CN107849950A - 连续可变摩擦驱动相位器 - Google Patents

Abstract

一种连续可变摩擦驱动件，其用于使得附连于凸轮轴的凸轮板相对于由曲柄轴驱动的链轮板移相。盘在链轮和凸轮板之间接纳在空腔内。这些盘绕旋转轴线自由地旋转，并且相对于凸轮和链轮固定，以使得当链轮板旋转时，凸轮板由盘沿相反方向旋转。盘的旋转轴线能由致动器倾斜，以使得盘自身在距板的旋转轴线的不同距离处接触板，这会改变一个板相对于另一个的旋转速度。当曲柄和凸轮的旋转速度不同时，改变两个轴之间的相位角。

Description

连续可变摩擦驱动相位器

技术领域

本发明涉及用于内燃机的可变凸轮正时的领域。更具体地说，本发明涉及一种连续可变摩擦驱动凸轮正时装置或“相位器”。

背景技术

美国专利3,727,474公开了一种汽车传动装置，该汽车传动装置包括驱动板和从动板，该驱动板和从动板形成用于接纳盘的空腔。从动板和驱动板各自成型为具有半环形摩擦表面。每个盘的中心均机械地链接于存在于具有轴线的驱动管上的弹簧加载支架。这些盘能绕中心点枢转。设有诸如加权球的装置，用于在驱动管上轴向地移动支架并且经受离心力，且可手动地移动通过控制杆。

WO2013/110920公开了一种连续可变比传动系统，该连续可变比传动系统具有变速器，该变速器具有两个输入板和两个输入板之间的输出板。输出板在相对面上具有环形凹入输出表面。在输出板的外周缘上存在用于与轴的齿轮啮合的齿。输出板和第一输入板提供第一空腔，且输出板和第二输入板提供第二空腔。辊子在每个空腔内。辊子经由球形轴承安装在辊子支架中。辊子与横杆连接在一起。每个支架的枢转点位于承载两个辊子的两个球形轴承的中心点之间的中部。横杆各自具有致动臂，该致动臂安装于机械联动件。机械联动件具有链接杆件，该链接杆件用于通过致动臂来枢转支架。在替代的实施例中，省略联动件，且每个臂独立地由各个致动器致动。

上文参照均旨在用作可变驱动件，其中的要点是使得两个旋转轴以不同的速度旋转，例如是用于汽车的连续可变传动装置。

可变凸轮正时或“VCT”是这样的过程，该过程指代在期望的时候控制并改变驱动轴和一个或多个凸轮轴之间的角向关系(“相位”)，这些角向关系控制发动机的进气和排气阀。在闭环式VCT系统中，该系统测量凸轮轴相对于该凸轮轴操作地连接于的曲柄轴的角向移位或相位角，且然后响应于增大或减小动力的需求来改变相位角以调节各种发动机特征。通常，存在反馈回路，其中此类发动机特性的期望数值是对照它们现有的数值来测量，并且响应于任何变化在该发动机内部实施改变。

VCT系统包括凸轮定向控制装置(有时称为“相位器”)、控制阀、控制阀致动器以及控制电路。响应于输入信号，相位器调节凸轮轴，以提前或延迟发动机正时。

在VCT系统中，如果凸轮轴和曲柄轴以不同的速度旋转，则发动机会发生显著的损坏。

发明内容

一种连续可变摩擦驱动件或相位器，其用于使得附连于凸轮轴的凸轮板相对于由曲柄轴驱动的链轮板移相。盘在链轮板和凸轮板之间接纳在空腔内。这些盘绕旋转轴线自由地旋转，但盘的旋转轴线相对于凸轮和链轮固定，以使得当链轮板旋转时，凸轮板由盘沿相反方向旋转。当盘与板的旋转轴线对准时，两个板沿不同方向以相同的速度旋转。盘的旋转轴线能由致动器、例如滚珠丝杠式致动器倾斜，以使得盘自身在距板的旋转轴线的不同距离处接触板，这会改变一个板相对于另一个的旋转速度。当曲柄和凸轮的旋转速度不同时，改变两个轴之间的相位角。

附图说明

图1示出本发明的摩擦驱动件的示意图。

图2示出摩擦驱动件的部分部段的示意图。

图3示出辊子和凸轮板的旋转方向的指示。

图4示出处于保持位置的摩擦驱动件的示意图。

图5示出处于保持位置的图4所示摩擦驱动件的部段。

图6示出朝向提前位置移动的摩擦驱动件的示意图。

图7示出朝向提前位置移动的图6所示摩擦驱动件的示意图。

图8示出朝向延迟位置移动的摩擦驱动件的示意图。

图9示出朝向延迟位置移动的图8所示摩擦驱动件的示意图。

图10A示出朝向延迟位置移动的摩擦驱动件的联动件的位置。

图10B示出处于保持位置的摩擦驱动件的联动件的位置。

图10C示出朝向提前位置移动的摩擦驱动件的联动件的位置。

图11示出通过简单地改变摩擦驱动件的比值来调节凸轮轴相对于曲柄轴的相位的方法的流程图。

图12示出致动器速率相对致动器线性位置的图表。

具体实施方式

图1-3示出连续可变摩擦驱动件或相位器10，其用于使得附连于凸轮轴26的凸轮板23相对于链轮板12相移。连续可变摩擦驱动件10通过动态地调节内燃机的凸轮轴26相对于曲柄轴(未示出)的旋转关系而用作凸轮正时相位器。凸轮板23可与凸轮轴26一体地形成或者固定于该凸轮轴。链轮板12可旋转地安装在轴25上，该轴是凸轮轴26的延伸部或者螺接于该凸轮轴。

链条或皮带(未示出)通过链轮齿40将链轮板12连接于曲柄轴(未示出)，以使得曲柄轴通过链轮齿40来驱动链轮板12。链轮板12沿第一方向旋转，该第一方向与凸轮板23如图3中所示并且由箭头指示的旋转方向相反。链轮板12包含成角度或者弯曲的内表面14，且凸轮板23也包含成角度或者弯曲的内表面24。凸轮板23的内表面24与链轮板12的内表面14平行。

多个支架(这里示作第一支架16和第二支架20)存在于凸轮板23和链轮板12之间的空腔28内。应理解的是，在本发明的教示内，支架和盘的数量可以如图所示是两个，或者例如三个或四个或更多个的一些其它数量。

支架16、20的每个均包含具有外周缘18、22的盘17、21。盘17、21的外周缘18、22与链轮板12的内表面14和凸轮板23的内表面24相接触。支架16、20相对于凸轮板23和链轮板12枢转，以调节盘17、21相对于凸轮板和链轮板12、23的内表面14、24的角度。支架16、20否则相对于凸轮轴承27静止。盘17、21在销15、19上绕盘轴线36旋转，这些销固定于支架16、20。

链轮板12朝向凸轮板23偏置，将盘17、21偏置为与链轮板12和凸轮板23的内表面14、24相接触。偏置可通过弹簧组11来执行。止推轴承13可存在于弹簧组11和链轮板12之间。替代地是，偏置力可由液压装置提供。链轮板12和盘17、21以及凸轮板23和盘17、21之间的摩擦限制部件之间的滑移。此外，支承盘17、21的支架16、20相对于头部或凸轮轴承27静止，除了旋转以改变盘17、21的角度以外。

支架16、20经由连接器33和联动件31、32机械地连接于致动器29的致动器杆30。致动器29致动杆30和连接器33，以使得支架16、20的位置且由此盘17、21的位置相对于凸轮板23和链轮板12的内表面14、24枢转或旋转。致动器29接收来自各个发动机传感器41的输入，并且可由具有控制器的发动机控制单元(ECU)42控制。发动机传感器41可感测凸轮轴26的位置、曲柄轴的位置、盘17、21的位置以及其它发动机状况。

当链轮板12旋转时，凸轮板23通过盘17、21与链轮板12的内表面14以及凸轮板23的内表面24的接合而也沿相反方向旋转。盘17、21的旋转轴线36能由诸如滚珠丝杠式致动器的致动器29倾斜，以使得盘17、21的外周缘18、22自身在距凸轮旋转轴线R的不同距离处于凸轮轴23和链轮板12的内表面14、24接触，这改变一个板相对于另一个的旋转速度，从而改变凸轮轴26和曲柄轴(未示出)之间的相位。

参照图4-5和10B，距离A是盘17、21的外周缘18、22与链轮板12的内表面14的接触点CP1、CP2之间的距离。距离B是盘17、21的外周缘18、22与凸轮板23的内表面24的接触点CP1、CP2之间的距离。

当盘17、21对准以使得销15、19的旋转轴线36垂直于凸轮轴26的旋转轴线R时，距离A大致等于距离B。在此种配置中，凸轮板12和链轮板12以相同速度旋转，且在凸轮轴26和曲柄轴(未示出)之间并不发生相位变化。因此，相位器处于保持位置中。应注意的是，术语“大致”可关于距离A和距离B来使用，以考虑在距离可能并非精确相等情形下的滑移。

参照图6-7和10C，在该位置中，盘17、21的角度使得距离A大于距离B。在由于盘17、21的倾斜而使得距离A大于距离B的情形下，使得链轮板12旋转一圈致使凸轮板23旋转一圈以上，由此使得凸轮轴26的位置相对于曲柄轴(未示出)提前。

参照图8-9和10A，在该位置中，盘17、21的角度使得距离A小于距离B。在由于盘17、21的倾斜而使得距离A小于距离B的情形下，链轮板12必须旋转一圈以上来致使凸轮板23旋转一圈，由此使得凸轮轴26的位置相对于曲柄轴(未示出)延迟。

应理解的是，在距离A并不与距离B相同的上文所述情况中，相位器会操作以使得曲柄轴和凸轮轴以不同速率旋转仅仅足够长以致改变一个相对于另一个的相位即可，且然后重设相位器来使得距离A＝B，且使得凸轮轴26和曲柄轴(未示出)返回来以相同的速度旋转。也就是说，两个轴之间的速度比变化旨在仅仅针对极小的时间段作出，仅仅只要长达足以使得曲柄轴(未示出)和凸轮轴23将相位改变几度即可。

图12示出凸轮/曲柄相位的变化速率(“定向速率”)相对于致动器线性位置的图表。图12中示出的数值仅仅是例示的目的。

特定rpm下的定向速率由实线120、虚线122以及点划线121示出。虚线框123表示凸轮轴的位置相对于曲柄轴提前。长虚线-短虚线框124表示凸轮轴的位置相对于曲柄轴延迟。

在图表125的原点处，也就是说，零定向速率和零致动器位置处，凸轮轴的相位并不相对于曲柄轴改变。

图12的图表示出凸轮轴相对于曲柄轴的提前和延迟定向速率基于发动机rpm改变。发动机rpm越高，致动器29使得盘17、21的旋转轴线相对于给定位置的倾斜改变的变化速率越快。

图11示出通过简单地改变摩擦驱动件的比值来调节凸轮轴相对于曲柄轴的相位的方法的流程图。

在第一步骤(步骤70)中，ECU 42基于发动机状况来确定凸轮轴26相对于曲柄轴的期望相位。ECU 42还通过凸轮和曲柄传感器41来确定凸轮轴26相对于曲柄轴(未示出)的当前位置。确定期望相位和当前相位的特定方法对于本领域是已知的并且并不形成本发明的一部分。发动机状况可包括发动机的负载、曲柄轴的每分钟转数(RPM)、车辆的速度、节气门位置、燃料流量以及本领域已知的其它状况。

ECU 42计算所需的致动方向，以致使连续可变摩擦驱动件或相位器10来相对于曲柄轴移动凸轮轴26，从而达到凸轮轴26相对于曲柄轴的期望相位(步骤72)。较佳地是，ECU42还会考虑图12中讨论并且示出的相对于发动机RPM的定相速率来确定致动器位置，以在期望的时间内实现相位变化。

ECU 42发送信号，以使得致动器29的位置移动足够长的时间来实现期望的相位(步骤74)。致动器29会致动杆30和连接器33，以使得支架16、20的位置且由此盘17、21的位置相对于凸轮板23和链轮板12的内表面枢转或旋转。能从上文例如在示例附图12中的相对于发动机RPM的已知相位变化速率来确定致动器位置的移动量。

例如，假定发动机RPM是2500并且期望的相位是从当前位置提前5°。在RPM处，根据图12，致动器29正负0.6mm的移动导致每秒500°的相位变化。在5°的期望偏移的情形下，可通过使得致动器29在0.01秒内移动至负0.6mm位置(500°/秒除以5°)来实现期望的相位偏移。如果期望更快或更慢的相位变化速率，则致动器能或大或小地移动。在该示例中，在阶跃变化(例如，作出改变所需的精确量的阶跃)至某一位置时讨论变化，应注意的是，致动器29的移动也可上升或下降，以同样根据需要来实现变化。

一旦达到凸轮轴26相对于曲柄轴(未示出)的期望定相(步骤76)，致动器29的位置移动至保持位置，其中，凸轮轴26和曲柄轴沿不同的方向以相同速度旋转(步骤78)，且方法终止。

对于已达到凸轮轴26相对于曲柄轴(未示出)的期望定相的确定能基于对当前发动机RPM的相位速率和致动器位置的计算来确定。换言之，ECU 42可仅仅在预定时间段内移动致动器，然后将致动器放回保持位置中。然而，较佳地是，会通过从向ECU 42提供输入的传感器来读取凸轮和曲柄位置的实际测量值来确定是否已达到凸轮轴26相对于曲柄轴的期望定相。

因此，应理解的是，这里描述的本发明实施例仅仅是对本发明原理的应用的说明。这里对所说明示例的细节的参照并不旨在限制权利要求的范围，这些权利要求自身阐述作为本发明实质考虑的那些特征。

Claims (4)

1.一种通过使用可变比摩擦驱动相位器来调节凸轮轴相对于曲柄轴的相位的方法，所述可变比摩擦驱动相位器具有致动器，所述致动器改变多个盘的倾斜，所述多个盘在联接于所述凸轮轴的凸轮板和联接于所述曲柄轴的链轮板之间传递动力，且所述方法包括如下步骤：

a)控制器确定所述凸轮轴相对于所述曲柄轴的期望相位和当前相位；

b)所述控制器计算致动方向，以移动所述致动器，从而将所述凸轮轴相对于曲柄轴的相位从所述当前相位改变为所述期望相位；

c)所述控制器将信号发送至所述致动器，以将所述多个盘的倾斜沿所计算的致动方向调节至预定位置，从而相对于所述曲柄轴提前或延迟所述凸轮轴；以及

d)所述控制器将信号发送至所述致动器，以使得所述多个盘的倾斜返回至保持位置，在所述保持位置中，所述凸轮轴相对于所述曲柄轴的相位维持在所述期望相位下。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在一段经过时间之后执行步骤(d)，所述经过时间基于在当前发动机rpm下的所确定致动器位置处的已知相位变化速率来计算。

3.根据权利要求1所述的方法，在步骤(c)之后进一步包括如下步骤：测量所述凸轮轴相对于所述曲柄轴的实际相位，其中，在所述实际相位达到所述期望相位之后执行步骤(d)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述摩擦驱动相位器包括：

凸轮板，所述凸轮板具有弧形内表面；

链轮板，所述链轮板具有弧形内表面；

所述凸轮板和所述链轮板设置成使得所述凸轮板的所述内表面设置成平行于所述链轮板的所述内表面，所述链轮板的内表面和所述凸轮板的所述内表面形成空腔；

多个支架，所述多个支架接纳在所述空腔内，每个支架包括盘，所述盘具有外周缘，所述外周缘具有与所述链轮板的所述内表面相接触的第一接触点和与所述凸轮板的所述内表面相接触的第二接触点，所述盘能枢转以调节所述盘相对于所述链轮板和所述凸轮板的内表面的角度；以及

致动器，所述致动器机械地连接于所述多个支架并且接收来自控制器的输入，以将所述盘枢转，从而相对于所述链轮板和所述凸轮板的内表面来移动所述第一接触点和所述第二接触点。