技术领域
[0001] 本
发明涉及一种按照
权利要求1前序部分所述的配气机构/气
门传动机构(Ventiltriebvorrichtung)。
背景技术
[0002] 从DE 39 43 426C1中公知一种具有第一
凸轮轴单元、第二
凸轮轴单元和调节单元的
内燃机配气机构，该第一凸轮轴单元具有外轴和与外轴相连的主凸轮，该第二凸轮轴单元具有插入外轴中的内轴和与内轴相连的次凸轮，该调节单元设置用于相对调节这两个凸轮轴单元。
[0003] DE 10 2007 037747A1公开了一种内燃机配气机构切换装置，其带有一包括执行单元的切换装置，该执行单元设置用于基于至少一个
信号来执行第一切换过程，然后独立于
电子分析处理地执行第二切换过程。内燃机配气机构切换装置包括一控制门，该控制门由执行单元的至少两个切换单元形成。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是，提供一种低成本的配气机构。该技术问题按照本发明通过权利要求1的特征而解决。
从属权利要求给出了其它的构造方式。
[0005] 本发明涉及一种配气机构、特别是内燃机配气机构，所述配气机构具有第一凸轮轴单元、第二凸轮轴单元和调节单元，该第一凸轮轴单元具有外轴和与外轴相连的主凸轮，该第二凸轮轴单元具有在外轴中延伸的内轴和与内轴相连的次凸轮，该调节单元设置用于对这两个凸轮轴单元进行相对调节。
[0006] 本发明提出：将调节单元设置为提供一至少两级的、顺序/依次的气门行程切换/
气门升程转换，其中，所述凸轮轴单元中的至少一个具有至少两个轴元件，所述轴元件设置成在至少一个切换过程中被顺序地先后移动。通过该两级的顺序的气门行程切换可以使用于切换主凸轮和/或次凸轮的配气机构的构造简化。特别是由此可以降低制造主凸轮和/或次凸轮的成本，进而可以提供特别低成本的配气机构。“设置”特别应当理解为特殊的配置和/或设计。“两级的顺序的气门行程切换”应当特别理解为一种如下的切换过程：该切换过程以至少两个步骤先后地实现一气门行程切换。“切换过程”在此特别理解为使凸轮轴单元中的至少一个的至少一部分沿轴向移动。主凸轮和/或次凸轮有利地具有至少两个不同的凸轮型线，所述凸轮型线可以通过至少一个凸轮轴单元的轴向移动而被切换，从而提供气门行程切换。
[0007] 通过内轴的多体式的实施方式可以简单地实现顺序的气门行程切换。
[0008] 特别有利的是，轴元件设置用于构成内轴的至少一部分。由此可以特别简单地实现内轴的顺序移动，进而实现顺序的气门行程切换。
[0009] 在按照本发明的另一构造方式中，所述至少两个轴元件以抗相对转动并且可轴向移动的方式互相连接。由此可以不必将轴元件复杂地分开联接到
曲轴上，其中能够有利地同时实现该多体实施的内轴的顺序移动。
[0010] 特别优选的是，所述主凸轮中的至少一个和/或所述次凸轮中的至少一个具有至少两个分凸轮，所述分凸轮设置用于提供不同的气门行程。通过将主凸轮和/或次凸轮构造成(包括)分凸轮，可以特别成本低廉地制造具有不同凸轮型线的主凸轮和/或次凸轮。特别地，由此可以不用复杂地制造具有三维连续过渡的凸轮型线的凸轮。分凸轮有利地至少具有不同的行程高度，由此通过主凸轮和/或次凸轮的移动来提供特别有利的气门行程切换。
[0011] 此外提出，调节单元包括至少一个切换滑槽(Schaltkulisse)，所述切换滑槽设置用于在至少一个运行状态中至少使一部分主凸轮或一部分次凸轮沿轴向移动。由此可以实现主凸轮或次凸轮的简单和少维修的移动。“切换滑槽”应当特别理解为如下的结构：该结构将轴元件的旋转运动转化为用于调节轴元件的轴向
力。切换滑槽有利地具有至少一个滑槽道，一沿轴向固定的切换销有利地进入所述滑槽道中，该切换销借助该切换滑槽产生轴向力。一般地，轴元件的移动也可以按照本领域技术人员公知的其它方式进行，例如借助液力的(hydrodynamischen)、电子的和/或
气动的执行机构进行。切换滑槽有利地设置用于使内轴的两个轴元件顺序移动。
[0012] 特别有利的是，切换滑槽设置用于使所述至少两个轴元件至少部分地在运动上相互耦合以进行顺序移动。由此可以使切换滑槽的滑槽道的数量有利地保持很少，这样便可将切换滑槽建造成有利的紧凑的形状。“部分地在运动上相互耦合”在此应该特别理解为：切换滑槽被设置成通过一接合入切换滑槽中的切换装置使轴元件的移动相互耦合。特别应当理解的是，切换滑槽具有至少一个滑槽道，所述滑槽道设置用于顺序移动两个轴元件。
[0013] 同样有利的是，配气机构具有一形
锁合单元，所述形锁合单元设置成至少在一个运行状态下使内轴和外轴至少部分地可松脱地相互连接。由此可以简单地保证运行安全性/运行可靠性。
[0014] 此外提出，所述至少两个凸轮轴单元设置用于构成组合式的进
排气凸轮轴。由此可实现一种结构空间减小和重量减小的结构形式。“组合式的进排气凸轮轴”应当特别理解为一种如下的凸轮轴：在该凸轮轴中，主凸轮和次凸轮被构造成同轴布置的进气凸轮和排气凸轮。组合式的进排气凸轮轴设置用于致动进气门和排气门。对于构造成组合式的进排气凸轮轴特别有利的是，凸轮轴单元具有不同的气门致动
相位。“不同的气门致动相位”应当特别理解为布置成彼此错开一规定的
角度以提供不同的打开时间的气门致动。因此便绝不会时间相同地打开同一
气缸的两个气门、例如一个气缸的进气门和排气门。因此，所述气门的致动总是以相同的节奏进行。
[0015] 此外有利的是，配气机构具有连接元件，所述连接元件设置用于穿过外轴以进行接合并且使内轴与次凸轮固定连接。由此可以特别简单地实现内轴的移动，进而特别简单地实现次凸轮相对于外轴的移动，从而特别简单地实现次凸轮相对于主凸轮的移动。
[0016] 还有利的是，外轴具有配属于各个次凸轮的矩形的壁开口，所述壁开口设置用于提供至少一个用于气门行程切换的轴向调节路径/路程。由此可以简单地沿轴向移动内轴，进而简单地沿轴向移动次凸轮。由此还可以实现气门行程切换。矩形的壁开口也有利地提供了沿周向取向的调节路径，从而提供凸轮单元相对彼此的相位调节。
附图说明
[0017] 从以下附图描述中得到其它的优点。在附图中示出了本发明的两个
实施例。附图、
说明书和权利要求书包含大量组合的特征。本领域技术人员也可合理地单独考虑这些特征以及将其组合成有意义的、其它的组合形式。
[0018] 其中，
[0019] 图1示出处于第一切换
位置的、具有进气门和排气门的本发明配气机构，[0020] 图2示出配气机构的外轴，
[0021] 图3示出配气机构的内轴，
[0022] 图4示出切换滑槽的滑槽道，
[0023] 图5示出在从第一切换位置到第二切换位置的切换过程中的配气机构，
[0024] 图6示出处于第二切换位置的配气机构，以及，
[0025] 图7示出一另一构型的、用于多气门技术的配气机构。
具体实施方式
[0026] 图1示出构造为内燃机配气机构的、用于控制四个直列布置的气缸的配气机构。气缸分别包括至少一个进气门32a、33a、34a、35a和至少一个排气门36a、37a、38a、39a。为了致动进气门32a、33a、34a、35a和排气门36a、37a、38a、39a，配气机构具有互相组合在一起的第一凸轮轴单元和第二凸轮轴单元。第一凸轮轴单元包括外轴10a和与该外轴10a相连的主凸轮11a、12a、13a、14a。第二凸轮轴单元包括内轴15a和与该内轴15a相连的次凸轮16a、17a、18a、19a。在此，内轴15a在外轴10a中延伸。
[0027] 这两个凸轮轴单元形成了一组合式的进排气凸轮轴，其对于每个气缸具有一用于进气门32a、33a、34a、35a的气门致动相位和一用于排气门36a、37a、38a、39a的气门致动相位。进气门32a、33a、34a、35a和排气门36a、37a、38a、39a的致动主要区别在于它们的致动相位彼此错开大约90度。为了控制气缸，每个气缸分别配备有一个主凸轮11a、12a、13a、14a和一个次凸轮16a、17a、18a、19a。每个气缸的排气门36a、37a、38a、39a由一个主凸轮11a、12a、13a、14a来致动，而其进气门32a、33a、34a、35a由一个相邻的次凸轮16a、17a、
18a、19a来致动。为了控制四个气缸，配气机构具有四个主凸轮11a、12a、13a、14a和四个次凸轮16a、17a、18a、19a。
[0028] 为了相对彼此调节凸轮轴单元，配气机构具有调节单元22a，该调节单元22a包括两个功能。调节单元22a的第一功能是对所述两个凸轮轴单元的相位进行调节。调节单元22a特别地设置为，设定所述两个凸轮轴单元相对彼此的相对相位。为了调节相位，调节单元22a例如可以具有至少一个调节器，该调节器起作用地布置在两个凸轮单元之间。原则上还可以考虑一种具有两个彼此独立调节的调节器的构造方式，所述调节器起作用地分别布置在曲轴和凸轮单元之一之间。作为调节器在此可使用
叶片调节器。
[0029] 调节单元22a的第二功能是使第一凸轮轴单元相对于第二凸轮轴单元进行轴向移动，由此提供了一两级的顺序的气门行程切换。借助调节单元22a可以对进气门32a、33a、34a、35a的气门行程进行切换。
[0030] 外轴10a构造为空
心轴，其以抗相对转动地并且轴向固定的方式与主凸轮11a、12a、13a、14a相连(参见图2)。主凸轮11a、12a、13a、14a具有为致动排气门36a、37a、38a、
39a而设的凸轮型线。为进行支承，外轴10a包括至少一个驱动侧的第一支承位40a和背离驱动侧的第二支承位41a。第一支承位40a设置用于固定
轴承。第二支承位41a设置用于
浮动轴承。在这两个支承位40a、41a之间设有其它的支承位42a。
[0031] 次凸轮16a、17a、18a、19a以可旋转并且可轴向移动的方式支承在外轴10a上。在外轴10a中延伸的内轴15a被构造成多体式的(参见图3)。该内轴包括与未详细示出的曲轴作用联接的传动
法兰/驱动法兰43a和两个分别与次凸轮16a、17a、18a、19a联接的轴元件20a、21a。次凸轮16a、17a、18a、19a分别具有两个分凸轮，所述分凸轮分别提供不同的凸轮型线。通过使内轴15a沿轴向移动、从而使次凸轮16a、17a、18a、19a沿轴向移动，进行气门行程切换。通过将次凸轮16a、17a、18a、19a构造为进气凸轮，在气门行程切换中特别是对各气缸的进气门32a、33a、34a、35a的气门升程进行转换。
[0032] 内轴15a的两个轴元件20a、21a以可轴向移动并且抗相对转动的方式互相连接。次凸轮16a、17a、18a、19a分别成对地与轴元件20a、21a中的一个联接。为了将内轴15a与次凸轮16a、17a、18a、19a固定连接，第二凸轮轴单元包括连接元件23a、24a、25a、26a，它们穿过外轴10a使轴元件20a、21a与对应的次凸轮16a、17a、18a、19a分别以抗相对转动并且轴向固定的方式相连。连接元件23a、24a、25a、26a在该实施例中实施为栓件。
[0033] 外轴10a具有壁开口27a、28a、29a、30a，所述壁开口分别被其中一个连接元件23a、24a、25a、26a穿过。这四个壁开口27a、28a、29a、30a构造为矩形。连接元件23a、24a、
25a、26a穿过壁开口27a、28a、29a、30a接合入外轴10a中。在周向上，壁开口27a、28a、29a、
30a的尺寸对应于在凸轮轴单元之间可调的相位。在轴向上，壁开口27a、28a、29a、30a的尺寸对应于用于气门行程切换的轴向调节路径60a。
[0034] 在切换过程中，借助调节单元22a顺序地先后移动内轴15a的轴元件20a、21a。为了使轴元件20a、21a运动、从而使次凸轮16a、17a、18a、19a运动，调节单元22a具有第一和第二切换装置，其可借助切换滑槽31a移动轴元件20a、21a。
[0035] 第一切换装置具有第一执行机构和第一切换元件。切换元件部分地构造为切换销，该切换销在第一切换元件的切换位置中移出。在该切换位置中，切换销接合入切换滑槽31a的第一滑槽道44a中(参见图4)。借助第一切换装置和第一滑槽道44a，可以使轴元件
20a、21a在第一切换方向上移动。
[0036] 第二切换装置类似地构造。其具有第二执行机构和第二切换元件，该第二切换元件同样部分地构造为切换销。切换销在切换位置中接合入切换滑槽31a的第二滑槽道45a中。借助第二切换装置和第二滑槽道45a，可以使轴元件20a、21a在与第一切换方向相反的第二切换方向上移动。
[0037] 用于移动轴元件20a、21a的滑槽道44a、45a构造为槽形的凹陷部。为了形成滑槽道44a、45a，切换滑槽31a具有两个滑槽道元件46a、47a，这两个滑槽道元件分别与轴元件20a、21a之一固定相连。滑槽道44a、45a直接安装到滑槽道元件46a、47a中。为了顺序移动轴元件20a、21a，滑槽道元件46a、47a处于如下区域中：在该区域中，所述滑槽道元件以相互邻接的、L形的、沿轴向交叠的方式被构造。在周向上，在滑槽道44a、45a的区域中，每个滑槽道元件46a、47a占据180度的转角。在大于360度的转角上延伸的滑槽道44a、45a分别部分地布置在轴元件20a上并且部分地布置在轴元件21a上。
[0038] 这两个滑槽道具有双重S形结构的基本形状(参见图4)。滑槽道44a、45a包括各一个用于使切换销进入的进入段48a和49a、各两个用于顺序移动滑槽道元件46a、47a的切换段50a、51a、52a、53a和各一个移出段54a、55a，借助该移出段使切换元件再次进入。切换段50a、51a、52a、53a分别完全布置在滑槽道元件46a、47a中的一个上，其中相互跟随的切换段50a、51a、52a、53a交替地布置在滑槽道元件46a、47a上。借助切换段50a、51a、52a、53a和滑槽道元件46a、47a的旋转运动，提供用于切换轴元件20a、21a的轴向力。两个滑槽道44a、45a的切换段50a、51a、52a、53a在此设置用于不同的切换方向。滑槽道元件46a、
47a分别与相邻布置的次凸轮17a、18a固定相连。由于次凸轮17a、18a和与所述次凸轮对应的轴元件20a、21a固定连接，滑槽道元件46a、47a的轴向移动导致对应的轴元件20a、21a的轴向移动，从而导致次凸轮16a、17a、18a、19a的轴向移动。
[0039] 通过切换滑槽31a使轴元件20a、21a在运动技术上部分地彼此耦合。借助调节元件22a可以顺序移动轴元件20a、21a。在此根据配气机构的转角来移动轴元件20a、21a。在第一切换方向上，首先移动轴元件21a，然后当完全移动了轴元件21a
时移动轴元件20a。
在第二切换方向上，首先移动轴元件20a，然后移动轴元件21a。通过在运动技术上的耦合，根据内轴15a的转速，一个轴元件20a、21a的移动导致另一个轴元件20a、21a的在时间上错开的移动。仅移动一个轴元件20a、21a而不随后移动另一个轴元件20a、21a的情况是不可能的。
[0040] 轴元件21a和轴元件20a在耦合位置P′处以抗相对转动并且能轴向移动的方式——例如借助齿接合——互相连接。此外，在耦合位置P处，传动法兰43a同样以抗相对转动地并且能轴向移动的方式——例如借助齿接合——与轴元件20a相连。通过传动法兰43a导入一转矩，该转矩通过耦合位置P被传递到轴元件20a上并且通过耦合位置P′被继续传递到轴元件21a上。
[0041] 两个用于使切换元件运动的执行机构分别具有一用于使切换元件移出的电磁单元。所述执行机构构造为双稳态系统，在所述系统中切换元件在电磁单元不通电的情况下在移入状态和移出状态中都保持在其位置上。为了使切换元件移出，给相应的电磁单元通电。借助滑槽道44a、45a来实现切换元件的移入。
[0042] 借助切换段50a、51a、52a、53a，可以切换出轴元件20a、21a的两个不同的切换位置。次凸轮16a、17a、18a、19a分别具有两个分凸轮，借助所述分凸轮提供次凸轮16a、17a、18a、19a的不同的凸轮型线。分凸轮被分派给轴元件20a、21a的各切换位置。次凸轮16a、
17a、18a、19a的分凸轮设置用于选择性地致动恰好一个进气门32a、33a、34a、35a，所述分凸轮分别布置成直接相邻。次凸轮16a、17a、18a、19a的分凸轮的
基圆相位总是相同。切换段50a、51a、52a、53a分别在配属于相应的轴元件20a、21a的次凸轮50a、51a、52a、53a的基圆相位中移动轴元件20a、21a。
[0043] 次凸轮16a、17a、18a、19a的凸轮型线主要在行程高度上不同。小凸轮型线对应于第一切换位置并且具有小行程高度。大凸轮型线配属于第二切换位置并且具有大行程高度。第一分凸轮具有小凸轮型线，而第二分凸轮具有大凸轮型线。进气门32a、33a、34a、35a利用具有两个凸轮型线不同的分凸轮的次凸轮16a、17a、18a、19a来致动，在轴元件20a、21a的第一切换位置中，所述进气门利用次凸轮16a、17a、18a、19a的具有比相邻分凸轮小的行程高度的分凸轮来致动。在轴元件20a、21a的第二切换位置中，利用次凸轮16a、17a、
18a、19a的具有比相邻分凸轮大的行程高度的分凸轮来致动相对应的进气门32a、33a、
34a、35a，所述进气门是利用具有两个凸轮型线不同的分凸轮的次凸轮16a、17a、18a、19a来致动的。
[0044] 在第一切换位置中，轴元件20a沿轴向一直移动至传动法兰43a上的止挡上。轴元件21a在第一切换位置中沿轴向一直移动至轴元件20a上的止挡上(参见图1)。在第二切换位置中，轴元件21a沿轴向一直移动至外轴10a的止挡上。轴元件20a在第二切换位置中沿轴向一直移动至轴元件21a上的止挡上(参见图6)。在第一切换位置中，具有小行程的分凸轮被分派给进气门32a、33a、34a、35a，而在第二切换位置中具有大行程的分凸轮被分派给所述进气门。
[0045] 为了在切换位置中固定轴元件20a、21a，配气机构包括形锁合单元，其各自具有两个分别配属于轴元件20a、21a之一的压
块。在切换位置中，形锁合单元的压块使内轴15a的轴元件20a、21a与外轴10a以可松脱的方式相连。外轴10a在其内侧上具有缺口，所述缺口与切换位置相对应并且在切换位置中与内轴固定相连的压力件接合到所述缺口中。形锁合单元借助压力件构造为球锁结构。
[0046] 在轴元件20a、21a被切换到处于第一切换位置的运行状态中，借助第一分凸轮来致动进气门32a、33a、34a、35a。为了将轴元件20a、21a切换到借助第二分凸轮来致动进气门32a、33a、34a、35a的第二切换位置，将第一切换装置切换到其切换位置，由此使第一切换销接合入进入段48a中。借助内轴15a的旋转运动，切换段50a的形状提供一轴向力，该轴向力使轴元件21a和与轴元件21a相连的次凸轮18a、19a朝向第二支承位41a的方向移动。由此，在进气门32a、33a的致动保持不变期间，轴元件21a被切换到第二切换位置，所述进气门由余下的、与轴元件20a耦合的次凸轮16a、17a来致动(参见图5)。在该运行状态中，轴元件20a、21a的切换过程完成一半。然后，通过内轴15a的进一步旋转运动，轴元件20a借助第一切换销和切换段51a被切换到其第二切换位置，由此也为与轴元件20a耦合的次凸轮16a、17a切换出第二分凸轮(参见图6)。通过到达移出段54a和使第一切换销移入而完成所述切换过程。气门行程切换由此被实现为两级的顺序的气门行程切换。
[0047] 从第二切换位置返回至第一切换位置中的切换过程类似地进行，其中第二切换销接合入第二滑槽道中并且从轴元件20a开始将轴元件20a、21a先后移动到第一切换位置中。在向第一切换位置切换的切换过程中，同样实现了两级的顺序的气门行程切换。
[0048] 图7示出了本发明的另一个实施例。为了区别各实施例，在图1至6中的实施例的附图标记中的字母a均由在图7中的实施例的附图标记中的字母b来代替。以下描述基本上局限于各实施例之间的区别。对于相同的构件、特征和功能可以参见对图1至6中的实施例的描述和/或图示。
[0049] 图7示出了构造为内燃机配气机构的、用于控制四个直列布置的气缸的配气机构的类似实施方式。与上述实施例不同的是，每个气缸配有两个进气门和两个排气门。为了致动进气门和排气门，配气机构具有互相组合在一起的第一凸轮轴单元和第二凸轮轴单元。第一凸轮轴单元包括外轴10b和与该外轴10b相连的主凸轮11b、11b′、12b、12b′、13b、
13b′、14b、14b′。第二凸轮轴单元具有内轴15b和与该内轴15b相连的次凸轮16b、16b′、
17b、17b′、18b、18b′、19b、19b′。主凸轮11b、11b′、12b、12b′、13b、13b′、14b、14b′由两个凸轮型线相同的分凸轮构成，而次凸轮16b、16b′、17b、17b′、18b、18b′、19b、19b′由两个凸轮型线不同的分凸轮构成。
[0050] 这两个凸轮轴单元构成组合式的进排气凸轮轴，其对每个气缸具有一个用于进气门的气门致动相位和一个用于排气门的气门致动相位。外轴15b构造为空心轴，一多体式构造的内轴15b在该空心轴中延伸，其中内轴15b由传动法兰43b和两个轴元件20b、21b构成。在此，传动法兰43b和两个轴元件20b、21b以抗相对转动地并且可轴向移动的方式互相连接。
[0051] 为了使凸轮轴单元相对彼此转动和移动，配气机构具有一调节单元22b。为了使轴元件20b、21b轴向移动，调节单元22b具有切换滑槽31b，该切换滑槽使两个轴元件20b、21b顺序地按照两级方式轴向移动。
[0052] 用于致动相同气缸的排气门的主凸轮11b、11b′、12b、12b′、13b、13b′、14b、14b′分别布置成直接相邻，由此使与该主凸轮对应的次凸轮16b、16b′、17b、17b′、18b、
18b′、19b、19b′分隔开。次凸轮16b′与17b、次凸轮17b′与18b、以及次凸轮18b′与
19b同样布置成直接相邻，其中次凸轮16b′与17b、17b′与18b、18b′与19b负责致动不同气缸的进气门。直接相邻的次凸轮16b′与17b以及次凸轮18b′与19b互相固定连接。
直接相邻的次凸轮17b′、18b借助切换滑槽31b相连接。为了使内轴15b与次凸轮16b、
16b′、17b、17b′、18b、18b′、19b、19b′固定连接，第二凸轮轴单元包括连接元件23b、
24b、25b、26b、56b、57b，所述连接元件穿过外轴10b使轴元件20b、21b分别以抗相对转动地并且轴向固定的方式与对应的次凸轮16b、16b′、17b、17b′、18b、18b′、19b、19b′相连。
连接元件56b设置用于使直接相邻的次凸轮16b′、17b与轴元件20b、21b固定连接，连接元件57b设置用于使直接相邻的次凸轮18b′、19b与所述轴元件固定连接。通过主凸轮
11b、11b′、12b、12b′、13b、13b′、14b、14b′和次凸轮16b、16b′、17b、17b′、18b、18b′、
19b、19b′的这样的布置方式，外轴10b与前面提及的实施例不同地分别具有三个壁开口
27b、28b、29b、30b、58b、59b。通过壁开口27b、28b、29b、30b、58b、59b，在外轴10b上以抗相对转动并且能移动的方式支承的次凸轮16b、16b′、17b、17b′、18b、18b′、19b、19b′借助连接元件与内轴15b固定连接，其中次凸轮16b′与17b互相耦合，次凸轮18b′与19b互相耦合。
