专利名称：具有可变化的阀门开启时长的凸轮轴的制作方法
具有可变化的阀门开启时长的凸轮轴描述本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于内燃机的凸轮轴。为了使内燃机能够在不同驱动条件下始终尽可能理想地驱动，由背景技术已知不同的方法。这样，通过改变起效凸轮轮廓使阀门开启时长变化已经多次在背景技术中得到描述。由US 4，771，742A1已知一种凸轮轴，其带有空心外轴和在外轴之内同心地可旋转地安装的内轴，其中，凸轮元件的第一部分凸轮抗扭地安放在外轴上，并且凸轮元件的第二部分凸轮抗扭地与内轴相连并可旋转地安放在外轴上。通过两个凸轮元件相互间的旋转，通过内轴和外轴相互间的旋转，凸轮元件的凸轮轮廓可变以及由此阀门开启时长相应地可变。当实际上被相同形状地构成的部分凸轮相对转动时，阀门开启时间能够相应延长。这里的缺点在于，最大旋转角度仅仅可能是非常小的，因为在其他情况下随着凸轮轴旋转产生的运动学不连续性过大。为了避免之前提到的问题，EP 1 500 797 Al公开了一种凸轮轴，其中，相邻的部分凸轮同样可通过彼此可旋转地安放的内轴和外轴(用于改变阀门开启时长)相互转动。凸轮元件的两个可相互旋转的部分凸轮在其形成凸轮轮廓的凸轮尖部中呈水平平台状，从而由此使得两个部分凸轮相互间能够相对地进一步倾斜(Spreizimg)。所述实施方式的缺点是就此发生的缩短的气门升程(Ventilhub)，以使活塞阀门的接触可靠地贴合。本发明的任务在于准备提供用于内燃机的这类凸轮轴，其中在维持尽可能大的凸轮升程情况下，保证部分凸轮尽可能大的调节角(Verstellwinkel)。尤其应该通过本发明尽可能地降低或者避免气门升程、气门速率和气门加速过程中运动学和动力学上的不连续性。依据本发明，该任务将通过权利要求1的整体特征得以实现。根据本发明的凸轮轴特征在于，凸轮元件两个可彼此转动的部分凸轮具有不同的最大提升高度，其中，具有较小的最大提升高度的部分凸轮的凸轮尖部(相应于突出于(部分)凸轮基圆的凸轮轮廓)通过形成为圆弧段的凸轮段而具有最大的提升高度。在此，本发明还包括一种实施方式，其中，圆弧段(Kreisbogenabschnitt)通过凸轮轮廓段的运行微小地减小或扩大最大提升高度(也就是从具有始终不变直径的圆形在预定的公差范围内偏离的轮廓段-尤其是偏离至圆弧段的基圆直径的+/-5%)。在本发明特别优选的实施方式中，圆弧段是与凸轮轴的转动轴同轴安装的圆的组成部分。其中有益的是，具有较大的最大提升高度的部分凸轮的凸轮尖部在其作用的齿面范围(相应于与凸轮随动件共同作用的最大提升高度的齿面范围)中被构成，使得实现起效的凸轮轮廓在从一个部分凸轮到另一个部分凸轮的转变的交接点(LJbergabepunkt)上形成稳定运行的过渡(或者形成过渡，该过渡保证稳定的运动学)。这尤其通过以下方式实现，即起效的凸轮轮廓段实际上直线地进入过渡点，尤其是使得该直线段的延长线构成为具有较小的最大提升高度的部分凸轮在圆弧段上的切线。运动学上的不稳定性能够以此方式有效避免。为了避免多部分凸轮元件与一个和凸轮元件共同作用的凸轮随动件之间的翻转力矩，凸轮元件能够包括至少三个单独的部分凸轮，其中，三个部分凸轮中的两个具有相同的凸轮轮廓。总体上，通过依据本发明的凸轮轴设计，通过部分区域的移动，能够由两个或更多个部分凸轮组成的凸轮元件的凸轮轮廓的至少一个齿面(Flanke)(开启和/或关闭齿面)实现阀门开启时间的改变，其中，部分凸轮具有不同的凸轮轮廓，并且部分凸轮中只有一个形成凸轮元件的整体的最大值。本发明随后将结合附图中所示的实施例而得到进一步阐释。其中图la:以俯视图展示了依据本发明的具有两个可相对转动的部分凸轮的凸轮轴的细节部分，图lb、lc 以不同透视图部分地展示了根据
图1的凸轮轴，图2a:以类似于图1的细节部分中展示了依据本发明的凸轮轴的另一可能的实施方式，图2b、2c 类似于图Ib和lc，在不同透视图中部分展示了根据图加的凸轮轴，图3:在沿着图Ia中的A-A切割线的截面中且调节角α = 0°时、根据图Ia至Ic的依据本发明的凸轮轴，图4 看起来类似于图3的凸轮轴截面，其带有按调节角α = α _相对转动的部分凸轮，图5 在坐标系中显示了依据本发明的凸轮轴相对于其转动角或其相位调整的阀门升程曲线，图6 以侧视图展示了具有较大的最大提升高度的部分凸轮，和图7 以侧视图展示了具有较小的最大提升高度的部分凸轮。在图Ia至Ic中以剖面图的方式在不同的视图中展示了用于内燃机的、依据本发明的凸轮轴。根据图la，以穿过凸轮轴的转动轴X的俯视图展示了凸轮轴。根据本发明的凸轮轴包括空心的外轴2以及在外轴2之内同轴地按转动角α转动地安装放置的内轴4(图lb、图Ic)。在所示实施例中，凸轮轴支撑一个由两个可相对转动的部分凸轮61、62构成的凸轮元件6。在此，第一部分凸轮61抗扭地并且抗滑动地安装在外轴2上，与此同时，第二部分凸轮62抗扭地与内轴4相连并且可旋转地安装在外轴2上。在此，第一部分凸轮61的抗扭并且抗滑动的设计能够通过常规方法借助力配合或力量形状配合的连接得以实现。第二部分凸轮62在所示实施例中通过销钉连接(Stiftverbindimg)借助连接销钉8力配合地或力量形状配合地与内轴4抗扭地连接，该连接销钉通过狭缝状的、横向于凸轮轴旋转轴X的空隙引入到空心外轴2中。第一部分凸轮61在其凸轮尖部61a具有与第二部分凸轮62的凸轮尖部6 的凸轮轮廓不同的凸轮轮廓，其中，第一部分凸轮61具有比第二部分凸轮62更大的最大提升高度iiax—61 (见图6、图7)。第二部分凸轮62具有凸轮尖部62a，在预定的角度范围上所述第二部分凸轮具有圆弧形凸轮轮廓段K(还标记为圆弧段K)，该圆弧形凸轮轮廓段K具有对于凸轮轴转动轴X实际上始终不变的半径(RU)。其中有益的是，凸轮轮廓段在此被实现为对于凸轮轴的转动轴X同轴地安装的圆中的圆弧段K。图Ib以透视图展示了凸轮轴，其中，前方的部分凸轮被实现为带有较小的最大提升高度Hmax 62的部分凸轮62，而通过跟在后面的部分凸轮61形成较大的最大提升高度Hmax—61。最后在图Ic中以另一个透视图展示了根据图Ia和图Ib的依据本发明的凸轮轴。考虑了可调节凸轮倾斜的凸轮轴带有空心的外轴2和在外轴2之内同轴地可旋转地安装的内轴4，在所示实施例中由于根据本发明的设计通过30°的转动角更加可调节(或可倾斜)，而并没有在运行的同时出现的运动学不稳定性。在此，两个部分凸轮61、62轴向地与凸轮轴直接并列安装，并且形成为了操作阀门所必需的、与相应的凸轮随动件(未示出)共同作用的凸轮轮廓(所得的凸轮元件6的凸轮轮廓)。在此(所得)凸轮轮廓具有用于阀门开启的齿面，并且具有用于阀门关闭的齿面。与根据本发明的凸轮轴相关的工作方式之后将结合附图3和4进一步阐释。两个部分凸轮61、62出于位置或重量的原因必须尽可能细长地保持并实施，而这可能给在凸轮轴上固定时带来问题，两个部分凸轮61、62分别通过在截面上看来环形圆柱状地构成的轴环B在轴向上延伸出来。未被示出的与凸轮元件6或与部分凸轮61、62共同作用的凸轮随动件(牵引杆、摇转杆或者类似物)的长和宽必须如下选择，即使得其能够碰触到部分凸轮61、62的轮廓。对于在图Ia-Ic中所示的情况，在凸轮随动件上由于凸轮元件6的不对称设计而作用着相应的翻转力矩。为了避免凸轮随动件的翻转，凸轮元件6还能够包括总共三个或更多个的单独的部分凸轮。此类带有总共三个部分凸轮61、62、62'的实施方式在图中展示。在图3中以沿着图1中的A-A切割线的截面展示了依据本发明的凸轮轴。图中展示了外轴2和内轴4(α =0° )在无相互转动的驱动状态(Posatl)下的凸轮轴。两个部分凸轮61和62在图6或7的单一视图中各自单独显示。其中，每个部分凸轮61、62由在截面上看来环形圆柱状地构成的凸轮基圆段61b、62b，和分别安装在该基圆段之上的径向扩展的凸轮尖部61a或6 构成。其中，凸轮尖部61a或6 形成关于阀门开启的部分凸轮61或62的有效凸轮轮廓。在所示实施例中，第一部分凸轮61被实施为带有较大的最大提升高度Hmaxjil的部分凸轮，并且第二部分凸轮62被实施为带有较小的最大提升高度Hmax 62的部分凸轮。假定凸轮轴转动方向是顺时针方向(图3)，则第一部分凸轮61在其凸轮尖部61a(开启齿面)的第一半部(直至其最大升程)具有实际上常规的凸轮轮廓(不可倾斜的标准凸轮)，与此同时，背后的凸轮尖部的凸轮轮廓优选地被实施为，使得至少局部地存在特别是实际上直线(平整下滑的)的凸轮轮廓，其设想的在交接点 中的直线延长在所设想的圆形中与形成最大提升高度Hmax 62的第二部分凸轮62圆弧段的半径RU形成正切，在所述交接点实现了所用的凸轮轮廓从部分凸轮61到另一部分凸轮62的转换。在本发明特别优选的实施方式中，两个部分凸轮61、62的两个凸轮尖部61a、6h被构成为，使得其(在凸轮轴上安装好的状态下)以其凸轮尖部61a、62a在交接或过渡范围内以如下方式叠加或重叠，即在过渡到第二部分凸轮62之前，与凸轮元件6共同作用的凸轮随动件在该过渡范围内与两个部分凸轮61、62的凸轮轮廓共同作用。对此，第一部分凸轮61的过渡范围被实现为类似于第二部分凸轮62的圆弧段K。在制造技术方面，两个部分凸轮61、62能够为了制造圆弧段K在完全(最大)倾斜状态下被一起加工(例如被研磨)。在根据图3所示的非转动的驱动状态(P0Satl)下，两个部分凸轮61、62以如下方式互相安装，即具有较小的最大提升高度Hmax 62的第二部分凸轮62在其作用的凸轮轮廓范围中至少局部地在具有较大的最大提升高度Hmax61的部分凸轮61后方退回(zurilcktritt)，并因此(在α =0°的凸轮轴驱动状态下)与跟随(所得)凸轮轮廓的凸轮随动件在该凸轮轮廓范围中并不齿合。对于无相互旋转的部分凸轮61、62(α =0)当凸轮轴转动时，具有较小的最大提升高度Hmax62的第二部分凸轮62首先与圆弧段K的端部以其凸轮尖部6 与凸轮随动件齿合(见后面可能的触碰顺序的说明)。只要实现内轴4和外轴2之间的相对转动和因此部分凸轮61和62相对的转动(α >0)，通过圆弧段K形成的凸轮尖部6 的凸轮轮廓段与凸轮随动件齿合。本发明的关键是，部分凸轮61和62在其凸轮轮廓方面以如下方式实施，即既在无旋转的驱动状态下也在每个可能的被旋转的驱动状态下(0° < α < amax)，在交接点U处形成在凸轮元件6的凸轮轮廓中从第一部分凸轮61到第二部分凸轮62稳定的过渡或者没有重要的运动学不稳定性的稳定过渡，如在图4可知的那样。在图5中根据图表说明了依据本发明构成的凸轮轴的工作方式，其中，在坐标系中显示了待开启的阀门的气门冲程相对于旋转中的凸轮轴的相位调整。凸轮元件6(部分凸轮61和62)的起阀门开启作用的凸轮轮廓(凸轮尖部61a、62a)包括通过凸轮元件6的开启齿面作用的开启升程范围Hub_l、最大开启升程Hubjiiax的点、以及通过凸轮元件6的关闭齿面作用的开启升程范围Hub_2、Hub_2'。在此，开启中的开启升程范围Hub_l通过具有较大的最大提升高度Hmax 61的第一部分凸轮61的凸轮段61a的实际上常规构成的开启齿面形成(包括最大的提升高度Hubjiiax = ^iax 61的点)，同时，关闭中的开启升程范围Hub_2(—般按设定的转动角α)通过依据本发明构成的轮廓几何形状由第一和第二部分凸轮61、62实现。关闭中的开启升程段Hub_2由不可旋转的升程段部分Hub_2. 1(第一部分凸轮61的凸轮段61a的关闭齿面)和可改变的开启升程段《11、2.2、《11、2.2'共同组成，其中，在切点a切割横坐标的线段(Hub_2.2)显示了在转动角α =0°时的开启升程，并且在切点b切割横坐标的线段(Hub_2.2')显示了在最大的转动角α = α _时气门升程。在交接点 实现了凸轮随动件从带有较大的最大提升高度Hmax 61的部分凸轮61到带有较小的最大提升高度Hmax 62的部分凸轮62的过渡。通过依据本发明的设计，关闭中的开启升程范围的部分范围能够为了延长阀门开启时长的目的而被平行推动。由此，在关闭中的开启升程范围Hub_2内实现在阀门开启升程的升程曲线中的平台范围P(虚线所示)。所示气门升程的不同切点a或b与横坐标展示了部分凸轮61和62相互间的调节意味着相对于外轴的关闭升程的滑动。作为对于图3和4或者6和7的补充，随后描述了关于所描述实施例的每个起作用的凸轮轮廓的部分凸轮的触碰顺序为了得到起作用的凸轮轮廓，凸轮随动件触碰部分凸轮61和62，这随后根据图3和4关于顺时针的凸轮轴旋转来描述。在图3所示的依据本发明的凸轮轴中，旋转角度α =0°，从而使得部分凸轮61、62并不相对转动。在部分凸轮61、62的基圆G上，未示出的凸轮随动件与两个部分凸轮61、62齿合。在基圆G上紧跟的凸轮尖部61a(开启齿面)的第一半部只在部分凸轮61上构成，并且仅仅部分凸轮61与凸轮随动件碰触。此外，在最大的提升高度Hubmax61，即凸轮尖，以及与之相连的后方的凸轮尖部，凸轮随动件仅与部分凸轮61齿合。在后方的凸轮尖部上构成交接点 ,凸轮随动件在这一点上从部分凸轮61过渡到部分凸轮62上。在这一时间点上，凸轮随动件优选地与两个部分凸轮61、62齿合。当凸轮随动件过渡到部分凸轮62之后，其仅碰触部分凸轮62和在其上构成的关闭齿面。对于紧跟其的基圆G，凸轮随动件再次与部分凸轮61和62齿合。部分凸轮61、62、62'根据图2a_2c还能够在基圆中以如下方式构成，即使得凸轮轴仅碰触部分凸轮61或部分凸轮62和62'。在图4中，例如展示了具有被设置好的转动角0 < α < Cimax的依据本发明的凸轮轴。此外，凸轮随动件也位于部分凸轮的基圆G上与两个部分凸轮61、62齿合。同样地，跟在基圆G上的凸轮尖部61a(开启齿面)的第一半部只在部分凸轮61上构成，并且仅仅部分凸轮61与凸轮随动件碰触。此外，在最大提升高度Hub max61，即凸轮尖，以及与之连接的后方的凸轮尖部，凸轮随动件仅与部分凸轮61齿合。在后方的凸轮尖部具有交接点U,凸轮随动件在这里从部分凸轮61过渡到部分凸轮62。在这一时间点上，凸轮随动件优选地与两个部分凸轮61、62齿合。在离开交接点后，凸轮随动件再次仅与部分凸轮62齿合。因为部分凸轮61和62在此最大程度地相互旋转，凸轮随动件在此碰触通过圆弧段K而实际上保持相同的最大提升高度Hub max62。该范围在图4中为了更好地表现通过阴影线强调。此外，对于跟随在圆弧段上的关闭齿面，凸轮随动件仅与部分凸轮62齿合。在之后跟随的基圆G上，凸轮随动件再次碰触两个部分凸轮61、62。为了应对调节设备可能出现的振动或者部分凸轮61、62的公差要求/公差，基圆G一般仅在小部分范围上通过两个部分凸轮61、62构成(两个部分凸轮与凸轮随动件齿合)。
权利要求
1.一种用于内燃机的凸轮轴，具有-空心的外轴( 和在所述外轴O)中同心地、能够按角度(α)旋转地安装的内轴(4),-多部分构成的凸轮元件(6)，其具有在所述外轴( 上抗扭地安装的第一部分凸轮(61)和与所述内轴(4)抗扭地相连的并且能够旋转地安装在所述外轴( 上的第二部分凸轮(62)，其中，通过不同地构成的凸轮尖部(61a、6h)，两个部分凸轮(61、62)具有不同的凸轮轮廓，并通过部分凸轮(61、62)彼此间的相对旋转，与凸轮随动件共同作用的凸轮元件(6)的凸轮轮廓对于设置可变化的阀门开启时长是可改变的，其特征在于，-所述两个部分凸轮(61、62)具有不同的最大提升高度(扎 —61，Hmax 62),并且-具有较小的最大提升高度(Hmax 62)的所述部分凸轮(6 的凸轮尖部(62a)具有通过圆弧段(K)形成的凸轮轮廓段的最大提升高度(Hmax 62)。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴，其特征在于，所述圆弧段(K)是与凸轮轴的旋转轴同心安装的圆的组成部分。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的凸轮轴，其特征在于，-具有较大的最大提升高度(Hmax 61)的部分凸轮(61)的凸轮尖部(61a)在所述部分凸轮的齿面范围中以如下形式构成，即在交接点( )处，通过起作用的凸轮轮廓的变化实现从一个部分凸轮(61、62)到另一个部分凸轮(62、61)的稳定的过渡，其中至少在齿面上阀门开启时长应通过其来改变。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的凸轮轴，其特征在于，-所述部分凸轮(61、62)的凸轮尖部(61a、62a)以如下方式构造，即使得对于每个被设定的转动角(α)，所述部分凸轮以其凸轮尖部(61a、62a)在过渡范围中重叠或叠加，使得在过渡到第二部分凸轮62之前，与所述凸轮元件(6)共同作用的凸轮随动件在所述过渡范围内与两个部分凸轮(61、62)的凸轮轮廓共同作用。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的凸轮轴，其特征在于，-所述凸轮元件(6)具有总共至少三个部分凸轮(61、62、62')，其中，两个部分凸轮(62,62')具有相同的凸轮轮廓。
全文摘要
本发明涉及用于内燃机的凸轮轴，包括空心的外轴(2)和在外轴(2)中同心地安装以可按角度(α)旋转的内轴(4)；多部分凸轮元件(6)，其具有以可旋转地固定的方式安装在外轴(2)上的第一部分凸轮(61)和以可旋转地固定的方式连接到内轴(4)并可旋转地安装在外轴(2)上的第二部分凸轮(62)。两个部分凸轮(61、62)具有不同的凸轮轮廓，两个部分凸轮(61、62)在相反方向的相对旋转允许与凸轮随动件相互作用的凸轮元件(6)所得的凸轮轮廓被改变以改变可变化的阀门开启时长。根据本发明，两个部分凸轮(61、62)具有不同的最大提升高度(Hmax_61，Hmax_62)，其中，具有较小的最大提升高度(Hmax_62)的部分凸轮(62)的凸轮尖部(62a)实际上通过圆弧段(K)形成。
文档编号F01L13/00GK102575536SQ201080039773
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年9月16日
发明者乌维·格罗斯格鲍尔, 乌维·迪特尔, 于尔根·穆塞尔, 贝恩德·曼 申请人:蒂森克虏伯普里斯塔技术中心股份公司