CN104822909A - 分离的环齿轮行星式凸轮相位器 - Google Patents

分离的环齿轮行星式凸轮相位器 Download PDF

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Abstract

一种用于动态调整内燃发动机凸轮轴(24)相对于发动机曲轴的旋转关系的凸轮相位器(10)可以包括一个行星齿轮***(12)，该行星齿轮***具有一个分离的环齿轮(18)，该分离的环齿轮包括一个有待由该发动机曲轴通过一个无限循环动力传输构件来驱动的驱动侧环齿轮(18a)、以及一个可连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的输出侧环齿轮(18b)。一个太阳轮(14)可以被布置成与该分离的环齿轮(18)同心并且多个行星齿轮(16a，16b，16c)可以啮合接合在该太阳轮(14)与该分离的环齿轮(18)之间。与该驱动侧环齿轮(18a)相比时，该输出侧环齿轮(18b)可以具有不同数量的齿(多于或少于)，这个值对应于行星齿轮数量的倍数以在这些行星齿轮(16a，16b，16c)中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。

Description

分离的环齿轮行星式凸轮相位器
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这种调相。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5,680,836；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DE 4110195。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/或高摩擦损失。令人希望的是提供一种具有较低摩擦损失且总成本较低的凸轮相位器。
      概述
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。该凸轮相位器可以包括一个行星齿轮***，该行星齿轮***具有一个由该发动机曲轴通过链轮和一个无限循环动力传输构件来驱动的驱动侧环齿轮、多个行星齿轮、以及一个位于中心的太阳轮。该凸轮相位器还包括一个输出侧环齿轮，该输出侧环齿轮与该太阳轮同心并且被连接到该凸轮轴上。与该驱动侧环齿轮相比，该输出侧环齿轮可以具有不同数量的齿(大于或少于)，这个值对应于行星齿轮数量的倍数以在这些行星齿轮中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
该驱动侧环齿轮可以由该输出侧环齿轮径向地引导。一个电动机可以被连接到该太阳轮上以用于相对于这些行星齿轮驱动该太阳轮。该电动机能以与该驱动侧环齿轮相等的速度旋转以维持一个不变的相位位置，并且该电动机速度从一个等值的改变会引起凸轮相位改变功能发生。该驱动侧环齿轮、该输出侧环齿轮、该多个行星齿轮、以及该太阳轮限定了一个行星齿轮传动连接，该行星齿轮传动连接具有一个高数值的传动比，从而允许在对该电动机相对低的驱动转矩需求下实现精确的相位角调整。该驱动侧环齿轮和输出侧环齿轮限定了一个分离的环齿轮。这些行星齿轮可以由第一承载板和第二承载板支撑，这些承载板被该驱动侧环齿轮和输出侧环齿轮轴向地引导以用于将该多个行星齿轮在轴向方向上紧固。
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可以包括一个行星齿轮***，该行星齿轮***具有一个分离的环齿轮，该分离的环齿轮包括一个有待由该发动机曲轴通过链轮和一个无限循环动力传输构件来驱动的驱动侧环齿轮、以及一个可连接用于与该凸轮轴一起旋转的输出侧环齿轮。该行星齿轮***可以具有与该分离的环齿轮处于同心位置的一个太阳轮、以及啮合接合在该太阳轮与该分离的环齿轮之间的多个行星齿轮。
与驱动侧环齿轮相比时，该输出侧环齿轮可以具有不同数量的齿(大于或少于)，这个值对应于行星齿轮数量的倍数以在这些行星齿轮中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。该驱动侧环齿轮由该输出侧环齿轮径向地引导。一个电动机可以被连接到该太阳轮上以用于相对于这些行星齿轮驱动该太阳轮。该电动机能以与该驱动侧环齿轮相等的速度旋转以维持一个不变的相位位置，其中该电动机速度从一个等值的改变会引起凸轮相位改变功能发生。该驱动侧环齿轮、该输出侧环齿轮、该多个行星齿轮、以及该太阳轮限定了一个行星齿轮传动连接，该行星齿轮传动连接具有一个高数值的传动比，从而允许在该电动机相对低的驱动转矩需求下实现精确的相位角调整。这些行星齿轮可以由第一承载板和第二承载板支撑，这些承载板被该驱动侧环齿轮和输出侧环齿轮轴向地引导以用于将该多个行星齿轮在轴向方向上紧固。
一种用于组装并且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方法可以包括：组装一个行星齿轮***，该行星齿轮***具有一个分离的环齿轮，该分离的环齿轮包括一个有待由该发动机曲轴通过链轮来驱动的驱动侧环齿轮、以及一个可连接用于与该凸轮轴一起旋转的输出侧环齿轮，该链轮与一个无限循环动力传输构件相接合；将该行星齿轮***的太阳轮置于与该分离的环齿轮的同心位置处；将多个行星齿轮通过啮合接合而接合在该太阳轮与该分离的环齿轮之间；并且提供该输出侧环齿轮，与驱动侧环齿轮相比时，该输出侧环齿轮具有不同数量的齿(大于或少于)，这个值对应于行星齿轮数量的倍数以在这些行星齿轮中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
该行星齿轮***组件可以作为一个单元与该链轮一起旋转以使摩擦损失最小。连接到该太阳轮上的电动机能以与该驱动侧环齿轮相等的速度来驱动以便维持一个不变的相位位置、或者能以一个不等于该驱动侧环齿轮的速度来驱动以便产生一个相位改变功能。
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是一个凸轮相位器的透视图，其中该凸轮相位器一个端板被移除，该图示出了一个置于内部的行星齿轮组，该行星齿轮组具有一个分离的环齿轮、一个同心布置的太阳轮和多个行星齿轮，这些行星齿轮啮合接合在该太阳轮与该分离的环齿轮之间；并且
图2是图1的凸轮相位器的截面视图，其中当与驱动侧环齿轮相比时，该输出侧环齿轮具有不同数量的齿(大于或少于)，这个值对应于行星齿轮数量的倍数以在这些行星齿轮中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
      详细说明
现在参见图1至图2，展示出了一个分离的环齿轮行星式凸轮相位器10。该凸轮相位器10可以包括一个行星齿轮组12，该行星齿轮组带有一个中心布置的太阳轮14、多个相同的行星齿轮16a、16b、16c以及一个分离的环齿轮18，该分离的环齿轮由两个环齿轮(即一个驱动侧环齿轮18a和一个输出侧环齿轮18b)来限定。这两个环齿轮18a、18b各自相对彼此具有不同数量的齿，其中齿数量之差等于该行星齿轮组12中的行星齿轮16a、16b、16c的数量的倍数。这两个环齿轮18a、18b的齿轮齿可以修正轮廓以便允许这些环齿轮18a、18b与这些行星齿轮16a、16b、16c正确地啮合。这些行星齿轮16a、16b、16c可以通过一个行星式支架20a、20b来保持彼此处于固定的关系。通过一个正时链(未示出)，一个发动机曲轴(未示出)可以通过一个链轮22旋转地接合到这两个环齿轮中的一个环齿轮18a上，并且该发动机曲轴24可以旋转地接合到这两个环齿轮中的另一个环齿轮18b。一个电动机26可以旋转地与该行星齿轮组12的太阳轮14相接合。由于这两个环齿轮18a、18b一致地旋转，当该太阳轮14由该电动机26以与这些环齿轮18a、18b中任一个相同的速度旋转时以维持一个不变的凸轮相位位置。当该太阳轮14由该电动机26以与这些环齿轮18a、18b不同的速度驱动时，一个环齿轮相对另一个环齿轮略微不同的速度会引起凸轮相位转换功能。以此方式可以获得一个非常高数值的比率并且该凸轮轴可以从该曲轴相对于该凸轮轴24的标称旋转关系中增加或减少相位。
该凸轮相位器10可以被用于动态调整该凸轮轴24相对于该发动机曲轴的旋转关系以提高发动机的燃油效率。该凸轮相位器10比先前已知的装置相比以更低的摩擦损失和更低的整体成本实现了这个凸轮调相功能。该凸轮相位角的调整是利用该行星齿轮组12实现的，该行星齿轮组提供了一个高数值的比率(通过举例而非限制的方式，例如在展示出的构型中大约57∶1)，这样可以在该调整电动机26的相对低的驱动转矩来精确地调整该凸轮相位角。
当该发动机运转并且该凸轮相位没有被调整时，该整个凸轮相位器10组件作为一个单元旋转，这使摩擦损失最小。当发动机在运转并且该凸轮相位没有被调整时，该调整电动机26能以与该凸轮轴相等的速度来驱动以便维持一个不变的凸轮相位位置。当该发动机在运转并且该凸轮相位需要调整时，该调整电动机26能以不等于该分离的环齿轮18的旋转速度来驱动以便在前进或后退方向引起凸轮相位转换功能。
由发动机曲轴驱动的正时链可以与一个链轮22的齿相接合。通过举例而非限制的方式，在所展示出的且说明的构型中，该发动机曲柄链轮上的齿数量可以是十九(19)并且该链轮22上的齿数量可以是三十八(38)，这产生一个比率使得该链轮22能以该发动机曲柄速度的一半来驱动。如所展示出的，该行星齿轮组12组件可以具有一个单一的太阳轮14和三个行星齿轮16a、16b、16c，这些行星齿轮可以与该太阳轮14处于传动啮合关系。可以存在与该太阳轮14同心的两个分开的环齿轮18a、18b。该链轮22可以具有形成在内径上的驱动侧环齿轮18a的环齿轮齿并且可以由该输出侧环齿轮18b径向地引导。该驱动侧环齿轮18a上的齿数量可以大于或小于该输出侧环齿轮18b上的齿数量，其中齿数量之差是行星齿轮16a、16b、16c的数量的倍数。以此方式，在这三个行星齿轮16a、16b、16c中的每个行星齿轮的啮合位置处存在齿对准。
通过举例而非限制的方式，在所展示出的且说明的构型中，该驱动侧环齿轮18a可以具有七十(70)个内齿并且该输出侧环齿轮18b可以具有六十七(67)个齿。通过举例而非限制的方式，在所展示出的且说明的构型中该太阳轮可以具有二十六(26)个齿，而这些行星齿轮16a、16b、16c各自可以具有二十一(21)个齿。这种安排导致一个环齿轮相对于另一个环齿轮非常高的传动比。如果该驱动侧环齿轮18a保持静止，该太阳轮14可以旋转57.55次以引起该输出侧环齿轮18b旋转一周。因此，凸轮相位变化一度会要求该太阳轮14相对该链轮22几乎六十(60)度的相对旋转。本领域普通技术人员应意识到本披露发明可实现不同的传动比并且因此本发明不限于在此展示和讨论的特定构型。
该输出侧环齿轮18b可以被可旋转地紧固到一个端板28上，通过举例而非限制的方式，这个端板可以通过一个螺栓36被紧固到该凸轮轴24上。以此方式该输出侧环齿轮18b和该端板28可以彼此相连并且作为一体与该凸轮轴24作用，这个整体可以紧固地引导以用于旋转到该发动机缸体而无需额外的引导特征。该链轮22和连接的驱动侧环齿轮18a对该输出侧环齿轮18b的相对速度是低的并且一个简单的钢对钢或衬套足以将这些部件相对于彼此正确地径向地定位。可以提供另一个端板(在图1至图2中未示出)以轴向地定位该链轮22和该连接的驱动侧环齿轮18a。
这三个行星齿轮16a、16b、16c可以由这两个承载半部20a、20b来环圆周地并且径向地定位，通过举例而非限制的方式，这两个承载半部可以通过三个螺栓30a、30b、30c彼此紧固。我们相信，这些行星齿轮16a、16b、16c可以通过相互啮合的齿轮齿来径向地并且环圆周地定位，通过省略这两个承载半部将进一步减少该组件的成本。我们进一步相信，这些行星齿轮16a、16b、16c可以通过被布置在这两个间隔开的端板(类似于展示出的端板28)之间而被轴向地定位，如果这些承载半部20a、20b不存在。由于所有的这些齿轮14、16a、16b、16c、18a、18b仅仅在凸轮轴的调相过程中相对彼此旋转，不应产生噪声问题。这些齿轮14、16a、16b、16c、18a、18b可以都是不会产生轴向负载部件的直齿轮。
一个转位电动机26可以被附接到该装置壳体(未示出)上，其中该电动机26的一个输出轴38被紧固到该太阳轮14上。只要该电动机26以与该链轮22的相同的速度旋转，凸轮调相就不会发生。增加或减少该电动机26的速度将引起该行星齿轮组12的转位或调相功能。一个传感器32可以被用作一个马达控制器34的反馈，以测量一个链轮22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。
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的旋转关系的一种凸轮相位器(10)中，该凸轮相位器(10)包括一个行星齿轮***(12)，该行星齿轮***具有一个由该发动机曲轴通过一个无限循环动力传输构件来驱动的驱动侧环齿轮(18a)、多个行星齿轮(16a，16b，16c)、以及一个位于中心的太阳轮(14)，改进包括：
一个与该太阳轮(14)同心并且被连接到该凸轮轴(24)上的输出侧环齿轮(18b)，与该驱动侧环齿轮(18a)相比，该输出侧环齿轮(18b)具有不同数量的齿，这个值对应于行星齿轮(16a，16b，16c)数量的倍数以在这些行星齿轮(16a，16b，16c)中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
2.如权利要求1所述的改进，进一步包括：
该驱动侧环齿轮(18a)由该输出侧环齿轮(18b)径向地引导。
3.如权利要求1所述的改进，进一步包括：
一个连接到该太阳轮(14)上的电动机(26)，该电动机用于相对这些行星齿轮(16a，16b，16c)对该太阳轮(14)进行驱动，其中该电动机(26)以与该驱动侧环齿轮(18a)相等的速度旋转以维持一个不变的相位位置，并且该电动机速度从一个等于该驱动侧环齿轮(18a)值的变化会引起凸轮相位改变功能发生。
4.如权利要求1所述的改进，其中该驱动侧环齿轮(18a)、该输出侧环齿轮(18b)、该多个行星齿轮(16a，16b，16c)以及该太阳轮(14)限定了一个行星齿轮传动连接，该行星齿轮传动连接具有一个高数值的传动比，从而允许在相对低的驱动转矩需求下实现精确的相位角调整。
5.如权利要求1所述的改进，进一步包括：
轴向地由该驱动侧环齿轮(18a)引导的第一承载板和第二承载板(20a，20b)以及用于在轴向方向上紧固该多个行星齿轮(16a，16b，16c)的输出侧环齿轮(18b)。
6.一种用于动态调整内燃发动机凸轮轴(24)相对于发动机曲轴的旋转关系的凸轮相位器(10)，该凸轮相位器(10)包括：
一个行星齿轮***(12)，该行星齿轮***具有一个分离的环齿轮(18)，该分离的环齿轮包括一个有待由该发动机曲轴通过一个无限循环动力传输构件来驱动的驱动侧环齿轮(18a)、一个可连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的输出侧环齿轮(18b)，该行星齿轮***(12)具有一个与该分离的环齿轮(18)的同心布置的太阳轮(14)、以及啮合接合在该太阳轮(14)与该分离的环齿轮(18)之间的多个行星齿轮(16a，16b，16c)。
7.如权利要求6所述的凸轮相位器(10)，进一步包括：
与该驱动侧环齿轮(18a)相比，该输出侧环齿轮(18b)具有不同数量的齿，这个值对应于行星齿轮(16a，16b，16c)数量的倍数以在这些行星齿轮(16a，16b，16c)中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
8.如权利要求6所述的凸轮相位器(10)，进一步包括：
该驱动侧环齿轮(18a)由该输出侧环齿轮(18b)径向地引导。
9.如权利要求6所述的凸轮相位器(10)，进一步包括：
一个连接到该太阳轮(14)上的电动机(26)，该电动机用于相对这些行星齿轮(16a，16b，16c)对该太阳轮(14)进行驱动，其中该电动机(26)以与该分离的环齿轮(18)相等的速度旋转以维持一个不变的相位位置，并且该电动机速度从一个等值的变化会引起凸轮相位改变功能发生。
10.如权利要求6所述的凸轮相位器(10)，其中该驱动侧环齿轮(18a)、该输出侧环齿轮(18b)、该多个行星齿轮(16a，16b，16c)以及该太阳轮(14)限定了一个行星齿轮传动连接，该行星齿轮传动连接具有一个高数值的传动比，从而允许在相对低的驱动转矩需求下实现精确的相位角调整。
11.如权利要求6所述的凸轮相位器(10)，进一步包括：
轴向地由该驱动侧环齿轮(18a)引导的第一承载板和第二承载板(20a，20b)、以及用于在轴向方向上紧固该多个行星齿轮(16a，16b，16c)的输出侧环齿轮(18b)。
12.一种用于组装并且动态调整内燃发动机的一个凸轮轴(24)相对于发动机曲轴的旋转关系的方法，该方法包括：
组装一个行星齿轮***(12)，该行星齿轮***具有一个分离的环齿轮(18)，该分离的环齿轮包括一个有待由该发动机曲轴通过一个链轮(22)来驱动的驱动侧环齿轮(18a)以及一个可连接用于与该凸轮轴(24)一起旋转的输出侧环齿轮(18b)，该链轮与一个无限循环动力传输构件相接合；
将该行星齿轮***(12)的一个太阳轮(14)相对于该分离的环齿轮(18)同心布置；
通过啮合接合而将多个行星齿轮(16a，16b，16c)接合在该太阳轮(14)与该分离的环齿轮(18)之间；并且
提供该输出侧环齿轮(18b)，其中与该驱动侧环齿轮(18a)相比，该输出侧环齿轮具有不同数量的齿，这个值对应于行星齿轮(16a，16b，16c)数量的倍数以在这些行星齿轮(16a，16b，16c)中每个行星齿轮的接合位置处提供齿对准。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
使该行星齿轮***(12)组件作为一个单元与该链轮(22)一起旋转以使摩擦损失最小。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
以与该分离的环齿轮(18)相同的速度来驱动连接到该太阳轮(14)上的电动机(26)，以维持不变的相位位置。
15.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
以与该分离的环齿轮(18)不相等的速度来驱动连接到该太阳轮(14)上的电动机(26)，以调整一个相位位置。
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