本發(fā)明涉及用于將凸輪軸安裝在內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸蓋中的軸承元件，其中，軸承元件圍繞軸承環(huán)，凸輪軸以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在軸承環(huán)中，其中，軸承元件由第一材料制成，該第一材料的膨脹系數(shù)大于制成軸承環(huán)的第二材料的膨脹系數(shù)。本發(fā)明還涉及由軸承元件、軸承環(huán)和凸輪軸構(gòu)成的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

安裝在滑動軸承中的凸輪軸早已是公知的，而且該凸輪軸在設(shè)計方面不需要特別高的花費。然而，為了減重的目的，越來越多的內(nèi)燃發(fā)動機零件由特別輕質(zhì)的材料、比如鋁或者甚至塑料制成，所以必須特別注意不同材料制成的部件之間的過渡。在凸輪軸的情況下，例如軸承元件由輕質(zhì)材料制成而凸輪軸自身仍然由合金鋼制成。

如已知的，輕質(zhì)材料的膨脹系數(shù)(鋁：縱向膨脹系數(shù)α＝23.1*10^-6K^-1)大于合金鋼的膨脹系數(shù)，合金鋼的縱向膨脹系數(shù)約為輕質(zhì)材料的縱向膨脹系數(shù)的一半。事實上，空間膨脹系數(shù)γ甚至可以為γ＝3*α。由于由鋼制成并被安裝在由鋁制成的軸承中的凸輪軸的這些不同的膨脹系數(shù)，軸承游隙隨著發(fā)動機升溫而改變，使得軸承間隙增加。隨著發(fā)動機升溫，增大的軸承間隙導(dǎo)致油通過量相應(yīng)地增加。在本文中，該效果不取決于軸承的設(shè)計，具體地?zé)o論其是以軸承座模塊的形式還是如常規(guī)的安裝在氣缸蓋中或?qū)б苤卸紩a(chǎn)生這種效果。在該情況下，軸承通道是分開的還是閉合的并不重要。

DE 10 2012 007 334 A1公開了用作軸承支承件的塑料凸輪軸模塊，該塑料凸輪軸模塊鑄造或注模在單獨生產(chǎn)的鋼軸承環(huán)周圍。然而，該軸承環(huán)不能適當(dāng)?shù)乇３衷谒芰现小?/p>

因此，本發(fā)明的目的是提出一種具有簡單的結(jié)構(gòu)并且在生產(chǎn)方面成本有效的軸承元件，該軸承元件是輕質(zhì)的并且是足夠穩(wěn)定的，并且具有在內(nèi)燃發(fā)動機的整個溫度范圍內(nèi)相對于凸輪軸盡可能恒定的軸承游隙，因此減小了油通過量。本發(fā)明的另一目的是提出一種由軸承元件和凸輪軸構(gòu)成的相應(yīng)的系統(tǒng)。

這些目的通過如權(quán)利要求1所要求保護的軸承元件和如權(quán)利要求7所要求保護的系統(tǒng)來實現(xiàn)。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中描述了有利的實施方式。

根據(jù)權(quán)利要求的措詞，本發(fā)明利用了材料配對屬性以及因此得到的制成軸承元件和軸承環(huán)的材料的不同的膨脹系數(shù)，以利用不同的膨脹來促進軸承元件和軸承環(huán)的相互支撐。特別優(yōu)選的材料配對包含由鋼或灰口鑄鐵、特別是GJL(灰鑄鐵)制造的軸承環(huán)和凸輪軸，而圍繞著軸承環(huán)的軸承元件由較輕質(zhì)的材料、比如鋁或鎂合金制成。為了實現(xiàn)均勻的膨脹，有利地，使制成軸承環(huán)的第二材料的膨脹系數(shù)與制成待被容納在軸承環(huán)中的凸輪軸的材料的膨脹系數(shù)至少近似相等。

本發(fā)明的重要方面在于在軸承元件與軸承環(huán)之間形成的過渡表面的特定造型部。在本文中，造型部被理解為軸承環(huán)上的輪廓與軸承元件上的配合輪廓的配對。根據(jù)本發(fā)明，造型部的兩側(cè)包括將軸承環(huán)和軸承元件保持在一起的保持結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，這些保持結(jié)構(gòu)設(shè)計成使得它們利用在加熱時不同膨脹的效果來進一步增強相互的接合，而不是使相互的接合減弱。因此，膨脹使保持結(jié)構(gòu)的支撐更強。根據(jù)本發(fā)明的造型部實現(xiàn)了在所插入的軸承環(huán)的附著性方面以及軸承環(huán)與軸承元件之間的力的定向傳遞方面的一些改進。

因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括軸承元件，該軸承元件由第一材料制成，并且由第二材料制成的軸承環(huán)以形狀配合的方式保持在該軸承元件中。以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在軸承環(huán)中的凸輪軸為該系統(tǒng)的另一部分并且由第三材料制成。根據(jù)本發(fā)明，軸承元件的第一材料的膨脹系數(shù)大于第二材料的膨脹系數(shù)和第三材料的膨脹系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明，軸承環(huán)的外表面設(shè)置有以形狀配合的方式與形成在軸承元件的圍繞軸承環(huán)的內(nèi)表面上的配合輪廓相接合的輪廓，其中，由輪廓和配合輪廓形成的造型部形成保持結(jié)構(gòu)，所述保持結(jié)構(gòu)在熱膨脹的情況下支撐彼此。在本文中，第二材料的膨脹系數(shù)至少近似等于第三材料的膨脹系數(shù)。

例如通過形成底切的保持結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)優(yōu)化的保持效果和良好的力傳遞效果，所述底切可以在一定程度上補償不同的材料膨脹。在本文中，如果由此形成的造型部凹入到軸承環(huán)的外表面中以作為包括凹部的結(jié)構(gòu)，并且造型部以軸對稱的型式圍繞軸承環(huán)，則是有利的。然后，形成在軸承元件上的配合輪廓對應(yīng)地接合在凹部中。

替代地或進一步地，保持結(jié)構(gòu)也可以形成突出至相應(yīng)的其它材料中的一個或更多個錨定部/錨固部。在這種情況下，如果造型部從軸承環(huán)的外表面延伸出來使得造型部在軸承環(huán)的外表面上方隆起并且形成接合在軸承元件中的至少一個錨定部，則是有利的。

另一可能方案包括設(shè)置由沿軸向方向和周向方向兩者延伸的齒狀部組成的保持結(jié)構(gòu)，其中有利地可以通過機械工藝或化學(xué)工藝、例如使用阿爾芬工藝來使表面粗糙化，從而增加表面面積。

然而，所有的這些實施方式都包含下述事實：軸承環(huán)的外表面設(shè)置有與形成在軸承元件的圍繞軸承環(huán)的內(nèi)表面上的配合輪廓以形狀配合的方式接合的輪廓。根據(jù)本發(fā)明，由輪廓和配合輪廓形成的造型部使得輪廓和配合輪廓形成為在熱膨脹的情況下支撐彼此的保持結(jié)構(gòu)。

除了改進軸承環(huán)在軸承元件中的固位以外，此支撐還確保軸承環(huán)在加熱情況下不會比安裝在軸承環(huán)中的凸輪軸膨脹得更寬。因此，通過有目的地利用形成凸輪軸的配對部的座架的混合型材料系統(tǒng)的不同熱膨脹也實現(xiàn)了凸輪軸與軸承環(huán)之間的恒定的軸承游隙，并且因此實現(xiàn)潤滑油的恒定的、低的消耗。混合型材料系統(tǒng)也使以成本有效的方式制造輕質(zhì)的且還足夠穩(wěn)定的簡單軸承元件成為可能。

在特別的優(yōu)選實施方式中，凸輪軸座架具有模塊化的整體結(jié)構(gòu)。為此，如果根據(jù)本發(fā)明的形成有輪廓的軸承環(huán)被保持在以軸承座的形式的模塊中，則是有利的。理想地，軸承環(huán)通過鑲鑄在特別是由鋁或鎂合金制成的軸承座中而一體地形成。

由于凸輪軸模塊通常包括兩個平行的凸輪軸，因此在兩個軸承環(huán)被連接至共用錨定部——該共用錨定部被設(shè)計為呈“雙軸承板”的形式的橋元件——的情況下，則是特別有利的。在一個有利的實施方式中，因此形成的雙軸承板被鑲鑄在軸承元件中。因此，根據(jù)本發(fā)明的混合型結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于雙軸承座。該實施方式的特別的優(yōu)點在于，當(dāng)齒型輪坐置在凸輪軸上時，由于這種雙軸承板的材料具有相同的膨脹系數(shù)，使得無論在什么溫度下齒面游隙都保持恒定。這樣減少了噪音的排放。

具體實施方式

以下參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的模塊的實施方式進行更詳細(xì)地闡述，其中：

圖1示出了具有底切的軸承環(huán)，該軸承環(huán)被注模到軸承座中；

圖2示出了力從軸承座向軸承環(huán)的傳遞；

圖3示出了具有形成有輪廓的軸承環(huán)的軸承座；

圖4示出了具有已注模的包括側(cè)向孔眼的軸承環(huán)的軸承座；

圖5示出了具有已注模的包括錨定部的軸承環(huán)的軸承座；

圖6示出了注模到軸承座中的雙軸承板。

圖1a示出了單獨的軸承座1，該軸承座1與被注?；蜩傝T在軸承座1中的軸承環(huán)2一起形成用于內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸蓋中的凸輪軸(未示出)的座架。軸承座1由鋁鑄造并且包括兩個螺紋孔3，軸承座1通過所述兩個螺紋孔3被緊固至凸輪軸模塊的基部。還可看到油道4，該油道4采用了從下方穿過軸承座1和軸承環(huán)2通入到滑動軸承中(還參見圖1b)孔的形式。圖1b示出了穿過圖1a的軸承座1的截面。圖1b示出了表示軸承環(huán)2的外護套的具有兩個底切6的輪廓5，所述兩個底切6通過呈M狀外形的凸起部形成。軸承座1的材料接合在底切的后面。

圖2a以截面圖的方式示出了軸承座1和鑲鑄進去的軸承環(huán)2的相似的組合。在這種情況下，造型部為切入到軸承環(huán)的外護套中的楔形凹部6。圖2b詳細(xì)地示出了凹部6的楔形外形。另外，箭頭示出了在軸承環(huán)2上的正在冷卻中的軸承座1的力流(force flow)?？梢钥吹?，該力流沿徑向向內(nèi)。在加熱時，鋁制軸承座1比鋼制軸承環(huán)2膨脹的多，從而產(chǎn)生沿軸向方向的張力。

圖3a和圖3b示出了變型實施方式，其中設(shè)置有采用軸向延伸的凹部7和周向延伸的凹槽8的形式的保持結(jié)構(gòu)。在該情況下，通過使用阿爾芬(alfin)工藝使表面面積增加，以便產(chǎn)生較好的附著性。

圖4以剖開狀態(tài)示出了實施方式，其中，軸承環(huán)2的保持結(jié)構(gòu)形成了多個錨定部，所述多個錨定部伸入到軸承座1的材料中并且被軸承座1的材料圍繞，由此處于形狀配合的型式。在本文中，在軸承環(huán)2的螺紋接合平面的兩側(cè)上模制有兩個模制的孔眼9，該兩個模制的孔眼9的尺寸設(shè)定成使得孔眼9的孔與側(cè)向的螺紋孔3在一條直線上，該孔眼9用作錨定部。如果軸承座通過插入到螺紋孔3的螺釘螺紋連接至凸輪軸模塊上，則螺釘也穿過孔眼9。圖3所示的實施方式的情況也是這樣，在軸承環(huán)2中設(shè)置有周向延伸的凹槽8并且凹槽8提供了額外的穩(wěn)定性?？梢宰⒁獾?，該實施方式也具有通入到軸承環(huán)2中的油道4。

在圖5的示例性實施方式中，油道4被引入到模制在軸承環(huán)2上并且沿豎向向下突出的錨定部10中。在本文中，被軸承座的材料底切的另一種軸向凸出部11可以如圖5中所示地設(shè)置在軸承環(huán)2的上端部處。

在圖6的示例性實施方式中，兩個軸承環(huán)2經(jīng)由呈橋元件12的形式的共用錨定部連接，并且因此形成“雙軸承板”13。以該方式形成的雙軸承板再被鑲鑄在軸承元件1中。

附圖標(biāo)記列表

1 軸承座

2 軸承環(huán)

3 螺紋孔

4 油道

5 輪廓

6 底切

7 凹部

8 凹槽

9 孔眼

10 錨定部

11 凸出部

12 橋元件

13 雙軸承板