包括重量降低特徵的凸輪軸及形成方法
2023-06-26 03:23:21
專利名稱：包括重量降低特徵的凸輪軸及形成方法
技術領域：
本公開涉及發動機凸輪軸，並且更特別地涉及輕重量凸輪軸組件。
背景技術：
本部分提供涉及本公開的背景信息，其不必是現有技術。發動機凸輪軸組件可包括位於空心管的外表面上的多個突出部，例如凸角和主軸承支撐部或軸頸。在發動機操作期間，凸輪軸組件旋轉並且凸角動作以打開發動機的進氣閥和/或排氣閥。軸頸提供軸承表面，以便支撐發動機的凸輪軸組件。凸輪軸的質量影響發動機的效率，並且在機動車輛的情況下影響燃料經濟性。因此，發動機設計人員通常嘗試通過各種手段減小發動機組件的質量。
發明內容
本部分提供本公開的一般性概述，而不是其全部範圍或全部特徵的詳細公開。一種凸輪軸組件可包括軸和聯接到所述軸的凸輪組件。所述凸輪組件可包括具有內表面和外表面的空心結構，多個突出部位於所述外表面上。所述內表面可限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷。所述多個突出部中的至少一個可包括掏空部分。一種發動機組件可包括發動機結構和凸輪軸組件。所述凸輪軸組件可包括軸和聯接到所述軸的凸輪組件。所述凸輪組件可包括具有內表面和外表面的空心結構，多個突出部位於所述外表面上。所述內表面可限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷。所述多個突出部中的至少一個可包括掏空部分。一種組裝凸輪軸組件的方法可包括提供軸以及形成凸輪組件。所述凸輪組件可包括具有內表面和外表面的空心結構，多個突出部位於所述外表面上。所述內表面可限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷。所述多個突出部中的至少一個可包括掏空部分。所述凸輪組件可與所述軸聯接。進一步應用領域將從本文提供的描述變得直觀。本發明內容中的描述和具體示例意在僅為說明之目的並且無意限制本公開的範圍。本發明還提供了以下方案 1. 一種凸輪軸組件，包括
軸；和
與所述軸聯接的凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中
所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分。2.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述軸是空心的。3.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述軸與所述凸輪組件摩擦性接
I=I O
4.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凸輪組件與所述軸整體形成。5.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凸輪組件通過熔模鑄造工藝製造。6.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凹陷包括至少一個非凹陷部分。7.如方案1所述的凸輪軸組件，其特徵在於
所述內表面限定與所述多個突出部中的每個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的每個限定掏空部分。8. 一種發動機組件，包括 發動機結構；和
凸輪軸組件，所述凸輪軸組件包括 軸；和
與所述軸聯接的凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中
所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分。9.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於，所述軸是空心的。10.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於，所述軸與所述凸輪組件摩擦性接
I=I O11.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於，所述凸輪組件與所述軸整體形成。12.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於，所述凸輪組件通過熔模鑄造工藝製造。13.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於，所述凹陷包括至少一個非凹陷部分。14.如方案8所述的發動機組件，其特徵在於
所述內表面限定與所述多個突出部中的每個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的每個限定掏空部分。15. 一種方法，包括 提供軸；
形成凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中
所述凸輪組件的所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並
且
所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分；並且聯接所述凸輪組件和所述軸。16.如方案15所述的方法，其特徵在於，形成所述凸輪組件包括熔模鑄造工藝。17.如方案15所述的方法，其特徵在於，所述凹陷包括至少一個非凹陷部分。18.如方案15所述的方法，其特徵在於，聯接所述凸輪組件和所述軸包括摩擦性接合所述凸輪組件和所述軸。
19.如方案15所述的方法，還包括感應硬化所述凸輪組件。20.如方案15所述的方法，其特徵在於，聯接所述凸輪組件和所述軸包括穿球工藝。
本文所描述的附圖僅為說明之目的並無意以任何方式限制本公開範圍。圖1是根據本公開的一個示例性凸輪軸組件的透視圖； 圖2是圖1所示凸輪軸組件的剖視圖3是根據本公開的一個示例性凸輪軸組件的透視圖； 圖4是根據本公開的一個示例性凸輪軸組件的透視圖； 圖5是根據本公開的一個示例性凸輪軸組件的局部分解透視圖；以及圖6是根據本公開的包括示例性凸輪軸組件的發動機組件的示意性剖視圖。
在遍及幾幅附圖中，對應的附圖標記表示對應的部件。
具體實施例方式現在將參照附圖更全面地描述本公開的示例。下面的描述本質上僅為示範性的， 並且無意限制本公開、應用或用途。參見圖1，示出了凸輪軸組件10。凸輪軸組件10可包括軸12和至少一個凸輪組件14。在圖1所示的示例中，凸輪軸組件10包括沿軸10的軸向長度L分布的五個凸輪組件14。每個凸輪組件14可包括一個或多個突出部16。作為非限制性示例，凸輪軸組件10 的突出部16可以是凸角，如周知的，其用於操作來打開發動機的進氣閥和/或排氣閥，和/ 或可以是軸頸，其用作凸輪軸組件10的主軸承支撐部。在圖1所示的示例中，在凸輪軸組件10的每個端部處的凸輪組件14各自包括兩個突出部16 (—個凸角以及一個軸頸)，而凸輪軸組件的中部中的三個凸輪組件14各自包括三個突出部(兩個凸角以及一個軸頸)。如圖2所示，凸輪組件14可以是空心結構(例如柱形管)，其包括外表面17和內表面19。突出部16可位於外表面17上並且從外表面17延伸。作為非限制性示例，內表面和外表面17、19 二者的輪廓均可被設置成使得可減小凸輪組件14和相關聯的凸輪軸組件10 的總質量。如上所述，一個或多個突出部16可從凸輪組件14的外表面17突出。為了實現凸輪組件14質量的減小，所有突出部16或者其子集可包括掏空部分16U。掏空部分16U可構造成使得沿突出部16的接觸表面16C的軸向長度L大於沿凸輪組件14的外表面17的軸向長度16L』。此外，在保持突出部16和凸輪組件14的強度、結構完整性以及性能的同時， 掏空部分的高度16H可增加以最大化地減小質量。也可設置內表面19的輪廓以便減小凸輪組件14的質量。如圖2所示，例如，所有突出部16或者其子集可包括形成在凸輪組件14的內表面19中並由其限定的凹陷15。凹陷15可與其相關聯的突出部16對準。凹陷15可包括凹陷深度15D，在保持突出部16和凸輪組件14的強度、結構完整性以及性能的同時，凹陷深度15D可增加以最大化地減小質量。凹陷深度15D可沿著凸輪組件14的圓周變化，使得可進一步地減小凸輪組件14的質量。在一個非限制性示例中，凹陷深度15D可變化使得在突出部16的接觸表面16C和內凹陷表面15C之間保持基本恆定的材料厚度15H。參見圖3和圖4，示出了凸輪軸組件10的每個端部處的凸輪組件14。在圖3和圖 4的非限制性示例中，凸輪組件14可包括一個或多個聯接開口 140。聯接開口 140可例如用於將經組裝的凸輪軸組件10聯接到發動機組件。聯接開口 140可以是至少部分地軸向延伸穿過突出部16的空心凹陷。為了適應聯接開口 140，突出部16中的聯接開口 140所延伸通過的凹陷15可被非凹陷部分150中斷，並且包括非凹陷部分150。非凹陷部分150 可由凸輪組件14的內表面19限定。以此方式，通過在適當位置包括凹陷15，聯接開口 140 可在結構上不受影響，而同時減小突出部16的質量。參見圖5，示出了示例性凸輪軸組件10。軸12可包括空心結構(例如鋼管)，其可與凸輪組件14物理地聯接。軸12可插入一個或多個空心凸輪組件14並且與內表面19摩擦性地接合，例如通過下面將更全面描述的穿球方法(即，為了測定一個孔口的大小或對孔口表面進行磨光或其他目的而將一個硬質鋼球穿過孔口的方法)進行。以此方式，凸輪組件 14和軸12可被聯接以一起旋轉。下面描述製造凸輪軸組件(例如上述的凸輪軸組件10)的一個示例性方法。可提供軸12。如上所述，軸12可包括空心管結構。作為非限制性示例，軸12可以是薄壁管結構，其被設計成減小軸12的質量，而同時也維持凸輪軸組件10的強度、結構完整性和性能。可形成凸輪組件14。在第一非限制性示例中，凸輪組件14可通過熔模鑄造工藝形成。熔模鑄造工藝可包括在陶瓷或類似材料的殼體中形成熔模(investment)的步驟。該殼體可填充有將用於形成凸輪組件14的熔融材料，例如鋼。在材料冷卻時，可例如通過錘打、振動、化學去除或其他工藝去除殼體。替代性地，殼體可能在冷卻時就開始破裂並且從凸輪組件14掉落。對比其他鑄造工藝，熔模的精確度減少了為了完成凸輪組件14而需的機加工的量。在第二非限制性示例中，凸輪組件14可通過粉末冶金(「PM」)工藝形成。然而，在PM工藝的情況下，凸輪組件14與軸12的聯接(下面將描述)可通過燒結粘接實現。可例如通過感應硬化、火焰硬化、雷射硬化或任何其他硬化工藝來硬化所形成的凸輪組件14。凸輪組件14可作為整體被硬化或者可對凸輪組件14的獨立部件(例如突出部16)進行硬化。然後，經硬化的凸輪組件14可與軸12聯接，下面將更全面地描述。凸輪組件14和軸12可通過彼此摩擦性接合而聯接，例如通過穿球工藝。在穿球工藝中，凸輪組件14可定位在空心管狀軸12上。然後，管狀軸12可擴張以將凸輪組件14 保持就位。這可通過夾持軸12的端部以防止縱向增長並且迫使球(或者直徑越來越大的多個球)穿過管狀軸12來實現。一個或多個球比原始的軸12內徑更大，因而使軸12擴張來接合凸輪組件14。也可採用其他方式來聯接凸輪組件14與軸12，例如燒結粘接、焊接、縮配合、脹開心軸工藝或者任何其他方法。應理解的是，凸輪軸組件10的部件可通過多種方式彼此聯接，並且本公開不限於摩擦接合。例如，在各種實施例中，軸12可與凸輪組件14成為整體以形成單件的凸輪軸組件10。在這些實施例中，由於軸12和凸輪組件14可形成為單個的單件，所以可省略將軸 12聯接到凸輪組件14的步驟。參見圖6，發動機組件20可包括發動機結構30，由發動機結構30旋轉地支撐的曲軸32，聯接到曲軸32的一個或多個活塞34，可旋轉地支撐在發動機結構30上的進氣和排氣凸輪軸組件36、38，閥升程組件44，至少一個進氣閥46以及至少一個排氣閥50。凸輪軸組件36、38中的一個或兩個可具有上述凸輪軸組件10的結構。在當前非限制性示例中，發動機組件20被示作為雙頂置凸輪軸發動機，其中，發動機結構30包括旋轉地支撐進氣和排氣凸輪軸組件36、38的汽缸蓋54。然而，應當理解的是，本公開不限於頂置凸輪軸構造。發動機缸體56可限定汽缸孔58。汽缸蓋M和發動機缸體56中的汽缸孔58可協作以限定燃燒室60。
權利要求
1.一種凸輪軸組件，包括 軸；和與所述軸聯接的凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分。
2.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述軸是空心的。
3.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述軸與所述凸輪組件摩擦性接合。
4.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凸輪組件與所述軸整體形成。
5.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凸輪組件通過熔模鑄造工藝製造。
6.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於，所述凹陷包括至少一個非凹陷部分。
7.如權利要求1所述的凸輪軸組件，其特徵在於所述內表面限定與所述多個突出部中的每個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的每個限定掏空部分。
8.一種發動機組件，包括 發動機結構；和凸輪軸組件，所述凸輪軸組件包括 軸；和與所述軸聯接的凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分。
9.如權利要求8所述的發動機組件，其特徵在於，所述軸是空心的。
10.一種方法，包括 提供軸；形成凸輪組件，所述凸輪組件包括具有內表面和外表面的空心結構以及所述外表面上的多個突出部，其中所述凸輪組件的所述內表面限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷，並且所述多個突出部中的至少一個限定掏空部分；並且聯接所述凸輪組件和所述軸。
全文摘要
本發明涉及包括重量降低特徵的凸輪軸及形成方法。具體地，一種凸輪軸組件可包括凸輪組件和軸。所述凸輪組件可包括具有內表面和外表面的空心結構。多個突出部可位於所述空心結構的所述外表面上。所述凸輪組件的所述內表面可限定與所述多個突出部中的至少一個軸向對準的凹陷。所述凸輪組件可與所述軸聯接。
文檔編號F01L1/047GK102191960SQ201110057240
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優先權日2010年3月10日
發明者G·E·克萊弗, R·K·埃爾尼克, S·G·瓦卡德 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司