CN112664291B - 将力从凸轮轴传递到输出装置的设备 - Google Patents

Abstract

本公开总体上涉及一种用于将力从旋转的凸轮轴传递到输出装置的力传递设备，其能够减小凸轮轴上的横向力。所提出的连接装置力传递设备被配置为使力从基本相反的方向作用在凸轮轴上，这在凸轮轴上有效地产生接近零的合力，或者与现有技术的力传递方案相比至少减小。因此，凸轮轴上的横向力减小并因而例如支撑凸轮轴的轴承上的横向力减小，从而延长轴承的寿命。

Description

将力从凸轮轴传递到输出装置的设备

技术领域

本公开涉及用于将力从旋转的凸轮轴传递到输出装置的力传递设备。

背景技术

内燃发动机依靠利用活塞冲程的空气/燃料喷射和排气的临界正时。气门和燃料泵的控制通常由凸轮轴实现，所述凸轮轴经由皮带或链条与曲轴以同步方式旋转。曲轴旋转由活塞运动引起。

凸轮轴包括轴和被布置在所述轴上的至少一个(通常为若干个)凸轮。当所述轴旋转时，所述凸轮围绕所述轴的旋转轴线运动，并且导致控制元件上的力从而例如根据凸轮轴的旋转位置打开或关闭气门或者使燃料泵喷射燃料。

凸轮轴由轴承支撑，以便允许其在很小的阻力下旋转。通常，这样的轴承应当优选地不暴露于横向于凸轮轴主轴线的径向力，以便确保轴承的令人满意的寿命。

发明内容

本公开总体上涉及一种用于将力从旋转的凸轮轴传递到输出装置的力传递设备，其能减小凸轮轴上的横向力，从而改善凸轮轴和轴承的寿命，并且还减小了凸轮轴上的横向力引起的振动。

所提出的力传递设备被配置为使得力从基本相反的方向作用在凸轮轴上，这在凸轮轴上有效地产生接近零的合力，或者与现有技术的力传递方案相比至少减小。因此，凸轮轴上的横向力减小并因而例如支撑所述凸轮轴的轴承上的横向力减小，由此延长了轴承的寿命，并且可以减轻与噪声、振动、和声振粗糙度有关的问题。

上述优点的产生是通过当将力以下述方式传递到同一输出元件时允许两个力传递元件与凸轮轴接触，即，当所述力传递元件将力传递到输出元件时，它们同时引起基本上指向彼此的合力。换句话说，由所述第一传递元件在所述凸轮轴上引起的力的主要部分与由所述第二传递元件在所述凸轮轴上引起的力的主要部分位于相反的方向上。

更确切地说，发明人提出了一种用于将来自旋转的凸轮轴的力传递到输出装置的力传递设备。所述力传递设备包括第一传递元件，所述第一传递元件与所述凸轮轴接触并且被配置为当所述凸轮轴旋转时将力从所述凸轮轴传递到所述输出装置。进一步地，第二传递元件与所述凸轮轴接触并且被配置为当所述凸轮轴旋转时将力从所述凸轮轴传递到所述输出装置。由所述第一传递元件和所述第二传递元件引起的凸轮轴上的力在将力传递到所述输出元件时位于基本相反的方向上。

当研究所附权利要求和以下描述时，本公开的实施例的更多特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合本公开的不同特征以创建以下描述的那些实施例以外的实施例。

附图说明

现在将参照示出本公开的示例性实施方式的附图更详细地描述本公开的这些和其他方面，其中：

图1示出了用于车辆的示例性燃烧发动机；

图2概念性地示出了包括向输出装置施加力的凸轮的凸轮轴；

图3示出了示例性现有技术的装置；

图4A概念性地示出了根据本公开实施例的力传递设备的一个实施例；和

图4B概念性地示出了根据本公开的实施例的力传递设备的一个实施例。

具体实施方式

在本详细说明中描述了根据本公开的力传递设备的各种实施例。然而，本公开的实施例可以以许多不同的形式实现，并且不应当解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，并且将本发明的范围完全传达给技术人员。在全文中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1概念性地示出了用于车辆的示例性燃烧发动机100。燃烧发动机包括多个气缸(未示出)和多个活塞104。在每个所述气缸中布置有相应的活塞104。活塞104通过气缸容积中的燃料的点燃而受迫在相应的气缸中移动。活塞在汽缸中的冲程运动被传递到曲轴108，用于将推进动力传递到包括燃烧发动机100的车辆的传动系(未示出)。

此外，为了允许空气与汽缸容积中的燃料混合，气门109(对若干气门中的仅一个气门进行了编号)配置为以正时间隔(timed intervals)打开通到汽缸容积的空气入口。该正时由连杆机构111(所谓的“正时带(timing belt)”)提供，该连杆机构配置为使第一凸轮轴110绕着旋转轴线112旋转，使得凸轮轴110的凸轮114使第一气门109相对于曲轴的旋转并由此相对于活塞104的冲程以同步方式打开和关闭。

此外，第二凸轮轴118配置为打开和关闭第二气门120(仅一个被编号)。第二气门120的操作的正时也是由连杆机构111提供。因此，连杆机构配置为使第二凸轮轴118绕着旋转轴线115旋转，使得第二凸轮轴118的凸轮116使第二气门120相对于曲轴108的旋转并由此相对于活塞104的冲程以同步方式打开和关闭。

第二气门120可以以与曲轴108的旋转并由此相对于活塞104的冲程同步的方式控制排气从汽缸容积的流出。

图1中所示的发动机100的构造纯粹是示例性的，并且不应当被解释为限制所附权利要求的范围。例如，凸轮轴可以布置为附加地控制燃料泵或油泵或其他示例性输出装置。

图2概念性地示出了具有概念性凸轮202的部分凸轮轴200。当凸轮轴200旋转并且凸轮202的较宽部分与推动元件204对准时，凸轮202与适于被推向弹簧206的推动元件204接触。当凸轮206的较窄部分与推动元件204对准时，弹簧206伸展并沿朝向凸轮轴200的方向推动所述推动元件204，使得推动元件204保持与凸轮202接触。推动元件204布置为控制适于控制例如燃料泵或油泵的输出装置208。例如，当推动元件204被推离凸轮轴200并且由此压缩弹簧206时，可以使燃料泵将燃料喷射到车辆的发动机中。

图3示出了示例性的现有技术装置。这里，凸轮轴200包括凸轮202，凸轮202具有宽尺寸210和窄尺寸212。联接元件214在此布置为控制概念性地示出的燃料泵211。弹簧204确保联接元件214与凸轮轴202接触。因此，当凸轮轴旋转并借助于凸轮轮廓而使联接元件214运动时，联接元件214引起弹簧204在燃料泵211由运动控制的同时压缩。当凸轮轴200使输出装置214压缩弹簧204时，反作用力216作用在凸轮轴上，并因此也作用在支撑凸轮轴200的轴承上。该力216横向于凸轮轴的轴线作用，并且导致凸轮轴200的轴承和支撑结构上的断裂(tear)。本公开的实施例减轻了该问题。

图4A概念性地示出了根据本公开实施例的力传递设备的实施例。因此，图4A概念性地示出了用于将力从旋转的凸轮轴402传递到输出装置403的力传递设备400。力传递设备400包括第一传递元件404，该第一传递元件404与凸轮轴402接触并且配置为当凸轮轴旋转时将力从凸轮轴402传递到输出装置403。第二传递元件406与凸轮轴402接触并且配置为当凸轮轴402旋转时将力从凸轮轴402传递到输出装置403。由第一传递元件404和第二传递元件406引起的凸轮轴402上的力在将力传递到输出元件时位于基本上相反的方向上。

图4A示出了处于旋转取向的凸轮轴402，其中凸轮408的窄尺寸410基本上与力传递元件404和406对准，使得它们对输出装置403造成很小的或没有横向作用，换句话说，输出装置处于第一位置，该第一位置可以是撤回位置。

图4B示出了当凸轮轴402已经旋转使得凸轮408的宽部分412使力传递元件404在第一方向上被推离凸轮轴402的旋转轴线以将力传递到输出装置403时的力传递设备400。此外，在凸轮轴402处于该取向的情况下，第二传递元件406布置为当将力传递到输出装置403时在第二方向上被推离凸轮轴的旋转轴线。第一方向与第二方向基本上相反。优选地，第一传递元件404可以布置为在第一方向上由凸轮轴402推离，同时第二传递元件在第二方向上被推离。

由第一传递元件404在凸轮轴402上引起的力416与由第二传递元件404引起的力418方向相反，具有基本上相等的大小(量)，并且优选地，力的主要部分在相反的方向上。因此，凸轮轴上的合力基本上为零。

因此，发明人认识到，通过布置两个力传递元件同时作用在凸轮轴上以将力传递到相同的输出装置，使得它们至少部分地在相反的方向上作用在凸轮轴上，凸轮轴上的合力可至少减小。由此，可以减少凸轮轴和支撑凸轮轴的轴承上的磨损，并且延长它们的寿命。此外，借助于本公开的实施例，与凸轮轴轴承中的间隙相关的潜在NVH(噪声、振动、声振粗糙度(Harshness))问题减小到最小。

作用在凸轮轴上的力位于大致相反的方向上，应当被广义地解释为包括力的至少一个分量沿相反的方向作用。优选地，力的主要部分/分量沿相反的方向作用，使得合力保持尽可能小。然而，如在图4B中例示的，允许从反向偏离。相同的解释适用于允许力传递元件可以布置为在基本上相反的方向上被推动离开，即从相反的方向偏离，只要凸轮轴上的合力保持较小。

本公开的总体发明构思可以以各种方式实现，目的在于通过配置第一传递元件和第二传递元件使得当将力传递到输出元件时凸轮轴上的力位于基本上相反的方向上来减小凸轮轴上的横向力。现在将参考图4A-B更详细地描述一个这样的可能的实施方式。

转向图4A-B，第一传递元件404可邻近凸轮轴旋转地附接并且可绕着旋转轴线420旋转，其中第一传递元件包括接触部分422和传递部分424，接触部分422与凸轮轴402接触，其中当接触部分422被从凸轮轴402的旋转轴线426推动离开时，传递部分424布置为在基本上相反的方向上运动，从而将力传递到输出装置403。换句话说，第一传递元件404通过由凸轮轴402施加到其的力围绕其旋转轴线420旋转。所述旋转引起传递部分沿着旋转运动的圆周行进，并由此朝向输出装置403传递力。由此，提供了使得力能够从凸轮轴402的主轴线的一侧传递到输出装置403所位于的另一侧的一种可能的方式。

第一传递元件404包括被布置为接收来自凸轮轴的凸轮408的力的接触部分422。此外，第一传递元件具有延伸部分(传递部分424)，其到达超过凸轮轴宽度，使得其可以将力传递到凸轮轴402主轴线的另一侧。在图4A-B中，传递部分424到达凸轮轴402的上方。为此，第一传递元件404从接触部分422到传递部分424的长度超过凸轮轴的宽度，优选凸轮408的宽部分412的宽度。

接触部分422可以配置为这里概念性地示出的滚动元件423，该滚动元件423由概念性地示出的轴承425支撑，使得滚动元件随着其沿着凸轮408的外周移动而旋转。

传递部分424可布置为当第一传递元件404旋转时推在连杆臂428上，由此将力从凸轮轴的一侧传递到输出装置403。连杆臂可以布置在发动机的引导通道430中。连杆臂428和传递元件424之间的联接不需要连杆臂428和传递元件424彼此机械地附接。连杆臂可具有基本上平坦的表面，该表面通过设备400中出现的力而与传递元件428接触。例如，从凸轮轴402传递的力和来自输出装置403的反作用力可确保连杆臂428和传递元件424保持接触。在连杆臂428和传递元件424之间的接触界面处，传递元件424可以包括凸起部分以提供传递元件424的旋转运动并减少接触界面中的磨损。

还可能使连杆臂428枢转地附接到传递元件424。

第二传递元件406可布置为当凸轮轴402旋转时被线性地移位，以将力传递到输出元件403。因此，当第二传递元件406交替地接触凸轮408的窄部分和宽部分时，第二传递元件406在远离或朝向凸轮轴轴线426的方向上线性移位。第二传递元件406可布置为朝向输出装置403线性地移位。以此方式，可将力有效地传递到输出装置403。

类似于第一传递元件的接触部分422，第二传递元件406可包括滚动元件435，滚动元件435可借助于轴承绕着中心轴线437旋转。因此，当凸轮轴旋转时，滚动元件435旋转，由此沿着凸轮408的外周行进。

第一传递元件404可机械地联接到第二传递元件406。这里，在图4A-B中，第一传递元件404的传递部分424联接到第二传递元件406的联接部分431。因此，当第一传递元件404的接触部分422被凸轮408推动离开凸轮轴轴线426时，传递部分424朝向第二传递元件406所位于的凸轮轴的一侧旋转。结果使得连杆臂428推在联接部分431上。同时，凸轮408使第二传递部分406在与第一传递元件接触部分422的运动方向基本相反的方向上被推动离开凸轮轴轴线426，并且当连杆臂428被传递部分424推动时，在与连杆臂428的运动方向基本平行的方向上被推动离开凸轮轴轴线426。以这种方式，力传递元件传递的力是同步的。此外，以此方式，第一传递元件404和第二传递元件406布置为使得由第一传递元件404和第二传递元件406传递到输出装置403的力彼此相加。

连杆臂428可以枢转地附接到联接部分431，或者如图4B中概念性地示出的，连杆臂428可置于联接部分的腔或孔450中，连杆臂428在该腔或孔450中被引导和保持就位，使得其可推在联接部分431上。在连杆臂428置于腔或孔450中的情况下，连杆臂428不是必须机械地附接至联接部分431。

包括联接部分431和滚动元件435的第二传递元件406由来自输出装置403的反作用力保持就位，这里反作用力由弹簧440提供。因此，在第二传递元件406的一侧上，弹簧440施加力，并且在第二传递元件406的相对侧上，连杆臂428和凸轮408布置为与第二传递元件406接触以抵消弹簧力。弹簧440因此朝向连杆臂428和凸轮408推动第二传递元件406，使得第二传递元件406在其间保持就位。弹簧440保持第二传递元件406上的压力，使得其被推向凸轮轴402的凸轮408并维持与凸轮轴402的凸轮408接触。弹簧440施加的力使第二传递元件压靠连杆臂428和凸轮轴402，第二传递元件406因此被弹簧440施加的力悬置(suspend)。

此外，连杆臂428具有圆化的前端452，其适配在孔450中或者在一些情况下适配在沟槽中。孔450或沟槽的直径稍微大于连杆臂428的直径，使得当第二传递元件406运动时，连杆臂428适于在孔450中枢转。这确保了当连杆臂428将其力施加在第二传递元件406上时，同时凸轮408将其力施加在第二传递元件406上时，第二传递元件平滑运动。

第二传递元件406优选地联接到输出装置403，由此输出装置403推在第二传递元件406的表面上，但第二传递元件和输出装置没有彼此机械地附接。

连杆臂428将其力施加于第二传递元件406上之处与凸轮408将力施加于滚动元件435上之处相距一距离。因此，孔450与滚动元件435间隔开。此外，输出元件403布置为在孔450和滚动元件435之间的位置处但是在第二传递元件406的相对于连杆臂428和孔450的相反侧上与第二传递元件406接触。

优选地，并且如图4A-B所示，第一传递元件404和第二传递元件406布置为由凸轮轴400上的同一凸轮408推动。凸轮408在凸轮轴402的相反侧上具有凸起432、434。

优选地，第一传递元件404和第二传递元件406可布置为由具有与第一传递元件404和第二传递元件406中相应一个的位置匹配的轮廓的凸轮推动。换句话说，凸起432、434相对于彼此的相对位置匹配第二传递元件的滚动元件435和第一传递元件的滚动元件423的相对位置。因此，当凸起432、434中的一个与滚动元件435、423中的一个接触时，则凸起432、434中的另一个在具有宽度412的最宽部分处与滚动元件435、423中的另一个接触。

力传递设备400容纳在壳体中，所述壳体在附接孔460处附接到发动机。所述壳体限定壳体和发动机之间的间距462。所述壳体和发动机之间的间距被限制为防止例如第二传递元件侧向移动，即在图4A-B中的图的平面中或之外移动。

输出装置403可以以各种方式来配置。这里，弹簧440布置为向第一传递元件404和第二传递元件406提供反作用力，使得第一传递元件和第二传递元件与凸轮轴400保持接触。所述弹簧提供例如燃料泵的弹簧加载的控制。所述弹簧可以例如布置为与止动元件442接触，止动元件442附接到轴446或与轴446联接，轴446连接到第二传递元件406的联接部分431。轴446将来自第一和第二传递元件的力传递到燃料泵并且同轴地布置在弹簧440内。轴446布置在止动元件442的通孔中，止动元件442可以以垫圈的形式提供。垫圈的外径大于弹簧440的直径，使得弹簧能被垫圈推动并且防止从通向燃料泵的引导通道448脱落。

输出装置403可适于控制燃料泵或油泵。本公开的实施例对于这样的装置是有利的，因为与通常引起较少负荷的示例性气门相比，它们倾向于在凸轮轴上引起相对高的负荷。

这里还提供了一种车辆发动机，所述车辆发动机包括凸轮轴、输出装置和根据本公开的实施例的力传递设备。

此外，根据本公开的方面，提供了一种包括这种车辆发动机的车辆。

本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和改型是可能的。

所述车辆可以是各种类型，例如诸如小汽车的轻型车辆，尽管卡车也可以是适用的。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定词“一个”或“一种”不排除多个。单个处理器或其它单元可实现权利要求书中叙述的若干物项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有的事实不指示这些措施的组合不能用于优点。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

已描述了各种实例。这些及其它实例位于所附权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于将来自旋转的凸轮轴(402)的力传递到车辆发动机(100)的输出装置(403)的力传递设备(400)，所述力传递设备包括：

第一传递元件(404)，其与所述凸轮轴接触并且被配置为当所述凸轮轴旋转时将来自所述凸轮轴的力传递到所述输出装置，其中，所述第一传递元件邻近所述凸轮轴被旋转地附接并且能够绕着旋转轴线旋转，其中所述第一传递元件包括接触部分(422)和传递部分(424)，所述接触部分与所述凸轮轴接触，其中，当所述接触部分被推离所述凸轮轴的旋转轴线时，所述传递部分被布置为在基本相反的方向上移动，从而将力传递到所述输出装置，其中，所述第一传递元件被布置为当所述第一传递元件旋转时推在连杆臂(428)上，从而将来自所述凸轮轴的一侧的力传递到所述输出装置；

第二传递元件(406)，其与所述凸轮轴接触并且被配置为当所述凸轮轴旋转时将来自所述凸轮轴的力传递到所述输出装置，其中，所述第二传递元件被布置为当所述凸轮轴旋转时线性移位，以将力传递到所述输出装置；

其中，所述第一传递元件和所述第二传递元件被布置为由布置在所述凸轮轴的相反侧上的凸起(432、434)推动；

其中，在将力传递到所述输出装置时由所述第一传递元件和所述第二传递元件引起的所述凸轮轴上的力位于基本上相反的方向上。

2.根据权利要求1所述的力传递设备，

其中，所述第一传递元件被布置为当将力传递到所述输出装置时在第一方向上被推离所述凸轮轴的旋转轴线，

其中所述第二传递元件被布置为当将力传递到所述输出装置时在第二方向上被推离所述凸轮轴的所述旋转轴线，其中所述第一方向与所述第二方向基本相反。

3.根据权利要求2所述的力传递设备，其中，所述第一传递元件被布置为在所述第一方向上由所述凸轮轴推离，同时所述第二传递元件在所述第二方向上被推离。

4.根据权利要求1所述的力传递设备，其中，所述第二传递元件被布置为朝向所述输出装置线性移位。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的力传递设备，其中，所述第一传递元件机械地联接到所述第二传递元件。

6.根据权利要求5所述的力传递设备，其中，所述第一传递元件和所述第二传递元件被布置为使得由所述第一传递元件和所述第二传递元件传递到所述输出装置的力彼此相加。

7.根据权利要求1和2中任一项所述的力传递设备，其中，所述第一传递元件和所述第二传递元件被布置为由所述凸轮轴上的同一凸轮推动。

8.根据权利要求1和2中任一项所述的力传递设备，其中，所述第一传递元件和所述第二传递元件被布置为由具有与所述第一传递元件和所述第二传递元件中的相应一个的位置相匹配的轮廓的凸轮推动。

9.根据权利要求1和2中任一项所述的力传递设备，其中，设置弹簧以向所述第一传递元件和所述第二传递元件提供反作用力，使得所述第一传递元件和所述第二传递元件与所述凸轮轴保持接触。

10.一种车辆发动机，包括凸轮轴、输出装置、和根据前述权利要求中任一项所述的力传递设备。

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