CN106246274A - 用于减小凸轮轴的扭矩负载的布置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括凸轮轴的发动机，该发动机可耦接至由该凸轮轴驱动的辅助设备，该凸轮轴包括：多个气门凸轮，每个气门凸轮被配置成致动该发动机的相应进气门或排气门，这些气门凸轮关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向由这些气门的操作要求来限定；以及辅助设备凸轮，该辅助设备凸轮被配置成经由一个或多个凸轮瓣来驱动该辅助设备的驱动元件，该辅助设备凸轮具有关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向，并且该驱动元件具有关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向，其中该辅助设备的驱动元件的角取向相对于这些气门凸轮的角取向被选择成使得该辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。

Description

用于减小凸轮轴的扭矩负载的布置

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年6月5日提交的英国专利申请第1509768.6号的优先权，其全部内容通过引用并入本文以用于所有的目的。

技术领域

本公开涉及一种包括凸轮轴的发动机，该凸轮轴具有被配置成致动该发动机的一个或多个气门和该发动机的辅助设备的多个凸轮，并且本公开具体地但非唯一地涉及一种具有凸轮轴的发动机，其中该凸轮轴的凸轮的角取向和/或该辅助设备相对于该凸轮轴的凸轮的角取向被独立地选择以便减小该凸轮轴的扭矩负载的波动。

背景技术

现代内燃发动机具有一个或多个凸轮轴，所述凸轮轴被耦接至该发动机的主驱动器，例如旋转耦接至该发动机的曲轴的皮带/链条驱动器。该发动机可以具有由独立的凸轮轴驱动的进气门和排气门，这意味着该主驱动器被配置成将驱动扭矩从曲轴传递至多个凸轮轴。

进气门和排气门通常借助于进气凸轮轴和排气凸轮轴上的气门凸轮被致动。在每个进气门和排气门被气门凸轮致动的过程中，阻力扭矩被传递至主驱动器，从而造成该主驱动器的皮带/链条的张力波动。

凸轮轴还可以被配置成借助于一个或多个辅助凸轮瓣来驱动发动机的一个或多个辅助设备，例如凸轮轴可以被配置成驱动燃料喷射系统的燃料泵。以类似于这些气门凸轮的方式，在由辅助凸轮瓣致动辅助设备的过程中，另一个阻力扭矩被传递至主驱动器。

因此主驱动器必须被配置成解决驱动皮带/链条中的张力的波动。由于使动力输出和燃料经济性最大化的逐渐提高的要求，期望的是使被传递到耦接至凸轮轴的主驱动器和/或任何其他装置的阻力扭矩的波动最小化。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种包括凸轮轴的发动机。该发动机可耦接至由该凸轮轴驱动的辅助设备。该辅助设备可以是燃料泵(例如燃料喷射泵或燃料提升泵)、真空泵、液压泵或该发动机的任何适当的辅助设备。该凸轮轴包括多个气门凸轮，每个气门凸轮被配置成致动该发动机的相应进气门或排气门。这些气门凸轮关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向由这些气门的操作要求来限定。该凸轮轴包括辅助设备凸轮，该辅助设备凸轮被配置成例如借助于一个或多个凸轮瓣致动该辅助设备的驱动元件。该辅助设备凸轮具有关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向。当该辅助设备耦接至该发动机时，该驱动元件具有关于该凸轮轴的旋转轴线的角取向。该辅助设备凸轮的角取向相对于气门凸轮的角取向被选择成使得该辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。该辅助设备的驱动元件的角取向相对于气门凸轮的角取向被选择成使得该辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。气门致动事件可以是该气门的峰值位移发生之时。辅助设备致动事件可以是该辅助设备的峰值位移发生之时。

每个气门凸轮可以是单瓣凸轮。辅助设备凸轮可以是多瓣凸轮。

每个气门凸轮可以在该气门凸轮致动该气门时对该凸轮轴的旋转提供第一周期性阻力扭矩。该第一周期性阻力扭矩的峰值可以在最大气门位移处出现。辅助设备凸轮可以在辅助设备凸轮致动该辅助设备时对该凸轮轴的旋转提供第二周期性阻力扭矩。该第二周期性阻力扭矩的峰值可以在最大燃料泵位移处出现。该辅助设备凸轮的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择成使得第二周期性阻力扭矩的峰值在第一周期性阻力扭矩的两个相继峰值之间出现。该燃料泵的操作轴线的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择成使得第二周期性阻力扭矩的峰值在第一周期性阻力扭矩的两个相继峰值之间出现。

第一和第二周期性阻力扭矩可以限定在该发动机运行期间被提供给该发动机的主驱动器的阻力扭矩的振荡。该辅助设备凸轮的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择以减小被提供给主驱动器的阻力扭矩振荡的振幅。燃料泵的操作轴线的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择以减小被提供给主驱动器的阻力扭矩振荡的振幅。该振幅可以是峰值振幅。该振幅可以是峰到峰振幅。该振幅可以是均方根振幅。

该辅助设备凸轮的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择以使阻力扭矩振荡的最大值与最小值之间的量值最小化。燃料泵的操作轴线的角取向相对于气门凸轮的角取向可以被选择以使阻力扭矩振荡的最大值与最小值之间的量值最小化。该发动机可以被配置成使得当凸轮轴和发动机的燃料泵处于安装构型中时该燃料泵的操作轴线从凸轮轴的旋转轴线径向地延伸。

每个气门凸轮瓣的形状可以被独立地选择以减小阻力扭矩振荡的振幅。该气门凸轮可以是旋转对称的。该气门凸轮可以是旋转不对称的。每个气门凸轮相对于至少一个其他气门凸轮的角取向可以被独立地选择以减小阻力扭矩振荡的振幅。

该辅助设备的每个瓣的形状可以被独立地选择以减小阻力扭矩振荡的振幅。该辅助设备凸轮可以是旋转对称的。该辅助设备凸轮可以是旋转不对称的。该辅助设备凸轮的一个瓣相对于该辅助设备凸轮的至少一个其他瓣的角取向可以被独立地选择以减小阻力扭矩振荡的振幅。

该凸轮轴可以被配置成致动该发动机的多个汽缸的气门。该辅助设备凸轮的瓣的数量可以等于该发动机的汽缸的数量。

每个气门凸轮可以被刚性地固定到凸轮轴。每个辅助设备凸轮可以被刚性地固定到凸轮轴。每个气门凸轮可以是相对于凸轮轴可移动的。辅助设备凸轮可以是相对于凸轮轴可移动的。该发动机可以包括被配置成至少部分地停用该发动机的一个或多个汽缸的选择性汽缸停用系统。该发动机可以包括燃料泵。

根据本公开的另一个方面，提供一种包括凸轮轴的发动机。该发动机可耦接至由该凸轮轴驱动的辅助设备。该凸轮轴包括多个气门凸轮，每个气门凸轮被配置成致动该发动机的相应进气门或排气门。气门凸轮关于凸轮轴的旋转轴线的角取向由气门的操作要求来限定。该凸轮轴包括辅助设备凸轮，该辅助设备凸轮被配置成例如借助于一个或多个凸轮瓣致动该辅助设备的驱动元件。该辅助设备凸轮具有关于凸轮轴的旋转轴线的角取向。当该辅助设备被耦接到发动机时，该驱动元件具有关于凸轮轴的旋转轴线的角取向。辅助设备凸轮的角取向以及辅助设备的驱动元件的角取向相对于气门凸轮的角取向被选择成使得辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。

根据本公开的另外一个方面，提供一种发动机，该发动机包括凸轮轴、由该凸轮轴驱动的发动机气门以及由该凸轮轴驱动的辅助设备。该凸轮轴包括被配置成致动发动机气门的气门凸轮。气门凸轮关于凸轮轴的旋转轴线的角取向是由发动机气门的操作要求(例如，发动机气门的打开的正时和持续时间)决定的。该凸轮轴包括辅助设备凸轮，该辅助设备凸轮被配置成致动该辅助设备的驱动元件(例如，该辅助设备的柱塞)，该驱动元件可能直接接触该辅助设备凸轮。该辅助设备凸轮的角取向和该辅助设备的驱动元件的角取向中的至少一者相对于气门凸轮的角取向被选择成使得由气门凸轮和辅助设备凸轮施加给凸轮轴的阻力扭矩之和的波动被最小化。

根据本公开的另外一个方面，提供一种制造发动机的方法，该发动机包括凸轮轴、发动机进气门或排气门以及辅助设备(例如，燃料泵)。该方法包括将凸轮轴的气门凸轮配置成使得气门凸轮关于凸轮轴的旋转轴线的角取向由发动机气门的操作要求(例如，所需要的发动机气门的打开的正时和持续时间)来决定。该方法包括将辅助设备凸轮配置成致动该辅助设备的驱动元件，例如该辅助设备的柱塞或凸轮随动件。该方法包括相对于气门凸轮的角取向选择辅助设备凸轮的角取向和辅助设备的驱动元件的角取向中的至少一者，使得由气门凸轮和辅助设备凸轮施加给凸轮轴的阻力扭矩之和的波动被最小化。

为了避免不必要的重复努力和本说明书中的文本重复，某些特征是关于本公开的仅一个或若干方面或实施例来描述的。然而，应理解的是，在技术上可能的情况下，关于本发明的任何方面或实施例所描述的特征也可以用于本公开的任何其他方面或实施例。

附图说明

为了更好地理解本公开并且为了更清楚地显示可以如何将其投入使用，现在将以示例方式来参考附图，在附图中：

图1示出用于发动机的凸轮轴和燃料喷射系统的透视图；

图2示出了图1中所示的凸轮轴的端视图，其与发动机的气门和燃料喷射系统的燃料泵相关；

图3示出了在图2所示的布置中凸轮轴的角取向与被施加给凸轮轴的阻力扭矩之间的关系的图形表示；

图4示出了凸轮轴和燃料泵的第一布置的端视图；

图5示出了凸轮轴和燃料泵的第二布置的端视图；

图6示出了凸轮轴和燃料泵的第三布置的端视图；

图7示出了在图4至图6所示的布置中凸轮轴的角取向与被施加给凸轮轴的阻力扭矩之间的关系的图形表示；

图8示出了根据本公开的这些布置在发动机的曲轴的角取向与进气门、排气门和辅助设备的致动事件之间的示例关系的图形表示。

具体实施方式

图1-2和图4-6示出了具有各种部件的相对定位的示例构型。如果被示出为直接彼此接触或直接耦接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，被示出为彼此邻接或相邻的元件至少在一个示例中可以分别是彼此邻接或相邻的。作为一个示例，彼此共面接触地放置的部件可以被称为处于共面接触。作为另一个示例，被定位成彼此分开且在其间仅具有空间而没有其他部件的多个元件在至少一个示例中可以被这样提起。作为又一个示例，被示出为在彼此的上方/下方、在彼此的对侧或在彼此的左侧/右侧的元件可以相对于彼此被这样提起。进一步，如附图中所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶部的点可以被称为该部件的“顶部”，并且最底部元件或元件的最底部的点可以被称为该部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于这些图的竖直轴线并且用来描述这些图中的元件相对于彼此的定位。该竖直轴线是相对于重力的相反方向。就此而言，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件位于所述其他元件的竖直上方。作为又一个示例，在附图中描述的这些元件的形状可以被称为具有这些形状(例如，圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、圆化的、带倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。在一个示例中，被示出为在另一个元件内部或被示出为在另一个元件外部的元件可以被这样提及。更进一步，当提及角度时，顺时针方向的旋转用正角度表示，而逆时针方向的旋转用负角度表示。

图1示出用于发动机的凸轮轴101和燃料喷射系统103的透视图。在图1所示的布置中，凸轮轴101是被配置成致动该发动机的多个进气门的进气凸轮轴，该发动机可以是例如双顶置式凸轮轴(DOHC)发动机。然而，根据本公开的发动机可以是任何适当类型的发动机，例如顶置式气门(OHV)发动机或单顶置式凸轮轴(SOHC)发动机。

在本公开的上下文中，术语“进气门”和“排气门”是指用于控制分别从进气歧管进入汽缸中和从发动机的汽缸中出来进入排气歧管中的气体和/或蒸气流的正时和量的气门。为简洁起见，以下描述将集中在图1所示的进气凸轮轴101的操作。然而应理解的是，所描述的本公开的实施方式和操作同等地适用于排气凸轮轴或实际上发动机的任何凸轮轴。

在图1所示的布置中，该发动机是三缸发动机。然而，在另一种布置中，该发动机可以包括任何适当数量的汽缸，例如，该发动机可以是四缸发动机、六缸发动机等。

凸轮轴101包括三对气门凸轮105a、105b、105c，每对气门凸轮105a、105b、105c被配置成致动该发动机的相应汽缸的一对进气门。这些气门凸轮105中的每一个具有被配置成致动该发动机的相应气门的单个瓣(lobe)。然而，在另一种布置中，这些气门凸轮105可以各自包括任何适当数量的瓣。

这些气门凸轮105中的每一个关于凸轮轴101的旋转轴线A-A的角取向由发动机的每个气门的相应操作要求来限定。以DOHC发动机为例，这些气门可以由这些气门凸轮105直接驱动，并且因此当气门到达其峰值位移时，气门的操作轴线可以与气门凸轮105的瓣中心线106(即从气门凸轮105的旋转中心延伸到其前端(nose)的线)共轴。然而，在另一种DOHC发动机构型中，或者例如在SOHC构型中，这些气门可以借助于一个或多个联动机构(例如，摇臂机构)可操作地耦接至气门凸轮105。因此，当气门到达其峰值位移时，气门的操作轴线可以倾斜于和/或偏移于气门凸轮105的瓣中心线106。

每个气门凸轮105关于凸轮轴101的旋转轴线A-A的角取向根据气门凸轮105所致动的相应气门的操作要求来选择。例如，气门凸轮105的角取向可以根据相应气门的期望正时来选择。对于图1-2和图4-6中所示的布置，每个气门111的操作轴线C-C从竖直方向112倾斜120°，并且这些气门凸轮105中每一个的角取向被选择成使得，当气门111到达其峰值位移时，相应气门凸轮105的瓣中心线106与每个气门111的操作轴线C-C对齐。这样的布置仅是作为本公开的示例示出的。发动机的气门111的操作轴线C-C可以相对于气门凸轮105关于凸轮轴101的旋转轴线A-A的角取向以任何适当的角度来定向。

凸轮轴101包括辅助设备凸轮(例如，燃料泵凸轮107)，该辅助设备凸轮被配置成例如借助于燃料泵凸轮107的一个或多个瓣来致动燃料泵109的驱动元件113。在图1所示的布置中，燃料泵109是燃料喷射系统103的高压燃料泵。然而，该辅助设备可以是发动机的任何适当类型的辅助设备。

燃料泵凸轮109的每个瓣具有从燃料泵凸轮107的每个瓣的旋转中心延伸到其前端的瓣中心线108。在图1所示的布置中，燃料泵凸轮107包括三个瓣，使得该燃料泵在凸轮轴101的每次回转中被致动三次。然而，燃料泵凸轮107可以根据燃料喷射系统103的操作要求具有任何适当数量的瓣。

凸轮轴101被配置成使得燃料泵凸轮107的瓣中心线108从凸轮轴101的旋转轴线A-A径向地延伸。在图1所示的布置中，燃料泵109由燃料泵凸轮107直接驱动，并且因此当燃料泵109达到其峰值位移时，燃料泵凸轮107的瓣中心线108之一与燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B以及燃料泵109的操作轴线共轴。以此方式，如图1所示，燃料泵109的操作轴线也可以从凸轮轴101的旋转轴线A-A径向地延伸。然而，在不同的布置中，燃料泵驱动元件113可以借助于一个或多个联动机构(例如，摇臂机构)可操作地耦接至燃料泵109。因此，燃料泵109的操作轴线可以倾斜于、偏移于和/或远离燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B。

以与气门凸轮105的角取向类似的方式，燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM可以根据燃料泵109的操作要求来选择。

图2示出了图1所示的凸轮轴101的端视图。图2示出了相应的气门凸轮对105a、105b、105c关于凸轮轴101的旋转轴线A-A的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}。当提及角度值时，这些值是相对于竖直方向112测量的。进一步地，这些角度值在描述顺时针方向的旋转时用正角度来表示，并且这些角度在描述逆时针方向的旋转时用负角度来表示。图2还示出了当凸轮轴101在发动机中处于安装构型时相对于气门凸轮对105a、105b、105c的每个气门凸轮的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}而言发动机的气门111的操作轴线C-C的角取向θ_V。图2还示出了当凸轮轴101和燃料泵109在发动机中处于安装构型时相对于相应气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}而言燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM以及燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE。在图1至图6所示的布置中，气门凸轮对105a、105b、105c围绕凸轮轴101的旋转轴线A-A等角度地间隔开。在本公开的上下文中，参照图1至图6所示的凸轮轴101，顺时针方向的旋转用正角度表示，例如θ_CAM，而逆时针方向的旋转用负角度表示，例如-θ_CAM。

在图2所示的布置中，在安装构型中气门111的操作轴线C-C从竖直方向112倾斜120°，并且燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B从竖直方向112倾斜90°。第一气门凸轮对105a被布置成处于0°，第二气门凸轮对105b被布置成处于120°(即与气门111的操作轴线C-C共线)，并且第三气门凸轮对105c被布置成处于240°。燃料泵凸轮107被布置成使得燃料泵凸轮107的瓣中心线108之一处于90°(即与燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B共线)。

以此方式，相应的气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}以及燃料泵凸轮107关于凸轮轴101的旋转轴线A-A的角取向θ_FPCAM使得由每个燃料泵瓣造成的每个燃料泵致动事件与由这些气门凸轮对105a、105b、105c之一造成的每个气门致动事件同时发生。

在本公开的上下文中，术语“致动事件”应理解为气门111或燃料泵的峰值位移出现之时。以此方式，燃料泵凸轮107关于凸轮轴101的旋转轴线A-A被定向成使得燃料泵109的峰值位移与气门111的峰值位移同时出现。然而，应理解的是，气门的致动可以在一个时间段上发生，例如在凸轮随动件遵循凸轮瓣的轮廓时。在一种布置中，虽然气门111的致动的起点和/或终点可以不被正时成出现在燃料泵109的致动的起点和/或终点，但气门111的峰值位移仍可以与燃料泵109的峰值位移同时出现。

在发动机运行期间，气门凸轮105在气门凸轮105致动该气门111时对凸轮轴101的旋转提供第一周期性阻力扭矩T_V。以类似的方式，燃料泵凸轮107在燃料泵凸轮107的每个瓣致动燃料泵109时对凸轮轴101的旋转提供第二周期性阻力扭矩T_FP。

图3示出了相对于凸轮轴的角位置θ_凸轮轴而言被施加到凸轮轴101的第一和第二阻力扭矩T_V、T_FP的图形表示。在图3中，虚线表示在气门凸轮105致动该气门111时对凸轮轴的旋转施加的第一周期性阻力扭矩T_V，而点线表示在燃料泵凸轮107的每个瓣致动该燃料泵109时对凸轮轴101的旋转施加的第二周期性阻力扭矩T_FP。

图3展示了对凸轮轴101的旋转施加的组合阻力扭矩T_V+FP是第一阻力扭矩T_V和第二阻力扭矩T_FP的函数。该第一周期性阻力扭矩T_V和第二周期性阻力扭矩T_FP限定在发动机运行期间被提供给发动机的主驱动器的阻力扭矩T_V+FP的振荡。图3的实线表示分别由气门凸轮105和燃料泵凸轮107提供的第一和第二阻力扭矩T_V、T_FP所导致的对凸轮轴101的旋转施加的组合阻力扭矩T_V+FP。阻力扭矩T_V+FP的振荡的振幅A_V+FP由阻力扭矩T_V+FP的振荡的最大值T_{V+FP_MAX}与最小值T_{V+FP_MIN}之差限定。因此，期望的是减小在发动机运行期间被施加到发动机的主驱动器的阻力扭矩T_V+FP的振荡的振幅A_V+FP。例如，通过减小阻力扭矩T_V+FP的振荡的振幅A_V+FP，可以减小主驱动皮带/链条的张力的波动。因此，可以使用较低的主驱动皮带/链条预张力，例如可以将主驱动器张紧装置设定成提供较低的皮带预张力，这减小了发动机的主驱动器中的摩擦，由此提高了发动机效率。

本公开提供了包括凸轮轴101的发动机的一种或多种布置，其中相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择凸轮轴101的燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM和/或燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE以使得燃料泵109的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。例如，可以相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM以使得第二周期性阻力扭矩T_FP的峰值T_{FP_MAX}在第一阻力扭矩T_V的两个相继峰值T_{V_MAX}之间出现。此外或可替代地，可以相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE以使得第二周期性阻力扭矩的峰值T_{FP_MAX}在第一周期性阻力扭矩T_FP的两个相继峰值T_{V_MAX}之间出现。

图4示出凸轮轴101和燃料泵驱动元件113的第一布置，其中燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}已经旋转偏移了角度Δθ_FPCAM。这样的旋转偏移可以通过相对于气门凸轮105重新定向燃料泵凸轮107来实现。在一种布置中，该凸轮轴的凸轮105、107可以被刚性地固定到凸轮轴101，并且可以用具有图4所示的构型的改良凸轮轴来替换现有凸轮轴。在另一种布置中，该凸轮轴的这些凸轮105、107可以被可移动地耦接至凸轮轴101，并且该发动机可以包括一种被配置成调节凸轮105、107相对于彼此的旋转取向的系统。

在图4所示的布置中，燃料泵凸轮107已经逆时针旋转了角度Δθ_FPCAM，该角度等于第一气门凸轮对105a的瓣中心线106与第二气门凸轮对105b的瓣中心线106之间的角度的一半，即Δθ_FPCAM＝120/2＝60°。然而，角度Δθ_FPCAM可以是任何适当角度，这取决于气门凸轮105和燃料泵凸轮107的构型。

图5示出了凸轮轴101和燃料泵驱动元件113的第二布置，其中燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}已经旋转偏移了角度Δθ_FPDE。这样的旋转偏移可以通过将燃料泵驱动元件113和/或燃料泵109关于凸轮轴101的旋转轴线A-A重新定向来实现。例如，燃料泵109附接至发动机之处的这些点可以被选择，以便在燃料泵109处于峰值位移时相对于燃料泵凸轮107的瓣的中心线108重新定向燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B。此外或可替代地，可以使用一个或多个联动机构来改变当燃料泵109处于峰值位移时燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B相对于燃料泵凸轮107的瓣的中心线108的取向。

在图5所示的布置中，由于燃料泵凸轮107的构型，角度Δθ_FPDE相对于竖直方向112等于180°。例如，由于燃料泵凸轮107具有围绕凸轮轴101的旋转轴线A-A等角度地间隔开的三个相同轮廓的瓣，燃料泵凸轮107的每个瓣的前端与燃料泵凸轮107的轮廓的最小半径在直径上相对。然而，在另一种布置中，角度Δθ_FPDE可以是任何适当的角度，这取决于气门凸轮105和燃料泵凸轮107的构型。

图6示出凸轮轴101和燃料泵驱动元件113的第三布置，其中燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM和燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}已经分别偏移了角度Δθ_FPCAM和角度Δθ_FPDE。在图6所示的布置中，燃料泵凸轮107已经顺时针旋转了角度Δθ_FPCAM并且燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B已经逆时针旋转了角度Δθ_FPDE。

在图4、图5和图6中所示的每种布置展示了通过将燃料泵凸轮107和/或燃料泵驱动元件113关于凸轮轴101的旋转轴线进行角度的重新定向而造成的最大可能相位角偏移量Δθ_相位。因此，阻力扭矩的振荡的振幅A_V+FP被最小化。在图4、图5和图6所示的这些布置中，当气门凸轮的瓣中心线106与气门111的操作轴线C-C共线时，燃料泵凸轮107被定向成使得燃料泵凸轮107的瓣中心线108倾斜于气门111的操作轴线C-C，燃料泵109与燃料泵凸轮瓣的前端沿直径相对，并且燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B与燃料泵凸轮107的瓣中心线108共线。

以此方式，如图7所示，可以相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM和/或燃料泵驱动元件113的角取向θ_FPDE，使得第二周期性阻力扭矩的峰值T_{FP_MAX}在第一周期性阻力扭矩T_FP的两个相继峰值T_{V_MAX}之间出现。

换言之，燃料泵凸轮107和/或燃料泵驱动元件113关于凸轮轴101的旋转轴线A-A可以被重新定向，使得燃料泵109的峰值位移与气门111的峰值位移异相地出现。

图7示出了针对图4、图5和图6所示的布置而言，相对于凸轮轴的角位置θ_凸轮轴被施加到凸轮轴101的第一和第二阻力扭矩T_V、T_FP的图形表示。在图7中，燃料泵凸轮107和/或燃料泵109关于凸轮轴101的旋转轴线的角度上的重新定向导致了相位角偏移量Δθ_相位。因此，阻力扭矩T_V+FP的振荡的振幅A_V+FP被减小。

然而，在一种或多种其他布置中，燃料泵凸轮107和/或燃料泵驱动元件113关于凸轮轴101的旋转轴线的角取向可以被选择成将振幅A_V+FP减小到在图3所示的最大可能振幅与图7所示的最小可能振幅之间的数值。例如，可以相对于气门凸轮对105a、105b、105c的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择燃料泵凸轮107的角取向θ_FPCAM和/或燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE，使得每个燃料泵致动事件即燃料泵109的峰值位移与气门致动事件即气门111的峰值位移在不同时刻发生。燃料泵凸轮107旋转的角度Δθ_FPCAM和/或燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B旋转的角度Δθ_FPDE可以是给出非零相位角偏移量Δθ_相位的任何适当角度，由此减小阻力扭矩T_V+FP的振荡的最大值T_{V+FP_MAX}与最小值T_{V+FP_MIN}之差。在一些实施例中，可以相对于这对气门凸轮的角取向θ_{VCAM_a}、θ_{VCAM_b}、θ_{VCAM_c}选择燃料泵驱动元件113的操作轴线B-B的角取向θ_FPDE，使得第二周期性阻力扭矩的峰值T_{FP_MAX}在经由气门凸轮对凸轮轴的旋转施加最小阻力扭矩的期间并且在第一周期性阻力扭矩的两个相继峰值T_{V_MAX}之间出现。

将燃料泵致动事件的正时调整成在两个相继气门致动事件之间发生可以具有在不折损气门提升的情况下解决凸轮轴处的扭矩波动问题的优点。进一步地，通过相对于气门凸轮的角取向来选择辅助设备的驱动元件的角取向而调节燃料泵致动的正时是有利的，因为对正时的这些调整是在不改变凸轮轴的构型的情况下进行的。

现在转向图8，其示出了曲轴的角取向与进气门、排气门和辅助设备的致动事件之间的示例关系的图形表示。这种图形表示是按比例绘制的，但可以使用其他的相对正时和相对量。这种图形表示可以对应于图1和图4至图6中所示的这些布置。在该示例中，针对辅助设备凸轮被布置在进气凸轮轴上的架构，示出了曲轴的角取向与进气门、排气门和辅助设备的致动事件之间的关系。然而，在其他实施例中，辅助设备凸轮可以被布置在排气凸轮轴上。在一个示例中，该辅助设备是燃料泵。该辅助设备的致动可以包括如上所述经由辅助设备凸轮对辅助设备的驱动元件进行致动。如上所述，进气门和排气门的致动可以经由气门凸轮来实现。

该图形表示的X轴代表发动机的曲轴的角位置θ_曲轴。对于曲轴的每360°旋转，进气凸轮轴和排气凸轮轴旋转180°。这样，曲轴旋转角度与进气凸轮轴和排气凸轮轴旋转角度之间的关系是2∶1。顶部曲线的Y轴代表辅助设备的位移，其中辅助设备的位移量在Y轴箭头的方向上增加。辅助设备在该辅助设备的最大位移处被完全致动。其余曲线的Y轴代表进气门和排气门的位移量，其中这些气门的位移量在这些Y轴的箭头的方向上增加。这些进气门和排气门在其最大位移处被完全致动。

在该示例中，该图形表示对应于具有1、3、2汽缸点火顺序的直列3缸发动机。在其他示例中，该直列3缸发动机可以具有1、2、3汽缸点火顺序。

顶部曲线代表辅助设备的致动事件。辅助设备的位移量用虚线802指示。辅助设备在线804处被完全致动，在此处该辅助设备的最大位移出现。

从顶部起的第二条曲线代表第一汽缸气门致动事件。进气门的位移用实线806表示。排气门的位移用虚线808表示。第一汽缸的气门在线810处被完全致动，在此处这些气门的最大位移出现。

从顶部起的第三条曲线代表第二汽缸气门致动事件。进气门的位移用实线812表示。排气门的位移用虚线814表示。第二汽缸的气门在线816处被完全致动，在此处这些气门的最大位移出现。

从顶部起的第四条曲线代表第三汽缸气门致动事件。进气门的位移用实线818表示。排气门的位移用虚线820表示。第三汽缸的气门在线822处被完全致动，在此处这些气门的最大位移出现。

经由进气凸轮轴上的气门凸轮来致动进气门，并且经由辅助设备凸轮来致动辅助设备。图8是辅助设备凸轮被布置在进气凸轮轴上的示例系统的图形表示。因此，在图8中，被施加到进气凸轮轴的阻力扭矩量随着进气门和辅助设备位移增大而增大。如之前讨论的，被施加到凸轮轴的阻力扭矩量是加和性的(additive)。因此，在图8中，被施加到进气凸轮轴的阻力扭矩量可以是由于进气门的致动造成的阻力扭矩与由于辅助设备的致动造成的阻力之和。由于排气门是经由布置在排气凸轮轴上的气门凸轮致动的，因此被施加到排气凸轮轴的阻力扭矩量随着排气门位移增大而增大。

如图8所示，当θ_曲轴从0°移动到120°时，辅助设备位移802从最大位移量804减小到最小位移量。此外，第一汽缸排气门位移减小到当θ_曲轴为约60°时的最小位移，并且第一汽缸进气门位移806从当θ_曲轴为0°时的最小量开始增大到当θ_曲轴为120°时的最大位移量810。此外，第二汽缸进气门位移812和排气门位移814保持在最小值，并且第三汽缸排气门位移820从当θ_曲轴为0°时的最小值增大至接近当θ_曲轴为120°时的最大位移量822。

当θ_曲轴为120°时，辅助设备位移802处于其最小位移量，并且第一汽缸进气门位移806处于其最大位移810。此外，当θ_曲轴为120°时在第二汽缸处，进气门812和排气门814的位移均处于最小位移量。在第三汽缸处，排气门位移820增大并在θ_曲轴为120°时接近其最大位移量822。

这样，当θ_曲轴为120°时，进气凸轮轴由于第一汽缸的进气门的致动而受到阻力扭矩，并且进气凸轮轴受到来自辅助设备的基本上零到零的阻力扭矩，因为该辅助设备的位移处于最小值。此外，当θ_曲轴为120°时，排气凸轮轴由于第三汽缸的排气门820的位移而受到阻力扭矩。

当θ_曲轴从120°移动到240°时，辅助设备位移802从最小位移量朝向最大位移量804增大。第一汽缸的进气门位移806在θ_曲轴从120°到240°时从最大位移810朝向最小位移量减小。第二汽缸的进气门和排气门在θ_曲轴从120°到240°时保持在最小位移量。第三汽缸排气门位移820在θ_曲轴约为150°时增大至最大位移量822并且然后在θ_曲轴为240°时减小至最小位移量。

当θ_曲轴为240°时，辅助设备位移802处于最大位移量804。此外，第一汽缸进气门位移806处于最小位移。在第二汽缸处，进气门和排气门均在θ_曲轴等于240°时处于最小位移量。第三汽缸排气门位移820朝向当θ_曲轴等于240°时的最小位移减小，并且第三汽缸进气门位移818在θ_曲轴等于240°时处于最小值并且开始增加。

因此，当θ_曲轴等于240°时，进气凸轮轴受到来自进气门的最小量到零的阻力扭矩，因为第一、第二和第三汽缸的进气门全都处于最小位移量。然而，当θ_曲轴等于240°时，进气凸轮轴由于辅助设备的位移而受到阻力扭矩。随着进气门朝向最小位移量移动而增大辅助设备的位移具有减小被施加到进气凸轮轴的阻力扭矩的波动的优点。

当θ_曲轴从240°移动至360°时，辅助设备位移从最大位移量804减小到最小位移量。当θ_曲轴从240°移动至360°时，第一汽缸进气门和排气门保持在最小位移量。第二汽缸排气门位移814从θ_曲轴约为280°时的最小位移量开始增大并在θ_曲轴为360°时接近最大位移量810。第三汽缸排气门位移820减小至最小位移量，并且第三汽缸进气门位移818在θ_曲轴从240°到360°时从最小位移量增大并达到最大位移量822。

当θ_曲轴为360°时，辅助设备位移802处于最小位移量。当θ_曲轴等于360°时，第一汽缸进气门位移806和排气门位移808处于最小位移量。第二汽缸排气位移814在θ_曲轴等于360°时接近最大位移量816。第三汽缸进气门位移818在θ_曲轴等于360°时处于最大位移量822。

当θ_曲轴从360°移动到480°时，辅助设备位移802从最小位移量增大至最大位移量804。此外，第一汽缸进气门位移806和排气门位移808在θ_曲轴从360°到480°时保持在最小位移量。第二汽缸排气门位移814在θ_曲轴约为410°时增大至最大位移量816并且接着开始减小。第三汽缸进气门位移360在θ_曲轴从360°到480°时从最大位移量822减小至最小位移量。

当θ_曲轴为480°时，辅助设备位移802处于最大位移804，并且这三个汽缸的所有进气门都处于最小位移。此外，第二汽缸排气门位移814接近最小位移。

当θ_曲轴从480°移动到600°时，辅助设备位移802减小到最小位移，并且第二汽缸进气门位移812从最小位移增大到最大位移816。此外，第一汽缸排气门位移808增大，并且第三汽缸气门保持在最小位移。

当θ_曲轴为600°时，辅助设备处于最小位移，并且第二汽缸进气门位移812处于最大位移816。此外，第一汽缸排气门位移808接近最大位移810。第三汽缸进气门和排气门位移处于最小位移。

当θ_曲轴从600°移动到720°时，辅助设备位移802从最小位移移动至最大位移804，并且第二汽缸进气门位移812从最大位移816减小至最小位移。此外，第一汽缸排气门位移808增大到最大位移810并接着减小，并且第三汽缸进气门和排气门位移保持在最小位移。

当θ_曲轴为720°时，辅助设备位移802处于最大位移804，并且第二汽缸进气门位移812处于最小位移。此外，第一汽缸排气门位移808接近最小位移，并且第三汽缸进气门和排气门位移处于最小位移。

当θ_曲轴为720°时，该曲轴已经完成两次完整的旋转，并且进气凸轮轴和排气凸轮轴均已经完成一次旋转。曲轴的这两次完整的旋转结束了致动进气门、排气门和辅助设备的一个完整循环。在曲轴旋转720°之后，致动循环再次重复，并且进气门、排气门和辅助设备相对于彼此的移位重复进行。

如图8所示，辅助设备的致动在进气门的两次相继最大位移之间发生。在一个示例中，辅助设备的最大位移在进气门的两次相继最大位移之间并且在进气门处于最小位移时出现。这可能有利于最小化进气凸轮轴处的扭矩波动。在辅助凸轮被布置在排气凸轮轴上的其他实施例中，辅助设备可以在排气门的两个相继致动事件之间被致动。在辅助凸轮被布置在排气凸轮轴上的实施例中，排气凸轮轴处的扭矩波动被减小。

本领域技术人员将认识到，虽然本发明是以举例方式参照一个或多个示例来描述的，但本发明不局限于所公开的这些示例并且在不背离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以构造出替代性的示例。将进一步认识到，本文公开的构型和程序本质上是示例性的，并且这些特定实施例不得以限制的意义来考虑，因为众多的变体是可能的。例如，以上技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4或其他发动机类型。作为另一个示例，以上技术可以应用于具有可变气门正时和升程的发动机。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构型以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。

随附权利要求具体地指出了被认为是新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一个”元素或“第一”元素或其等效物。这样的权利要求应理解为包括引入了一个或多个此类元素、但不要求或排除两个或更多此类元素。所公开的这些特征、功能、元素和/或特性的其他组合和子组合可以通过对当前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护。这样的权利要求无论在范围上与原权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被视为包含在本公开的主题之内。

Claims (20)

1.一种包括凸轮轴的发动机，所述发动机可耦接至由所述凸轮轴驱动的辅助设备，所述凸轮轴包括：

多个气门凸轮，每个气门凸轮被配置成致动所述发动机的相应进气门或排气门，所述气门凸轮关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向由所述气门的操作要求来限定；以及

辅助设备凸轮，其被配置成借助于一个或多个凸轮瓣来驱动所述辅助设备的驱动元件，所述辅助设备凸轮具有关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向，并且当所述辅助设备被耦接到所述发动机时所述驱动元件具有关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向，

其中所述辅助设备的所述驱动元件的角取向相对于所述气门凸轮的角取向被选择成使得所述辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中：

每个气门凸轮在所述气门凸轮致动所述气门时对所述凸轮轴的旋转提供第一周期性阻力扭矩；并且

所述辅助设备凸轮在所述辅助设备凸轮致动所述辅助设备时对所述凸轮轴的旋转提供第二周期性阻力扭矩，

其中所述第二周期性阻力扭矩的峰值在所述第一周期性阻力扭矩的两个相继峰值之间出现。

3.根据权利要求2所述的发动机，其中所述第一和第二周期性阻力扭矩限定了在所述发动机运行期间被提供给所述发动机的主驱动器的阻力扭矩振荡，所述辅助设备凸轮的角取向和/或所述辅助设备的操作轴线的角取向相对于所述气门凸轮的角取向被选择，以减小被提供给所述主驱动器的阻力扭矩振荡的振幅。

4.根据权利要求3所述的发动机，其中所述辅助设备凸轮的角取向和/或所述辅助设备的操作轴线的角取向相对于所述气门凸轮的角取向被选择，以将阻力扭矩的振荡的最大值与最小值之间的量值最小化。

5.根据权利要求1所述的发动机，其中所述发动机被配置成使得当所述凸轮轴和所述辅助设备处于安装构型中时所述发动机的所述辅助设备的操作轴线从所述凸轮轴的旋转轴线径向地延伸。

6.根据权利要求1所述的发动机，其中所述辅助设备凸轮的每一瓣的形状被独立地选择以减小阻力扭矩振荡的振幅。

7.根据权利要求1所述的发动机，其中所述凸轮轴被配置成致动所述发动机的多个汽缸的所述气门，其中所述辅助设备凸轮的瓣的数量等于汽缸的数量。

8.根据权利要求1所述的发动机，其中所述多个气门凸轮围绕所述凸轮轴的旋转轴线等角地间隔开。

9.根据权利要求1所述的发动机，其中所述气门凸轮中的每一个和/或所述辅助设备凸轮被刚性地固定到所述凸轮轴。

10.根据权利要求1所述的发动机，其中所述气门凸轮中的每一个和/或所述辅助设备凸轮相对于所述凸轮轴是可移动的。

11.根据权利要求1所述的发动机，其中所述辅助设备是燃料泵。

12.根据权利要求1所述的发动机，其中所述辅助设备的所述驱动元件具有倾斜于、偏离于和/或远离所述辅助设备的所述操作轴线的操作轴线。

13.根据权利要求1所述的发动机，其中所述辅助设备包括联动机构，所述联动机构被配置成将所述辅助设备可操作地耦接至所述辅助设备驱动元件。

14.一种用于制造包括凸轮轴的发动机的方法，所述发动机可耦接至由所述凸轮轴驱动的辅助设备，所述方法包括：

将多个气门凸轮中的每一个配置成致动所述发动机的相应进气门或排气门，所述多个气门凸轮关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向由所述气门的操作要求来限定；

将辅助设备凸轮配置成借助于一个或多个凸轮瓣来驱动所述辅助设备的驱动元件，所述辅助设备凸轮具有关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向，并且当所述辅助设备耦接到所述发动机时所述驱动元件具有关于所述凸轮轴的旋转轴线的角取向；以及

相对于所述气门凸轮的角取向选择所述辅助设备的所述驱动元件的角取向，以使得所述辅助设备的每个致动事件在两个相继气门致动事件之间发生。

15.一种包括凸轮轴且可耦接至由所述凸轮轴驱动的辅助设备的发动机，所述凸轮轴包括：

多个气门凸轮，每个气门凸轮致动所述发动机的一个气门；以及

辅助设备凸轮，其致动所述辅助设备的驱动元件，所述驱动元件的角取向相对于所述气门凸轮的角取向被选择以便在两个相继气门致动事件之间致动所述辅助设备。

16.根据权利要求15所述的发动机，其中所述辅助设备是燃料泵。

17.根据权利要求15所述的发动机，其中所述驱动元件的角取向相对于所述气门凸轮的角取向进一步被选择成在经由所述气门凸轮对所述凸轮轴的旋转施加最小量的阻力扭矩时致动所述辅助设备。

18.根据权利要求15所述的发动机，其中所述辅助设备凸轮的瓣的数量等于所述发动机的汽缸的数量。

19.根据权利要求15所述的发动机，其中由所述气门凸轮致动的所述气门是所述发动机的进气门。

20.根据权利要求15所述的发动机，其中由所述气门凸轮致动的所述气门是所述发动机的排气门。