CN108278136B - 一种发动机可变凸轮轴相位调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机可变凸轮轴相位调节器，其结构特点是：包括链轮、凸轮对接基座、驱动机构和行星轮系，行星轮系由至少2个简单行星排和减速行星排组合而成，减速行星排由基本构件和行星轮组成，基本构件为3个或3个以上，其中两个基本构件分别连接于链轮和凸轮对接基座，通过所述链轮从发动机曲轴接收旋转驱动输入，通过所述凸轮对接基座驱动凸轮轴旋转；所述减速行星排中两个基本构件向外引出，分别与所述第一行星排中心轮和所述第二行星排中心轮相连接。本发明的优点是：通过电磁离合器，借助链轮驱动力、机壳保持力来驱动相位器工作，具有自驱动的特点，驱动机构和配套驱动电路简单，耗能少，移相响应快。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机可变气门正时技术，尤其涉及一种发动机可变凸轮轴相位调节器(VCT)。
背景技术
发动机可变气门正时技术(VVT，VariableValveTiming)原理是根据发动机的运行情况，调整进气门(排气门)的开合时间和角度。VVT系统可改进发动机燃油经济性、减少有害废气产生量和提高发动机动力性能。液压式相位器是现阶段应用最广的一种发动机可变气门正时技术，成熟、便宜但是系统响应缓慢，特别是发动机低转速和机油温度低时性能不好。现阶段重点开发的电机驱动式电子相位器虽性能优越但成本居高不下。其中，专利公开号CN104806317A和CN104863657A中也涉及一种电子相位调节器，但是其缺点是驱动部件直流无刷电机价格昂贵，需集成驱动电路且驱动算法复杂，基于上述缺点，急需一种响应快速、可靠且成本低的电子凸轮轴相位器。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电子凸轮轴相位器驱动电机系统复杂、成本高的问题，提供了一种发动机可变凸轮轴相位调节器，其驱动机构能够利用链轮动力、机壳制动力来进行转速调节，所需驱动转速低，驱动结构简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机可变凸轮轴相位调节器，包括链轮、凸轮对接基座、驱动机构和行星轮系，其特征在于：1)所述行星轮系由2个简单行星排和减速行星排组合而成，2个简单行星排分别为第一行星排和第二行星排，第一行星排由第一行星排内齿轮、第一行星排转臂、第一行星排中心轮和行星轮组成，第二行星排由第二行星排内齿轮、第二行星排转臂、第二行星排中心轮和行星轮组成；
2)所述减速行星排由基本构件和行星轮组成，基本构件为3个或3个以上，其中两个基本构件分别连接于链轮和凸轮对接基座，通过所述链轮从发动机曲轴接收旋转驱动输入，通过所述凸轮对接基座驱动凸轮轴旋转；
3)所述减速行星排中两个基本构件向外引出，分别与所述第一行星排中心轮和所述第二行星排中心轮相连接；
4)所述减速行星排向外引出的两基本构件速度差与对接至所述链轮、所述凸轮对接基座的两基本构件速度差之间是减速传动；
5)所述第一行星排转臂和所述第二行星排转臂相互连接；所述第一行星排内齿轮周向固定于机壳，所述第二行星排内齿轮是输入构件；该输入构件作旋转运动带动所述链轮和所述凸轮对接基座间实现相位差调整。
优先的，所述第一行星排内齿轮齿数与所述第一行星排中心轮齿数的比值为所述第一行星排的特性参数K2，所述第二行星排内齿轮齿数与所述第二行星排中心轮齿数的比值为所述第二行星排的特性参数K3，K2值等于K3值。
优先的，所述减速行星排，或是3Z型行星传动，减速行星排包括二个内齿轮、中心轮三个基本构件和转臂、行星轮，具体为：其两个内齿轮分别连接于所述链轮和所述凸轮对接基座，中心轮作为两个向外引出基本构件之一，对接于所述链轮的内齿轮作为另一个向外引出基本构件；或是Z-X-V型行星传动，减速行星排包括内齿轮Z、转臂X、输出轴V三个基本构和行星轮，具体为：内齿轮Z连接于所述链轮，其输出轴V连接于所述凸轮对接基座，其内齿轮Z和转臂X作为两个向外引出基本构件；或是E型2Z-X正号机构，减速行星排包括两个内齿轮、转臂三个基本构件和行星轮，具体为：其两个内齿轮分别连接于所述链轮和所述凸轮对接基座，转臂和连接于所述链轮的内齿轮作为向外引出基本构件；或是由两个简单行星排复合而成，两个简单行星排中转臂相互连接成共用转臂，两个中心轮相互连接成共用中心轮，两个内齿轮分别同所述链轮和所述凸轮对接基座相连接，共用中心轮作为向外引出基本构件之一，对接至所述链轮的内齿轮作为另一个向外引出基本构件。
优先的，所述驱动机构或使用电机，或使用电磁离合器，所述电磁离合器由三态离合器、第一电磁铁、第二电磁铁、第一衔铁、第二衔铁，第一预紧碟簧、第二预紧碟簧、滚针轴承和滚针轴承组成。
优先的，所述第一行星排内齿轮转速为零，所述第二行星排内齿轮是输入构件，其转速为零时，减速行星排向外引出两基本构件转速相等，所述链轮和所述凸轮对接基座速度相等，不会产生相位差；所述第二行星排内齿轮正向旋转或者反向旋转时，减速行星排向外引出两基本构件转速不相等，所述链轮和所述凸轮对接基座速度不相等，产生相位差。
优先的，所述第二行星排内齿轮，其通过轴向滑动副配合一个三态离合器，所述三态离合器与所述第二行星排内齿轮之间有轴向移动自由度；所述三态离合器离合器与所述第二行星排内齿轮之间没有围绕轴心线相对旋转的自由度；输入构件转速为零通过所述三态离合器接合并同步于所述第一行星排内齿轮上的第一摩擦片来实现；输入构件正向旋转通过所述三态离合器接合并同步于所述链轮所在基本构件上的第三摩擦片来实现；输入构件反向旋转通过所述三态离合器在凸轮压缩气门弹簧而使凸轮轴受与旋转方向相反的反作用力时，处于中间位置来实现，或者在三态离合器处于中间位置时，制动所述2个简单行星排中正向旋转构件来实现。
优先的，所述三态离合器与所述第二行星排内齿轮之间有轴向作用第一预紧碟簧预紧，所述第一预紧碟簧将所述三态离合器预压在所述第一行星排内齿轮上的所述第一摩擦片上；固定于所述机壳上的第一电磁铁、第二电磁铁是环型电磁铁，所述第二电磁铁外套于所述第一电磁铁，所对应的第二衔铁外套于第一衔铁，所述第一衔铁、第二衔铁能够相互推动而不能相互拉动；所述三态离合器在第一电磁铁电磁力作用下，通过第一衔铁和滚针轴承，克服所述第一预紧碟簧的预紧力将所述三态离合器轴向推动，压紧所述链轮所在基本构件上的所述第三摩擦片而同步于所述链轮所在基本构件；所述三态离合器既不压紧所述第三摩擦片也不压紧所述第一摩擦片而处于中间位置，是通过第二电磁铁吸合第二衔铁，并推动所述第一衔铁，通过所述滚针轴承，克服所述第一预紧碟簧的预紧力而实现的；所述第二电磁铁吸合所述第二衔铁时，所述第二衔铁压合连接于所述第一行星排中心轮上第二摩擦片，所述第一行星排中心轮被制动，从而使得所述三态离合器处于中间位置时能够全程反向旋转。
优先的，行星轮系中的简单行星排或为3个及以上。
优先的，所述减速行星排的基本构件或为4个及以上。
本发明所述上述技术方案的另一种表述为：一种发动机可变凸轮轴相位调节器，主要包括链轮、凸轮对接基座、驱动机构和行星轮系；其中行星轮系由简单行星排和减速行星排组合而成；其特征在于：减速行星排由基本构件和行星轮组成，二个基本构件分别连接于链轮和凸轮对接基座，称之为减速行星排输出构件组；减速行星排通过链轮从发动机曲轴接收旋转驱动输入，通过凸轮对接基座驱动凸轮轴旋转；减速行星排二个基本构件向外引出与简单行星排中基本构件相连接，称之为减速行星排输入构件组；减速行星排输出构件组和减速行星排输入构件组至少有一个基本构件是不相同的，减速行星排输入构件组基本构件速度差和减速行星排输出构件组基本构件速度差是减速传动。
进一步的，所述行星轮系中的简单行星排为2个或2个以上，减速行星排中的基本构件为3个或3个以上。
进一步的，所述行星轮系中的至少2个简单行星排组成了驱动组，驱动组中轴向紧邻减速行星排的简单行星排称之为第二行星排，另一简单行星排称之为第一行星排；第一行星排转臂和第二行星排转臂相互连接；第二行星排中心轮连接于减速行星排向外引出一基本构件：链轮所在内齿轮，第一行星排中心轮连接于减速行星排的另一向外引出基本构件；第一行星排内齿轮周向固定于机壳，称之为“机壳内齿轮”，第二行星排内齿轮是本凸轮轴相位调节器的输入构件，称之为“输入构件”，所述输入构件的旋转运动被行星轮系减速后成为凸轮对接基座和链轮之间的速度差，上述速度差的时间积分就是凸轮对接基座与链轮间相位差。上述简单行星排有单行星轮的负号行星排和双行星轮的正号行星排两种形式，这里优选单行星轮的负号简单行星排作为阐述对象，单行星轮分别同中心轮和内齿轮啮合，行星排这一啮合关系在后文中不再重复声明。
进一步的，当驱动组两个简单行星排特性参数相等时，驱动机构或使用电磁离合器，借用链轮驱动力和机壳制动力，实现相位调整的自我驱动功能。
进一步的，当驱动组两个简单行星排特性参数不相等时，驱动机构或使用电机，输入构件的旋转运动或者停止通过电机驱动实现。
进一步的，使用电磁离合器作为驱动机构时，输入构件轴向左右两侧分别是机壳内齿轮和减速行星排内链轮所在内齿轮，其所在内齿轮称之为“链轮内齿轮”；三态离合器以轴孔配合或者其他滑动配合副的方式同所述输入构件配合，三态离合器同输入构件之间有轴向移动自由度，没有周向转动自由度；三态离合器同输入构件间有轴向作用的预紧弹簧，故在电磁铁不通电时，在弹簧预紧力作用下，三态离合器压紧机壳内齿轮上摩擦片。
其中上述发动机曲轴带动相位器的方式不止于链条传动，常见的还有皮带传动，齿轮传动等。
本发明使用电磁离合器作为驱动机构时，凸轮轴相位调节器的工作原理是：
(1)保持状态：在预紧弹簧力作用下，三态离合器轴向压紧并同步于机壳内齿轮上的摩擦片时，输入构件转速为零。此时，因驱动组两行星排特性参数相等，故减速行星排输入构件组两个构件转速也是相同的，并且等于链轮转速，等于凸轮轴转速，减速行星排被锁止，链轮同凸轮对接基座转速相同，凸轮轴和曲轴间不会出现相位差；
(2)移相状态：当三态离合器轴向移动，接合并同步于链轮内齿轮上的摩擦片时，输入构件转速等于链轮转速，输入构件同机壳内齿轮转速差为链轮转速；或者当三态离合器处于中间位置时，输入构件朝链轮旋转方向相反方向旋转，输入构件同所述机壳内齿轮存在转速差。上述转速差经驱动组减速或者加速，然后通过减速行星排输入构件组进入减速行星排，经减速后成为链轮与凸轮对接基座之间的转速差，对时间积分后就是凸轮轴和曲轴之间相位差。
三态离合器的轴向移动和压紧动作，是在电磁铁电磁力和位于三态离合器和输入构件间预紧弹簧弹力的共同作用下实现的。预紧弹簧将三态离合器预压在机壳内齿轮摩擦片上，实现了输入构件的第一个状态：制动状态，此时凸轮轴相对曲轴相位不变；
为了实现输入构件的其他两个状态位置，使用了最简单的两级递推的吸力电磁铁，即使用两个外环套内环状电磁铁，所对应有两个外环套内环衔铁，两个衔铁间存在着一个轴向作用面，使得两个衔铁能够互推而不能互拉，同时衔铁周向固定，轴向有移动自由度；当三态离合器在凸轮压缩气门弹簧而使凸轮轴受与运动方向相反负载力期间，外环电磁铁吸合外环衔铁，外环衔铁推动内环衔铁，通过滚针轴承推动三态离合器轴向移动到中间位置，因负载力作用输入构件能够带动自由状态的三态离合器反向旋转，实现了输入构件的第二个状态：
反转状态，此时凸轮轴相对曲轴相位滞后；
当内环电磁铁吸合内环衔铁时，能够直接将三态离合器轴向推动至最远处，压紧链轮内齿轮上的摩擦片而使输入构件转速同步于链轮内齿轮，实现了输入构件的第三个状态：正转状态，此时凸轮轴相对曲轴相位提前。
其中，反转状态需要借助凸轮压缩气门弹簧的时间窗口，限制了相位滞后的调节速度和自由度，为此可以增加一个中间状态的制动器，即三态离合器处于中间位置时，外环衔铁同时压向连接于第一行星排中心轮上摩擦片，制动第一行星排中心轮而使处于中间状态的三态离合器全程反转。
从上述本发明的特征可以看出，其优点是：输入构件停止、正转和反转三种状态驱动相位器保持或移相，工作转速低，动作简单；通过电磁离合器，借助链轮驱动力、机壳保持力来驱动相位器工作，具有自驱动的特点，驱动机构和配套驱动电路简单，耗能少，移相响应快。
附图说明
图1示出了本发明优选实施例的结构简图。
在图中，1、相位调节器，2、第一行星排，3、第二行星排，4、3Z
(Ⅱ)型行星齿轮传动(减速行星排)，6、链轮，7、机壳，8、三态离合器，9、凸轮对接基座。
其中，21、第一行星排内齿轮，22、第一行星排转臂，23、第一行星排中心轮。
其中，31、第二行星排内齿轮，32、第二行星排转臂，33、第二行星排中心轮。
其中，41、3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮，51、3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮，50、3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动行星轮，45、3Z(Ⅱ)
型行星齿轮传动转臂，54、3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中心轮(太阳轮)。
其中，第一摩擦片71，第二摩擦片76，第三摩擦片47，第一电磁铁72a，第二电磁铁72b，滚针轴承73a，滚针轴承73b，第一衔铁74，第二衔铁75，第一预紧碟簧81a，第二预紧碟簧81b。
图2示出了本发明另一个实施例的结构简图。
在图中，1、相位调节器，2、第一行星排，3、第二行星排，5、Z-X-V型行星传动(减速行星排)，6、链轮，7、机壳，8、三态离合器，9、凸轮对接基座。
其中，21、第一行星排内齿轮，22、第一行星排转臂，23、第一行星排中心轮。
其中，31、第二行星排内齿轮，32、第二行星排转臂，33、第二行星排中心轮。
其中，11、Z-X-V型行星传动内齿轮，42、Z-X-V型行星传动行星轮，43、Z-X-V型行星传动转臂，44、Z-X-V型行星传动输出轴，46、Z-X-V型行星传动W输出机构。
其中，第一摩擦片71，第二摩擦片76，第三摩擦片47，第一电磁铁72a，第二电磁铁72b，滚针轴承73a，滚针轴承73b，第一衔铁74，第二衔铁75，第一预紧碟簧81a，第二预紧碟簧81b。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
优选实施例1，如图1所示，一种发动机可变凸轮轴相位调节器1(下文称为“相位器”)是配备在发动机中，用于动态调整发动机凸轮轴，相对于发动机曲轴的旋转角度以使进气门和排气门的打开、关闭提前或者滞后。发动机运转时，相位器中凸轮对接基座9与链轮6的转速差的时间积分就是凸轮对接基座9相对于链轮6转过的角度，也就是气门提前或者滞后的角度，称之为“相位差”。
相位器的主要传动部件行星轮系由2个简单行星排和1个3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动4组合而成，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41连接于链轮6，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51连接于凸轮对接基座9，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41和链轮6组成的构件通过轴承外套于3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51和凸轮对接基座9组成的构件；第一行星排中心轮23同3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中心轮54相连接；第二行星排中心轮33同3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41相连接；第一行星排转臂22和第二行星排转臂32相互连接合并为一个共用转臂。第一行星排内齿轮21周向固定于机壳7，第二行星排内齿轮31是输入构件，三态离合器8通过滑动副周向同步于第二行星排内齿轮31，同时三态离合器8同第二行星排内齿轮31间有轴向移动的自由度。
3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动4中，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41和3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51的齿数是不同的，齿数差是3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动行星轮50个数的倍数，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动转臂45悬空，结构紧凑，安装较更为方便，但由于采用共用行星轮，尚需进行角度变位，才能使得3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动4第一内齿轮41、3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动的第二内齿轮51满足同心条件，因而使其传动效率有所降低，不过本发明中3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动是短期间断工作，不会影响到相位器整体效率。
由三态离合器8、第一电磁铁72a、第二电磁铁72b、第一衔铁74、第二衔铁75，第一预紧碟簧81a、第二预紧碟簧81b、滚针轴承73a和滚针轴承73b组成的电磁离合器是输入构件的驱动机构。
其中，当第一电磁铁72a、第二电磁铁72b不通电时，在第一预紧碟簧81a的作用下，三态离合器8压紧机壳上第一摩擦片71，此时第二行星排内齿轮31被制动，转速为零，此为输入构件的制动状态，凸轮轴相对曲轴相位不变；其中，第二衔铁75外套于第一衔铁74，第二衔铁75和第一衔铁74间有轴向作用面，能够相互推动而不能相互拉动。当第二电磁铁72b通电吸合第二衔铁75时，第二衔铁75轴向推动第一衔铁74，并通过滚针轴承73a，克服预第一预紧碟簧81a预紧力，推动三态离合器8轴向移动，使得三态离合器8和第一摩擦片71由压紧状态变为脱离状态，三态离合器8处于第一摩擦片71和3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41上第三摩擦片47中间，此时，第二衔铁75制动连接于第一行星排中心轮23的第二摩擦片76，使得第二行星排内齿轮31能够沿与链轮6旋转方向相反方向自由转动，此为输入构件反转状态，凸轮轴相对于曲轴相位滞后；其中，第二电磁铁72b外套于第一电磁铁72a并均固定于机壳，当第一电磁铁72a通电吸合第一衔铁74时，将三态离合器8压向3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41上的第三摩擦片47，此时第二行星排内齿轮31正向旋转，转速同步于链轮6，此为输入构件正转状态，凸轮轴相对于曲轴相位提前。
此外，滚针轴承73b用于轴向定位第二行星排内齿轮31和平衡第一碟簧81a反作用力，第二预紧碟簧81b轴向位于第一衔铁74和第二衔铁75之间，用于确定第一衔铁74、第二衔铁75的初始位置。
3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动4传动输入构件组和输出构件组之间减速比i定义为:
其中，ω54为3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中心轮54角速度；
ω41为3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41角速度；
ω51为3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51角速度；
根据3Z(Ⅱ)型行星传动的传动比计算公式(参见饶振纲编著的《行星齿轮传动设计(第二版)》，P24，公式2-25)，计算3Z(Ⅱ)型行星传动输入构件组和输出构件组之间减速比：
其中，
表示相对于3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41，3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中心轮54对3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51的传动比；
Z41表示3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第一内齿轮41的齿数；
Z51表示3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动第二内齿轮51的齿数；
Z54表示3Z(Ⅱ)型行星齿轮传动中心轮54的齿数；
驱动组两个2Z-X(A)型行星传动是简单行星排的一种典型形式，第一行星排2的特性参数为k2，第二行星排3的特性参数为k3，k2＝k3＝k；驱动组差速传动速比m定义为：
其中ω21是第一行星排内齿轮21的角速度；
ω23是第一行星排中心轮23的角速度；
ω31是第二行星排内齿轮31的角速度；
ω33是第二行星排中心轮33的角速度。
根据2Z-X(A)型行星传动各构件角速度的普遍关系式(参见饶振纲编著的《行星齿轮传动设计(第二版)》，P17，公式2-7)，差速传动速比m推导如下：
其中ω22是第一行星排转臂22的角速度；
ω32是第二行星排转臂32的角速度；
驱动组和减速行星排是串连的，整个行星轮系的差速传动速比i(31-21)(51-41)定义为：
相位器工作原理：
通过举例而非限制的方式，取k＝58/20＝2.9，Z54＝20，Z41＝61，Z51＝64，则行星轮系总减速比约等于30。因此，凸轮相位变化1度凸轮转角会要求第二行星排内齿轮31旋转30度。使用电磁离合器作为相位器驱动机构时：
(1)保持状态：第一电磁铁72a、第二电磁铁72b不通电，三态离合器8在第一预紧碟簧81a弹力作用下压紧第一摩擦片71，第二行星排内齿轮转速同步于机壳内齿轮，即ω31＝ω21＝0，根据公式(1.6)可知ω51-ω41＝0，相位差为零，处于相位保持状态，凸轮轴相对于曲轴相位保持不变。
(2)移相状态：第一电磁铁72a通电，三态离合器在第一衔铁74推动下移向并贴紧第三摩擦片47，输入构件同步于链轮内齿轮，ω31＝ω41，根据公式(1.6)，移相速度ω51-ω41＝ω31/30＝ω41/30，可见移相速度随着发动机转速的提高而增大，此时凸轮轴相对于曲轴相位提前；当处于凸轮压缩气门弹簧期间，凸轮轴受到与其旋转方向相反的负载作用力，此时第二电磁铁72b通电，三态离合器8在第一衔铁74、第二衔铁75推动下处于中间位置，既不压紧第一摩擦片71，也不压紧第三摩擦片47，而成反转状态；或者由第二衔铁75和连接于第一行星排中心轮23的第二摩擦片76组成的中间状态制动器，使得三态离合器8处于中间状态时，制动第一行星排中心轮23，强制三态离合器8在中间状态全时反向旋转，此时凸轮轴相对于曲轴相位滞后。
实施例2，如图2所示，一种发动机可变凸轮轴相位调节器1，其主要传动部件行星轮系由2个简单行星排和1个Z-X-V型行星传动5组合而成。2个简单行星排为第一行星排2和第二行星排3，称为驱动组；第一行星排2由第一行星排内齿轮21、第一行星排转臂22、第一行星排中心轮23和行星轮组成，第二行星排3由第二行星排内齿轮31、第二行星排转臂32、第二行星排中心轮33和行星轮组成。
Z-X-V型行星传动内齿轮11连接于链轮6，Z-X-V型行星传动输出轴44连接于凸轮对接基座9；Z-X-V型行星传动内齿轮11和Z-X-V型行星传动输出轴44组成了Z-X-V型行星传动输出构件组。由于Z-X-V型行星传动行星轮42的轴线与Z-X-V型行星传动输出轴44存在一个偏心距离，因此设置一个将Z-X-V型行星传动行星轮42的回转运动传递到Z-X-V型行星传动输出轴44的、传动比等于1的Z-X-V型行星传动W输出机构46。
链轮6从发动机曲轴接收旋转驱动输入，凸轮对接基座9连接于发动机凸轮轴并驱动凸轮轴旋转。
第一行星排转臂22和第二行星排转臂32相互连接。第一行星排内齿轮21周向固定于机壳7，第一行星排中心轮23同Z-X-V型行星传动转臂43相连接；第二行星排内齿轮31是输入构件，第二行星排中心轮33同Z-X-V型行星传动内齿轮11相连接；Z-X-V型行星传动转臂43和Z-X-V型行星传动内齿轮11组成了Z-X-V型行星传动输入构件组。
Z-X-V型行星传动传动比定义为
令其值为n：
其中，ω43为Z-X-V型行星传动转臂角速度
ω11为Z-X-V型行星传动内齿轮角速度
ω44为Z-X-V型行星传动输出轴角速度
本实施例中，Z-X-V型行星传动输入构件组和输出构件组之间减速比定义为(ω43-ω11)/(ω44-ω11)。对比公式2.1知，Z-X-V型行星传动输入构件组和输出构件组之间减速比等于Z-X-V型行星传动传动比i。
驱动组运动学关系及其差速速比推导同实施例1，速比结果同实施例1公式(1.5)。
Z-X-V型行星传动和驱动组间存在连接关系，ω43＝ω23，ω11＝ω33，结合公式(1.5、2.1)，可以知道行星轮系的差速传动比i(31-21)(44-11)：
其中，ω21是第一行星排内齿轮21的角速度；
ω23是第一行星排中心轮23的角速度；
ω31是第二行星排内齿轮31的角速度；
ω33是第二行星排中心轮33的角速度。
行星轮系的传动比公式(2.2)和实施例1的公式(1.6)相一致，故本实施例的相位器工作原理同实施例1。
以上实施例，输入构件或者使用电机进行驱动，特别是驱动组两个行星排特性参数不同时，使用电机作为相位器的驱动机构较为合适。
前述描述仅被视为说明性的。所使用的术语的本质旨在具有描述而非限制。鉴于以上描述，本领域技术人员将容易想到许多修改和变动。因此，前述描述不旨在将本发明限于上述实施例。故而本发明的范围如随附权利要求书限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种发动机可变凸轮轴相位调节器，包括链轮（6）、凸轮对接基座（9）、驱动机构和行星轮系，其特征在于：
1）所述行星轮系由2个简单行星排和减速行星排（4）组合而成，2个简单行星排为第一行星排（2）和第二行星排（3），第一行星排（2）由第一行星排内齿轮（21）、第一行星排转臂（22）、第一行星排中心轮（23）和行星轮组成，第二行星排（3）由第二行星排内齿轮（31）、第二行星排转臂（32）、第二行星排中心轮（33）和行星轮组成；
2）所述减速行星排（4）由3个基本构件和行星轮组成，其中两个基本构件分别连接于链轮（6）和凸轮对接基座（9），通过所述链轮（6）从发动机曲轴接收旋转驱动输入，通过所述凸轮对接基座（9）驱动凸轮轴旋转；
3）所述减速行星排（4）中两个基本构件向外引出，分别与所述第一行星排中心轮（23）和所述第二行星排中心轮（33）相连接；
4）所述减速行星排（4）向外引出的两基本构件速度差与对接至所述链轮（6）、所述凸轮对接基座（9）的两基本构件速度差之间是减速传动；
5）所述第一行星排转臂（22）和所述第二行星排转臂（32）相互连接；所述第一行星排内齿轮（21）周向固定于机壳（7），所述第二行星排内齿轮（31）是输入构件；该输入构件作旋转运动带动所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9）间实现相位差调整。
2.根据权利要求1所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述第一行星排内齿轮（21）齿数与所述第一行星排中心轮（23）齿数的比值为所述第一行星排（2）的特性参数K2，所述第二行星排内齿轮（31）齿数与所述第二行星排中心轮（33）齿数的比值为所述第二行星排（3）的特性参数K3，K2值等于K3值。
3.根据权利要求1所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述减速行星排（4），或是3Z型行星传动，减速行星排包括两个内齿轮和中心轮三个基本构件，及转臂、行星轮，具体为：其两个内齿轮分别连接于所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9），中心轮作为两个向外引出基本构件之一，对接于所述链轮（6）的内齿轮作为另一个向外引出基本构件；或是Z-X-V型行星传动，减速行星排包括内齿轮Z、转臂X、输出轴V三个基本构件和行星轮，具体为：内齿轮Z连接于所述链轮（6），其输出轴V连接于所述凸轮对接基座（9），其内齿轮Z和转臂X作为两个向外引出基本构件；或是E型2Z-X正号机构，减速行星排包括两个内齿轮、转臂三个基本构件和行星轮，具体为：其两个内齿轮分别连接于所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9），转臂和连接于所述链轮（6）的内齿轮作为向外引出基本构件；或是由两个简单行星排复合而成，两个简单行星排中转臂相互连接成共用转臂，两个中心轮相互连接成共用中心轮，两个内齿轮分别同所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9）相连接，共用中心轮作为向外引出基本构件之一，对接至所述链轮（6）的内齿轮作为另一个向外引出基本构件。
4.根据权利要求1所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述驱动机构使用电机或电磁离合器，所述电磁离合器由三态离合器（8）、第一电磁铁（72a）、第二电磁铁（72b）、第一衔铁（74）、第二衔铁（75），第一预紧碟簧（81a）、第二预紧碟簧（81b）、第一滚针轴承（73a）和第二滚针轴承（73b）组成。
5.根据权利要求2所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述第一行星排内齿轮（21）转速为零，所述第二行星排内齿轮（31）是输入构件，其转速为零时，减速行星排向外引出两基本构件转速相等，所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9）速度相等，不会产生相位差；所述第二行星排内齿轮（31）正向旋转或者反向旋转时，减速行星排向外引出两基本构件转速不相等，所述链轮（6）和所述凸轮对接基座（9）速度不相等，产生相位差。
6.根据权利要求5所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述第二行星排内齿轮（31），其通过轴向滑动副配合一个三态离合器（8），所述三态离合器（8）与所述第二行星排内齿轮（31）之间有轴向移动自由度；三态离合器（8）与所述第二行星排内齿轮（31）之间没有围绕轴心线相对旋转的自由度；输入构件转速为零通过所述三态离合器（8）接合并同步于所述第一行星排内齿轮（21）上的第一摩擦片（71）来实现；输入构件正向旋转通过所述三态离合器（8）接合并同步于所述链轮（6）所在基本构件上的第三摩擦片（47）来实现；输入构件反向旋转通过所述三态离合器（8）在凸轮压缩气门弹簧而使凸轮轴受与旋转方向相反的反作用力时，处于中间位置来实现，或者在三态离合器（8）处于中间位置时，制动所述2个简单行星排中正向旋转构件来实现。
7.根据权利要求6所述的发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述三态离合器（8）与所述第二行星排内齿轮（31）之间有轴向作用第一预紧碟簧（81a）预紧，所述第一预紧碟簧（81a）将所述三态离合器（8）预压在所述第一行星排内齿轮（21）上的所述第一摩擦片（71）上；固定于所述机壳（7）上的第一电磁铁（72a）、第二电磁铁（72b）是环型电磁铁，所述第二电磁铁（72b）外套于所述第一电磁铁（72a），所对应的第二衔铁（75）外套于第一衔铁（74），所述第一衔铁（74）、第二衔铁（75）能够相互推动而不能相互拉动；所述三态离合器（8）在第一电磁铁（72a）电磁力作用下，通过第一衔铁（74）和第一滚针轴承（73a），克服所述第一预紧碟簧（81a）的预紧力将所述三态离合器（8）轴向推动，压紧所述链轮（6）所在基本构件上的所述第三摩擦片（47）而同步于所述链轮（6）所在基本构件；所述三态离合器（8）既不压紧所述第三摩擦片（47）也不压紧所述第一摩擦片（71）而处于中间位置，是通过第二电磁铁（72b）吸合第二衔铁（75），并推动所述第一衔铁（74），通过所述第一滚针轴承（73a），克服所述第一预紧碟簧（81a）的预紧力而实现的；所述第二电磁铁（72b）吸合所述第二衔铁（75）时，所述第二衔铁（75）压合连接于所述第一行星排中心轮（23）上第二摩擦片（76），所述第一行星排中心轮（23）被制动，从而使得所述三态离合器（8）处于中间位置时能够全程反向旋转。
8.根据权利要求1所述的一种发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：行星轮系中的简单行星排替换为3个及以上。
9.根据权利要求1所述的一种发动机可变凸轮轴相位调节器，其特征在于：所述减速行星排（4）的基本构件替换为4个及以上。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6129061A (en) * | 1997-11-21 | 2000-10-10 | Mazda Motor Corporation | Apparatus for controlling rotational phase |
| US6328008B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-12-11 | Unisia Jecs Corporation | Valve timing control system for internal combustion engine |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6129061A (en) * | 1997-11-21 | 2000-10-10 | Mazda Motor Corporation | Apparatus for controlling rotational phase |
| US6328008B1 (en) * | 1999-08-03 | 2001-12-11 | Unisia Jecs Corporation | Valve timing control system for internal combustion engine |
| CN102400730A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-04-04 | 时利 | 一种气门正时相位控制装置 |
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