用于减少负载的移动凸轮轴槽设计的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的凸轮轴组件。

背景技术：

本部分提供与本

技术实现要素：
相关的背景信息，其不一定是现有技术。

机动车辆通常包括限定一个或多个汽缸的内燃机。发动机包括用于控制进入汽缸的进气的进气阀门以及用于控制排出汽缸的排气流的排气阀门。发动机组件进一步包括阀门机构系统，用于控制进气和排气阀门的操作。共同转让的美国专利9,032,922公开了一种凸轮轴组件，用于控制内燃机的进气和排气阀门的运动。凸轮轴组件包括沿着纵向轴线延伸的基轴、安装在基轴上的凸角组合件以及多个用于相对于基轴轴向移动凸角组合件的致动器。凸角组合件中每个都包括多个凸轮凸角。可以调整凸角组合件相对于基轴的轴向位置，以改变进气和排气阀门的阀门升程轮廓。有用的是，按照发动机操作状况调整进气和排气阀门的阀门升程轮廓。要做到这点，控制排气和进气阀门移动的凸角组合件可以相对于基轴轴向移动。致动器，诸如螺线管，可以用于相对于基轴轴向移动凸角组合件。具体地，凸角组合件可以包括控制槽。凸轮轴组件的致动器包括致动器主体以及至少一个可移动地联接到致动器主体的销。销可以相对于致动器主体在缩进位置和伸展位置之间移动。当基轴绕着纵向轴线旋转，销处在伸展位置且至少部分地设置在控制槽内时，可轴向移动的凸角组合件可以相对于基轴轴向移动。本发明提供了一种改善的控制槽设计，用于最小化致动器销对移动槽壁的冲击力，并从而减少销的故障。

发明内容

本部分提供了对本发明的一般性概述，并非对其全部范围和所有特征的全面公开。

凸轮轴组件包括基轴，基轴包括至少一个可轴向移动地安装在基轴上的凸角组合件，凸角组合件包括位于其中的控制槽。致动器装置包括销，销在缩进位置和伸展位置之间可移动地安装至致动器上，用于与控制槽接合以使得凸角组合件轴向移动。控制槽包括销接合区域、移动区域和弹射区域。控制槽的销接合区域具有第一平行侧壁对。移动区域从销接合区域延伸，且具有第二侧壁对，第二侧壁对相对于第一平行侧壁对成角度且具有带有变化的槽宽度的第一部分，该变化的槽宽度相对于销接合区域的槽宽度变窄。

从本文所提供的描述中可以得知其他区域的应用。本发明内容中的说明和具体实例仅是以示意性为目的，而不旨在限定本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅出于对所选实施例而非所有可行实施方式的示意性目的，并且不试图以任何方式来限制本发明的范围。

图1是包括发动机组件的车辆的示意图；

图2是根据本发明的实施例的图1中发动机组件的凸轮轴组件的示意性透视图；

图3是图2中凸轮轴组件的一部分的示意性透视图；

图4是凸轮轴组件和两个发动机汽缸的一部分的示意性侧视图，示出处在第一位置的凸轮轴组件的凸角组合件；并且

图5是图4所示凸轮轴组件的筒形凸轮的示意性侧视图，描绘了筒形凸轮的控制槽的弧长。

在所有的附图中，对应的附图标记都指代对应着的部件。

具体实施方式

现将参考附图，更详细地描述示例性实施例。.

提供了示例性实施例，以使得本发明详尽，并且向本领域技术人员充分传达发明范围。阐述了许多具体细节，诸如特定部件、装置和方法的实例，以提供对本发明的实施例的全面理解。对本领域的技术人员明显的是，不需要使用具体细节，示例性实施例可以通过多种不同的形式而实现，且其都不应当被理解为对本发明范围的限制。在某些示例性实施例中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构以及公知的技术。

这里所使用的术语只是用于描述特定的示例性实施例，而不旨在进行限制。如本文所用，除非上下文明确地另有指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包括性的，因此说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。除非具体确定为执行顺序，本文所述的方法步骤、方法和操作不应理解为必定需要以所讨论或所示的具体顺序进行。还应当理解，可以采用附加或替代的步骤。

当元件或层被称为“在”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层，其可以直接地在、接合、连接或联接到其他元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层，则可以不存在中间元件或层。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间关系的其他词语(例如，“在...之间”和“直接在...之间”，“邻近”和“直接邻近”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列出事物的任意或全部组合。

虽然“第一”、“第二”、“第三”等术语在本文可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是，这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区别开。在本文使用时，除非上下文中明确指出，否则诸如“第一”、“第二”的术语以及其他数字术语不暗含次序或顺序。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分也可以被说成第二元件、部件、区域、层或部分，而不脱离示例性实施例的教导。

空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“较低”、“上方”、“较高”等在本文中为了描述的方便而被用来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对术语可以旨在包括除了图中描绘的方位之外的使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果将图中装置翻转，描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件将位于其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方的方位。设备可以另外得以定向(旋转90度或者处于其他方位)，而本文所用的空间相对描述语言相应地做出解释。

参照附图，其中在所有附图中相似的附图标记对应相似或类似的部件，图1示意性地示出车辆10，诸如汽车、卡车或摩托车。车辆10包括发动机组件12。发动机组件12包括内燃机14和控制模块16，诸如发动机控制模块(ecu)，控制模块16与内燃机14电子通信。内燃机14包括限定多个汽缸20a、20b、20c和20d的发动机缸体18。换言之，发动机缸体18包括第一汽缸20a、第二汽缸20b、第三汽缸20c、第四汽缸20d。

尽管图1示意性地示出四个汽缸，内燃机14可以包括更多或更少的汽缸。汽缸20a、20b、20c和20d彼此间隔开，但是可以大致沿着发动机轴线e对准。汽缸20a、20b、20c和20d中每个都配置为、成形为并定尺寸为接收活塞(未示出)。活塞配置为在汽缸20a、20b、20c和20d中往复运动。每个汽缸20a、20b、20c、20d限定对应的燃烧室22a、22b、22c、22d。在内燃机14的操作期间，空气/燃料混合物在燃烧室22a、22b、22c和22d内燃烧，从而以往复方式驱动活塞。活塞的往复运动驱动曲轴(未示出)，曲轴可操作地连接到车辆10的车轮(未示出)。曲轴的旋转可以使得车轮旋转，从而推动车辆10。

为了推动车辆10，应当将空气/燃料混合物引入燃烧室22a、22b、22c和22d。要做到这点，内燃机14包括多个流体联接到进气歧管(未示出)的进气端口24。在所描绘的实施例中，内燃机14包括两个进气端口24，其与每个燃烧室22a、22b、22c和22d流体连通。然而，内燃机14可以包括对应每个燃烧室22a、22b、22c和22d的更多或更少的进气端口24。

内燃机14进一步包括多个进气阀门26，配置为控制通过进气端口24的进气流。每个进气阀门26至少部分地设置在对应的进气端口24内。具体地，每个进气阀门26配置为沿着对应的进气端口24在打开位置和闭合位置之间移动。在打开位置时，进气阀门26允许进气经由对应的进气端口24进入对应的燃烧室22a、22b、22c或22d。

如上所述，一旦空气/燃料混合物进入燃烧室22a、22b、22c或22d，内燃机14可以燃烧空气/燃料混合物。该燃烧生成排气。为了排出这些排气，内燃机14限定多个排气端口28。排气端口28与燃烧室22a、22b、22c或22d流体连通。在所描绘的实施例中，两个排气端口28与每个燃烧室22a、22b、22c或22d流体连通。然而，更多或更少的排气端口28可以与每个燃烧室22a、22b、22c或22d流体连通。

内燃机14进一步包括多个排气阀门30，其与燃烧室22a、22b、22c或22d流体连通。每个排气阀门30至少部分地设置在对应的排气端口28内。具体地，每个排气阀门30配置为沿着对应的排气端口28在打开位置和闭合位置之间移动。在打开位置时，排气阀门30允许排气经由对应的排气端口28从对应的燃烧室22a、22b、22c或22d中排出。

发动机组件12进一步包括阀门机构系统32，其配置为控制进气阀门26和排气阀30的操作。具体地说，阀门机构系统32可以至少部分地基于内燃机14的操作状况(例如，发动机速度)来在打开和闭合位置之间移动进气阀门26和排气阀门30。阀门机构系统32包括大致与发动机轴线e平行的一个或多个凸轮轴组件33。在所描绘的实施例中，阀门机构系统32包括两个凸轮轴组件33。一个凸轮轴组件33配置为控制进气阀门26的操作，而另一个凸轮轴组件33可以控制排气阀门30的操作。然而，可以设想，阀门机构系统32可以包括更多或更少的凸轮轴组件33。

除了凸轮轴组件33，阀门机构系统32包括与控制模块16通信的多个致动器34a、34b、34c、34d，诸如螺线管。致动器34a、34b可以电子连接到控制模块16，并且因此可以与控制模块16电子通信。控制模块16可以是阀门机构系统32的部分。在所描绘的实施例中，阀门机构系统32包括第一、第二、第三和第四致动器34a、34b、34c、34d。第一致动器34a可操作地与第一和第二汽缸20a、20b相关，且可以被制动以控制第一和第二汽缸20a、20b的进气阀门26的操作。第二致动器34b可操作地与第三和第四汽缸20c和20d相关，且可以被制动以控制第三和第四汽缸20c和20d的进气阀门26的操作。第三致动器34c可操作地与第一和第二汽缸20a和20b相关，且可以被制动以控制第一和第二汽缸20a和20b的排气阀门30的操作。第四致动器34d可操作地与第三和第四汽缸20c和20d相关，且可以被制动以控制第三和第四汽缸20c和20d的排气阀门30的操作。致动器34a、34b、34c、34d以及控制模块16可以被视为凸轮轴组件33的部分。

参照图2，如上所述，阀门机构系统32包括凸轮轴组件33和致动器34a、34b。凸轮轴组件33包括沿着纵向轴线x延伸的基轴35。基轴35包括第一轴端部36和相对于第一轴端部36的第二轴端部38。

此外，凸轮轴组件33包括联接器40，其连接到基轴35的第一轴端部36。联接器40可用于可操作地将基轴35联接到发动机14的曲轴(未示出)。发动机14的曲轴可以驱动基轴35。因此，当被，例如，发动机14的曲轴驱动时，基轴35可以绕着纵向轴线x旋转。基轴35的旋转使得整个凸轮轴组件33绕着纵向轴线x旋转。因此，基轴35可操作地联接到内燃机14。

凸轮轴组件33可以附加地包括一个或多个支承件42，诸如颈轴承，其联接到固定结构，诸如发动机缸体18。凸轮轴组件33进一步包括安装在基轴35上的一个或多个轴向凸角组合件组件44。可轴向移动的凸角组合件组件44配置为沿着纵向轴线x相对于基轴35轴向移动，并且旋转地固定到基轴35。因此，可轴向移动的凸角组合件组件44与基轴35同步旋转。基轴35可以包括花键结构48，其用于保持可轴向移动的凸角组合件组件44与基轴35的角度对准，也用于在基轴35和可轴向移动的凸角组合件组件44之间传输驱动扭矩。

具体参照图3，每个可轴向移动的凸角组合件组件44包括彼此联接的第一凸角组合件46a、第二凸角组合件46b、第三凸角组合件46c和第四凸角组合件46d。第一、第二、第三和第四凸角组合件46a、46b、46c和46d也可以被称为凸轮组合件。此外，每个可轴向移动的凸角组合件组件44仅包括单个筒形凸轮56。每个筒形凸轮56限定控制槽60。每个可轴向移动的凸角组合件组件44可以是整体式结构。因此，相同的可轴向移动的凸角组合件组件44的第一、第二、第三和第四凸角组合件46a、46b、46c可以相对于基轴35同时移动。然而，凸角组合件46a、46b、46c旋转地固定到基轴35。因此，凸角组合件46a、46b、46c、46d可以与基轴35同步旋转。

第一、第二、第三和第四凸角组合件46a、46b、46c、46d中每个都包括仅一组凸轮凸角50。筒形凸轮56设置在第三和第四凸角组合件46c、46d之间。每个可轴向移动的构件44包括仅一个筒形凸轮56。筒形凸轮56轴向设置在第三和第四凸角组合件46c、46d之间。第三和第四凸角组合件46c、46d的两组凸角50彼此轴向间隔开。

每个凸轮凸角组50包括第一凸轮凸角54a、第二凸轮凸角54b和第三凸轮凸角54c。可以设想，每个凸轮凸角组50可以包括多个凸轮凸角。凸轮凸角54a、54b、54c具有典型的凸轮凸角，其以三个独立步骤形成限定不同阀门升程的轮廓。作为非限定实例，凸轮凸角轮廓可以是圆形(例如，零升程轮廓)，以禁用阀门(例如，进气阀门26和排气阀门30)。凸轮凸角54a、54b、54c可以具有不同的凸角高度。

筒形凸轮56包括筒形凸轮主体58，且限定延伸到筒形凸轮主体58的控制槽60。控制槽60沿着对应的筒形凸轮主体58的圆周的至少一部分呈细长形。因此，控制槽60沿着对应的筒形凸轮主体58圆周向地设置。而且，控制槽60配置为、成形为并定尺寸为与致动器34a、34b中的一个相互作用。如下面详细描述的，致动器34a、34b之间的相互作用使得可轴向移动的结构44(以及因此的凸角组合件46a、46b、46c、46d)相对于基轴35轴向移动。

参照图2和图3，每个致动器34a、34b包括致动器主体62a、62b，以及可移动地联接到致动器主体62a、62b的第一和第二销64a、64b。每个致动器34a、34b的第一和第二销64a、64b彼此轴向间隔开，并且可以独立于彼此而移动。具体地说，第一和第二销64a、64b中每个可以，响应于来自控制模块16(图1)的输入和命令，相对于对应的致动器主体62a、62b，在缩进位置和伸展位置之间移动。在缩进位置，第一或第二销64a或64b不设置在控制槽60内。相反地，在伸展位置，第一或第二销64a或64b可以至少部分地设置在控制槽60内。因此，第一和第二销64a、64b可以，响应于来自控制模块16(图1)的输入或命令，朝向或远离筒形凸轮56的控制槽60而移动。因此，每个致动器34a、34b的第一和第二销64a、64b可以相对于对应的筒形凸轮56，在大致垂直于纵向轴线x的方向移动。

参照图4，凸轮轴组件33包括至少一个可轴向移动的凸角组合件组件44。尽管图4仅示出一个可轴向移动的凸角组合件组件44，可以设想的是，凸轮轴组件33可以包括更多的可轴向移动的凸角组合件组件。第一和第二凸角组合件46a、46b可操作地相关于发动机14(图1)的一个汽缸20a，而第三凸角组合件46c可操作地相关于发动机14的另一个汽缸20b。可轴向移动的结构44也可以包括多于或少于四个的凸角组合件46a、46b、46c、46c。不考虑凸角组合件的数量，每个可轴向移动的结构44可以仅包括单个筒形凸轮56。因此，凸轮轴组件33可以仅包括用于每两个汽缸20a、20b的一个筒形凸轮56。由于筒形凸轮56与一个致动器34a相互作用，以相对于基轴35轴向移动可轴向移动的结构44，因此凸轮轴组件33可以仅包括用于每两个汽缸20a、20c的单个致动器34a(或34b)。换言之，凸轮轴组件33可以包括用于每两个汽缸20a、20b的单个致动器34a。有用的是，对于每两个汽缸20a、20b具有仅一个筒形凸轮56和仅一个致动器34a，从而最小化制造成本。同样有用的是，在每个可轴向移动的结构44上具有仅一个筒形凸轮56，从而最小化制造成本。

如上所述，第一、第二、第三和第四凸角组合件46a、46b、46c、46d中每个都包括一组凸轮凸角50。每个凸轮凸角组50、52包括第一凸轮凸角54a、第二凸轮凸角54b和第三凸轮凸角54c。第一凸轮凸角54a可以具有第一最大凸角高度h1。第二凸轮凸角54b具有第二最大凸角高度h2。第三凸轮凸角54c具有第三最大凸角高度h3。第一、第二和第三最大凸角高度h1、h2、h3可以彼此不同。在图4所描绘的实施例中，第一和第二凸角组合件46a、46b的第一、第二和第三凸轮凸角54a、54b、54c具有不同的最大凸角高度，但是第三凸角组合件46c的第一和第二凸轮凸角54a、54b具有相同的最大凸角高度。换言之，第一最大凸角高度h1可以等于第二最大凸角高度h2。可选地，第一最大凸角高度h1可以与第二最大凸角高度h2不同。凸轮凸角54a、54b、54c的最大凸角高度对应于进气阀门26和排气阀门30的阀门升程。凸轮轴组件33可以通过调节凸轮凸角54a、54c、54d相对于基轴35的轴向位置来调节进气阀门26和排气阀门30的阀门升程。如果需要，这可以包括零升程凸轮轮廓。每个凸轮凸角组50中的凸轮凸角54a、54b、54c沿着纵向轴线x设置在不同的轴向位置上。

参照图4-5，凸角组合件46a、46b、46c、46d可以相对于基轴35在第一位置(图4)、第二位置和第三位置之间移动。要做到这点，筒形凸轮56可以与致动器34a物理地相互作用。如上所述，筒形凸轮56包括筒形凸轮主体58，且限定延伸到筒形凸轮主体58的控制槽60。控制槽60沿着对应的筒形凸轮主体58的圆周的至少一部分呈细长形。

图5示意性示出筒形凸轮56的控制槽60的一部分。控制槽60包括一对侧壁70、71，其限定销接合区域72、移动区域74和弹射区域76。壁70是推压壁，而壁71是锁定壁。控制槽60的销接合区域72具有第一槽宽度w1，其为常数且可以在w1和侧壁对70、71的第一部分70a、71a之间的w1’之间变化，第一槽宽度沿着与基轴35的旋转轴线正交的第一平面设置。

移动区域74从销接合区域72延伸，且具有侧壁70、71上的第二部分70b、71b，该第二部分70b、71b相对于侧壁70、71的第一平行部分70a、71a成角度。移动区域74也可以包括第一部分80，其从销接合区域72延伸，可以具有与第一槽宽度w1相同的宽度或者其宽度也可以变化。移动区域74具有第二部分82，其具有变化的槽宽度w2，该槽宽度w2相对于第一槽宽度w1不断地变化。变化的槽宽度部分w2可以沿着移动区域74大致的后一半延伸。弹射区域76从移动区域74延伸，且具有侧壁对70、71上的平行的第三部分70c、71c，弹射区域76具有窄于第一槽宽度w1的第三槽宽度w3。在侧壁对70的平行的第一部分70a和平行的第三部分70c内的侧壁垂直于基轴35的旋转轴线x。图5中曲线l图示出沿着槽60长度方向的，相对于重叠的旋转轴线α和宽度轴线w的槽60的宽度。基于部件的耐用性，槽宽度可以通过接合、移动和弹射槽的每个部分变化。

在图4中，可轴向移动的结构44相对于基轴35处在第一位置。当可轴向移动的结构44相对于基轴35在第一位置时，凸角组合件46a、46b、46c、46d在第一位置，并且每个凸角组合件46a、46b、46c、46d的第一凸轮凸角54a基本上与发动机阀门66对准。发动机阀门66表示如上所述的进气阀门26或排气阀门30。在第一位置，第一凸轮凸角54a可操作地联接到发动机阀门66。如此，发动机阀门66具有对应于第一最大凸角高度h1的阀门升程，其在本文中被称为第一阀门升程。换言之，当凸角组合件46a、46b、46c、46d在第一位置时，发动机阀门66具有对应于第一最大凸角高度h1的第一阀门升程。

在操作中，可轴向移动的结构44和凸角组合件46a、46b、46c、46d可以在第一位置(图4)、第二位置和第三位置之间移动，以调节发动机阀门66的阀门升程。如上所述，在第一位置(图4)，第一凸轮凸角54a大致与发动机阀门66对准。凸角组合件46a、46b、46c、46d的旋转使得发动机阀门66在打开与闭合位置之间移动。当凸角组合件46a、46b、46c、46d在第一位置(图4)时，发动机阀门66的阀门升程可以与第一最大凸角高度h1成比例。

为了将可轴向移动的结构44从第一位置(图4)移动到第二位置，当基轴35绕着纵向轴向x旋转时，控制模块16可以命令致动器34a将其第一销64a从缩进位置移动到伸展位置。在伸展位置，第一销64a可以至少部分地设置在控制槽60内。因此，控制槽60的销接合区域72配置为、成形为并定尺寸为当第一销64a在伸展位置时接收第一销64a。这时，致动器34a的第一销64a沿着控制槽60的移动区域74(图5)行进，而凸角组合件46a、46b、46c绕着纵向轴线x旋转。当第一销64a沿着控制槽60的移动区域74(图5)行进时，可轴向移动的结构44和凸角组合件46a、46b相对于基轴35在第一方向f上从第一位置(图4)轴向移动到第二位置。由于控制槽60具有变化的深度，当第一销64a沿着控制槽60的弹射区域76行进时，致动器34a的第一销64a可以机械地移动到其缩进位置。可选地，控制模块16可以命令第一致动器34a将第一销64a移动到缩进位置。

附图的详细描述支持和描述了本发明，但是本发明的范围仅由权利要求书限定。虽然详细描述了用于实施所申请保护的发明的一些最佳方式和其他实施例，存在用于实施所附权利要求所限定的本发明的各种可选的设计和实施例。出于示出和描述的目的，提供了对实施例的前述描述。其并不意图穷举或者限制本发明。具体实施例的单个元件或特征通常不限定于具体实施例，但即使未具体示出或描述，当在适用的时候，其可互换并且可以用在所选实施例中。其也可以以多种方式变化。这样的变化不能视为脱离了本发明，并且所有这样的修改都旨在被包括在本发明的范围内。