轴包括外轴和支承轴，该支承轴限定至少一个孔，且浮凸凹槽构造在孔外侧。该支承轴沿着纵向轴线延伸。外轴可包括凸轮元件，该凸轮元件设置在支承轴上，以使得外轴能沿纵向轴线而沿着支承轴移位，其中，该外轴能在至少两个轴向闭锁位置中闭锁在支承轴上。偏置装置、压配合保持器以及闭锁元件设置在孔内，以使得该偏置装置促使闭锁元件朝向限定在外轴中的多个凹部的任何一个凹部。闭锁元件可以或者可以并不设置成止动滚珠的形式。
在本发明的各种实施例中，浮凸凹槽可构造成平直凹槽、半圆凹槽以及整圆凹槽的一种。浮凸凹槽限定凹槽深度，该凹槽深度可沿着浮凸凹槽的长度改变，或者可沿着浮凸凹槽的长度固定。与凹槽深度沿着浮凸凹槽长度改变还是凹槽深度沿着浮凸凹槽长度固定无关，凹槽深度可落在约1.5mm至约6mm的深度范围内。类似地，与浮凸凹槽深度的固定还是改变特征无关，该浮凸凹槽还可限定凹槽宽度，该凹槽宽度落在约1.5mm至约6mm的宽度范围内。该凹槽宽度也可以是固定的或者可以沿着浮凸凹槽的长度改变。关于前述浮凸凹槽，用于前述浮凸凹槽的相关联孔可限定孔直径，该孔直径落在约8mm至约16mm的直径范围内。
制造方法包括如下步骤：(1)提供支承轴，且孔和浮凸凹槽限定在支承轴中；(2)将偏置装置插入到孔的下部区域中；(3)将闭锁元件插入到孔中，以使得闭锁元件邻近于偏置装置的上部端部；(4)将压配合保持环压配合到孔的上部区域中，以使得闭锁元件设置在由压配合保持环限定的孔口中；(5)将外轴定位到支承轴上，以使得闭锁元件可设置在限定于外轴上的多个止动位置的一个中。
前述支承轴的浮凸凹槽限定在至少一个孔外侧，以使得浮凸凹槽构造成当压配合保持环插入到至少一个孔的上部区域中时，减小沿着凸轮轴的纵向轴线的凸轮轴偏转。浮凸凹槽可构造成整圆凹槽、半圆凹槽、平直凹槽以及周向凹槽的一种。
从参照附图考虑的以下详细描述中，本发明及其特定的特征和优点会变得更为显而易见。
附图说明
从以下详细描述、最佳模式、权利要求以及附图中，本发明的这些和其他特征以及优点会显而易见，附图中：
图1A是根据本发明各种实施例的示例非限制可调节凸轮轴的剖视图。
图1B是图1A的可调节凸轮轴的立体图。
图2A是限定在支承轴中的整圆浮凸凹槽的平面图。
图2B是图2A中示出的整圆浮凸凹槽的侧视图。
图2C是限定在支承轴中的半圆浮凸凹槽的平面图。
图2D是限定在支承轴中的平直浮凸凹槽的平面图。
图2E是限定在支承轴中的周向浮凸凹槽的平面图。
图3是设置在本发明的支承轴中的孔内的偏置装置、压配合保持器以及闭锁元件的示例非限制剖视图。
图4是示出使用压配合保持器在传统的可调节凸轮轴中的偏转的应力图。
图5是示出本发明的支承轴中的减小偏转的应力图。
图6是说明根据本发明的示例非限制制造方法的流程图。
在附图的若干视图的整个描述中，类似的附图标记指代类似的部件。
具体实施方式
现将详细地参照本发明的目前较佳组合、实施例以及方法，其构成发明人目前已知的实践本发明的最佳模式。附图并非必须按比例绘制。然而，应理解地是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，且本发明能以各种且替代的形式实施。因此，这里公开的特定细节并不解释为限制性的，而是仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为用于教示本领域技术人员来以各种方式实施本发明的代表性基础。
除了在示例中或者另外清楚地指示以外，本说明中指示材料量或反应条件和/或使用的所有数值量应理解成由词语“约”所修饰，以描述本发明的最广泛范围。在所陈述的数值范围内的实践通常是较佳的。此外，除非明确进行相反的陈述：百分比、“份数”以及比值数值以重量计；对于结合本发明针对给定目的适合或较佳的材料组群或类别的描述暗指该组群或类别的任何两个或更多个构件的混合物同样是可适用或较佳的；首字母缩写或其他缩写的第一定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且比照适用于初始定义缩写的正常语法变体；并且，除非明确进行相反的陈述，通过之前或之后参照相同特性的相同技术来确定对特性的测量。
还应理解的是，本发明并不局限于下文描述的特定实施例和方法，因为特定的部件和/或条件当然可改变。此外，这里使用的术语仅仅用于描述本发明的特定实施例的目的并且并不旨在以任何方式进行限制。
还须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用地，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非上下文另有清楚地指示。例如，参照单数的部件旨在包括多个部件。
术语“包含”与“包括”、“具有”、“含有”或“特征在于”是同义词。这些术语是包括性的和开放性的并且并不排除附加的、未列举的元件或方法步骤。
措辞“由……组成”排除并未规定在权利要求中的任何元件、步骤或成分。当此种措辞出现在权利要求项的条款、而非紧跟在前序部分时，这仅仅限定在该条款中阐述的元件；其他元件并非作为整体从权利要求中排除。
措辞“主要由……组成”将权利要求的范围限制为特定的材料或步骤，加上那些并不在材料上影响所要求主题的基本和新颖特征的材料或步骤。
能替代地使用术语“包含”、“由……组成”以及“主要由……组成”。在使用这三个术语的一个的情形下，目前所公开和要求的主题可包括使用另外两个术语的任一个。
在本申请全文中，在参照公开文献的情形下，这些公开文献的全部内容的公开在此通过参照的方式纳入本申请，以更完整地描述本发明所属的现有技术。
以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，并且并不旨在限制本发明或者本发明的应用和使用。此外，并不旨在受前述背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论所限制。
参照图1A，车辆发动机(未示出)可包括换挡致动器54和连接于致动器54的致动器销56。致动器销56可以如图所示是圆柱形的，或者可以是任何其它合适形状。换挡致动器54可在处于致动状态中时将致动器销56移动为与换挡特征件52(图1B)相接触，并且可在处于未致动状态中时将致动器销56从与换挡特征件52接触中抽出。当换挡致动器54处于致动状态中时，致动器销56可与换挡特征件52协配，从而将外轴24轴向地(纵向轴线14箭头A)移动至与多个可选择凸轮36A、36B、36C(图1B)的所选择一个相对应的相应轴向位置40A、40B、40C(图1A)。应理解的是，在图1A中，外轴24处于轴向位置40A中。如图所示，可存在一个以上换挡特征件52和一个以上致动器销56。外轴24的外表面34在换挡特征件52和致动器销56之间的区域中经受致动器加载。
可调节凸轮轴10用于换挡至所选择的一个或多个可选择凸轮凸耳36A、36B、36C(图1B)。可调节凸轮轴10包括内轴22和外轴24。可调节凸轮轴10可包括一个或多个外轴24。内轴22具有外花键26。外轴24具有内表面28(图1A)，该内表面构造有内花键30(图1A)，用于从内轴22的外花键26传递转矩，并且用于在内轴22的外花键26上轴向地(纵向轴线14箭头A)滑动。
参照图1B，发动机(未示出)的凸轮从动件机构44将阀42连接于在图1B中示作元件36A的所选择凸轮凸耳，以根据相应的凸轮轮廓(在图1B中示作38A)打开和闭合阀42。如图所示并且例如本领域技术人员会理解的是，凸轮从动件机构44可以是辊子指部从动件，或者可以是任何其它合适的凸轮从动件机构。凸轮从动件机构44包括凸轮从动件46。凸轮从动件46可如图所示是辊子，或者可以是任何其它类型的凸轮从动件。阀弹簧48可连接于阀42，并且可偏置阀42以促使阀42朝向发动机气缸(未示出)中的闭合位置(未示出)以及朝向所选择的凸轮凸耳(示作36A)。外轴24的外表面34可在凸轮凸耳36A、36B、36C和凸轮从动件46之间的第二界面50处经受磨损和阀加载(箭头FV)两者。
如图1A中所示，外轴24具有外表面34。如图1B中所示，外表面34构造有一个或多个可选择凸轮凸耳36A、36B、36C，这些凸轮凸耳具有相应的凸轮轮廓38A、38B、38C并且与外轴24相对于内轴22的相应轴向位置40A、40B、40C相对应。通过将外轴24定位在相应的轴向位置(在图1B中示作40A)来选择所选择的凸轮凸耳(在图1B中示作36A)及其相应的凸轮轮廓(在图1B中示作38A)。
外轴24的内表面28可构造有呈多个凹部75形式的定位特征件74，用于将外轴24相对于支承轴22暂时地定位在相应的轴向位置40A、40B、40C处，这些轴向位置与多个可选择凸轮凸耳36A、36B、36C的所选择一个相对应。可调节凸轮轴10可包括止动机构60，该止动机构可进一步包括偏置装置70(例如弹簧)和止动滚珠72(或闭锁元件)72。
参照图3，在本发明的可调节凸轮轴10的组装过程期间，应理解的是，偏置装置70、压配合保持器18环以及闭锁元件72插入到支承轴22的孔12中，其中，闭锁元件(滚珠)在孔12的上部区域处设置在压配合保持器18环中。在组装过程期间，压配合保持器18将闭锁元件(止动滚珠72)在支承轴22的孔12内维持就位。因此，本发明的压配合保持器18的使用避免在偏置装置70和闭锁元件安装到支承轴22中的过程之前或期间将外轴24安装在支承轴的端部区域上的需求。
在传统的可调节凸轮轴10的设计(未示出)下，一旦止动滚珠72或闭锁元件组装在孔12内，外轴24(具有凸轮组)就立即从其在支承轴22的端部上的“存储”位置移动至支承轴22的限定孔12的区域。此种组装步骤对于防止止动滚珠72或闭锁元件从支承轴22中的孔12中无意地掉出是必须的。根据压配合保持器18环的本发明实施方式，组装过程得以改进，因为不再存在止动滚珠72从支承轴22中掉出的风险，这是因为止动滚珠72或闭锁元件无需借助外轴24就可在组装过程期间维持在孔12内的位置。作为又一益处，支承轴22的长度可缩短，这是因为不再需要仅仅用于在组装过程中支承外轴24的区域。再者，如前所述，组装过程要求在将止动滚珠72和偏置装置70插入到孔12中的情形下，外轴24在偏置装置70和闭锁元件之上容易地移动。
然而，还应理解的是，传统的支承轴22可能由于通过保持器18环施加在支承轴22上的应力而经受过度轴弯曲和轴向跳动。现参照图4，保持器环18’将应力92’施加在传统的支承轴22’上，以致使支承轴22’如图4中所示弯曲或偏转。在图4中示出的不理想状况下，支承轴22’的围绕压配合保持器环18’的区域吸收能量，并且沿着支承轴22’的纵向轴线14A-A偏转。支承轴22’中的不理想弯曲则会致使支承轴22’偏心地旋转。
因此，为了减小轴弯曲(图4中示出)和轴向跳动，本发明提供一种改进的可调节凸轮轴10，该可调节凸轮轴经受减小的偏转和减小的轴向跳动。本发明的可调节凸轮轴10可实施在内燃机中，其中，可调节凸轮轴10包括外轴24和支承轴22，该外轴具有凸轮组，且该支承轴限定孔12，而浮凸凹槽16(图2A-2E、图3和5)构造在孔12的外侧。支承轴22沿着纵向轴线14(A-A)延伸。外轴24能沿着支承轴22的长度(沿着纵向轴线14)在示例位置40A、40B、40C中移位，其中，外轴24能在至少两个轴向闭锁位置中闭锁在支承轴22上。偏置装置70、压配合保持器18以及闭锁元件可设置在孔12内，以使得偏置装置70促使闭锁元件(或止动滚珠72)朝向限定在外轴24中的多个凹部的任何一个凹部。偏置装置70可以或者可以并不呈如图1中所示的弹簧的形式。此外，例如图1中进一步示出的是，多个凹部中的每个凹部使得外轴24能在三个不同的位置之间移动。
如图1A和3中所示，偏置装置70可设置在支承轴22的孔12内。偏置装置70可如图所示是螺旋弹簧，或者任何其它合适的偏置装置70。如图1A中所示，止动滚珠72可设置在止动滚珠72的一侧上的偏置装置70/支承轴22和止动滚珠72的另一侧上的外轴24之间。偏置装置70在止动滚珠72上施加径向地向外偏置力。定位特征件74(图1A)可如图所示是具有多个凹部75的周向止动凹槽，其形成在外轴24的内表面28上。定位特征件74可构造成通过接合止动机构60的止动滚珠72将外轴24暂时地定位在相对于支承轴22的相应轴向位置40A、40B、40C处。
关于限定在孔12外侧的前述浮凸凹槽16，浮凸凹槽16限定在支承轴22的外表面上，并且能以不同的方式构造。用于浮凸凹槽16的非限制示例构造可以是整圆浮凸凹槽37(图2A-2B)、半圆浮凸凹槽38(图2C)、平直浮凸凹槽40(图2D)或者周向浮凸凹槽40(图2E)。图2E中示出的周向浮凸凹槽可具有绕支承轴的整个周缘行进的长度，或者该周向浮凸凹槽可具有小于支承轴的周缘的长度，由此使得此种凹槽是部分圆。应理解的是，中间区域80也限定在支承轴22上，其中，中间区域80限定为支承轴22的设置在孔12和浮凸凹槽16之间的区域。因此，如图2A-2E、3和5中所示，中间区域80是支承轴22的限定在孔12的上部端部和浮凸凹槽16之间的区域。因此，与浮凸凹槽16采取的形式无关，浮凸凹槽16和与浮凸凹槽16相关联的中间区域80构造成吸收由压配合保持器18环在支承轴22上施加的结构负载，以使得支承轴22的偏转显著地限于支承轴22的中间区域80。应理解的是，支承轴22的中间区域80是支承轴22的限定在孔12的上部端部和浮凸凹槽16之间的区域。
在本发明的各种实施例中，浮凸凹槽16的凹槽深度20可沿着浮凸凹槽16的长度27改变或者可以是固定。与凹槽深度20沿着浮凸凹槽16的长度27固定还是改变无关，凹槽深度20可落在约1.5mm至约6.0mm的深度范围中。还应理解的是，与凹槽深度20沿着浮凸凹槽16的长度27固定还是改变无关，浮凸凹槽宽度31也可沿着浮凸凹槽16的长度27固定或者可以改变。与凹槽宽度31固定还是改变无关，浮凸凹槽16可限定凹槽宽度31，该凹槽宽度落在约1.5mm至约6mm的宽度范围内。现参照图2A、2C-2E和3，各种示例实施例的支承轴22的孔12可以但非必须具有落在约8mm至约16mm的直径范围内的孔直径32。
参照本发明的图6，示出流程图90，其说明根据本发明的用于制造可调节凸轮轴10的示例非限制方法。制造方法包括如下步骤：步骤44(1)提供支承轴，且孔和浮凸凹槽限定在支承轴中；步骤46(2)将偏置装置插入到孔的下部区域中；步骤48(3)将闭锁元件插入到孔中，以使得闭锁元件邻近于偏置装置的上部端部；步骤50(4)将压配合保持环压配合到孔的上部区域中，以使得闭锁元件设置在由压配合保持环限定的孔口中；步骤51(5)将外轴定位到支承轴上，以使得闭锁元件可设置在限定于外轴24上的多个止动位置的一个中。
应理解的是，在制造可调节凸轮轴10的前述方法中，浮凸凹槽16限定在至少一个孔12外侧，以使得支承轴22的中间区域80限定在浮凸凹槽16和孔12之间。浮凸凹槽16构造成减小沿着凸轮轴的纵向轴线14的支承轴偏转。浮凸凹槽16可设置成各种形式。例如，非限制构造包括构造成整圆37凹槽、半圆凹槽、平直凹槽以及周向凹槽的一种。如图1A中所示，闭锁元件72(止动滚珠72)和用于利用力来加载闭锁元件72的偏置装置70可设置在支承轴22的接纳孔12中。此外，如图1A中所示，凹部75或闭锁元件容座75可呈轮廓凹槽的形式限定在外轴24中的内侧上。
如果须组装凸轮轴10，在将外轴24设置在支承轴22上之前，首先须将偏置装置70插入到凸轮轴10中的接纳孔12中，且随后须抵抗弹簧力将闭锁元件(滚珠)插入到接纳孔12中。当随后推上外轴24时，产生这样的难题，闭锁元件须抵抗偏置装置70的弹簧力按压到接纳孔12中，以防止当借助球形闭锁元件推动到支承轴22上时，外轴24阻塞。
如前所述，用于可调节凸轮轴10的制造过程已得以改进，因为不再存在止动滚珠72从支承轴22中掉出的风险，这是因为止动滚珠72或闭锁元件无需借助外轴24就可在组装过程期间维持在孔12内的位置。此外，如前所述，支承轴22的长度可缩短，这是因为不再需要仅仅用于在组装过程中支承外轴24的区域。
虽然在前文详细描述中呈现了示例实施例，但应意识到的是，存在各种各样的变型。还应意识到的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。而是，前文详细描述会为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便利指引图。应理解的是，能对元件的功能和结构做出各种改变，而不会偏离本发明在所附权利要求及其法律等同物中阐述的范围。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的可调节凸轮轴，所述可调节凸轮轴包括：
支承轴，所述支承轴沿着纵向轴线延伸；
外轴，所述外轴包括凸轮元件，所述凸轮元件设置在所述支承轴上，以使得所述外轴能沿所述纵向轴线而沿着所述支承轴移位，其中，所述外轴能在至少两个轴向闭锁位置中闭锁在所述支承轴上；以及
孔，所述孔限定在所述支承轴中，且浮凸凹槽限定在所述孔外侧；
其中，偏置装置、压配合保持器以及闭锁元件设置在所述孔内，以使得所述偏置装置促使所述闭锁元件朝向限定在所述外轴中的多个凹部的任何一个凹部。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述浮凸凹槽构造成整圆凹槽、半圆凹槽、平直凹槽和周向凹槽的一种。
3.根据权利要求2所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述浮凸凹槽限定凹槽深度，所述凹槽深度沿着所述浮凸凹槽的长度改变。
4.根据权利要求2所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述浮凸凹槽限定凹槽深度，所述凹槽深度沿着所述浮凸凹槽的长度固定。
5.根据权利要求3所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述凹槽深度落在约1.5mm至约6mm的深度范围内。
6.根据权利要求4所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述凹槽深度落在约1.5mm至约6mm的深度范围内。
7.根据权利要求5所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述浮凸凹槽限定凹槽宽度，所述凹槽宽度落在约1.5mm至约6mm的宽度范围内。
8.根据权利要求6所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述浮凸凹槽限定凹槽宽度，所述凹槽宽度落在约1.5mm至约6mm的宽度范围内。
9.根据权利要求7所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述孔限定孔直径，所述孔直径落在约8mm至约16mm的直径范围内。
10.根据权利要求8所述的用于内燃机的可调节凸轮轴，其中，所述孔限定孔直径，所述孔直径落在约8mm至约16mm的直径范围内。
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