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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380036920.2(22)申请日 2013.07.121212683.5 2012.07.17 GBF01L 1/047(2006.01)F01L 1/344(2006.01)(71)申请人 麦加戴恩国际有限公司地址 英国牛津郡(72)发明人 I梅思利 NJ劳伦斯(74)专利代理机构 北京泛华伟业知识产权代理有限公司 11280代理人 蔡民军 谭彦闻(54) 发明名称同心凸轮轴装置(57) 摘要一种同心凸轮轴装置，其包括内轴 (12)、绕该内轴 (12) 同心布置且可转动地支撑在汽缸盖(21) 中的外管 (14)。安装第一组凸角。
2、 (16)至外管以随该外管(14)转动，并且第二组凸角(18)通过轴承轴颈可转动地支撑在该外管(14)上且与该内轴连接以随该内轴(12)转动。该外管 (14) 借助于滚动轴承 (42) 被支撑在该汽缸盖(21)中，并且设置给油机构(22,28)以便供应油来润滑该第二组凸轮凸角 (18) 的轴承轴颈。至少部分给油机构由该外管 (14) 的外表面 (20) 和汽缸盖 (21) 的内表面 (22) 之间的且轴向端部被密封 (48,50) 的径向游隙限定，该径向游隙比在该滚动轴承 (42) 处的任何径向游隙都大，从而该凸轮轴上的负载至少主要由该滚动轴承 (42) 承担。(30)优先权数据(85)PCT。
3、国际申请进入国家阶段日2015.01.09(86)PCT国际申请的申请数据PCT/IB2013/055764 2013.07.12(87)PCT国际申请的公布数据WO2014/013409 EN 2014.01.23(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图6页(10)申请公布号 CN 104428497 A(43)申请公布日 2015.03.18CN 104428497 A1/1 页21.一种同心凸轮轴装置，其包括内轴(12)、绕该内轴(12)同心布置且可转动地支撑在汽缸盖 (21) 中的外管 (14)、安装至外管以随该外管。
4、 (14) 转动的第一组凸角 (16)、通过轴承轴颈可转动地支撑在该外管(14)上且与该内轴(12)连接以随该内轴转动的第二组凸角 (18)、安装在该外管 (14) 和该汽缸盖之间的滚动轴承 (42)、以及用于供应油以润滑该第二组凸轮轴凸角 (18) 的所述轴承轴颈的给油机构 (22,28)，其中至少部分给油机构由在该外管 (14) 的外表面 (20) 和汽缸盖 (21) 的内表面之间的且轴向端部被密封 (48,50) 的径向游隙限定，该径向游隙比在该滚动轴承 (42) 处的任何径向游隙都大从而该凸轮轴上的负载至少主要由该滚动轴承 (42) 承担。2.根据权利要求 1 所述的同心凸轮轴装置，其。
5、中在所述外管和所述汽缸盖之间的所述径向游隙借助于第一密封环 (48) 和第二密封环 (50) 密封。3.根据权利要求 1 或 2 所述的同心凸轮轴装置，其中该外管 (214) 包括单独形成的给油套圈 (256)，其固定安装至该外管 (214) 的外表面以随其转动，该给油套圈 (256) 的外表面为因形成该给油机构的径向游隙而与该汽缸盖 (21) 的内表面间隔开的表面。4.根据权利要求 3 所述的同心凸轮轴装置，其中该给油套圈 (256) 的外表面的直径大体上等于该滚动轴承 (42) 的外径。5.根据权利要求 3 或 4 所述的同心凸轮轴装置，其中该给油套圈 (256) 用来限制该滚动轴承 (4。
6、2) 的轴向位移。6.根据权利要求 3 至 5 中任一项所述的同心凸轮轴装置，其中该给油套圈 (256) 还用来限制该凸轮轴的外管相对于该汽缸盖的位移。7.根据权利要求1至6中任一项所述的同心凸轮轴装置，其包括多个独立的给油机构，它们由该凸轮轴外管和该汽缸盖之间的游隙限定，这些给油机构借助密封彼此隔开 ( 图4)。8.根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的同心凸轮轴装置，其还包括凸轮轴相位器和可操作以向该凸轮轴相位器供油的相位器给油机构 (66)。9.根据权利要求 8 所述的同心凸轮轴装置，其中至少部分该相位器给油机构由该凸轮轴给油机构形成。10.根据权利要求 8 或 9 所述的同心凸轮轴装。
7、置，其还包括相位器限流机构，其可操作以控制该相位器给油机构中的油流量和方向的至少其中之一。11.根据权利要求1至10中任一项所述的同心凸轮轴装置，其还包括凸轮轴限流机构，其可操作以控制该凸轮轴给油机构中的油流量。权 利 要 求 书CN 104428497 A1/4 页3同心凸轮轴装置发明领域0001 本发明涉及同心凸轮轴装置且特别涉及使用滚动轴承来支撑该凸轮轴的负载的同心凸轮轴装置。本文所使用术语“滚动轴承”指的是抗磨轴承，其采用任何形式的滚动件，例如滚珠、柱形滚或针滚。0002 发明背景0003 已知的同心凸轮轴具有相对于彼此可转动的内轴和外管。安装第一组凸轮至该外管以随该外管转动，且把第二。
8、组凸轮安装在该外管上的轴承轴颈上并且借助于销与该内轴连接以随内轴转动，所述销延伸穿过该外管中的周向长槽。0004 这样的已知的同心凸轮轴通常使用流体动力学轴承被支撑在发动机中以允许所述凸轮轴在该发动机之内转动。JP2010196488描述了以这种方式支撑在汽缸盖中的同心凸轮轴的例子。0005 为了改善燃料消耗和降低二氧化碳排放，期望在汽车工业中最小化摩擦损耗。因此使用滚动轴承是有吸引力的，它显示出与传统的流体动力轴承相比更小的摩擦，以承担同心凸轮轴的负载。WO2012/014069 公开了用滚动轴承承担凸轮轴负载。0006 滚动轴承不但在特别是在较低发动机转速下的更低摩擦方面提供显著益处，而且。
9、在油供应方面需求非常少。因此，可减小油泵尺寸，有可能进一步降低损耗。0007 然而，使用滚动轴承存在问题，即在同心凸轮轴外管上支撑所述第二组可移动的凸轮凸角的轴承轴颈需要给油以减小摩擦并且防止在移动的凸轮凸角和凸轮轴外管之间的磨损。如果使用滚动轴承以承担已知同心凸轮轴的负载，那么不再可能通过该同心凸轮轴的一个或多个流体动力学的轴承轴颈来供给油，并且需要替代的给油以润滑第二组凸轮凸角的轴颈轴承。0008 发明目的0009 因此在汽车工业中期望提供改进的同心凸轮轴装置，其克服与已知装置相关的问题。发明内容0010 根据本发明，提供一种同心凸轮轴装置，其包括内轴、绕该内轴同心布置且可转动地支撑在汽缸。
10、盖中的外管、安装至外管以随该外管转动的第一组凸角、通过轴承轴颈转动支撑在该外管上且与该内轴连接以随该内轴转动的第二组凸角、安装在该外管和该汽缸盖之间的滚动轴承、以及用于供应油以润滑第二组凸角的轴承轴颈的给油机构，其中至少部分给油机构通过在该外管的外表面和汽缸盖内表面之间的且轴向端部被密封的径向游隙限定，该径向游隙比在该滚动轴承处的任何径向游隙都大，从而该凸轮轴上的负载至少主要由该滚动轴承承担。0011 密封机构优选包括第一和第二密封环，每个密封环提供在该外管的外表面和该汽缸盖的内表面之间的密封。0012 在一个实施例中，该外管包括单独形成的给油套圈，其固定安装至该外管的外表说 明 书CN 10。
11、4428497 A2/4 页4面以随该外管转动，该给油套圈的外表面为因形成该给油机构的径向游隙而与该汽缸盖内表面间隔开的表面。0013 该外部的外表面的直径可以大体上等于该滚动轴承的外径。附图说明0014 现在将通过实例参照下列附图来进一步描述本发明，其中 ：0015 图 1 是沿根据现有技术的同心凸轮轴装置纵轴线截取的截面图 ；0016 图 2 是沿根据本发明第一实施例的同心凸轮轴装置纵轴线截取的截面图 ；0017 图 3 是沿根据本发明第二实施例的同心凸轮轴装置纵轴线截取的截面图 ；0018 图 4 是沿根据本发明第三实施例的同心凸轮轴装置纵轴线截取的截面图 ；0019 图 5 是沿根据本。
12、发明第四实施例的同心凸轮轴装置纵轴线截取的截面图 ；以及0020 图 6 是沿图 5 的同心凸轮轴装置纵轴线截取的另一截面视图。具体实施方式0021 参考图 1，已知的同心凸轮轴 10 具有内轴 12 和外管 14。第一组凸轮 16 被安装至该外管 14 以随外管 14 转动，且把第二组凸轮 18 可转动地安装在外管 14 上的轴承轴颈上并且借助于销 19 与内轴 12 连接以随内轴转动，所述销穿过外管 14 中的周向长槽 30。0022 给油机构20设在一个或多个凸轮轴的流体动力学轴颈轴承22中并且通过该轴颈轴承 22 中的环槽 26 与外管 14 中的径向孔 24 连通，。0023 压力油。
13、被注入同心凸轮轴装置 10 然后沿限定在内轴 12 和外管 14 之间的给油通道 28 流动，以通过在外管 14 中、在第二组凸轮 18 的轴承轴颈正下方形成的槽 30 离开。0024 现在接下来的本发明具体实施方式中，相同的部件被分配有具有相同的低级有效位数的附图标记，但是根据实施例分为 100、200、300 或 400 系列。在所附的权利要求中，涉及几个实施例的各部件的附图标记的最高有效位数用撇号 () 替代。0025 参考图 2，根据本发明第一实施例，同心凸轮轴装置 100 包括具有内轴 112 和外管114 的同心凸轮轴 110。安装第一组凸轮 116 至外管 114 以随外管 11。
14、4 转动，且把第二组凸轮 118 可转动地安装在外管 114 上的轴承轴颈上并且通过销 19 连接至内轴 112 以随内轴转动。0026 该同心凸轮轴 110 同轴布置在汽缸盖 121 的开孔 122 内，由此，开孔 120 和外管114 的外表面之间存在预限定的游隙。0027 凸轮轴给油机构 120 形成在汽缸盖 121 的一部分或轴承座内。凸轮轴给油机构120 延伸至槽 126，其在外管 114 的外表面外周中形成且绕该外周延伸。多个周向间隔开的径向孔 124 从槽 126 穿过外管 114 的壁径向向内延伸。0028 径向孔124延伸进入管状润滑腔128，其形成在内轴112的外表面和外管。
15、114的内表面之间轴向延伸的给油通道。该润滑腔 128 延伸经过销 119。0029 润滑腔 128 由在内轴 112 的外表面和外管 114 的内表面之间的预限定的游隙形成。0030 在使用中，压力油被注入同心凸轮轴 110 并且流经润滑腔 128 以穿过销槽 130 离开，所述销槽在第二组凸轮 118 的轴承轴颈正下方、在外管 114 中形成。说 明 书CN 104428497 A3/4 页50031 因此，在内轴 112 和外管 114 之间的界面和第二组凸轮 118 的轴承轴颈均被充分润滑。0032 凸轮轴装置 100 还包括具有法兰部分 134 和管状部分 136 的驱动法兰 132。
16、。管状部分 136 具有对应于外管 114 外径的内径，从而驱动法兰 132 被安装至外管 114 的端部分138 以随该外管转动。0033 汽缸盖 121 的一部分被机加工为具有增加的内径 140 的区域，其用来限定容纳滚动轴承 142 的腔的两侧。所述轴承腔的另外两侧由管状部分 136 的外表面和法兰部分 134的径向表面限定。包括保持在轴承壳体 146 之内的滚动轴承元件 144 的滚动轴承 142 被压入轴承腔并且装配至该增加的内径 140 的表面。0034 滚动轴承元件 144 具有径向游隙，其小于在开孔 120 和外管 144 的外表面之间的预限定的径向游隙。这确保了全部凸轮轴负载。
17、至少主要由所述轴承承担，而不是部分地由所述给油机构分担。0035 同心凸轮轴装置100还包括第一密封148和第二密封150，其用作在外管114的外表面和汽缸盖部分 121 的开孔 120 之间的密封。0036 所述第一和第二密封 148 和 150 是环型或 O 圈型密封，其被设置在密封槽中，绕外管114的外表面外周、在油槽126的每一侧上形成一个密封槽，以便防止所不期望的油从外管 114 的外表面和开孔 120 的界面处形成的游隙中逸出。这确保了油从槽 126 进入径向孔124。0037 第三和第四密封 152、154 被设置在润滑腔 128 的相对的两端，并且在内轴 112 的外表面和外管。
18、 114 的内表面之间。第三和第四密封 152、154 是环型或 O 圈型密封，其就位在密封槽中，所述密封槽绕内轴 112 的外表面外周形成并且把油保持在润滑腔 128 之内。0038 第二组滚动轴承 156 在同心凸轮轴 110 的远离汽缸盖部分 121 的相对端处绕外管114 设置。0039 在图 3 中示出的实施例与图 2 中的实施例的不同在于，第二实施例具有独立形成的给油套圈 256，而非绕外管 ( 图 2 中的 114) 外周设置的油槽 ( 图 2 中的 126)，该给油套圈安装至外管 214 以便随该外管转动并且实际上形成该外管的一部分。油槽 226 绕给油套圈256的外周设置，并。
19、且被布置为接收来自给油机构220的油，所述给油机构设置在汽缸盖221的一部分中。油槽226与多个周向间隔开的径向孔258相通，所述径向孔延伸穿过给油套圈 256 的壁。0040 所述套圈 256 的径向孔 258 与设置在外管 214 中的径向孔 224 径向对准，所述外管中的径向孔如前所述将油供至润滑腔 228。然后所述油通过销槽 230 离开润滑腔 228，所述销槽在第二组凸轮 218 的轴承轴颈正下方、在外管 214 中形成。0041 此外，汽缸盖开孔 220 的直径与第一实施例中不同之处在于其等于轴承壳体 246的外径。这种装置具有通过避免机加工轴承腔的需要而在加工期间有降低成本的优势。
20、。0042 预限定的游隙存在于开孔 220 和套圈 256 的外表面之间。这确保了全部凸轮轴负载由所述轴承适当地承担，而不是部分地由所述给油机构分担。0043 根据第二实施例的这种装置还允许凸轮轴轴向止推控制。从给油套圈 256 的轴向端部伸出的法兰部分 260 抵接汽缸盖 221 的轴向表面，以限制该凸轮轴的轴向位移。0044 所述给油套圈还具有控制件 262，以控制滚动轴承 242 的端部浮动。说 明 书CN 104428497 A4/4 页60045 第一和第二密封 248、250 在套圈 256 的外表面和汽缸盖部分 221 的开孔 220 之间密封。0046 所述第一和第二密封 24。
21、8、250 是环型或 O 圈型密封，其被设置在密封槽中，绕套圈256的外表面外周、在油槽226的每一侧形成所述密封槽，以便防止所不期望的油从套圈256 外表面和开孔 220 的界面处形成的游隙中逸出。这确保了油从槽 226 通入径向孔 258。0047 将所述第一和第二密封 248、250 设置在套圈 256 中免除了在外管 214 中形成槽的需要，并且因此有利地允许所述凸轮轴维持其整体强度。0048 第三和第四密封 252、254 用于与在第一实施例中的密封 152 和 154 相同的目的。0049 本发明的第三实施例，如在图4中所示出的，包括设置在汽缸盖321的一部分中的第二给油机构364。
22、。该第二给油机构364用来向凸轮轴相位器供油腔366供应压力油，以与相位器连用，该相位器具有用于控制该凸轮轴相位的一体的滑阀。0050 第二油槽 368 绕给油套圈 356 的外周设置，并且被布置为接收来自第二给油机构364的油。第二油槽368与多个周向间隔开的第二径向孔370相通，所述径向孔延伸穿过给油套圈 356 的壁。0051 第二套圈径向孔 370 与多个周向间隔开的第二外管径向孔 373 对准，所述第二外管径向孔与相位器供油腔 366 流体连通，以向该腔提供来自第二给油机构 364 的压力油。0052 第五密封372被设置在绕套圈356的外周周向延伸的密封槽中，从而第二油槽368被设。
23、置在第一密封 350 和第五密封 372 之间。再次，第五密封 372 是环型或 O 圈型密封。0053 应明白，许多给油机构可被设置在同一凸轮轴装置中以适配需要两个供给 / 回路的标准凸轮轴相位器或需要四个供给 / 回路的双凸轮轴相位器。0054 图 5 和图 6 示出同心凸轮轴装置 400 的第四实施例，该同心凸轮轴装置具有与上述实施例相似的特征。此外，图5和图6示出了安装在汽缸盖421中的液压凸轮相位器474。不同于如第三实施例所描述地使用两个独立的给油机构，在这个实施例中使用单个给油机构 420，以将油注入同心凸轮轴 410 和相位器 474 二者中。0055 如关于前述实施例所描述的。
24、，给油机构 420 延伸进入套圈油槽 426，多个径向孔458 从该油槽延伸穿过套圈 456 并且与径向延伸穿过外管 414 的径向孔 424 对准。0056 外管径向孔424流体连通地延伸进入油分配器480，该油分配器480包括凸轮轴油分配器 482 和相位器油分配器 484。0057 凸轮轴油分配器 482 具有多个凸轮轴供油通路 486，它们与润滑腔 428 流体连通以向其供油。如上所述，润滑腔 428 供送油通过销槽 430，以润滑第二组凸轮 418 的轴承轴颈。0058 相位器油分配器484具有多个相位器供油通路488，它们与相位器供油腔466流体连通以向其供给压力油。0059 凸轮。
25、轴油分配器 482 还包括凸轮轴油限流机构 490( 或替代地这可以是小钻孔 )，以控制和平衡进入所述凸轮轴和相位器的相对油流量。0060 单向阀 492 可就位在相位器或凸轮轴的供给机构处以控制油流量并且当发动机停止时防止从相位器中排油。0061 图 6 提供了示出用于整体滑阀 496 的给油钻孔 494 的替代截面视图。说 明 书CN 104428497 A1/6 页7图 1( 现有技术 )说 明 书 附 图CN 104428497 A2/6 页8图2说 明 书 附 图CN 104428497 A3/6 页9图3说 明 书 附 图CN 104428497 A4/6 页10图4说 明 书 附 图CN 104428497 A。