CN110537006B

CN110537006B - 配气机构

Info

Publication number: CN110537006B
Application number: CN201880025662.0A
Authority: CN
Inventors: A·冯盖斯伯格-海芬伯格; T·斯托尔克
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: US20200182096A1; US10794233B2; CN110537006A; WO2018192822A1; DE102017003790A1

Abstract

本发明涉及尤其用于内燃机(11)的配气机构，其具有固定于壳体上的支承件(12)和至少一个可轴向移动的、配属于气门(28，29)的且具有至少三个凸轮工作面(14，15，16，14’，15’，16’)的凸轮单元(13)，还具有至少一个用于轴向移动该凸轮单元(13)的至少一部分的切换单元(17)，该切换单元包括排挤体(18)，该排挤体设置用于在第一操作方向(32)上排挤凸轮单元(13)的至少一部分以便轴向移动，其中，该排挤体(18)设置用于在与第一操作方向(32)相反的第二操作方向(33)上排挤凸轮单元(13)的至少一部分。本发明还涉及配气机构(10)的操作方法。

Description

配气机构

技术领域

本发明涉及配气机构和配气机构操作方法。

背景技术

DE 10 2015 014 175公开了一种尤其用于内燃机的配气机构，具有固定于壳体上的支承件和至少一个可轴向移动的且配属于气门的凸轮单元和至少一个用于轴向移动该凸轮单元的至少一部分的切换单元，该切换单元包括至少一个排挤体，该排挤体设置用于排挤/推挤该凸轮单元的至少一部分以便轴向位移。

发明内容

本发明任务尤其在于，提供一种配气机构，其具有借助压出器原理切换凸轮单元的切换机构，其有利地结构紧凑且成本低廉。它通过根据权利要求1的本发明设计以及根据权利要求10的本发明方法来完成。本发明的改进方案来自从属权利要求。

本发明是基于一种尤其用于内燃机的配气机构，其具有固定于壳体上的支承件和至少一个可轴向移动的且配属于气门的且具有至少三个凸轮工作面的凸轮单元，以及至少一个用于轴向移动该凸轮单元的至少一部分的切换单元，该切换单元包括排挤体，该排挤体设置用于在第一操作方向上排挤该凸轮单元的至少一部分以便轴向移动。

提出了，排挤体设置用于在与第一操作方向相反的第二操作方向上排挤凸轮单元的至少一部分。由此可以特别有利地提供一种可通过压出器原理来切换的配气机构，其有利地是结构紧凑且成本低廉的。尤其是，由此可以实现该配气机构且尤其是切换单元的有利的短轴向结构长度。尤其可以保持气门之间的结构体积小。这尤其导致了小的最小气门间距，由此可以有利地安装在小型的且尤其是经济型的发动机中。此外，由此可以获得简单的结构类型。由此尤其得到低的制造和维修成本。

在此，“固定于壳体上的支承件”尤其是指如下构件，例如像凸轮轴用支承部位，其固定联接至配气机构的壳体。原则上也可以想到，固定于壳体上的支承件被设计成配气机构壳体的一部分。“凸轮单元”在此尤其是指由至少一个凸轮件构成的单元，其中，一个凸轮件抗转动地且优选可轴向移动地安置在一个凸轮轴上并且为了操作气门而设置用于直接或间接地给相应气门提供至少一个气门行程。为此，一个凸轮件具有至少一个凸轮工作面且优选多个凸轮工作面。优选地，一个用于作动气门的凸轮单元具有带有多个且优选尤其是三个不同的凸轮工作面的凸轮件。尤其有利地，用于作动一个缸的两个气门的凸轮单元具有一个凸轮件，该凸轮件具有相应多个分组布置的用于作动各自其中一个气门的凸轮工作面。原则上也可以想到，用于作动气门的凸轮单元具有多个且优选至少三个凸轮件，每个凸轮件分别具有一个用于作动气门的凸轮工作面。在此，“凸轮轴”尤其是指这样的轴，其设置用于作动内燃机的多个气门并且为了作动一个气门而分别具有至少一个凸轮工作面。在此不仅可以想到该凸轮轴被设计成进气凸轮轴且设置用于作动进气门，也可以想到该凸轮轴被设计成排气凸轮轴且设置用于作动排气门。原则上也会想到，凸轮轴设置用于作动多个进气门和用于作动多个排气门。“凸轮工作面”尤其是指在凸轮轴周面上、优选在凸轮件周面上延伸的区域，该区域形成气门作动用气门作动曲线和/或限定了气门作动。“切换单元”尤其是指如下单元，其设置用于在凸轮轴上沿轴向移动凸轮单元的至少一部分且优选是整个凸轮单元，以使凸轮件的不同的凸轮工作面接合相应的气门。该切换单元在此优选具有致动器和连接至该致动器和待调整的凸轮件的接合件。接合件在此优选设计成排挤体。“致动器”尤其是指电子机械构件，其设置用于将电信号和/或电子信号转换为运动，尤其是转动和/或线性运动。在此，致动器优选被设计成蜗杆传动机构、气动活塞、液压活塞或者让技术人员看上去有意义的其它致动器。由此，该切换单元尤其是设置用于使凸轮件轴向移动。在此，该切换单元优选由控制单元和/或调整单元来控制以便移动该凸轮件。“设置”尤其是指专门设计、配备和/或布置。“控制单元和/或调整单元”尤其是指具有至少一个电子控制装置的单元。电子“控制装置”尤其是指具有处理器单元和存储器单元以及具有存储在存储器单元中的操作程序的单元。原则上，控制单元和/或调整单元可以具有多个相互连接的控制装置，其优选设置用于通过总线系统如尤其是CAN总线系统相互通信。根据其它的设计而定，该控制单元和/或调整单元也还可以具有液压部件和/或气动部件如尤其是阀门。在此，“排挤体”尤其是指这样的物体，其通过沿操作方向的运动将另一构件排挤向一个切换方向，在这里，该切换方向优选不同于该操作方向。切换方向尤其有利地垂直于操作方向。该排挤体优选包括相对于操作方向且尤其还相对于切换方向成角度的排挤面，借助该排挤面将排挤体的沿切换方向的运动尤其转向至少近似90°地转向为另一构件在操作方向的运动。

还提出了所述凸轮单元配属于至少两个气门。优选地，该凸轮单元分别具有至少三个凸轮工作面用于各自一个气门。至少两个气门的其中一个凸轮工作面的启用和/或停用最好同时进行。由此，尤其可以获得有利紧凑的结构。此外，可以由此实现在气门之间的有利的微小间距。“凸轮工作面的启用”在此尤其是指如下切换过程，其使相应的凸轮工作面接合待作动的气门。“凸轮工作面的停用”在此尤其是指如下切换过程，它使相应的凸轮工作面移动脱离与待作动气门的接合。

还提出了所述排挤体具有至少两个不同的接触面。优选地，这些接触面具有不同的角度并且设置用于接触尤其是凸轮单元的不同区域。由此，尤其可以利用排挤体实现各种作动功能。尤其是可以实现各种操作方向。优选地，每个接触面配属于一个操作方向。“接触面”与此相关地尤其是指排挤体的如下表面，其在至少一个工作状态中设置用于直接接触该凸轮单元。优选地，尤其是指排挤体的表面，其至少部分在排挤过程中设置用于接触该凸轮单元。尤其优选地，至少部分在排挤过程中借助接触面将排挤力传递至凸轮单元。

还提出了所述排挤体的至少两个接触面相互成角度。由此，尤其可以利用该排挤体实现各种作动功能。尤其可以实现各种操作方向。

还提出了配气机构具有至少一个移动件，其设置用于相对于支承件移动切换单元。移动件优选设置用于沿凸轮单元的轴向移动该切换单元。由此，切换单元可以有利地被用于切换所述至少三个凸轮工作面。“移动件”在此尤其是指如下构件，它为了移动另一个构件如尤其是切换单元而具有至少一个致动器，该另一构件可通过该致动器在至少两个切换位置之间移动。在此，移动件的致动器被设计成对技术人员看上去有意义的致动器，尤其是呈具有电动机的蜗杆传动机构。原则上也可以想到，致动器被设计成气动致动器、液压致动器或机电致动器。

还提出了所述至少一个移动件具有至少三个移动位置。该移动件优选具有恰好三个移动位置。由此尤其可提供该切换单元的有利切换多样性。此外，切换单元可以由此有利地被用于切换所述至少三个凸轮工作面。

还提出了，排挤体的宽度基本等于凸轮工作面的宽度的两倍。由此，尤其可以有利地以紧凑方式获得该凸轮单元在两个操作方向上的操作。“宽度”与此相关地尤其是指构件的平行于凸轮单元转动轴线的延伸尺寸。

另外提出了，所述凸轮单元具有至少两个对应于排挤体构成的排挤轮廓。所述排挤轮廓优选设置用于使排挤体进入摩擦接触以便移动该凸轮单元。排挤轮廓优选在凸轮单元上形成沿周向环绕的边缘，该边缘至少部分朝向排挤体。由此，尤其可以获得有利的紧凑结构。

还提出了，至少两个排挤轮廓被设计成在凸轮单元内的槽的边缘。优选地，该槽由在该凸轮单元的周向上环绕的槽构成。由此，尤其可以获得有利的紧凑结构。

附图说明

从以下附图说明中得到其它优点。在附图中示出本发明的实施例。附图、附图说明和权利要求书包含大量组合特征。技术人员也可适当地单独关注所述特征并且汇总成有意义的其它组合。附图中：

图1示出具有包括本发明的配气机构的驱动单元和多档变速器的机动车的示意图，

图2示出具有处于第二切换位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图3示出具有处于从第二切换位置到第一切换位置的中间位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图4示出具有处于从第二切换位置到第一切换位置的另一中间位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图5示出具有处于第一切换位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图6示出具有处于从第一切换位置到第二切换位置的中间位置中的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图7示出具有处于从第一切换位置到第二切换位置的另一中间位置中的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图8示出具有处于第二切换位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图9示出具有处于从第二切换位置到第三切换位置的中间位置中的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图10示出具有处于从第二切换位置到第三切换位置的另一中间位置中的凸轮单元的本发明配气机构的示意图，

图11示出具有处于第三切换位置的凸轮单元的本发明配气机构的示意图。

具体实施方式

图1示意性示出机动车25。机动车25包括动力传动系，机动车25的无法进一步看到的驱动轮26借此被驱动。动力传动系包括内燃机11。内燃机11由燃烧发动机形成。此外，机动车25具有多档变速器27。内燃机11具有被驱动的曲轴，其联接至多档变速器27的传动输入件。多档变速器27由机动车变速器构成。多档变速器27形成机动车25的动力传动系的一部分。内燃机11包括至少一个配气机构10。内燃机11优选包括多个配气机构10。内燃机11被设计成机动车内燃机，其设置用于将化学能转化为尤其用于机动车25前进的运动能。内燃机11在此具有多个各有多个气门28、29的缸。内燃机11具有两个设计成进气门的气门28、29和两个设计成排气门的气门。原则上也可以想到，内燃机11具有其它数量的气门28、29。气门28、29在此通过其在图2-10中的操作平面被示意性示出。

图2-11示出处于各切换位置的配气机构10的示意图。配气机构10是内燃机11的一部分。配气机构10设置用于操作内燃机11的气门28、29。配气机构10为了作动气门28、29具有一个凸轮轴30。在图2-11中仅示出了凸轮轴30的对应于缸的一部分。凸轮轴30安装在固定于壳体上的支承件12中。配气机构10具有固定在壳体上的支承件12。在此可以想到支承件12被设计成配气机构10的壳体。此外，配气机构10具有另一个未详细示出的凸轮轴。所示的凸轮轴30在此举例设计成进气凸轮轴，未详细示出的凸轮轴设计成排气凸轮轴。以下，仅详细描述如图2-11所示的凸轮轴30部分。所述描述也可以套用到未详细示出的凸轮轴30部分以及未详细示出的凸轮轴。

凸轮轴30可转动地安装在未详细示出的配气机构壳体中。凸轮轴30在此可绕转动轴线31转动地安装。凸轮轴30的转动轴线31在此基本平行于内燃机11的曲轴的转动轴线取向。凸轮轴30通过未详细示出的联接装置被曲轴驱动。配气机构10针对每个缸包括一个凸轮单元13。配气机构10具有可轴向移动的、配属于至少一个气门28、29的凸轮单元13。凸轮单元13对应配属于两个气门28、29。原则上也可以想到，配气机构10对于每个缸具有其它数量的凸轮单元13。凸轮单元13由一个凸轮件构成。原则上也可以想到凸轮单元13由多个凸轮件构成。

凸轮单元13可轴向移动地安置在凸轮轴30上。在此，凸轮单元13抗转动联接至凸轮轴30。凸轮单元13在此尤其是通过未详细示出的齿结构联接至凸轮轴30。凸轮单元13设置用于操作气门28、29。凸轮单元13具有至少三个凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’。凸轮单元13对于每个气门28、29具有三个凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’。原则上也可以想到，凸轮单元13对于每个气门28、29只具有两个或超过三个的凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’。凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’分别具有不同的轮廓并因此以相应不同的气门行程操作各气门28、29。在凸轮单元13的第一切换位置中，第一凸轮工作面14、14’操作各气门28、29。在凸轮单元13的第一切换位置中，第一凸轮工作面14、14’以中等行程操作各气门28、29。在凸轮单元13的第二切换位置中，第二凸轮工作面15、15’操作各气门28、29。在凸轮单元13的第二切换位置中，第二凸轮工作面15、15’以大行程操作各气门28、29。在凸轮单元13的第三切换位置中，第三凸轮工作面16、16’操作各气门28、29。在凸轮单元13的第三切换位置中，第三凸轮工作面16、16’以小行程操作各气门28、29。通过凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’操作气门28、29是以技术人员已知的方式进行的。

此外，配气机构10具有切换单元17。切换单元17设置用于轴向移动凸轮单元13的至少一部分。切换单元17设置用于在凸轮轴30上轴向移动凸轮单元13。配气机构10具有切换单元17，用于在凸轮轴30上在三个切换位置之间移动凸轮单元13。切换单元17设置用于在凸轮轴30上沿轴向移动凸轮单元13，以使不同的凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’作用于各气门28、29。在此，切换单元17设置用于利用排挤机构原理在这些切换位置之间移动凸轮单元13。切换单元17设置用于通过尤其垂直于切换单元17的操作方向32的排挤来移动凸轮单元13。

切换单元17包括排挤体18。排挤体18设置用于在第一操作方向32上排挤凸轮单元13的至少一部分以便轴向移动。排挤体18设置用于在第一操作方向32上排挤凸轮单元13以便轴向移动。另外，排挤体18设置用于在与第一操作方向32相反的第二操作方向33上排挤凸轮单元13。操作方向32、33分别平行于凸轮轴30的转动轴线31延伸。为了轴向移动凸轮单元13，排挤体18设置用于按照作用被置入支承件12和凸轮单元13之间。排挤体18至少具有宽度b₁，该宽度对应于凸轮单元13在紧邻的凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’的两个切换位置之间的移动行程。排挤体18的宽度至少对应于凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’的宽度b₂。排挤体18的宽度b₁基本上等于凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’的宽度b₂的两倍。

凸轮单元13形成至少一个排挤轮廓22、23，其设计成对应于排挤体18。凸轮单元13具有两个设计成对应于排挤体18的排挤轮廓22、23。排挤轮廓22、23设置用于使排挤体18进入摩擦接触以移动凸轮单元13。排挤轮廓22、23在此分别配属对应于操作方向32、33之一。第一排挤轮廓22被排挤体18接触以便朝向第一操作方向32排挤凸轮单元13。第二排挤轮廓23被排挤体18接触以便朝向第二操作方向33排挤凸轮单元13。两个排挤轮廓22、23分别设计成在凸轮单元13内的槽24的边缘。在此，环绕的槽24具有近似等于排挤体18的宽度b₁的宽度。

此外，排挤体18具有至少两个不同的接触面19、20。排挤体18具有两个倾斜的接触面19、20。排挤体18的两个接触面19、20相互成角度。第二接触面19、20分别对应配属于一个排挤轮廓22、23。第一接触面19设置用于接触第一排挤轮廓22。第二接触面20设置用于接触第二排挤轮廓23。当排挤体18按照作用插入时，排挤体18的其中一个倾斜的接触面19、20首先接触凸轮单元13。第一接触面19在此被用于朝向第一操作方向32排挤凸轮单元13，而第二接触面20被用于朝向第二操作方向33排挤凸轮单元13。排挤体18呈楔形，其形成倾斜的接触面19、20。当排挤体18在转动轴线31的径向上插向凸轮单元13时，接触面19、20之一侧向作用于凸轮单元13的各对应的排挤轮廓22、23。当排挤体18进一步插入时，凸轮单元13根据操作方向32、33而定在相应的接触面19、20上滑动，并且通过排挤体18在相应的操作方向32、33上被移动。在切换过程中，排挤体18根据操作方向32、33而定，以其倾斜的接触面19、20之一被压迫到凸轮单元13的各对应的排挤轮廓22、23上，由此沿相应的操作方向32、33排挤凸轮单元13。

在凸轮单元13未在其切换位置之间轴向移动的工作状态中，排挤体18形成用于凸轮单元13的轴向支承。在形成用于凸轮单元13的轴向支承时，通过将排挤体18安置在凸轮单元13的槽24内，排挤体18形成用于凸轮单元13的轴向止挡。原则上也可以想到，排挤体18和对应的排挤轮廓22、23以让技术人员看起来有意义的其它方式来构成。在此例如可想到，排挤轮廓22、23被设计成具有倾斜接触面的肋。在此可相应等同地设计排挤体18。

切换单元17包括致动器34。致动器34设置用于作动排挤体18。切换单元17还包括壳体35。切换单元17的致动器34在此设置在壳体35内。排挤体18可移动地安装在壳体35内。排挤体18在此可以在转动轴线31的径向上直线移动。在排挤体18根据作用被移入凸轮单元13中的状态下，排挤体18处于移出状态中。在致动器34的第一切换位置中，排挤体18插入凸轮单元13的槽24中。在第二切换位置中，排挤体18与凸轮单元13间隔开。

此外，配气机构10具有移动件21。移动件21设置用于相对于支承件12轴向移动切换单元17。移动件21设置用于平行于凸轮轴30的转动轴线31来移动整个切换单元17。为此，切换单元17可轴向移动地安装在配气机构10的壳体内。切换单元17在此通过未详细示出的支承单元安装在配气机构10的壳体中。切换单元17在此可移动地安装在至少两个切换位置之间。移动件21具有三个移动位置。切换单元17因此安装成可在三个切换位置之间移动。在图2、图3、图7、图8和图9中示出了切换单元17的第一切换位置。在图4、图5和图6中示出了切换单元17的第二切换位置。在图10和图11中示出了切换单元17的第三切换位置。切换单元17设置用于轴向移动以便切换至三个凸轮工作面14、15、16、14’、15’、16’中的外凸轮工作面14、14’、16、16’。移动件21被设计成致动器，其包括可轴向移出的作动杆。在此，该致动器被设计成可电子控制的蜗杆传动机构。原则上也可以想到，该致动器被设计成气动的或液压的致动器。

在图2-11中示出了分别处于用于操作配气机构10的方法的各不同状态下的配气机构10。图2示出了在第二切换位置的配气机构10。排挤体18在此与凸轮单元13的槽24接合。气门28、29承受大行程作用。为了准备好将配气机构10从第二切换位置切换到第一切换位置，排挤体18借助致动器34沿径向移动离开凸轮单元13(图3)。随后，为了将配气机构10从第二切换位置切换到第一切换位置，切换单元17借助移动件21被移动。切换单元17被移动到第二切换位置(图4)。随后，排挤体18借助致动器34沿径向被移向凸轮单元13，从而凸轮单元13借助第二接触面20被排挤向第二操作方向33。配气机构10现在处于第一切换位置(图5)。为了准备好将配气机构10从第一切换位置返回切换到第二切换位置，排挤体18借助致动器34沿径向移动离开凸轮单元13(图6)。接着，为了将配气机构10从第一切换位置切换到第二切换位置，切换单元17借助移动件21被移动。切换单元17被移动到第一切换位置(图7)。随后，排挤体18借助致动器34沿径向被移向凸轮单元13，使得凸轮单元13借助第一接触面19被排挤向第一操作方向32。配气机构10现在返回处于第二切换位置(图8)。为了准备好将配气机构10从第二切换位置切换到第三切换位置，排挤体18借助致动器34沿径向移动离开凸轮单元13(图9)。随后，为了将配气机构10从第二切换位置切换至第三切换位置，切换单元17借助移动件21被移动。切换单元17被移向第三切换位置(图10)。随后，排挤体18借助致动器34沿径向被移向凸轮单元13，使得凸轮单元13借助第一接触面19被排挤向第一操作方向32。配气机构10现在处于第三切换位置(图11)。为了准备好将配气机构10从第三切换位置切换回到第二切换位置，排挤体18借助致动器34沿径向移动离开凸轮单元13。接着，为了将配气机构10从第三切换位置切换回至第二切换位置，该切换单元17借助移动件21被移动。切换单元17被移向第一切换位置。随后，排挤体18借助致动器34沿径向移向凸轮单元13，使得凸轮单元13借助第二接触面20被排挤向第二操作方向33。配气机构10现在返回第二切换位置(图2和图8)。

附图标记列表

10 配气机构

11 内燃机

12 支承件

13 凸轮单元

14 凸轮工作面

15 凸轮工作面

16 凸轮工作面

17 切换单元

18 排挤体

19 接触面

20 接触面

21 移动件

22 排挤轮廓

23 排挤轮廓

24 槽

25 机动车

26 驱动轮

27 多档变速器

28 气门

29 气门

30 凸轮轴

31 转动轴线

32 操作方向

33 操作方向

34 致动器

35 壳体

b₁ 宽度

b₂ 宽度

Claims

1.一种配气机构，具有：固定于壳体上的支承件(12)；至少一个可轴向移动的且配属于气门(28，29)的凸轮单元(13)，该凸轮单元具有至少三个凸轮工作面(14，15，16，14’，15’，16’)；和至少一个用于轴向移动该凸轮单元(13)的至少一部分的切换单元(17)，该切换单元包括排挤体(18)，该排挤体设置成在第一操作方向(32)上排挤该凸轮单元(13)的至少一部分以便轴向移动，

其特征在于，

所述排挤体(18)设置成在与第一操作方向(32)相反的第二操作方向(33)上排挤所述凸轮单元(13)的至少一部分，其中，所述排挤体(18)具有至少两个不同的接触面(19，20)，所述排挤体(18)的所述至少两个接触面(19，20)相互成角度，在凸轮单元(13)的至少一部分轴向移动的过程中所述排挤体(18)的运动方向垂直于第一操作方向(32)和第二操作方向(33)。

2.根据权利要求1的配气机构，其特征在于，所述凸轮单元(13)配属于至少两个气门(28，29)。

3.根据权利要求1或2的配气机构，其特征在于，设有至少一个移动件(21)，该移动件设置成相对于所述支承件(12)移动所述切换单元(17)。

4.根据权利要求3的配气机构，其特征在于，所述至少一个移动件(21)具有至少三个移动位置。

5.根据权利要求1或2的配气机构，其特征在于，所述排挤体(18)的宽度(b₁)基本等于凸轮工作面(14，15，16，14’，15’，16’)的宽度(b₂)的两倍。

6.根据权利要求1或2的配气机构，其特征在于，所述凸轮单元(13)具有至少两个对应于所述排挤体(18)构成的排挤轮廓(22，23)。

7.根据权利要求6的配气机构，其特征在于，所述至少两个排挤轮廓(22，23)被设计成所述凸轮单元(13)内的槽(24)的边缘。

8.根据权利要求1的配气机构，其特征在于，所述配气机构用于内燃机(11)。

9.一种用于操作根据权利要求1至8之一的配气机构(10)的方法。