CN112648039A - 凸轮轴调相系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸轮轴调相系统，其包括凸轮轴调相器(5)和凸轮轴(2)，其中，凸轮轴调相器(5)具有与凸轮轴(2)抗扭连接的转子(51)，其中，凸轮轴(2)具有轴部(21)和布置在轴部(21)上的凸轮件(22)，其中，凸轮轴(2)在其轴向端部处与转子(51)的朝向凸轮件(22)的轴向端侧焊接相连。

Description

凸轮轴调相系统
技术领域
本发明涉及于内燃机领域。本发明尤其涉及一种凸轮轴调相系统。
背景技术
在车辆中常采用凸轮轴调相系统，借助凸轮轴调相系统可在配气机构中根据发动机的运行情况，调整进气量和气门开闭时间和角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率，同时提高燃油经济性。凸轮轴调相系统包括凸轮轴调相器、机油控制阀、凸轮轴。凸轮轴调相器包括也被称为定子的外转子和布置在外转子的径向内侧的、也被成为转子的内转子。外转子可由曲轴驱动。内转子与凸轮轴抗扭连接。在凸轮轴调相器内形成有液压腔。机油控制阀受控地将油液输送到相应的液压腔中，从而驱动内转子相对外转子偏转，进而可以使得凸轮轴独立于曲轴地得到液压式的调节，由此调节配气相位，以获得最优配气效果。
在当前的凸轮轴调相系统中，凸轮轴调相器的转子、更确切地说内转子与凸轮轴的连接具有多种实施方案。
一种方案是借助中间构件通过螺纹将内转子与凸轮轴连接。例如在专利文件CN102177317 B中公开了一种用于可变调整内燃机换气阀的配气相位的装置，其中，设有中央螺栓，中央螺栓贯穿接合在内转子的中心开口中，并且中央螺栓通过其外侧的螺纹与凸轮轴连接，其中，在中央螺栓内布置有机油控制阀。在另外的方案中，也可以设有例如凸轮轴前端盖的中间构件，其分别与中置式机油控制阀和凸轮轴通过螺纹连接，从而实现内转子与凸轮轴的连接。
另一种方案是设计凸轮轴的轴部延伸穿过凸轮轴调相器的内转子的径向内部，并且通过焊接、黏合、过盈配合等方式与内转子连接，其中，凸轮轴的轴部被设计为钢管并且具有径向油孔。例如，在专利文件DE 103 46 448 B4中和在专利申请文件DE 10 2012 219669 A1中均公开了上述方案。
然而在首先叙述的实施方案中，中间构件，例如中央螺栓或凸轮轴前端盖，通常由钢制棒材通过机加工得到，这需要很长的机加工时间，由此中间构件的成本很高。另外，在这种方案中，中置式机油控制阀的壳体构成必要构件，该壳体制造困难且通常是机油控制阀中成本最高的零件，因此该方案的总体成本很高；同时因为壳体必须要由法兰和连接件固定，因此会增加系统整体的轴向尺寸。此外，在这种方案中，机油控制阀中的机油分配套筒和活塞长度较大，因此油路较长，这对凸轮轴调相系统的性能有不利的影响。
在后面叙述的实施方案中，构成凸轮轴轴部的钢管的末端需要通过机加工制造许多油孔并且每个油孔必须进行例如去毛刺的精加工，这需要额外的成本并且增加质量风险。此外，在这种方案中的油路也比较长，不利于凸轮轴调相系统的性能。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种改进的凸轮轴调相系统，其具有降低的成本以及优化的系统性能。
该技术问题通过一种凸轮轴调相系统解决，该凸轮轴调相包括凸轮轴调相器和凸轮轴，其中，凸轮轴调相器具有与凸轮轴抗扭连接的转子，其中，凸轮轴具有轴部和布置在轴部上的凸轮件。根据本发明的设计，凸轮轴在其轴向端部处与转子的朝向凸轮件的轴向端侧焊接相连。
在此，凸轮轴调相系统除了凸轮轴调相器和凸轮轴，还应当具有液压控制单元，尤其液压控制阀，例如机油控制阀、尤其中置式机油控制阀。凸轮轴调相器还包括也被称为定子的外转子。上下文中所述的转子布置在该定子或者说外转子的径向内侧，因此转子在此也称作内转子。外转子可由曲轴驱动。例如，外转子由曲轴通过链条传动装置或者皮带传动装置等驱动。内转子如上所述地通过焊接与凸轮轴抗扭连接。在凸轮轴调相器内形成有液压腔。液压控制阀例如在电子控制单元的控制下将液压介质输入相应的液压腔，从而驱动内转子相对外转子偏转，进而可以使得凸轮轴独立于曲轴地得到液压式的调节，从而调节配气相位，以获得最优配气效果。
优选地，凸轮轴与转子通过摩擦焊和/或激光焊相连。特别地，凸轮轴与转子通过摩擦焊可以得到尤其在径向平面内的焊接面，即在轴向端面上形成焊接面。如此得到的焊接连接部质量高，甚至能达到焊缝强度与基体材料的相等强度，从而能够稳定地且密封地实现连接并且可靠地传递旋转运动。特别地，凸轮轴与转子通过激光焊接能够实现焊接位置精确控制。在这种情况下，凸轮轴与转子可以通过多点焊接相互连接，也通过沿完整的外周延伸的焊接部相互连接。
在一种优选的实施方式中，转子在轴向端侧设置有轴向凸出部，凸轮轴的轴部与轴向凸出部焊接相连。
优选地，轴向凸出部构造为环形凸出部。有利于匹配凸轮轴的轴部的尤其为管件的设计。
在此，有利地，凸轮轴的轴部的轴向端面与环形凸出部的轴向端面相贴合。在此尤其可利用摩擦焊连接。备选地也可以采用激光焊连接。
在此，有利地，凸轮轴的轴部构造为管件，并且环形凸出部布置在轴部的径向内侧。优选地，环形凸出部的外径尤其匹配凸轮轴的轴部的内径，从而可以借助环形凸出部定位凸轮轴。这种布置和连接方式同时还有助于增强抵抗来自例如链条或皮带传动装置的剪切力。
在此，有利地，凸轮轴的轴部布置在环形凸出部的径向内侧。优选地，环形凸出部的内径匹配凸轮轴的轴部的外径，从而可以借助环形凸出部定位凸轮轴。这种布置和连接方式同时还有助于增强抵抗来自例如链条或皮带传动装置的剪切力。
优选地，凸轮轴的轴部在轴向端面设有偏离凸轮轴的旋转轴线的轴向凹部，轴向凸出部具有匹配该轴向凹部的结构，即轴向凸出部在位置、形状、数量上匹配轴向凹部。由此，内转子的轴向端侧与轴部的轴向端侧形状匹配地布置并且在配合处通过焊接相连。在此，例如可通过激光焊接相互连接。特别优选地，轴部的轴向凹部和内转子的轴向凸出部在周向上非均匀地分布，从而可以增强连接部的在周向上或者说在旋转方向上的承载能力，并且也可以用于凸轮轴的周向定位。
在一种有利的实施方式中，轴部构造为管件，在轴部的径向内侧设置密封件，用于密封凸轮轴调相系统的液压控制单元中的、尤其液压控制阀中的液压介质。密封件例如可设计为过盈设置在轴部内的刚性的内端盖。密封件也可以设计为弹性密封件。
在另一种有利的实施方式中，轴部上布置有用于凸轮轴的轴向止挡件。在这种情况下，凸轮轴还可借助该轴向止挡件进行轴向定位。在一种实施方式中，轴向止挡件能够与凸轮件集成地设计，例如凸轮片通同时实现凸轮和止挡作用。在另外的实施方式中，轴向止挡件可构造为例如止挡环的单独的构件。
由于采用了上述焊接方式，即凸轮轴在轴向端部处与内转子的轴向端面的焊接，可以取消在现有方案中常用的中间构件，例如中央螺栓或凸轮轴前端盖，仅在需要时配备低成本的轴向止挡件和密封件。在这种情况由此可以降低成本，并且可以减少周向空间。
此外，由于采用了上述焊接方式，也使得采用更小的不带壳体的中置式的液压控制阀成为可能。由于液压控制阀的壳体因较长的机加工周期或者很复杂的冲压而非常昂贵，因此，取消液压控制阀的壳体的设计可以很大程度地节省成本。与此同时，由于内转子的径向内侧仅布置不带有壳体的液压控制阀，因此内转子的径向尺寸和轴向尺寸可以更小地设计，节省了材料。从而在外转子和内转子之间的滑动轴承的径向尺寸和轴向尺寸也可以相应减小。此外，可以将凸轮轴调相器的液压介质通路设计在内转子的轴向内部，从而凸轮轴调相器的轴向盖板不必沿径向向内延伸至内转子轴向两侧，内转子的轴向端面由此可直接作为止挡面，由此可以减少凸轮轴调相器或者说凸轮轴调相系统整体占据的轴向空间，尤其适用于混合动力车辆。由于省去液压控制阀的壳体，因此也可省去该壳体相对凸轮轴调相器的连接结构，从而一方面进一步减小轴向空间，另一方面还可以使得作用于液压控制阀的电磁铁更加靠近机油控制阀，从而可以采用更短的针。另外，在这种情况下，液压控制阀也可采用更短的活塞，并且液压控制阀也可以具有更短的液压介质通路，从而提高凸轮轴调相系统的性能。
附图说明
下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：
图1是根据一种优选实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的半剖视图；
图2是第二实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的局部剖视图；
图3是第三实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的局部剖视图；
图4是第四实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的局部剖视图；以及
图5是第五实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的局部剖视图。
相同的或功能相同的部件采用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据一种优选实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的半剖视图。在本实施方式中，凸轮轴调相系统包括凸轮轴调相器5、机油控制阀、凸轮轴2。凸轮轴调相器5包括外转子52和布置在外转子52径向内侧的内转子51。外转子52可由未示出的曲轴例如通过同样未示出的链条传动装置或皮带传动装置等驱动。内转子51与凸轮轴2抗扭连接。在凸轮轴调相器5内形成有液压腔。机油控制阀在此设计为中置式的机油控制阀，即布置在内转子51的径向内侧。未示出的电子控制单元可控制电磁铁7作用于机油控制阀，使得用作液压介质的油液输入到相应的液压腔中，从而驱动内转子51相对外转子52偏转。由此，按照发动机运行条件调整外转子52以及内转子51的相对相位。也就是说，可以使得凸轮轴2独立于曲轴地得到液压式的调节，从而调节配气相位，以获得最优配气效果。
如图1所示，凸轮轴2具有轴部21和布置在轴部21上的多个凸轮件22。轴部21在此设计为钢制管件。凸轮件22在此设计为套接在轴部21上的凸轮片。轴部21在其轴向端部处与转子51的朝向凸轮件22的轴向端面焊接相连。在这种情况下，例如通过摩擦焊将轴部21的环形的轴向端面焊接到转子51的轴向端面上，从而得到牢固且密封的连接。备选地，也可以采用激光焊接在轴部21和转子51的贴合处进行焊接。通过这种连接方式，可以避免采用例如凸轮轴前端盖的另外的连接件。由此可以降低成本，并且可以减少周向空间。
如图1所示，还可以在凸轮轴2的轴部21上设置止挡件23。发动机壳体1可在其壳壁的两侧分别抵靠止挡件23和凸轮轴调相器5的内转子51。由此，凸轮轴2以及与其固定连接的内转子51能够相对发动机壳体1定位。止挡件23在此设计为单独的止挡环。在其他实施例中，也可以将止挡件与凸轮件集成设计。
通过凸轮轴2在轴向端部处与内转子51的轴向端面的焊接，可以采用了更小的不带壳体的中置式的机油控制阀6。也就是说，在内转子51的径向内侧仅布置中置式的机油控制阀的除壳体外的其他部件。此时，在轴部21的径向内侧设置密封件3，从而形成连通发动机壳体1内的油路和机油控制阀6的油液通路4。该油液通路4用作机油控制阀6的油液输入通路。在此，密封件3例如可设计为过盈设置在轴部21内的内端盖。密封件也可以设计为弹性密封件。由于机油控制阀6的壳体因较长的机加工周期或者很复杂的冲压而非常昂贵，因此，取消机油控制阀6的壳体的设计可以很大程度地节省成本。与此同时，由于内转子51的径向内侧仅布置不带有壳体的机油控制阀6，因此内转子51的径向尺寸和轴向尺寸可以更小地设计，节省了材料。因此，在外转子52和内转子51之间的滑动轴承的径向尺寸和轴向尺寸也可以相应减小。此外，可以将凸轮轴调相器5的油路设计在内转子51的轴向内部，从而凸轮轴调相器5的轴向盖板不必沿径向向内延伸至内转子51轴向两侧，内转子51的轴向端面由此可直接作为止挡面，由此可以减少凸轮轴调相器5或者说凸轮轴调相系统整体占据的轴向空间，尤其适用于混合动力车辆。由于省去机油控制阀6的壳体，因此也可省去该壳体相对凸轮轴调相器5的连接结构，从而一方面进一步减小轴向空间，另一方面还可以将电磁铁7和机油控制阀6之间的轴向距离设计得更短，从而可以采用更短的针。另外，在这种情况下，机油控制阀6也可采用更短的活塞，并且机油控制阀6也可以具有更短的油路，从而提高凸轮轴调相系统的性能。
图2至图5分别示出了第二实施方式至第五实施方式的凸轮轴调相系统的示意性的局部剖视图，其中，在各个视图中仅示出凸轮轴2的轴部21与凸轮轴调相器5的内转子51的连接部。
如图2所示，在第二实施方式中，内转子51在轴向端侧设置有轴向凸出部9，轴向凸出部构造为环形凸出部。凸轮轴2的轴部21构造为钢制管件。凸轮轴2的轴部21以其轴向端面(如图2中箭头所示)与环形凸出部9的轴向端面相贴合且通过焊接相连。在此，例如可通过摩擦焊接和/或激光焊接相互连接。
如图3所示，在第三实施方式中，内转子51在轴向端侧设置有轴向凸出部10，轴向凸出部同样构造为环形凸出部10。凸轮轴2的轴部21构造为钢制管件。环形凸出部10布置在轴部21的径向内侧，其中，环形凸出部10的外径匹配轴部21的内径，从而可以借助环形凸出部10定位凸轮轴2。轴部21的轴向端面贴靠内转子51的未设置环形凸出部10的轴向端面(如图3中箭头所示)并且在该处通过焊接相连。在此，例如可通过摩擦焊接和/或激光焊接相互连接。这种布置和连接方式同时还有助于增强抵抗来自例如链条或皮带传动装置的剪切力。
如图4所示，在第四实施方式中，内转子51在轴向端侧设置有轴向凸出部11，轴向凸出部同样构造为环形凸出部11。凸轮轴2的轴部21构造为钢制管件。轴部21的端部布置在环形凸出部11的径向内侧，其中，环形凸出部11的内径匹配轴部21的外径，从而可以借助环形凸出部11定位凸轮轴2。轴部21的轴向端面贴靠内转子51的未设置环形凸出部11的轴向端面(如图4中箭头所示)并且通过焊接相连。在此，例如可通过摩擦焊接和/或激光焊接相互连接。这种布置和连接方式同时还有助于增强抵抗来自例如链条或皮带传动装置的剪切力。
如图5所示，在第五实施方式中，凸轮轴2的轴部21构造为钢制管件，轴部21在轴向端面设有偏离凸轮轴2的旋转轴线的轴向凹部。在此，在轴部21的轴向端面具有沿周向分布的多个轴向凹部。内转子51在轴向端侧设置有具有匹配轴向凹部的轴向凸出部12。由此，内转子51的轴向端侧与轴部21的轴向端侧形状匹配地布置并且在配合处(如图5中箭头所示)通过焊接相连。在此，例如可通过激光焊接相互连接。轴部21的轴向凹部和内转子51的轴向凸出部12在此优选在周向上非均匀地分布，从而可以增强连接部的在周向上或者说在旋转方向上的承载能力，并且也可以用于凸轮轴2的周向定位。
虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。
附图标记列表
1 发动机壳体
2 凸轮轴
21 轴部
22 凸轮件
23 止挡部
3 密封件
4 油液通路
5 凸轮轴相位调节器
51 转子，内转子
52 外转子
6 机油控制阀
7 电磁铁
9 轴向凸出部
10 轴向凸出部
11 轴向凸出部
12 轴向凸出部

Claims (10)

1.凸轮轴调相系统，其包括凸轮轴调相器(5)和凸轮轴(2)，其中，所述凸轮轴调相器(5)具有与所述凸轮轴(2)抗扭连接的转子(51)，其中，所述凸轮轴(2)具有轴部(21)和布置在所述轴部(21)上的凸轮件(22)，其特征在于，
所述凸轮轴(2)在其轴向端部处与所述转子(51)的朝向所述凸轮件(22)的轴向端侧焊接相连。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述凸轮轴(2)与所述转子(51)通过摩擦焊和/或激光焊相连。
3.根据权利要求1所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述转子(51)在所述轴向端侧设置有轴向凸出部(9、10、11、12)，所述轴部(21)与所述轴向凸出部(9、10、11、12)焊接相连。
4.根据权利要求3所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴向凸出部构造为环形凸出部(9、10、11)。
5.根据权利要求4所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)的轴向端面与所述环形凸出部(9)的轴向端面相贴合。
6.根据权利要求4所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)构造为管件，并且所述环形凸出部(10)布置在所述轴部(21)的径向内侧。
7.根据权利要求4所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)布置在所述环形凸出部(9)的径向内侧。
8.根据权利要求3所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)在轴向端面设有偏离所述凸轮轴(2)的旋转轴线的轴向凹部，所述轴向凸出部(12)具有匹配所述轴向凹部的结构。
9.根据权利要求1所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)构造为管件，在所述轴部(21)的径向内侧设置密封件(3)，用于密封所述凸轮轴调相系统的液压控制单元中的液压介质。
10.根据权利要求1所述的凸轮轴调相系统，其特征在于，所述轴部(21)上布置有用于所述凸轮轴(2)的轴向止挡件(23)。
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