CN104838096A - 电动马达驱动的简易行星凸轮相位器 - Google Patents

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Abstract

一种凸轮相位器(10)动态地调整一个内燃发动机的凸轮轴(24)相对于发动机曲轴(34)的旋转关系。一个凸轮链轮(20)可以由连接到主动链轮(36)上的一个无限循环动力传输构件驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机5曲轴(34)一起旋转。该凸轮相位器(10)可以包括一个行星齿轮传动系(12)，该行星齿轮传动系具有：一个可连接用于与该凸轮链轮(20)一起旋转的位于中心的太阳轮(14)，一个可连接用于与凸轮轴(24)一起旋转的环形齿轮(18)，以及由啮合接合在该太阳轮(14)与该环形齿轮(18)之间的一个载体(22)支撑的多个行星齿轮(16a，16b)。一个相位调整齿轮(26)可以10被连接用于与该载体(22)一起旋转。该太阳轮(14)可以驱动这些行星齿轮(16a，16b)旋转，从而致使该环形齿轮(18)被驱动旋转。该相位调整齿轮(26)的旋转运动可以调节地改变该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位。

Description

电动马达驱动的简易行星凸轮相位器
发明领域
本发明涉及一种用于动态调整凸轮轴相对于发动机曲轴的相位角或旋转关系以提高内燃发动机燃油效率的行星齿轮组件。
背景
当前生产中存在许多不同装置来实现发动机凸轮轴的相位调整。例如，见美国专利申请公开号2010/0064997；美国专利申请公开号2004/0206322；美国专利号7,506,623；美国专利号7,047,923；美国专利号6,971,352；美国专利号6,138,622；美国专利号6,129,061；美国专利号5,680,837；美国专利号5,361,736；美国专利号5,327,859；美国专利号4,850,427；以及德国专利号DE4110195。尽管这些装置中的每一个似乎都适于执行预期功能，但已经发现这些装置具有高的总成本和/或大的间隙尺寸。令人希望的是提供一种具有较小间隙尺寸且总成本较低的凸轮相位器。
概述
在此披露了一种用于动态调整内燃发动机凸轮轴相对于发动机曲轴的旋转关系的凸轮相位器。凸轮链轮可以由连接到一个主动链轮上的无限循环动力传输构件驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴一起旋转。该凸轮相位器可以包括一个行星齿轮传动系，该行星齿轮传动系具有一个位于中心的可连接用于与该凸轮链轮一起旋转的太阳轮。一个环形齿轮可以可连接用于与该凸轮轴一起旋转，并且多个行星齿轮可以由一个啮合接合在该太阳轮与该环形齿轮之间的载体支撑。一个相位调整齿轮可以被连接用于与该载体一起旋转。该太阳轮可以驱动这些行星齿轮旋转，从而致使该环形齿轮被驱动旋转。该相位调整齿轮的旋转运动可以可调节地改变该凸轮轴相对于该曲轴的凸轮相位。
一个带有固定载体的简易行星齿轮组以一个比值驱动该凸轮轴，这个比值乘以该发动机曲柄链轮与该相位器输入链轮之间的比值导致一个总的组合比值0.5:1。一个电动马达可以被安排成使得该电动马达可以可旋转地驱动该载体以实现所期望的凸轮相位调整。一个传感器可以被提供用于向该电动马达的一个控制器提供反馈信号，以测量该凸轮链轮相对于该凸轮轴的当前位置，以便确定是否需要进行任何凸轮相位调整。该相位调整齿轮可以是一个蜗轮。该太阳轮、环形齿轮以及这些行星齿轮可以具有斜齿。
在此披露了一种用于组装和用于动态调整内燃发动机的凸轮轴相对于发动机曲轴的旋转关系的方法。一个凸轮链轮可以由连接到一个主动链轮上的无限循环动力传输构件驱动，该主动链轮被安装用于与发动机曲轴一起旋转。该方法可包括组装一个行星齿轮传动系，该行星齿轮传动系具有一个位于中心、可连接用于与该凸轮链轮一起旋转的太阳轮。一个环形齿轮可以可连接用于与该凸轮轴一起旋转，并且多个行星齿轮可以由一个啮合接合在该太阳轮与该环形齿轮之间的载体支撑。一个相位调整齿轮可以被连接用于与该载体一起旋转。该太阳轮可以驱动这些行星齿轮旋转，从而致使该环形齿轮被驱动旋转。该相位调整齿轮的旋转运动可以可调节地改变该凸轮轴相对于该曲轴的凸轮相位。
对于本领域普通技术人员而言在结合以下附图来阅读用于实践本发明所考虑的最佳模式的说明时，本发明的其他应用将变得清楚。
附图的简要说明
此处的说明参照了附图，其中贯穿这几个视图以相似的参考数字指代相似的部分，并且在附图中：
图1是一个电动马达驱动的简易行星凸轮相位器的一个透视图；并且
图2是图1的电动马达驱动的简易行星凸轮相位器的一个截面视图。
详细说明
现在参见图1至图2，一个凸轮相位器10可以动态调整内燃发动机的凸轮轴24相对于一个发动机曲轴34的旋转关系。一个凸轮链轮20可以由连接到一个主动链轮36上的一个无限循环动力传输构件38驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴34一起旋转。该凸轮相位器可以包括一个行星齿轮系统或传动系12，该行星齿轮系统或传动系具有一个位于中心、被连接用于与该凸轮链轮20一起旋转的太阳轮14。一个环形齿轮18可以被连接用于与该凸轮轴24一起旋转，并且多个行星齿轮16a、16b可以由一个啮合接合在太阳轮14与环形齿轮18之间的载体22支撑。一个相位调整齿轮26可以被连接用于与该载体22一起旋转。太阳轮14可以驱动这些行星齿轮16a、16b旋转，从而致使该环形齿轮18被驱动旋转。该相位调整齿轮26的旋转运动可以可调节地改变该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位。
该凸轮链轮20可以被安装用于相对于一个凸轮轴轴线旋转并且因此以小于1:1的第一传动比而与该待驱动的主动链轮36可驱动地相连接。该行星齿轮传动系12可以可驱动地连接在该凸轮链轮20与该凸轮轴24之间，用于以大于0.5:1的第二传动比驱动该凸轮轴24。该第一传动比与该第二传动比的乘积可以等于一个总的组合传动比0.5:1。换言之，该主动链轮36与凸轮链轮20的传动比可以小于1:1，并且该载体22保持静止时太阳轮14与环形齿轮18的行星齿轮比可以大于0.5:1，使得该主动链轮36与凸轮链轮20的传动比同该行星齿轮比的乘积可以等于一个总的组合传动比0.5:1。
一个电动马达28可以被连接用于旋转该相位调整齿轮26。该电动马达28可以驱动该相位调整齿轮26旋转运动，从而改变该载体22的角度位置，导致该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位改变。一个传感器30可以被提供用于向该电动马达28的一个控制器32提供反馈信号，以测量该凸轮链轮24相对于该凸轮轴24的当前位置，以便确定是否需要进行任何凸轮相位调整。如果需要凸轮相位调整，则通过该载体22的旋转运动，在前进或减速方向上该电动马达28由该控制器32驱动以便向期望的位置移动凸轮相位，从而导致该多个行星齿轮16a、16b相对旋转，进而驱动该环形齿轮18和该连接的凸轮轴24以实现该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位调整。
应该认识到可以提供该行星齿轮传动系12的各种不同构型。通过举例而非限制的方式，该相位调整齿轮26可以形成为一个蜗轮。应该进一步认识到，为减少噪声，该太阳轮14、该环形齿轮18以及该多个行星齿轮16a、16b都可以形成为具有斜齿轮齿。
一个带有固定载体22的简易行星齿轮组12能以一个比值来驱动该凸轮轴24，该比值乘以该发动机曲柄链轮36与该相位器输入凸轮链轮20之间的比值导致一个总比值0.5:1。一个电动马达28可以被安排成使得该电动马达28可以可旋转地驱动该载体22以实现所期望的凸轮相位调整。
可以通过一种简单的方式实现所期望的相位调整，该方式还可以减少该行星齿轮系统12所需的隙径。减少隙径可以允许车辆中的引擎盖轮廓较低，从而允许车辆款式和可能改进的空气动力学有较大的自由度。正常情况下，凸轮轴24以发动机曲轴34的速度的一半进行旋转。在没有凸轮相位器时这可以通过使该凸轮链轮20具有两倍于发动机链轮36的齿来实现。通过举例而并非限制的方式，发动机链轮36可以具有十九(19)个齿，这样就要求该凸轮链轮20具有三十八(38)个齿驱动该凸轮轴24以实现所希望的传动比。通过使用一个行星齿轮组12，该凸轮链轮20的齿的数量可以被减少至二十(20)个齿，这样得出了0.95:l的传动比。通过使用一个行星齿轮组12，其中该环形齿轮18具有七十六(76)个齿，这些行星齿轮16a、16b中的每一个都具有十八(18)个齿，并且该太阳轮14具有四十(40)个齿，该载体22保持静止时该太阳轮14与该环形齿轮18的行星减速比是0.526316:1。当这个比值乘以该链轮比0.95:1时，结果正好是该凸轮轴24的期望速度0.5:1。如果该载体22可以由一个高比值蜗杆相位调整齿轮26旋转，则该载体22的旋转导致该输入凸轮链轮20与该凸轮轴24的相位调整角度发生变化。
该输入凸轮链轮20可以包括该太阳轮14相对于该凸轮链轮20的花键连接或其他可旋转的固定联接。该太阳轮14可以由一个卡扣环(未编号)轴向固位。该输入凸轮链轮20和太阳轮14通过轴承40、42而相对于该输出板44可旋转地定位。轴承42还通过三个卡扣环(未编号)使该输入凸轮链轮20与该输出板44以及该滚珠轴承42外圈上的该输出板44的推力表面保持轴向关系。该载体22可以被固定在该相位调整蜗轮26上并且通常被固持在固定位置。该太阳轮14可以驱动多个行星齿轮16a、16b，从而导致这些行星齿轮16a、16b围绕轴承46上的行星齿轮轴旋转。这些行星齿轮16a、16b相对于该输入凸轮链轮20在相反的方向上驱动该环形齿轮14。
该输出板44可以被轴向地且在旋转意义上被固定到该环形齿轮14上并且由螺栓48而螺栓连接到该凸轮轴24上。因此，该环形齿轮14和输出板44作为一个单元而与该凸轮轴24一起旋转。由于这个行星齿轮组12是一个动态齿轮组并且齿轮齿相啮合会产生噪声，该环形齿轮14的齿、这些行星齿轮16a、16b的齿以及该太阳轮14的齿可以形成为斜齿以减少噪声。一个电动马达28可以被间接地固定到发动机气缸体上并且通过齿轮啮合而连接到该蜗杆相位调整齿轮26上。当该电动马达28驱动该相位调整蜗轮26时，该载体22的角度位置发生变化，这导致该输入凸轮链轮20与该凸轮轴24之间的相位调整变化。一个传感器30可以被用作一个电机控制器32的反馈，以测量该凸轮链轮20相对于该凸轮轴24的当前位置，以便确定在任何位置需要及时做出哪些调整(如果存在)以便实现最优的发动机效率。本领域普通技术人员应意识到本披露发明可实现许多不同的比值并且本发明不限于图1和图2展示和讨论的特定构型。
在此披露了一种用于组装和用于动态调整内燃发动机的一个凸轮轴相对于发动机曲轴的旋转关系的方法。一个凸轮链轮20可以由连接到一个主动链轮36上的一个无限循环动力传输构件38驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴34一起旋转。该方法可包括组装一个行星齿轮传动系12，该行星齿轮传动系具有位于中心的可连接用于与该凸轮链轮20一起旋转的太阳轮14。一个环形齿轮18可以可连接用于与该凸轮轴24一起旋转，并且多个行星齿轮16a、16b可以由一个啮合接合在该太阳轮14与该环形齿轮18之间的载体22支撑。一个相位调整齿轮26可以被连接用于与该载体22一起旋转。该太阳轮14可以驱动这些行星齿轮16a、16b旋转，从而致使该环形齿轮18被驱动旋转。该相位调整齿轮26的旋转运动可以可调节地改变该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位。
一个电动马达28可以被连接用于旋转该相位调整齿轮26。该电动马达28可以驱动该相位调整齿轮26旋转运动，从而改变该载体22的角度位置，导致该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位发生改变。该凸轮轴24相对于该曲轴34的凸轮相位可以随该相位调整齿轮26的旋转移动被可调节地改变。该凸轮链轮20的当前位置可以相对于该凸轮轴24使用一个传感器30进行测量。可以从该传感器30到该电动马达28的一个控制器32提供一个反馈信号，以便确定是否需要进行任何凸轮相位调整。
虽然本发明已经结合目前所考虑到的最实用和优选的实施例进行了说明，应该理解本发明不限于所披露的这些实施例，而相反地是旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围中包括的不同的修改和等效安排，对该范围应给予最广义的解释以便涵盖如法律所容许的所有此类修改和等效结构。

Claims (15)

1.在用于动态调整内燃发动机的一个凸轮轴(24)相对于一个发动机曲轴(34)的旋转关系的一种凸轮相位器(10)中，一个凸轮链轮(20)是由连接到一个主动链轮(36)上的一个无限循环动力传输构件(38)驱动的，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴(34)一起旋转，该改进包括：
一个行星齿轮系统(12)，该行星齿轮系统具有：一个被连接用于与该凸轮链轮(20)一起旋转的位于中心的太阳轮(14)、一个被连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的环形齿轮(18)、以及由啮合接合在该太阳轮(14)与该环形齿轮(18)之间的一个载体(22)支撑的多个行星齿轮(16a，16b)；以及
一个被连接用于与该载体(22)一起旋转的相位调整齿轮(26)，其中该太阳轮(14)驱动这些行星齿轮(16a，16b)旋转，从而导致该环形齿轮(18)被驱动旋转，并且该相位调整齿轮(26)的旋转运动可调节地改变该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位。
2.如权利要求1所述的改进，进一步包括：
该主动链轮(36)与该凸轮链轮(20)的传动比小于1:1；并且
该载体(22)保持静止时该太阳轮(14)与该环形齿轮(18)的行星齿轮比大于0.5:1，这样使得该主动链轮(36)与该凸轮链轮(20)的传动比同该行星齿轮比的乘积等于一个总的组合传动比0.5:1。
3.如权利要求1所述的改进，进一步包括：
一个被连接用于旋转该相位调整齿轮(26)的电动马达(28)，其中该电动马达(28)驱动该相位调整齿轮(26)旋转运动，从而改变该载体(22)的角度位置，导致该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位发生改变。
4.如权利要求3所述的改进，进一步包括：
向该电动马达(28)的一个控制器(32)提供反馈的一个传感器(30)，用以测量该凸轮链轮(20)相对于该凸轮轴(24)的当前位置，以便确定是否需要进行任何凸轮相位调整。
5.如权利要求1所述的改进，其中该相位调整齿轮(26)是一个蜗轮。
6.如权利要求1所述的改进，其中该太阳轮(14)、该环形齿轮(18)以及该多个行星齿轮(16a，16b)具有斜齿轮齿。
7.一种用于动态调整内燃发动机的一个凸轮轴(24)相对于一个发动机曲轴(34)的旋转关系的凸轮相位器(10)，一个凸轮链轮(20)由连接到一个主动链轮(36)上的一个无限循环动力传输构件(38)驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴(34)一起旋转，该凸轮相位器(10)包括：
一个行星齿轮传动系(12)，该行星齿轮传动系具有：一个可连接用于与该凸轮链轮(20)一起旋转的位于中心的太阳轮(14)、一个可连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的环形齿轮(18)、以及由一个啮合接合在该太阳轮(14)与该环形齿轮(18)之间的载体(22)支撑的多个行星齿轮(16a，16b)；以及
被连接用于与该载体(22)一起旋转的一个相位调整齿轮(26)，其中该太阳轮(14)驱动这些行星齿轮(16a，16b)旋转，从而导致该环形齿轮(18)被驱动旋转，并且该相位调整齿轮(26)的旋转运动可调节地改变该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位。
8.如权利要求7所述的凸轮相位器，进一步包括：
被安装用于相对于一个凸轮轴轴线旋转并且因此以小于1:1的第一传动比可驱动地与该待驱动的主动链轮(36)相连接的该凸轮链轮(20)；以及
可驱动地连接在该凸轮链轮(20)与该凸轮轴(24)之间以便以大于0.5:1的第二传动比驱动该凸轮轴(24)的行星齿轮驱动系(12)，这样使得该第一传动比与该第二传动比的乘积可以等于一个总的组合传动比0.5:1。
9.如权利要求7所述的凸轮相位器，进一步包括：
被连接到该相位调整齿轮(26)上的一个电动马达(28)，其中该电动马达(28)旋转该相位调整齿轮(26)，从而改变该载体(22)的角度位置，导致该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位发生改变。
10.如权利要求9所述的凸轮相位器，进一步包括：
向该电动马达(28)的一个控制器(32)提供反馈的一个传感器(30)，用以测量该凸轮链轮(20)相对于该凸轮轴(24)的当前位置，以便确定是否需要进行任何凸轮相位调整。
11.如权利要求7所述的凸轮相位器，其中该相位调整齿轮(26)是一个蜗轮。
12.如权利要求7所述的凸轮相位器，其中该太阳轮(14)、该环形齿轮(18)以及该多个行星齿轮(16a，16b)具有斜齿轮齿。
13.一种用于组装并且用于动态调整内燃发动机的一个凸轮轴(24)相对于一个发动机曲轴(34)的旋转关系的方法，一个凸轮链轮(20)由连接到一个主动链轮(36)上的一个无限循环动力传输构件(38)驱动，该主动链轮被安装用于与该发动机曲轴(34)一起旋转，该方法包括：
组装一个行星齿轮传动系(12)，该行星齿轮传动系具有：一个可连接用于与该凸轮链轮(20)一起旋转的位于中心的太阳轮(14)，一个可连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的环形齿轮(18)，以及由啮合接合在该太阳轮(14)与该环形齿轮(18)之间的一个载体(22)支撑的多个行星齿轮(16a，16b)；并且
连接一个用于与该载体(22)一起旋转的相位调整齿轮(26)，其中该太阳轮(14)驱动这些行星齿轮(16a，16b)旋转，从而引起该环形齿轮(18)被驱动旋转，并且该相位调整齿轮(26)的旋转运动可调节地改变该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
连接一个用于旋转该相位调整齿轮(26)的电动马达(28)，其中该电动马达(28)驱动该相位调整齿轮(26)旋转运动，从而改变该载体(22)的角度位置，导致该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位发生改变；并且
在该相位调整齿轮(26)旋转运动时可调节地改变该凸轮轴(24)相对于该曲轴(34)的凸轮相位。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：
使用一个传感器(30)测量该凸轮链轮(20)相对于该凸轮轴(24)的当前位置；并且
从该传感器(30)到该电动马达(28)的一个控制器(32)提供一个反馈信号以便确定是否需要任何凸轮相位调整。
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