CN102022148B - 带有调谐质量阻尼器的凸轮轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有调谐质量阻尼器的凸轮轴。一种凸轮轴组件可包括适于被旋转驱动的第一轴，固定为与第一轴共同旋转的第一凸角构件，固定于第一轴的扭振阻尼器。所述扭振阻尼器可包括固定于第一轴的质量结构和位于所述质量结构与第一轴之间并将所述质量结构与第一轴联接的弹性构件。所述弹性构件具有能够向所述凸轮轴组件提供第一边频固有频率和第二边频固有频率的弹簧常数。

Description

带有调谐质量阻尼器的凸轮轴

技术领域

本发明涉及发动机凸轮轴组件，特别是同心的凸轮轴组件。

背景技术

这部分提供了与本发明相关的背景信息，但不必然是现有技术。

内燃式发动机在汽缸内燃烧空气和燃料的混合物来制造驱动扭矩。通过气门系控制空气和燃料进入和排出汽缸。气门系通常包括凸轮轴，凸轮轴致动进气门和排气门从而控制进入汽缸的燃料和空气、排出汽缸的废气的正时和量。在顶置凸轮轴(OHC)气门系中，凸轮轴位于燃烧室上面的气缸盖中，通常通过联接于进气门和排气门的挺杆致动进气门和排气门。

在每个气缸中具有多个进气门和/或排气门的发动机可包括双顶置凸轮轴(OHC)气门系结构。双顶置凸轮轴气门系通常包括第一凸轮轴和第二凸轮轴，第一凸轮轴致动进气门而第二凸轮轴致动排气门。通常，这些凸轮轴包括相应于各自进气门和排气门的每一个的凸角，所述凸角控制着气门正时。一些凸轮轴是同心凸轮轴，其为致动气门的第一凸角构件和第二凸角构件之间的相对旋转做好准备。第一凸角构件固定于管状的外轴而与所述外轴共同旋转。第二凸角构件可由所述外轴径向支撑并可固定成与内轴共同旋转。内轴可位于外轴内部并可被外轴径向支撑。

凸轮移相器可与所述外轴和内轴联接并可控制所述外轴和所述内轴之间的相对旋转位置。以这种方式，利用所述凸轮移相器通过改变气门开启的持续时间来调整总体的气门正时。正时轮与所述外轴和内轴中的一个联接从而可用于感测相应的轴的旋转位置。

发明内容

凸轮轴组件可包括适于被旋转驱动的第一轴、被固定为与所述第一轴共同旋转的第一凸角构件和扭振阻尼器。所述扭振阻尼器可包括质量结构和弹性构件，该弹性构件位于质量结构和第一轴之间并联接该质量结构和第一轴。弹性构件具有弹簧常数从而向所述凸轮轴组件提供第一边频固有频率和第二边频固有频率。

在可选的布置中，凸轮轴组件包括第一轴组件和第二轴组件。第一轴组件可包括第一轴和固定于第一轴的第一凸角构件。第一轴适于被旋转驱动并可具有轴向延伸的孔。第二轴组件可包括第二轴、第二凸角构件和扭振阻尼器。第二轴可置于所述轴向延伸的孔内并可相对于所述第一轴旋转。第二轴可还包括适于被旋转驱动的第一端部以及与第一端部相对的第二端部。第二凸角构件可旋转地支撑在所述第一轴上并被固定为与第二轴共同旋转。所述扭振阻尼器固定于所述第二轴。

在可选的布置中，凸轮轴组件可包括第一轴组件和第二轴组件。第一轴组件可包括第一轴和固定于第一轴的第一凸角构件。第一轴可适于被旋转驱动并限定出轴向延伸的孔。第二轴组件包括第二轴、第二凸角构件和固定于第二轴的扭振阻尼器。第二轴可置于轴向延伸的孔中并可相对于所述第一轴旋转。第二轴可包括适于被旋转驱动的第一端部以及与第一端部相对的第二端部。第二凸角构件可以被旋转地支撑在所述第一轴上并被固定为与第二轴共同旋转。所述扭振阻尼器可包括环形圈和弹性构件，该弹性构件位于所述环形圈和第二轴之间并联接该环形圈和第二轴。弹性构件可适于在第二轴旋转期间提供所述环形圈的第一旋转振荡，该第一旋转振荡与第二轴的相应的第二旋转振荡异相。

在其他领域的适用性将从本文提供的描述变得明显。发明内容中的说明以及具体的实施例其目的仅是说明性的，其目的并不是限制本发明的范围。

本发明还提供了以下方案：

方案1.一种凸轮轴组件，包括：

适于被旋转驱动的第一轴；

被固定而与第一轴共同旋转的第一凸角构件；和

固定于第一轴上的扭振阻尼器，该扭振阻尼器包括质量结构和位于质量结构与第一轴之间的弹性构件，该弹性构件将质量结构和第一轴联接且所述弹性构件具有弹簧常数，所述弹簧常数为所述凸轮轴组件提供第一边频固有频率以及第二边频固有频率。

方案2.根据方案1所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括用于所述凸轮轴组件的调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器控制所述第一轴在该第一轴运行速度范围内的共振行为。

方案3.根据方案1所述的凸轮轴组件，其中所述第一边频固有频率低于基于在所述第一轴的运行速度范围内对所述第一轴的扭矩输入的预定频率，且第二边频固有频率高于所述预定频率。

方案4.根据方案3所述的凸轮轴组件，其中所述第一和第二边频固有频率在所述第一轴的运行速度范围之内。

方案5.根据方案1所述的凸轮轴组件，其中所述质量结构包括正时齿圈，该正时齿圈适于在所述第一轴旋转期间相对于所述第一轴旋转。

方案6.根据方案1所述的凸轮轴组件，其中所述质量结构包括设置在第一轴径向外侧的环形圈，弹性构件包括固定于第一轴的毂和从所述毂径向延伸到所述环形圈的多个辐条。

方案7.根据方案6所述的凸轮轴组件，其中每一个辐条包括基本上与扭振阻尼器的旋转轴线平行延伸的平面构件，所述平面构件的横向厚度小于所述平面构件的相应纵向厚度并小于所述平面构件的相应径向厚度。

方案8.根据方案7所述的凸轮轴组件，其中所述毂、环形圈和多个辐条作为单个构件整体形成。

方案9.一种凸轮轴组件包括：

第一轴组件，其包括第一轴以及固定于该第一轴的第一凸角构件，所述第一轴适于被旋转驱动且限定轴向延伸的孔；和

第二轴组件，其包括第二轴、第二凸角构件和扭振阻尼器，该第二轴被置于所述轴向延伸的孔中且可相对于所述第一轴旋转并包括适于被旋转驱动的第一端部和与第一端部相对的第二端部，所述第二凸角构件被旋转支撑在第一轴上且被固定为与第二轴共同旋转，所述扭振阻尼器固定在第二轴上。

方案10.根据方案9所述的凸轮轴组件，其中所述的扭振阻尼器固定于所述第二轴的第二端部并包括正时齿圈，该正时齿圈适于在第二轴旋转期间相对于所述第二轴旋转。

方案11.根据方案9所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括用于第二轴组件的调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器控制着在第二轴组件旋转期间第二轴响应于对第二轴的扭矩输入的共振行为。

方案12.根据方案9所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括固定于第二轴的毂、在所述毂径向外侧设置的环形圈和弹性构件，该弹性构件包括从所述毂径向延伸到所述环形圈的多个辐条且所述多个辐条将所述毂和所述环形圈联接。

方案13.根据方案12所述的凸轮轴组件，其中所述多个辐条包括基本上平行于所述扭振阻尼器的旋转轴线延伸的多个平面构件，每一个辐条都有横向厚度，该横向厚度小于与所述平面构件的相应纵向厚度并小于所述平面构件的相应径向厚度。

方案14.根据方案12所述的凸轮轴组件，其中所述毂、环形圈和弹性构件作为单个构件整体形成。

方案15.一种凸轮轴组件包括：

第一轴组件，其包括第一轴以及固定于该第一轴的第一凸角构件，所述第一轴适于被旋转驱动且限定轴向延伸的孔；和

第二轴组件，其包括第二轴、第二凸角构件和扭振阻尼器，该第二轴被置于该轴向延伸的孔中且可相对于所述第一轴旋转，第二轴包括适于被旋转驱动的第一端部，以及与第一端部相对的第二端部，所述第二凸角构件被旋转支撑在第一轴上且被固定为与第二轴共同旋转，所述扭振阻尼器固定在第二轴上，所述扭振阻尼器包括环形圈和弹性构件，该弹性构件设置在所述环形圈和第二轴之间并联接所述环形圈和第二轴，且该弹性构件适于在第二轴旋转期间提供所述环形圈的第一旋转振荡，该第一旋转振荡与第二轴相应的第二旋转振荡异相。

方案16.根据方案15所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括用于第二轴组件的调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器控制着第二轴在其运行速度范围内的共振行为。

方案17.根据方案16所述的凸轮轴组件，其中所述弹性构件具有弹簧常数，当把所述扭振阻尼器看作是刚体时，该弹簧常数向所述扭振阻尼器提供了在所述第二轴组件的固有频率的20％内的固有频率。

方案18.根据方案15所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器固定于第二轴的第二端部，所述环形圈包括适于在第二轴旋转期间相对于所述第二轴旋转的正时齿圈。

方案19.根据方案15所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括固定到所述第二轴的毂，所述环形圈设置在第二轴的径向外侧，所述弹性构件包括从所述毂径向延伸到所述环形圈的多个辐条。

方案20.根据方案19所述的凸轮轴组件，其中所述多个辐条中的每一个都包括基本上平行于所述扭振阻尼器的旋转轴线延伸的平面构件，并且该平面构件的横向厚度小于与所述平面构件的相应纵向厚度并小于所述平面构件的相应径向厚度。

附图说明

这里所示附图仅是说明性质的，并不作为对本发明范围的限制。

图1是根据本发明的汽缸盖组件的一部分的平面图；

图2是图1中汽缸盖组件的剖视图；

图3是图1中凸轮轴组件和凸轮移相器的立体图；

图4是图1中凸轮轴组件的立体分解图；

图5是图1中凸轮轴组件的局部剖视图；

图6是图1中正时轮的立体图；

图7是图示图1中凸轮轴组件的扭矩输入的图表；

图8是图示图1中凸轮轴组件对图7中扭矩输入的旋转响应图表。

在整个附图中相同的附图标记指示相同的部件。

具体实施方式

现在参照相应的附图对本发明的几种具体实施例进行更完整的说明。下面的内容实质上仅是典型的说明，并不对本发明及其应用或者使用起限定作用。

参考图1-2，其描述了发动机组件的汽缸盖组件10。所示的汽缸盖组件10是顶置凸轮轴的类型，并且可安装在发动机气缸体结构(未示出)上。然而，本发明并不限于顶置凸轮轴的布置。发动机气缸体结构可以是包括但不限于直列型和V型构造的若干构造中的一种。

汽缸盖组件10可包括汽缸盖结构12，进气气门系组件14和排气气门系组件16。汽缸盖结构12支撑进气气门系组件14和排气气门系组件16，还可以包括多个进气口20，排气口22和流体通道24。进气口20和排气口22分别导引进气空气进入汽缸和导引废气排出汽缸。流体通道24可导引加压流体从发动机内部流向进气气门系组件14和排气气门系组件16中的各个部件。

进气气门系组件14可包括多个进气门组件30，该进气门组件30由进气凸轮轴组件34通过进气门升程机构32致动。进气气门系组件14可还包括凸轮移相器36。排气气门系组件16可包括多个排气门组件40，该排气门组件40由排气凸轮轴组件44通过排气门升程机构42致动。

排气门组件40、排气门升程机构42分别与进气门组件30、进气门升程机构32基本上相似。因此，简便起见，接下来仅对进气门组件30和进气门升程机构32进行详细说明，可以理解该说明同样适于排气门组件40和排气门升程机构42。

排气凸轮轴组件44可以是如图所示常规的单凸轮轴的类型。相应地，简便起见，对排气凸轮轴组件44不具体描述。作为选择，排气凸轮轴组件44可以与进气凸轮轴组件34基本上是相似的。虽然不对排气凸轮轴组件44进行详细描述，可以理解，接下来所提供的对进气凸轮轴组件34的说明同样适用于排气凸轮轴组件44。

特别地参考图2，进气门组件30可包括设置在进气口20内的进气门50，和弹簧元件52。进气门50可由弹簧元件52偏压至关闭位置。

进气门升程机构32可包括摇臂54和间隙调节器56。摇臂54的一端可与相应的进气门50接合，摇臂54的另一端可与相应的间隙调节器56接合。摇臂54可绕相应的间隙调节器56枢转并可包括滚筒元件58，这些滚筒元件58绕轴60枢转并且与相对应的凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98接合。间隙调节器56可以是液压致动的并可提供液压间隙调节，该液压间隙调节使摇臂54、凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98和进气门50之间保持接合。通过流体通道24向间隙调节器56提供加压流体。

虽然图1-2描述摇臂型进气门升程机构32，可以理解本发明并不仅限于摇臂型构造，而同样适用于其他常规的气门升程机构。作为非限制性的例子，本发明适于包括挺杆的气门升程机构，该挺杆位于进气门和凸轮轴之间并直接与进气门和凸轮轴接合。

进气凸轮轴组件34可位于进气门50和摇臂54的上面，并可被固定为在汽缸盖结构12中绕旋转轴线62一起旋转。进气凸轮轴组件34可由多个轴承盖64支撑，这些轴承盖64可沿进气凸轮轴组件34的长度轴向地间隔开。

另外参考图3-5，进气凸轮轴组件34可包括第一轴组件70和第二轴组件72。第一轴组件70可包括第一轴78和第一组凸角构件80，82，84，86，88。第二轴组件72包括第二轴90、第二组凸角构件92，94，96，98、传动销100和正时轮102。

第一轴78可以被固定为与凸轮移相器36一起旋转，并包括多个轴颈110、轴孔112和多个周向槽114。轴颈110被加工在外表面116上，并且可接合汽缸盖结构12，包括相应的多个轴承盖64。轴颈110可以位于相邻的凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98之间。可选地，或者额外地，轴颈110可以位于凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98的相邻的凸角对之间。轴孔112可通过第一轴78的中心延伸并可可容纳第二轴90。周向槽114可以横向延伸穿过第一轴78并可接收相应的传动销100。周向槽114可以允许传动销100的旋转行进，还可以限制传动销100的轴向运动。

第一组凸角构件80，82，84，86，88被接收到第一轴78上且固定成与和第一轴78共同旋转。作为非限制性的例子，第一组凸角构件80，82，84，86，88可以与第一轴78摩擦接合。

第二轴90可同轴地位于轴孔112内部并被轴孔112径向支撑。第二轴90可以被固定为和凸轮移相器36一起旋转并能够相对于第一轴78旋转。第二轴90可包括径向孔118，这些径向孔118接收相应的传动销100从而联接第二组凸角构件92，94，96，98，使得该第二组凸角构件92，94，96，98与第二轴90共同旋转。

第二组凸角构件92，94，96，98可被接收在第一轴78上并被第一轴78径向支撑。第二组凸角构件92，94，96，98可包括肩部122，该肩部122包括邻接周向槽114的侧孔124。侧孔124可接收相应的传动销100从而联接第二组凸角构件92，94，96，98，使得该第二组凸角构件92，94，96，98与第二轴90共同旋转。

凸角构件80，82，84，86和凸角构件92，94，96，98可与相应的摇臂54接合从而致动相应的进气门50。凸角构件80，82，84，86中的每一个可设置成邻接凸角构件92，94，96，98中相应的一个从而形成多个凸角对126。每个凸角对126可对应于发动机多个汽缸中的一个。凸角构件88可与燃料泵(未示出)接合且致动该燃料泵(未示出)。

凸轮移相器36可被曲轴(未示出)驱动可并包括第一移相器构件130和第二移相器构件132。第一移相器构件130可由曲轴驱动并可联接到第一轴78。第二移相器构件132与第二轴90联接。第一和第二移相器构件130，132可分别提供在第一轴78和第二轴90之间的轴向对齐布置，从而可禁止第一轴78和第二轴90之间的轴向位移。第一移相器构件130和第二移相器构件132相互之间可相对转动。凸轮移相器36可被致动而使第一轴78和第二轴90相对旋转，从而改变气门正时和有效的气门开启期。

正时轮102可被固定为与第二轴90共同旋转，并可位于第二轴90的与凸轮移相器36相对的端部上。正时轮102可被用来感测第二轴90的旋转位置。正时轮102可被用来感测第二轴90相对于作为参照的发动机另外一个部件的旋转位置，例如相对于曲轴。根据前述的方式，正时轮102还可以被用来感测凸角构件92，94，96，98相对于参照旋转位置的旋转位置。正如下文讨论，正时轮102可以形成扭振阻尼器，更准确地说是调谐质量阻尼器。该调谐质量阻尼器控制着第二轴组件72对于进气气门系组件14的扭矩输入所产生的扭转响应。虽然此处是在作为正时轮102的一部分的非限定实施例中进行讨论，可以理解本发明同样适用于多种布置中，在这些布置中旋转阻尼器没有任何正时功能。

正时轮102可以阻尼扭转响应，在该扭转响应中第二轴组件72的固有频率出现在预定频率范围内，在该预定频率范围内扭矩输入的能量值很高并且如果不实施阻尼可能会出现共振类型的行为。如果不进行阻尼，第二轴组件72表现出的扭转响应会导致气门回位速度、气门正时和/或缸-缸空气分配的变化。未阻尼的响应还可能导致机械疲劳。

正时轮102可通过作为用于第二轴组件72的调谐质量阻尼器来控制扭转响应。正时轮102可将第二轴组件72的固有频率分成双峰边频固有频率，使得在扭转响应中实现更低的振幅。其中一个边频固有频率可出现在预定频率范围内，而另一个边频固有频率可出现在高于预定频率范围处。

另外参考图6，正时轮102可包括通过弹性构件144联接至正时齿圈142的毂140。毂140、正时齿圈142和弹性构件144可一体地形成一个单独的构件，并由相同的基材形成。毂140可基本上是管状的并可固定在第二轴90上。

正时齿圈142可包括环形圈146、第一齿组148和第二齿组150。环形圈146被设置为在毂140的径向外侧。环形圈146可与毂140是同心的。第一齿组148和第二齿组150可围绕着环形圈146的外周在预定的旋转位置从环形圈146径向向外突出。第一齿组148和第二齿组150可与环形圈146一体地构成。第一齿组148在圆周方向的宽度可以与第二齿组150不同，第一齿组148可比第二齿组150在圆周方向的宽度更小。第二轴90的旋转位置可通过传感器(未示出)感测，该传感器探测第一齿组148和第二齿组150的出现及旋转。

弹性构件144可以设置在毂140和环形圈146之间。弹性构件144可构造成使得正时齿圈142的第一旋转质量与第二轴组件72的包括毂140在内的其他部件的第二旋转质量柔性地隔离。弹性构件144通过柔性地隔离前述多个旋转质量结构，从而可引入额外的自由度，该自由度使得正时轮102能作为第二轴组件72的调谐质量阻尼器。通过柔性地隔离第一和第二旋转质量结构，弹性构件144可引起正时齿圈142和第二轴组件72的其他部件(包括凸角构件92，94，96，98)之间的相对旋转位移(即移动)。该相对旋转位移可能会导致正时齿圈142与第二轴90异相地旋转振荡。

弹性构件144可具有预定的刚度或者弹簧常数。为了实现本发明的目的，弹簧常数将通常用来指弹性构件144的机械性能，该机械性能表示为在毂140和正时齿圈142之间产生单位旋转位移(例如度)所需要的扭矩。可以对弹性构件144在结构方面、机械方面和尺寸方面的特征进行选择使得该弹性构件144具有预定的弹簧常数。

弹簧常数的可选择为使得正时轮102作为减振器(即调谐质量阻尼器)从而降低第二轴组件72在预定频率范围内的扭转响应。弹簧常数可进一步选择为使得正时齿圈142和凸角构件92，94，96，98之间的相对旋转位移对于凸角构件92，94，96，98的旋转位置的测量不引入不适当的误差量。

特别地，该弹簧常数可单独向正时轮102提供第一扭振模式(即固有频率)，该第一扭振模式等于或者至少近似等于第二轴组件72在被认为是N自由度(NOF)振动系统而非N+1DOF振动系统时的第一扭振模式，在N自由度振动系统中正时轮102被看成单一的集中质量(即刚体质量)，在N+1自由度振动系统中正时轮102包括柔性隔离的质量。应当理解N是一个大于或者等于一的整数，该整数对应于但并不限于在第二轴组件72的运行速度范围内和/或与第二轴90联接而共同旋转的凸角构件(诸如92，94，96，98)的排列方式范围内的所关注的自由度的数量。清楚起见，所述N自由度(DOF)振动系统在下文中被称为基准轴组件。当正时轮102的第一扭振模式近似地等于基准轴组件的第一扭振模式时，正时齿圈142和第二轴90将以近似相同的频率振动，从而导致弹性构件144吸收第二轴90的振动。作为一个非限定性的例子，正时轮102的第一扭振模式可能在基准轴组件的20％以内。

当以前述方式进行构造时，正时轮102可向第二轴组件72提供两个边频固有频率，这两个边频固有频率降低扭转响应的振幅。可改变弹簧常数而调节第一和第二边频频率的位置，并借此调节对扭矩输入的扭转响应的振幅。特别地，在预定频率范围之内的第一边频频率的位置，和高于预定频率范围的第二边频频率的位置都可以被调节。可进一步改变弹簧常数以调整正时齿圈142和凸角构件92，94，96，98在响应扭矩输入时的相对旋转位移。按照这种方式，正时轮102可以控制第二轴组件72的扭转响应，而不引入不适当的测量误差量。

特别地参考图5-6，弹性构件144的非限定性示例可包括多个辐条152，辐条152在毂140和正时齿圈142之间径向延伸。辐条152可基本上是平坦而薄的结构，其围绕着旋转轴线62对称地设置并可具有中心平面，该平面延伸时横穿旋转轴线62。辐条152可基本上平行于旋转轴线62延伸。辐条152可与毂140和正时齿圈142一体地形成为由相同基材形成的单件(单独的)部分。作为非限定性的例子，辐条152可被包括在由钢形成的单件部分中。

可改变且选择辐条152的结构特征使得整体上辐条152具有期望的弹簧常数。每一个辐条152都可具有在旋转轴线62方向观察的横向厚度154，该横向厚度154可明显地小于沿着旋转轴线62观察的纵向厚度156。通过非限定性的方式举例，该横向厚度154可比纵向厚度156小75％。每一个辐条152都可具有径向厚度158，该径向厚度158明显地大于横向厚度154。通过非限定性的方式举例，径向厚度158可比横向厚度154大75％。该径向厚度158可由毂140和正时齿圈142之间的物理空间160确定。该物理空间160可确定径向厚度158以及辐条152的其他特征，这里所期望的是第一齿组148和第二齿组150符合已有规格从而准确且精确地感测这些齿。

这些辐条152中的横向厚度154可近似相等。这些辐条152中每一个的纵向厚度156可近似相等，径向厚度158可近似相等。所述纵向厚度156可小于毂140的第一宽度162和环形圈146的第二宽度164。

图7是描述了在第二轴组件72的频率范围内的示例性扭矩输入的第一图表，但其并不意在限制本发明。更确切地说，该第一图表包括了由分析得来的凸轮轴扭矩相对于频率的快速傅里叶变换(FFT)绘图，其图示了可由进气气门系组件14传输至第二轴组件72的特征载荷。该快速傅里叶变换(FFT)绘图图示了当第二轴组件72以每分钟3500转(3500RPM)的速度运行时，对第二轴90的示例性扭矩输入。对于相应于7000RPM的最大发动机运行速度的分析，选择3500RPM的旋转速度。在图7中的图表中，相对于以Hz为单位沿X轴线(在图表中标为“X1”)绘制的不同频率，凸轮轴扭矩以N-mm(牛-毫米)为单位沿y轴线(在图表中标为Y1)绘制。

所述快速傅里叶变换(FFT)绘图描述了当与低于400Hz和高于1200Hz的频率处的扭矩输入相比时，400Hz-1000Hz之间的频率处的扭矩输入的能量值是非常显著的。这种显著性可以通过对比相应于出现在约230Hz处的基频的峰值振幅和相应于出现在分别约等于460Hz、690Hz、和920Hz处的第二、第三和第四谐波的峰值振幅而看到。作为参考，在3500RPM时，对具有四个凸角构件92，94，96，98的第二轴组件72(和第二轴90)的扭矩输入的基频约等于233Hz。

考虑到在低于1000Hz的频率处的显著能量值，可期望第一轴组件70和第二轴组件72中的每一个都具有高于1000Hz的第一模式。作为非限定性的例子，可期望第一轴组件70和第二轴组件72的第一模式高于约1100Hz的预定目标频率。该目标频率可以建立上述讨论的预定频率范围。相应地，对于上述例子，所述预定频率范围包括0Hz-1100Hz之间的频率。

可选地，或者额外地，所述预定频率范围可以由第二轴组件72中的预定旋转阶数建立。在3500RPM时，第一阶旋转近似等于58.3Hz。用于凸轮轴凸角(例如凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98)的典型气门升程轮廓，会产生带有高达相应于第18阶和第20阶之间的频率显著能量值的扭矩输入分量。相应地，作为非限定性的例子，对于直列型四缸发动机，可期望第一轴组件70和第二轴组件72的第一模式高于第二轴组件72中的在第18阶和第20阶之间的预定旋转阶数。作为比较，应当注意到预定目标频率等于1100Hz，正如上述讨论的，该目标频率对应于约第19旋转阶。

然而，凸角构件80，82，84，86，92，94，96，98的期望轮廓(例如基圆轮廓和/或升程轮廓)和汽缸盖结构12的封装局限会影响第二轴90的尺寸，当第二轴组件72由常规材料(例如钢材)形成时，上述第二轴90的尺寸导致第二轴组件72具有低于预定目标频率和/或目标旋转阶数的第一扭振模式。在这种情况下，第二轴组件72可在发动机运行速度范围内表现出共振型的行为。这样，在第一扭振模式附近的频率处，若不进行适当地控制，第二轴组件72的扭转响应的振幅会高得无法接受。

下面的表1总结了基准正时轮、基准轴组件、正时轮102和第二轴组件72的扭振模式。基准正时轮和基准轴组件的扭振模式出现在表中的“B”行中。正时轮102和第二轴组件72的扭振模式出现在表中的“D1”行中。

表1

表中的频率值通过分析得来。对于该分析，基准轴组件相当于一个N自由度(DOF)系统，而第二轴组件72相当于一个N+1自由度(DOF)系统。在该分析中，基准轴组件基本上和第二轴组件72相似，不同之处在于基准轴组件包括基准正时轮而不是正时轮102。基准正时轮相当于单个的集中质量，其与正时轮102具有大体上相同的转动惯量。

如表所示，只有基准正时轮具有比目标频率高得多的在16110Hz的第一模式，而基准轴组件具有可低于目标频率的在904Hz的第一模式以及可比目标频率高得多的在2297Hz的第二模式。表中还表示了只有正时轮102可具有接近基准轴组件在904Hz的第一模式的在932Hz的第一模式，而第二轴组件72可分别具有在755Hz的第一模式和在1365Hz的第二模式。虽然第二轴组件72可表现出低于目标频率和基准轴组件的第一模式的第一模式，但该第二轴组件72在接近第一模式的频率处的响应振幅可会明显地减小，正如下文所讨论的。

图8是包括了基准轴组件和第二轴组件72在该频率范围内的稳态旋转响应绘图的第二图表，但其不作为对本发明的限制。第二图表描述了轴组件对图7中的扭矩输入产生的激励的旋转响应。该旋转响应绘图通过分析获得并描述了轴组件在离第二轴90的被驱动端最远的凸角构件(即凸角构件98)的位置处的旋转响应。

根据该分析，这个位置代表了凸角构件92，94，96和98之中的最坏旋转响应(即最坏状况的振幅)。使用图7中的扭矩输入作为强制函数利用从0到1400Hz的频率扫描执行该分析。在第二图表中，y轴(在第二图中是“Y2”)描述了以度为单位的旋转位移所表示的旋转响应，而x轴(在第二图中是“X2”)描述了以Hz为单位的频率。

基准轴组件的旋转响应由参考标号170标记，第二轴组件72的旋转响应由参考标号172标记。如第二图表中所示，基准轴组件的响应170在约900Hz处具有最大振幅。尽管在第二图表中没有示出，但由分析获得的该最大振幅约为2.5度。另一方面，第二轴组件72的最大振幅在约750Hz处出现且明显减小，约为0.2度。

从第二图表中可以得知与轴组件相比，例如与包括传统的刚体正时轮的基准轴组件相比，正时轮102可显著地减小了第二轴组件72的最大响应振幅。正时轮102通过柔性地将正时齿圈142的质量与轴组件其他部件的质量隔离，从而减小了轴组件的响应。

可以选择正时轮102中所包括的弹性构件144的弹簧常数，使得轴组件表现出两个边频固有频率，在这些固有频率处扭转响应具有适当低的振幅。特别地，可以将该弹簧常数选择为使得凸角构件92，94，96，98之间的第一最大相对旋转位移不超过预定值。该预定值可以选择为使得在气门回位速度、气门正时和/或缸-缸空气分配中实现了适当水平的变化。还可以将该预定值选择为使得扭转响应不超过第二轴组件72中任一个部件的疲劳承载能力，例如第二轴90和正时轮102。

通过分析可以看到当凸角构件92，94，96，98的旋转响应振幅适当小的时候，正时齿圈142和凸角构件92，94，96，98中任何一个之间的相对旋转位移的幅度也被调整得适当小。至少，该相对旋转位移的幅度可被控制为抑制对第二轴组件72负速度的感测。另外还可以看到弹簧常数可以选择为使得正时齿圈142和凸角构件92，94，96，98之间的第二大相对旋转位移不超过预定误差值。

Claims (14)

1.一种凸轮轴组件，包括：

适于被旋转驱动的第一轴；

被固定而与第一轴共同旋转的第一凸角构件；和

固定于第一轴上的扭振阻尼器，该扭振阻尼器包括质量结构和位于质量结构与第一轴之间的弹性构件，该弹性构件将质量结构和第一轴联接且所述弹性构件具有弹簧常数，所述弹簧常数为所述凸轮轴组件提供第一边频固有频率以及第二边频固有频率。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括用于所述凸轮轴组件的调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器控制所述第一轴在该第一轴运行速度范围内的共振行为。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴组件，其中所述第一边频固有频率低于基于在所述第一轴的运行速度范围内对所述第一轴的扭矩输入的预定频率，且第二边频固有频率高于所述预定频率。

4.根据权利要求3所述的凸轮轴组件，其中所述第一和第二边频固有频率在所述第一轴的运行速度范围之内。

5.根据权利要求1所述的凸轮轴组件，其中所述质量结构包括正时齿圈，该正时齿圈适于在所述第一轴旋转期间相对于所述第一轴旋转。

6.根据权利要求1所述的凸轮轴组件，其中所述质量结构包括设置在第一轴径向外侧的环形圈，弹性构件包括固定于第一轴的毂和从所述毂径向延伸到所述环形圈的多个辐条。

7.根据权利要求6所述的凸轮轴组件，其中每一个辐条包括基本上与扭振阻尼器的旋转轴线平行延伸的平面构件，所述平面构件的横向厚度小于所述平面构件的相应纵向厚度并小于所述平面构件的相应径向厚度。

8.根据权利要求7所述的凸轮轴组件，其中所述毂、环形圈和多个辐条作为单个构件整体形成。

9.一种凸轮轴组件，包括：

第一轴组件，其包括第一轴以及固定于该第一轴的第一凸角构件，所述第一轴适于被旋转驱动且限定轴向延伸的孔；和

第二轴组件，其包括第二轴、第二凸角构件和扭振阻尼器，该第二轴被置于该轴向延伸的孔中且可相对于所述第一轴旋转，第二轴包括适于被旋转驱动的第一端部，以及与第一端部相对的第二端部，所述第二凸角构件被旋转支撑在第一轴上且被固定为与第二轴共同旋转，所述扭振阻尼器固定在第二轴上，所述扭振阻尼器包括环形圈和弹性构件，该弹性构件设置在所述环形圈和第二轴之间并联接所述环形圈和第二轴，且该弹性构件适于在第二轴旋转期间提供所述环形圈的第一旋转振荡，该第一旋转振荡与第二轴相应的第二旋转振荡异相。

10.根据权利要求9所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括用于第二轴组件的调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器控制着第二轴在其运行速度范围内的共振行为。

11.根据权利要求10所述的凸轮轴组件，其中所述弹性构件具有弹簧常数，当把所述扭振阻尼器看作是刚体时，该弹簧常数向所述扭振阻尼器提供了在所述第二轴组件的固有频率的20％内的固有频率。

12.根据权利要求9所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器固定于第二轴的第二端部，所述环形圈包括适于在第二轴旋转期间相对于所述第二轴旋转的正时齿圈。

13.根据权利要求9所述的凸轮轴组件，其中所述扭振阻尼器包括固定到所述第二轴的毂，所述环形圈设置在第二轴的径向外侧，所述弹性构件包括从所述毂径向延伸到所述环形圈的多个辐条。

14.根据权利要求13所述的凸轮轴组件，其中所述多个辐条中的每一个都包括基本上平行于所述扭振阻尼器的旋转轴线延伸的平面构件，并且该平面构件的横向厚度小于与所述平面构件的相应纵向厚度并小于所述平面构件的相应径向厚度。