专利名称：凸轮轴驱动系统和发动机总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机总成；特别地，本发明涉及凸轮轴驱动系统。
背景技术：
除了驱动车辆，来自发动机曲轴的动力还可用于驱动一个或多个车辆组件或系统，例如发动机润滑油泵或者顶置凸轮轴。例如，曲轴典型地通过齿轮传动或者通过一对链轮连接凸轮轴，同时皮带或链条使这对链轮互相连接。正如此处使用的，“齿轮传动”是一个或多个互相啮合的齿轮组。
发明内容
提供了一种发动机总成，其具有平衡轴，该平衡轴通过使用平衡轴和曲轴之间已存在的驱动连接而驱动一个或多个车辆部件。发动机总成包括发动机曲轴，曲轴可操作地连接平衡轴，以致它驱动平衡轴。车辆部件，例如泵或顶置凸轮轴，可操作地连接平衡轴，以致它由曲轴通过平衡轴可旋转地驱动。优选地，平衡轴在一端例如通过互相啮合的齿轮或者链轮和链条装置可操作地连接曲轴，在相对端可操作地连接被驱动的车辆部件。因而，通过利用车辆部件传动系中曲轴和平衡轴之间已存在的齿轮传动，更接近车辆部件的曲轴一端处的封装空间可留下来用于其它用途。其它部件也可形成传动系的一部分。例如，中间链轮总成由平衡轴提供旋转动力，以致车辆部件通过中间链轮总成可操作地连接平衡轴。
因此，凸轮轴驱动系统包括发动机曲轴和平衡轴，该平衡轴可操作地连接曲轴，从而可旋转地驱动。顶置凸轮轴可操作地连接平衡轴，以致凸轮轴由曲轴通过平衡轴可旋转地驱动。
结合附图，根据下文对实施本发明的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势将变得显而易见。
图1是发动机总成的示意性透视图，该发动机总成包括凸轮轴驱动系统，该凸轮轴驱动系统具有曲轴、带有凸轮轴的平衡轴、和由曲轴通过平衡轴驱动的液压泵； 图2是图1的发动机总成和凸轮轴驱动系统的侧视图； 图3是显示为安装在发动机本体上的图1和2的发动机总成和凸轮轴驱动系统的示意性透视图；[00101图4是图1至3的发动机总成中使用的驱动板的示意性透视图；和 图5是图1至3的驱动板总成的示意性透视图，其包括图4的驱动板，前端齿轮组和中间链轮总成。
具体实施例方式参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1显示所选择的柴油发动机10的部件，这些部件是发动机总成11(如图3所示)的一部分。发动机本体12(图1未显示，而是参考图3显示和描述)容纳许多部件。正如通常理解的，曲轴14通过活塞16在发动机本体12的汽缸孔18内的移动而转动。活塞16周期性的往复运动导致发动机10上的扭转、横向和垂直振动力。发动机10是双顶置凸轮轴设计，具有4个旋转凸轮轴13、15、17和19，当活塞16被提供动力时，这些凸轮轴开启和关闭阀(未显示)，以便允许孔18的进气和排气。正如本领域中理解的，连接活塞16的连杆21因而使曲轴17旋转。凸轮轴15和19此处称为第一凸轮轴，凸轮轴13和17此处称为第二凸轮轴。凸轮轴13、15影响阀，以便控制发动机本体12一侧上的孔18的进气和排气，同时凸轮轴17和19影响阀，以便控制发动机本体12另一侧上的孔的进气和排气。可操作地连接曲轴14的扭转阻尼器和飞轮22帮助减轻扭转力和横向力。
平衡轴24与曲轴14的有效中心线A(如图2所示的中心线A)径向间隔，且大致平行。平衡轴24大致平行于曲轴14、且被曲轴14驱动而转动。平衡轴24抵抗发动机振动，例如因活塞16和连杆21的往复运动和曲轴14的旋转导致的垂直振动力。平衡轴24此处还称为可旋转驱动构件。驱动齿轮26连接曲轴14，以便与曲轴14共同旋转。驱动齿轮26与荷重齿轮28互相啮合，并驱动荷重齿轮，该荷重齿轮连接平衡轴24的一端。驱动齿轮26和荷重齿轮28称为后端齿轮组26、28。荷重齿轮28优选包括在齿轮的一半上(如图1所示的下半部)形成的或切削的一个或多个开口30，以致荷重齿轮28旋转时产生不平衡。荷重齿轮28的不平衡帮助抵抗发动机振动。
因而，曲轴14和平衡轴24通过后端齿轮组26、28可操作地连接，以致曲轴14的旋转旋转地驱动平衡轴24。作为互相啮合的后端齿轮26、28的可选择物，链轮径向排成一行、彼此间隔布置，通过链条或皮带互相连接，用于可操作地连接曲轴14和平衡轴24。这种连接类似于下述的凸轮轴15和19与中间链轮总成39的连接。
参考图2，曲轴的有效中心线A和平衡轴24的中心线B之间的距离是关键这些中心线之间的任何过量尺寸间隙将不利地影响“齿隙(gear backlash)”，也就是，互相啮合的齿轮26、28的尺寸公差或松紧度。小于最佳齿隙(也就是，因为中心线A和B彼此太接近)可导致齿轮和轴承故障，然而过量的齿隙(也就是，因为中心线A和B离得太远)导致噪音。曲轴14和平衡轴24都由位于发动机本体12后部的孔开口处的轴承(未显示)支撑；控制这些孔开口相对于彼此的位置很关键，因为它确定中心线A和B的位置，因而确定后端齿轮组26、28的齿隙。
再次参考图1，除了抵抗发动机振动力，平衡轴24还用于驱动各种车辆部件，这些部件可包括在车辆附件或系统中。在该实施例中，平衡轴24通过第一和第二顶置凸轮轴链轮32、34分别驱动第一凸轮轴15和19，平衡轴还驱动液压燃料喷射泵31，如下所述。扭矩通过与第二齿轮38互相啮合的第一齿轮36从平衡轴24传递到这些系统。第二齿轮38是中间链轮总成39的一部分，该中间链轮总成还包括心轴(spindle)48，如下所述。第一和第二齿轮称为前端齿轮组36、38。因而，第一凸轮轴15、19和泵31通过前端齿轮组36、38可操作地连接平衡轴24。可作为选择的，代替互相啮合的齿轮组36、38，第一齿轮36可被第一链轮代替，第二齿轮38可被中间链轮总成39上形成的链轮代替，该链轮通过皮带或链条连接第一链轮的链轮。
参考图1的实施例，第一齿轮36连接平衡轴24，以便与平衡轴24共同旋转，第一齿轮形成有开口37，以致它被荷重，类似于荷重齿轮28产生旋转的不平衡。第一齿轮36的有效不平衡与荷重齿轮28的有效不平衡在径向上相反。
参考图2，中间链轮总成39包括第二齿轮38和心轴48，该心轴连接第二齿轮38，以便与第二齿轮共同旋转。在该实施例中，第二齿轮38和心轴48是整体和一体化的；在本发明的范围内，它们也可以是分离的部件。第一和第二可旋转传递装置在该实施例中为凸轮轴驱动链条50、52，第一和第二可旋转传递传递装置分别在心轴48和第一、第二顶置凸轮轴齿轮32、34之间连接(如图1所示)，以便建立用于将驱动动力从心轴48传递到凸轮轴15、19的链条传动。可作为选择地，中间链轮总成39上的轮齿直接与凸轮轴15、19的轮齿互相啮合。
图2阐述凸轮轴驱动系统53，其包括曲轴14、平衡轴24和第一凸轮轴15、19。(在图2的侧视图中，第一凸轮轴19有效地被第一凸轮轴15遮挡，凸轮轴17有效地被第二凸轮轴13遮挡。)第二凸轮轴13由第一凸轮轴15通过第一凸轮轴主动齿轮55提供旋转动力，该第一凸轮轴主动齿轮55同心连接第一顶置凸轮轴链轮32，与凸轮轴从动齿轮57互相啮合，该凸轮轴从动齿轮57同心连接凸轮轴13。第一凸轮轴19也具有凸轮轴主动齿轮，该凸轮轴主动齿轮以同样的方式与第二凸轮轴17上的凸轮轴从动齿轮互相啮合，以致第二凸轮轴17由第一凸轮轴19提供旋转动力。链轮和链条可用于代替互相啮合的凸轮轴齿轮，以便将动力分别从第一凸轮轴15、19传递到第二凸轮轴13、17。
因为曲轴14通过后端齿轮组26、28经由平衡轴24驱动凸轮轴13、15、17和19，而不是通过曲轴14前部的齿轮传动或链轮和链条，曲轴前端的空间(扭转阻尼器20附近)可用于其它用途。
另外，液压泵31支撑在第二齿轮38上的开口45处(如图3所示)，被第一齿轮36的旋转驱动。泵31可通过花键或其它方式与第二齿轮38和心轴48固定，以便与第二齿轮38和心轴48一起旋转。
参考图2，适当尺寸的后端齿轮组26、28、前端齿轮组36、38和顶置凸轮轴链轮32、34允许实现希望的旋转速度。例如，后端齿轮组可设计为1.0的传动比，以致平衡轴24以与曲轴14相同的速度旋转，或者设计为2.0的传动比，以致平衡轴24以曲轴14速度的两倍旋转。在任一个示例中，互相啮合的齿轮36、38的尺寸可设计为以希望的旋转速度驱动液压泵31，同时凸轮轴链轮60、62(参见图5标记)的尺寸可设计为以希望的曲轴速度的一半驱动凸轮轴15、19。如果可作为选择地，液压泵31由与中间链轮总成39互相啮合的齿轮驱动，或者由与中间链轮总成39连接、以便与中间链轮总成39一起旋转的链轮驱动，则液压泵可制造为以与中间链轮总成39不同的速度旋转。
参考图2，实现互相啮合的第一和第二齿轮36、38的最佳齿隙依赖于控制第二齿轮38的中心线C相对于第一齿轮36的中心线B的相对位置。(第一齿轮36的中心线B大致与荷重齿轮28的中心线相同，它们大致与平衡轴24排成一行。)但是，如果为了控制后端齿轮组26、28的齿隙，用于支撑平衡轴24、穿过发动机本体12的平衡轴孔(图3中的43)从发动机本体后部(也就是，后端齿轮组26、28附近的端部)开始加工，则会损害前平衡轴孔开口(也就是，前端齿轮组36、38附近的孔43端部处的开口)相对于其它前部位置(例如中心线C的位置)的中心线精度。
为了解决确保平衡轴24两端的齿轮组精确啮合的问题，第一和第二齿轮36、38作为驱动板总成40的一部分而预装配。驱动板总成40包括第一和第二齿轮36、38和板构件42。板总成40还包括用于允许齿轮36、38相对于板构件42旋转的轴承和轴衬。特别地，驱动板总成40通过首先将第一和第二齿轮36、38安装到板构件42而预装配。接着板构件42放置在穿过发动机本体12的平衡轴孔43的前端开口(图3以虚线显示)处。接着板构件42安装到发动机本体12。不要求发动机本体12在前端处具有用于第二齿轮38的单独的开口(因为第二齿轮38固定在板构件42上，而不是直接固定在发动机本体12上)；因而，可保持轴孔后端的中心线精度，同时不影响前端齿轮组36、38相对于彼此的齿隙。前端齿轮组36、38的齿隙由预装配的板总成40控制，也就是，将第一和第二齿轮36、38安装到板构件42，并不依赖于平衡轴孔43前端开口的位置。图3的发动机总成11包括发动机本体12、平衡轴24(图1和2可见)和驱动板总成40。它还可包括车辆部件，例如液压泵31(图1可见)和/或第二和第二顶置凸轮轴链轮32、24。
参考图3，板构件42具有其上形成的或者另外切削的紧固件开口44。(一个紧固件开口在图3中被发动机本体12遮挡，与板构件42左上侧所示的最高的紧固件开口44相对地对称布置。图1的板构件42的较小图像没有显示紧固件开口44的细节；但是，如图3至5所示，紧固件开口44存在于板构件42上。)螺纹螺栓(未显示)或其它合适的紧固机构可通过紧固件开口44接收，以便将板构件42固定到发动机本体12。再次参考图2，显然板构件42形成有第一圆柱形凸缘部分46。凸缘部分46容纳轴承(未显示)，以便支撑平衡轴24和第一齿轮36，使它们相对于凸缘部分46共同旋转。轴衬(未显示)在圆柱形凸缘部分46和平衡轴孔43(如图3所示)的前端开口之间留有间隔。平衡轴24的端部可通过花键与第一齿轮36的内花键配合。螺栓或其它紧固装置可将第一齿轮36固定在平衡轴24的端部。在将板构件42紧固到发动机本体12之前，圆柱形凸缘部分46被引入平衡轴孔43(如图3所示)的前端开口中。当驱动板总成40固定到发动机本体12时，第一齿轮36与平衡轴孔43的前端开口同心，因而和平衡轴24同心。
板构件42具有圆柱形凸缘部分49，以便部分容纳和支撑第二齿轮38处的液压泵31。在可选择的实施例中，液压泵31固定到心轴48前方的第二齿轮38。另外，与顶置凸轮轴类似，液压泵31很容易替换为与心轴48间隔布置，且通过链条驱动，在这种情况下圆柱形凸缘部分49不是必需的。
互相啮合的齿轮26、28形成平衡轴24和曲轴14之间的可操作连接，齿轮26、28位于平衡轴的后端33(后端33以虚线指示，因为在图1中它位于齿轮28的凸缘下侧)。齿轮26位于曲轴14的后端35。互相啮合的齿轮36、38和链条50、52连接凸轮轴链轮32、34和中间链轮总成39的心轴48，齿轮36、38和链条50、52在与后端33相对的平衡轴24前端41处可操作地连接平衡轴24(前端41以虚线指示，因为它位于板构件42的凸缘46下侧)。
参考图4，描述了具有第一圆柱形凸缘部分46和第二圆柱形凸缘部分49的板构件42。第三圆柱形凸缘部分51与第二圆柱形凸缘部分49反向延伸，且与第二圆柱形凸缘部分49同心。板构件42上的第一开口54与平衡轴24和第一齿轮36同心，并支撑平衡轴24和第一齿轮36，如图1所示。板构件42上的第一开口56与第二齿轮38和心轴48同心，如图2所示，第二齿轮38和心轴48被支撑，以便围绕圆柱形凸缘部分51的外表面58旋转。
参考图5，驱动板总成40包括板构件42、第一齿轮36和第二齿轮38。通过将齿轮36、38安装到板构件42来控制互相啮合的第一齿轮36和第二齿轮38之间希望的齿隙。通过在板构件42开口处的板凸缘46内滑动第一齿轮36的凸缘延伸，将第一齿轮36安装到板构件42(图2中可看到第一齿轮36的凸缘延伸的端部延伸通过环绕平衡轴24的凸缘部分46)。轴承还安装在第一齿轮36和板构件42之间。通过在凸缘部分51上滑动第二齿轮，将第二齿轮38安装到板构件42，凸缘部分51在心轴48下侧朝外延伸，以便支撑心轴。轴承还安装在齿轮38和凸缘部分51之间。心轴48具有用于接收图1的第一链条50的第一链轮60和用于接收图1的第二链条52的第二链轮62。可作为选择地，心轴48形成有取代链轮的凹槽，另一类型的旋转传递装置，例如皮带，可安装在凹槽内，以便与心轴48一起旋转，从而驱动车辆部件，例如凸轮轴链轮32、34。此外，第一和第二链轮60、62可由中间链轮总成39上形成的轮齿代替，凸轮轴链轮32、34可以是有齿的齿轮，其尺寸和位置构造为与中间链轮总成39上的齿互相啮合，以致中间链轮总成39通过这些互相啮合的齿轮可操作地连接凸轮轴15、19。
前端齿轮组36、38允许平衡轴24不仅用于平衡发动机12中的振动力，而且用于驱动其它车辆系统。顶置凸轮轴13、15、17和19、液压泵31、以及各种其它车辆系统通过平衡轴的旋转、根本上是通过曲轴14的旋转而提供动力。曲轴14和平衡轴24之间已存在的后端齿轮组26、28用于凸轮轴驱动系统53，从而进一步为凸轮轴13、15、17和19提供旋转动力。因而曲轴14前端63附近的封装空间可用于除驱动车辆部件之外的目的。
尽管详细描述了实施本发明的最佳方式，但是熟悉本发明所涉及技术领域的人员将意识到用于在后附权利要求书的范围内实践本发明的各种可选择的设计和实施例。
权利要求
1.一种发动机总成，包括发动机曲轴；平衡轴，其可操作地连接所述曲轴，从而可旋转地被驱动；和车辆部件，其可操作地连接所述平衡轴，以致所述车辆部件由所述曲轴通过所述平衡轴可旋转地驱动。
2.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述平衡轴在一端可操作地连接所述曲轴，在相对端可操作地连接所述车辆部件。
3.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述车辆部件是泵。
4.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述车辆部件是凸轮轴。
5.如权利要求1所述的发动机总成，还包括中间链轮总成，其由所述平衡轴提供旋转动力，且可操作地连接所述车辆部件，以致所述车辆部件由所述中间链轮总成可旋转地驱动；和其中所述车辆部件通过所述中间链轮总成可操作地连接所述平衡轴。
6.如权利要求5所述的发动机总成，其特征在于，所述车辆部件通过链条可操作地连接所述中间链轮总成。
7.如权利要求5所述的发动机总成，其特征在于，所述车辆部件是第一凸轮轴，还包括凸轮轴驱动链条，其可操作地连接所述中间链轮总成和所述第一凸轮轴。
8.如权利要求7所述的发动机总成，还包括第二凸轮轴，其由所述第一凸轮轴可旋转地驱动。
9.如权利要求5所述的发动机总成，其特征在于，所述车辆部件是液压泵，该液压泵与所述中间链轮总成同心，且连接所述中间链轮总成，以便与所述中间链轮总成共同旋转。
10.如权利要求1所述的发动机总成，还包括后端齿轮组，其包括连接所述曲轴以便与所述曲轴一起旋转的主动齿轮和与所述主动齿轮互相啮合、连接所述平衡轴以便与所述平衡轴一起旋转的从动齿轮；和前端齿轮组，其包括连接所述平衡轴以便与所述平衡轴一起旋转的第一齿轮和与所述第一齿轮互相啮合的中间齿轮；其中所述前端齿轮组位于所述平衡轴的一端，所述后端齿轮组位于所述平衡轴的相对端；和其中所述车辆部件通过所述中间齿轮的旋转而驱动。
11.如权利要求1所述的发动机总成，其特征在于，所述平衡轴通过互相啮合的齿轮可操作地连接所述曲轴。
12.一种凸轮轴驱动系统，包括发动机曲轴；平衡轴，其可操作地连接所述曲轴，从而可旋转地被驱动；和顶置凸轮轴，其可操作地连接所述平衡轴，以致所述凸轮轴由所述曲轴通过所述平衡轴可旋转地驱动。
13.如权利要求12所述的凸轮轴驱动系统，其特征在于，所述平衡轴在所述平衡轴的一端可操作地连接所述发动机曲轴，其中，所述车辆部件在所述平衡轴的相对端可操作地连接所述平衡轴。
14.如权利要求13所述的凸轮轴驱动系统，其特征在于，所述平衡轴大致平行于所述曲轴，大致在所述曲轴的一端附近可操作地连接所述曲轴。
15.如权利要求12所述的凸轮轴驱动系统，还包括中间链轮总成，其由所述平衡轴提供旋转动力，且可操作地连接所述车辆部件，以致所述车辆部件由所述中间链轮总成可旋转地驱动；和其中所述凸轮轴通过所述中间链轮总成可操作地连接所述平衡轴。
16.如权利要求12所述的凸轮轴驱动系统，还包括后端齿轮组，其包括连接所述曲轴以便与所述曲轴一起旋转的主动齿轮和与所述主动齿轮互相啮合、连接所述平衡轴以便与所述平衡轴一起旋转的从动齿轮；和前端齿轮组，其包括连接所述平衡轴以便与所述平衡轴一起旋转的第一齿轮和与所述第一齿轮互相啮合、从而被可旋转驱动的中间齿轮；其中所述前端齿轮组位于所述平衡轴的一端，所述后端齿轮组位于所述平衡轴的相对端；和其中所述凸轮轴通过所述中间齿轮的旋转而驱动。
17.如权利要求12所述的凸轮轴驱动系统，还包括泵，其可操作地连接所述平衡轴，以致所述泵由所述曲轴通过所述平衡轴可旋转地驱动。
18.一种凸轮轴驱动系统，包括发动机曲轴；平衡轴，其与所述曲轴平行，可操作地连接所述曲轴，从而可旋转地被驱动；顶置凸轮轴，其可操作地连接所述平衡轴，以致所述凸轮轴由所述曲轴通过所述平衡轴可旋转地驱动；液压泵，其可操作地连接所述平衡轴，以致所述泵由所述曲轴通过所述平衡轴可旋转地驱动；和中间链轮总成，其由所述平衡轴可旋转地驱动；其中所述凸轮轴和所述泵通过所述中间链轮总成可操作地连接所述平衡轴。
全文摘要
提供了一种发动机总成，其包括发动机曲轴和平衡轴，该平衡轴连接曲轴，从而可旋转地驱动。车辆部件，例如液压泵或顶置凸轮轴，可操作地连接平衡轴，以致它由曲轴通过平衡轴可旋转地驱动。凸轮轴驱动系统包括发动机曲轴、平衡轴和顶置凸轮轴。
文档编号F01L1/04GK1932261SQ200610151869
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者G·T·普尔茨利, F·德卡利, C·考兰 申请人:通用汽车环球科技运作公司