CN102482959A - 具有可变凸轮移相器的阀装置 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机的阀装置，包括凸轮轴（14）和可变凸轮移相器（12），所述可变凸轮移相器（12）连接到所述凸轮轴（14）上，用于驱动所述凸轮轴（14）。所述可变凸轮移相器（12）包括可旋转地联接到曲轴驱动构件（20）的输入轴（24）；和可旋转地联接到所述凸轮轴（14）且与所述输入轴（24）同轴的输出轴（26）。电动操作的调节机构将所述输入和输出轴（24；26）驱动地连接，从而允许所述输入和输出轴（24；26）选择性地角向调节，同时保持所述输入和输出轴（24；26）之间的驱动接合。所述输入和输出轴（24；26）经由相应的不易旋转的柔性联接机构（70，72；66，68）联接到所述驱动构件（20）和凸轮轴（14）。

Description

具有可变凸轮移相器的阀装置

技术领域

本发明总体上涉及内燃发动机领域，且更具体地涉及阀装置，所述阀装置具有可变凸轮移相器，用于调节发动机凸轮轴的相位。

背景技术

如公知的那样，可变凸轮移相器用于在发动机运行时基于发动机的参数相对于曲轴定时改变凸轮凸角（阀提升事件）定时。从而，可以在发动机操作特性的不同区域获得燃料消耗和排气排放物的最佳值。改变阀定时的精致方式是通过相对于其驱动构件（通常是分别经由链、带齿皮带连接到曲轴的链轮或皮带轮）旋转凸轮轴而实现。

存在能够实现此的各种凸轮移相器。常规凸轮移相器采用液压致动器，其使用高压油来允许驱动构件和从动构件之间的相对角向位移。不幸的是，由于油的温度相关粘度变化，液压系统在极端温度下难以操作，尤其是在发动机启动期间在油冷时。

为了避免这种问题，凸轮移相器的更近设计采用电动致动器，以允许它们安装在凸轮轴一端的配置。凸轮移相器通常具有同轴输入构件和输出构件，输入构件联接到发动机链轮以用作驱动构件，而输出构件联接到凸轮轴。实践中，链轮通常包括具有带齿部分的延伸部分，所述带齿部分与形成凸轮移相器输入构件的小齿轮啮合，输出构件直接螺纹连接到凸轮轴端部。电动致动的调节机构将输入构件和输出构件驱动地连接，从而允许输出轴的选择性角向调节，同时保持输入构件和输出构件之间的驱动接合。调节机构通常可包括行星齿轮系统或谐波传动（harmonic drive）形式的齿轮箱设置。

因而，电驱动凸轮移相器包括相对复杂的齿轮箱/减速器设置，其必须非常小心和精确地制造以避免齿轮的锁定和断裂。此外，由链轮直接加载的凸轮移相器经受重大的机械应力，且这是许多凸轮移相器快速磨损和/或断裂的原因。

例如，US 6,328,006描述了具有谐波传动的凸轮移相器。另一方面，US 6,981,478描述了具有行星齿轮系统的凸轮移相器。

发明内容

因此，需要一种对来自于链轮的机械负载较不敏感的可变凸轮移相器的可选设计。

这通过根据权利要求1所述的具有可变凸轮移相器的阀装置实现。

根据本发明，提供一种用于内燃发动机的阀装置，所述阀装置包括凸轮轴和可变凸轮移相器，所述可变凸轮移相器安装到凸轮轴，用于驱动凸轮轴，其中，发动机包括曲轴，所述曲轴通过与凸轮轴同轴的驱动构件将驱动扭矩提供给可变凸轮移相器。所述可变凸轮移相器包括可旋转地联接到驱动构件的输入轴和可旋转地联接到凸轮轴且与输入轴同轴的输出轴。调节机构将输入轴和输出轴驱动地连接，且配置成允许输入轴和输出轴选择性地角向调节，同时保持输入轴和输出轴之间的驱动接合，所述调节机构包括电动致动器，用于选择性地操作输入轴和输出轴之间的角向调节。

根据本发明的重要方面，所述输入轴和输出轴经由相应的不易旋转的（rotationally stiff）柔性联接机构联接到曲轴和凸轮轴。

因而，本发明提供这样一种凸轮移相器设计，其中，避免分别在凸轮移相器和链轮以及凸轮轴之间的接口处的常规刚性连接，这减少或避免从曲轴到凸轮移相器的机械振动、张力和负载的传输。这将因而确保凸轮移相器的更可靠和更长操作。

阀装置因而有利地设计，使得所有凸轮移相器部件位于不易旋转的柔性联接机构的同一侧上，即，凸轮移相器那一侧。因而，在凸轮移相器调节机构和链轮或凸轮轴之间没有直接刚性连接，从而避免强的机械张力。

措辞“柔性联接机构”在本文常规地使用，以表示能够传输扭矩同时允许一定径向和轴向以及角向不对齐的联接装置。然而，重要的是，定时可不以未受控方式变化，从而柔性联接装置必须是不易旋转的（即，联接装置不能扭转（torsionally rigid），因而在扭矩传输方向不是柔性的）。

不易旋转的柔性联接装置的许多设计可以用于驱动构件到输入轴以及输出轴到凸轮轴的联接装置，如果需要可以进行一些调整。联接机构的设计和选择可根据要传输的扭矩实际强度和许可尺寸来进行。

在优选实施例中，即由于紧凑性原型，不易旋转的柔性联接机构实施为曲线齿联接装置。因而，输入轴或驱动轴中的一个可以在其内部或外部周边处设置有具有弯曲端部的轴向延伸齿，其与在输入轴或驱动轴中的另一个的外部或内部周边上的介于中间的花键齿接合。类似地，所述输出轴或凸轮轴中的一个在其内部或外部周边处包括具有弯曲端部的轴向延伸齿，其与在输出轴或凸轮轴中的另一个的外部或内部周边上的介于中间的花键齿接合。本领域技术人员将理解，这种联接装置允许不能扭转的扭矩传输联接装置，其允许一定程度的不对齐或端部移动（即，一些径向/角向和轴向移位）。

但是，可以可选地使用其它类型的不易旋转的柔性联接装置，例如但不是穷举：Oldham联接装置、万向接头等。

关于调节机构，多种设计在此也是可能的，但是谐波传动或周转/行星齿轮系统通常用于该功能。例如，调节机构可以包括行星齿轮系统，具有联接到输入轴的齿圈、能由电动马达旋转的太阳轮以及由联接到输出轴的行星架支撑的行星齿轮。本领域技术人员将清楚，其它配置的行星齿轮系统也是可能的。

优选地，凸轮轴在其前端包括适配器部分，所述凸轮移相器输出轴联接到所述适配器部分。

凸轮移相器有利地设置在壳体中，使得其可以作为独立式装置处理，简单地具有与链轮和凸轮轴相接的一对同轴输入轴和输出轴。优选地，凸轮移相器借助于环绕其壳体的环状橡胶块体固定。这种橡胶块体吸收小的尺寸变化（例如，不对中和不对齐），且允许凸轮移相器的轴向锁定，尤其是在使用曲线齿联接装置时。

复位弹簧系统可以与凸轮移相器相连，以确保凸轮移相器复位到预定位置。

同样，行程限制器系统可以与凸轮移相器相连，以避免凸轮轴和因而阀定时的过多角向修正。各种设计的行程限制器是本领域已知的，且可以容易地调整以与该凸轮轴一起操作。

此外，该凸轮移相器可包括用以确定凸轮轴的角向位置的相位检测器，以及用以根据由发动机控制单元提供的相位信息基于发动机参数操作电动致动器的电子控制单元。

本发明还涉及配备有该阀装置的内燃发动机。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的附连到阀装置的凸轮轴端部的凸轮移相器的优选实施例的截面图；和

图2是驱动构件/输入轴和输出轴/凸轮轴适配器之间的联接装置的示意性分解图以及轴向剖视图。

具体实施方式

在图1中示出了该阀装置10的优选实施例，其中，可变凸轮移相器12安装在内燃发动机的凸轮轴14的前端部处。在这种阀装置中，凸轮轴常规地包括与气缸阀（未示出）相互作用的多个凸轮（未示出），如公知的那样。常规地，作为从动构件的凸轮轴14包括适配器部分16，适配器部分16固定地附连到凸轮轴14前端部，例如借助于螺纹（未示出）通孔18（或者适配器部分16可以与凸轮轴14整体形成）。附图标记20表示链轮，链轮与凸轮轴14同轴且通过轴颈轴承19可旋转地安装到凸轮轴适配器部分16上。链轮20以本身已知的方式经由带齿传动带或链22由发动机的曲轴（未示出）旋转地驱动，且将驱动扭矩提供给凸轮移相器12。轴颈轴承19优选由通过适配器部分16内的通道分配的油润滑，其来自于凸轮轴，如本领域已知的那样。

凸轮移相器12包括可旋转地联接到链轮20（形成驱动构件）的输入轴24和经由其适配器部分16可旋转地联接到凸轮轴14的输出轴26。凸轮移相器12实际上在链轮20和凸轮轴14之间提供这样的连接，其允许凸轮轴14相对于链轮20相对角向调节，同时保持它们之间的驱动接合，如下文所述。

更具体地参考凸轮移相器12的结构，其在此设计为具有壳体28的独立式装置，在壳体中容纳DC电动马达和调节机构。电动马达包括外部电磁定子30和与转子轴34整体形成的磁性转子32，转子轴34由设置在分隔壁40的通孔38中的一对球轴承36可旋转地支撑。

在该变体中，调节机构采用行星齿轮系统的形式，其具有带有内部齿44的齿圈构件42，齿44与一组四个行星齿轮46（仅仅示出其中两个）协作。行星齿轮46安装在行星架48上，且还与固定地安装到转子轴34上的太阳轮50啮合接合。从图1可以看出，齿圈构件42由固定在壳体28的肩部部段54中的滚柱轴承52可旋转地支撑。行星齿轮46在此设计为两级齿轮，即，它们具有与内部齿圈42的齿44接合的第一外齿56以及与太阳轮50的外齿60啮合的第二外部齿58。行星齿轮由附接到行星架48的销62可旋转地支撑，其本身能相对于太阳轮50旋转且与输出轴26旋转地整体形成。

还可以注意到，输入轴24和齿圈42整体形成，且输出轴26可旋转地支撑在安装到输入轴24的内壁上的球轴承64中。

要理解的是，从链轮20到输入轴24以及从输出轴26到凸轮轴14的扭矩传递借助于相应不易旋转的柔性联接装置实现。这种联接装置在此实施为曲线齿联接装置，其设置为两个同轴层。

在图2中最佳地看出，输入轴26包括内部带花键端部，其中，轴向延伸花键66在其至少一部分长度内具有向内弯曲形状。输入轴带花键部分与外部带花键齿圈68啮合，齿圈68与链轮20整体形成。类似地，输出轴26具有外部带花键部分，其中，轴向延伸花键70在其至少一部分长度内具有向外弯曲形状。这些花键与凸轮轴适配器16的内部带花键端部72啮合接合。

将理解的是，这种曲线齿联接装置提供不能扭转的联接装置，然而，由于曲线齿，其允许一定程度的角向不对齐，同时轴向花键允许一定程度的轴向移位。因而，实现有效和精确的扭矩传输，但来自于链轮的驱动负载和振动基本上不传输给凸轮移相器12。实际上，在该配置中，链（或皮带）负载由链轮20的轴颈轴承19吸收。

因此，凸轮轴和链轮之间的连接，相应地凸轮轴，不是刚性的，且涉及角向调节机构的所有部件都位于柔性联接装置的凸轮移相器那一侧上，其仅仅用于以“软”的方式进行扭矩传输。因此，凸轮移相器的没有齿轮经受来自于链轮的驱动负载。

当发动机运行且不需要阀定时修正时，那么电动马达不被激励且调节机构连同输入轴24一起简单地被驱动；没有发生凸轮轴的角向调节，链轮20和凸轮轴14以相同速度旋转。为了执行阀定时的变化，电动马达被激励以便使得凸轮轴12以比链轮20更大或更慢的速度转动，以获得与期望阀定时相对应的凸轮轴12的期望角向变化。考虑行星齿轮的该配置，太阳轮50形成行星齿轮的输入，且输出是行星架48。以合适速度激励电动马达将允许输出轴26在将凸轮轴12带到期望角向位置所需的时间段内以比输入轴24更大或更慢的速度旋转，从而提供期望阀定时。

优选地，当使用这种轴向花键时，凸轮移相器12经由橡胶块体74固定到位，橡胶块体74阻尼振动且吸收不对齐和角向错误，且还在轴向方向阻塞壳体28。这种橡胶块体74可围绕罐形壳体28包覆模制。

如前所述，凸轮移相器12是可以在凸轮轴端部容易地安装的独立式装置。电动马达和调节机构完全整体形成在壳体内，因而可以简单地经由其两个接口连接：分别为输入轴24和输出轴26。齿圈42/输入轴24构件以及行星架48/输出轴26构件的配置还封闭壳体28。

优选地，复位弹簧76固定在链轮和行程限制器之间以确保凸轮移相器复位到预定位置。

同样，常规设计的行程限制器可以有利地用于避免凸轮轴14相对于链轮20的过多旋转。这可以借助于一个或两个销（未示出）完成，所述销从适配器部分16径向延伸且与链轮毂中的一个或两个周向延伸凹口（未示出）协作，如本领域技术人员已知的那样。

Claims (11)

1. 一种用于内燃发动机的阀装置，包括凸轮轴（14）和可变凸轮移相器（12），所述可变凸轮移相器（12）连接到所述凸轮轴（14）上，用于驱动所述凸轮轴（14），所述发动机包括曲轴，所述曲轴通过与所述凸轮轴（14）同轴的驱动构件（20）为所述可变凸轮移相器（12）提供驱动扭矩，其中，所述可变凸轮移相器（12）包括：

可旋转地联接到所述驱动构件（20）的输入轴（24）；

可旋转地联接到所述凸轮轴（14）且与所述输入轴（24）同轴的输出轴（26）；

调节机构，所述调节机构将所述输入和输出轴（24；26）驱动地连接，从而允许所述输入和输出轴（24；26）选择性地角向调节，同时保持所述输入和输出轴（24；26）之间的驱动接合，其中，所述调节机构包括电动致动器，用于选择性地操作角向调节；

其特征在于，所述输入和输出轴（24；26）经由相应的不易旋转的柔性联接机构联接到所述驱动构件（20）和凸轮轴（14）。

2. 根据权利要求1所述的阀装置，其中，所述输入轴和驱动构件之间的不易旋转的柔性联接装置和/或所述输出轴和凸轮轴之间的联接装置实施为曲线齿联接装置（70，72；66，68）。

3. 根据权利要求2所述的阀装置，其中，所述输入轴或驱动轴中的一个在其内部或外部周边处设置有具有弯曲端部的轴向延伸齿（66），其与在输入轴或驱动轴中的另一个的外部或内部周边上的介于中间的花键齿（68）接合；所述输出轴或凸轮轴中的一个在其内部或外部周边处包括具有弯曲端部的轴向延伸齿（70），其与在所述输出轴或凸轮轴中的另一个的外部或内部周边上的介于中间的花键齿（72）接合。

4. 根据权利要求1、2或3所述的阀装置，其中，所述调节机构包括谐波传动或行星齿轮系统。

5. 根据权利要求4所述的阀装置，其中，所述调节机构包括行星齿轮系统，具有联接到所述输入轴（24）的齿圈（42）、能由电动马达旋转的太阳轮（50）以及由联接到所述输出轴（26）的行星架（48）支撑的行星齿轮（46）。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其中，所述凸轮轴（14）在其前端包括适配器部分（16），所述凸轮移相器输出轴（26）联接到所述适配器部分（16）。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，其中，所述凸轮移相器（12）设置在壳体（28）中。

8. 根据权利要求7所述的阀装置，其中，所述凸轮移相器（12）借助于环绕其壳体的环状橡胶块体（74）固定。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，包括与所述凸轮移相器相连的复位弹簧。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的阀装置，包括与所述凸轮移相器相连的行程限制器系统。

11. 一种内燃发动机，包括根据前述权利要求中任一项所述的阀装置。

Images