具有固定太阳行星齿轮系的电动凸轮相位器的制作方法

本发明涉及一种用于动态地调整凸轮轴相对于发动机曲轴的相角以改良内燃机的燃料效率的行星齿轮组件。

背景技术：

电动凸轮相位器可在内燃机中使用来改变相关发动机的从动凸轮轴与驱动曲轴之间的相角以改变阀打开和/或关闭正时。已知的电动凸轮相位器可包括具有螺旋形花键机构和双态摆线减速齿轮的磁性离合器，该磁性离合器需要连续电力来维持凸轮轴的位置。已知的电动凸轮相位器还可包括以凸轮的速度被驱动来保持位置的无刷直流(DC)马达并且在自旋时改变速度，这持续地消耗电力。美国专利号6,971,352、美国专利号5,680,837以及美国专利号5,327,859中已经公开了电动凸轮相位器。

技术实现要素：

可期望提供一种具有与无刷DC马达相比更具成本效益的部件的电动凸轮相位器。可通过改变行星齿轮系的太阳齿轮的角位置来改变凸轮轴相角。电动凸轮相位器可包括具有与行星齿轮啮合的传动侧和输出侧环形齿轮的周转齿轮结构。输出侧环形齿轮可具有数目不同于传动侧环形齿轮的齿，使得可通过由电动马达驱动的中心太阳齿轮调整凸轮轴相对于曲轴的位置。电动凸轮相位器可包括连接成调整太阳齿轮的角位置的电动马达从动蜗轮。

用于动态地调整内燃机的凸轮轴相对于发动机曲轴的角位置的电动凸轮相位器可包括由连接至安装成与发动机曲轴一起旋转的传动链轮的环形回路电力传输构件驱动的相位器链轮。电动凸轮相位器可包括行星齿轮组件，其具有由相位器链轮驱动的环形齿轮、连接至凸轮轴的行星齿轮架以及太阳齿轮。相位器链轮、行星齿轮架和太阳齿轮可围绕公共轴线旋转。行星齿轮架可支撑可操作地与环形齿轮和太阳齿轮接合的至少一个可旋转行星齿轮。太阳齿轮由于行星齿轮架的相对移动而驱动至少一个可旋转行星齿轮进行旋转。相位器链轮内由太阳齿轮驱动的行星齿轮架的旋转移动可调地改变凸轮轴相对于曲轴的凸轮相位器位置。太阳齿轮可固定成维持凸轮轴相对于曲轴的凸轮相位位置并且可利用电动马达驱动以提供用于改变凸轮相位位置的可调角位置。

简易行星齿轮组件可以一定比例来驱动凸轮轴，该比例乘以由曲轴可操作地驱动的传动链轮与相位器链轮之间的比例产生0.5∶1的总体组合传动比。电动马达可设置成旋转地驱动太阳齿轮并且由此驱动行星齿轮架以实现理想的凸轮定相以使阀打开和/或关闭正时提前或滞后。可提供至少一个传感器以供应反馈信号至电动马达的控制器。该至少一个传感器可感测相位器链轮相对于凸轮轴的位置。发动机控制单元可基于来自该至少一个传感器的信号来确定是否需要进行任何凸轮相位器位置调整。接续器可连接在电动马达与太阳齿轮之间，使得电动马达可驱动太阳齿轮进行旋转移动，由此改变行星齿轮架和凸轮轴相对于环形齿轮和曲轴的角位置。

链轮壳体可连接成随着相位器链轮一起旋转。链轮壳体可包括整体地形成在内径上的环形齿轮使得该至少一个行星齿轮可接合形成在链轮壳体的内径上的环形齿轮的齿。链轮壳体可包括可与环形齿轮的突舌外径接合的凹口内径以将链轮壳体和环形齿轮连接至彼此以彼此一致旋转。盖板可固定至行星齿轮架以围封行星齿轮组件并且防止行星齿轮组件的操作期间的润滑剂损耗。

公开了一种用于组装并且用于动态地调整内燃机的凸轮轴相对于发动机曲轴的角位置的方法。可通过连接至安装成随着发动机曲轴一起旋转的传动链轮的环形回路电力传输构件来驱动相位器链轮。该方法可包括组装行星齿轮组件，其具有安装至凸轮轴的行星齿轮架、由相位器链轮驱动的环形齿轮、可在公共轴线上与行星齿轮架一起旋转的太阳齿轮以及至少一个行星齿轮，该行星齿轮由行星齿轮架支撑并啮合在太阳齿轮与环形齿轮之间。太阳齿轮可具有可调角位置用于改变凸轮轴相对于曲轴的定相。该方法可进一步包括连接链轮壳体与相位器链轮以及将盖板固定至行星齿轮架，从而围封行星齿轮组件。该方法可包括将环形齿轮整体地形成在链轮壳体上的内径上或将凹口内径形成在链轮壳体上、将互补突舌外径形成在环形齿轮上以及将环形齿轮的突舌外径插入在链轮壳体的凹口内径内以将环形齿轮连接至链轮壳体。

在结合附图阅读预期用于实践本发明的最佳模式的以下描述时，本领域技术人员将明白本发明的其它应用。

附图说明

下面的说明参照附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中：

图1是说明链轮壳体、环形齿轮和相位器链轮的电动凸轮相位器的分解透视图，该相位器链轮形成为可旋转部件并且可与将行星齿轮组件固定在链轮壳体内的盖板接合；

图2A是说明链轮壳体和相位器链轮的电动凸轮相位器的截面图，该相位器链轮形成为独立于环形齿轮、用于将行星齿轮组件固定在链轮壳体内的盖板以及用于连接至太阳齿轮的接续器；

图2B是具有图2A中所示的电动凸轮相位器的分解透视图；

图2C是图2A至2B中所示的电动凸轮相位器的平面图，其描绘连接在凸轮轴与接续器之间的相位器组件；

图3A是说明连接至太阳齿轮用于将太阳齿轮的角旋转限制在第一端行程极限与第二端行程极限之间的正时支架的电动凸轮相位器的分解透视图；

图3B是图3A中所示的电动凸轮相位器的端视图；

图4A是电动凸轮相位器的横截面图，其说明可操作地用于将太阳齿轮偏压抵靠行星齿轮架以防止太阳齿轮在电动凸轮相位器的包装和运输期间旋转的贝氏垫圈；

图4B是图4A中所示的电动凸轮相位器的分解透视图；

图5A是电动凸轮相位器的横截面图，其说明包括连接至由电动马达驱动的轴的蜗轮、可接合在蜗轮与太阳齿轮之间的小齿轮、用于接纳蜗轮和小齿轮的固定壳体以及壳体盖的传动齿轮组件，该壳体盖用于关闭传动齿轮组件；

图5B是图5A中所示的电动凸轮相位器的侧视图，其说明壳体盖、电动马达和蜗轮/小齿轮壳体；以及

图5C是图5A至5B中所示的电动凸轮相位器的分解透视图，其说明用于将传动齿轮组件连接至行星齿轮组件的张紧螺栓和套管。

具体实施方式

现在参考图1至5C，说明用于通过凸轮轴32相对于曲轴的角位置控制阀打开/关闭的正时的电动凸轮相位器30、130、230。凸轮轴32可通过连接至内燃机的曲轴而被驱动进行旋转。电动凸轮相位器30、130、230可动态地调整凸轮轴32相对于曲轴的角位置旋转关系。可通过连接至安装成随着发动机曲轴一起旋转的传动链轮的环形回路电力传输构件来驱动相位器链轮42、142、242。电动凸轮相位器30、130、230可包括具有全部可围绕公共轴线旋转的环形齿轮34、134、234、行星齿轮架36、136、236以及太阳齿轮38、138、238的行星齿轮组件。行星齿轮架36、136、236可支撑啮合在环形齿轮34、134、234与太阳齿轮38、138、238之间的至少一个可旋转行星齿轮40、140、240。如果需要，太阳齿轮38、138、238、环形齿轮34、134、234以及至少一个行星齿轮40、140、240可具有螺旋齿。相位器链轮42、142、242可驱动环形齿轮34、134、234。太阳齿轮38、138、238可固定成维持凸轮轴32相对于曲轴的角度凸轮相位位置并且可具有可调角位置用于相对地改变凸轮轴32的角位置旋转关系以由此改变凸轮轴32相对于曲轴的定相。

如图1中所示，电动凸轮相位器30可包括可围绕公共轴线旋转以随着行星齿轮组件一起旋转的链轮壳体44。链轮壳体44可连接至相位器链轮42以随其一起旋转。环形齿轮34可形成链轮壳体44的整体部分以随其一起旋转。环形齿轮34可整体地形成在链轮壳体44的内径上。环形齿轮34可与至少一个可旋转行星齿轮40接合。链轮壳体44、相位器链轮42以及环形齿轮34可制造并且组装为用于接合在电动凸轮相位器30中的单件式整体部件。如图1中所示，至少一个可旋转行星齿轮40可包括第一行星齿轮40a、第二行星齿轮40b和第三行星齿轮40c。行星齿轮架36可包括传动法兰82，其通过链轮壳体44和相位器链轮42连接以利用用于附接至凸轮轴32的多个螺钉86、中心螺栓64和固定螺钉88(图2A中最佳地所见)组装至行星齿轮架接续器84。行星齿轮架接续器84可连接成随着凸轮轴32一起旋转。行星齿轮架接续器84可通过行星齿轮架接续器84、中心螺栓64和固定螺钉88的连接可旋转地驱动凸轮轴32。行星齿轮架36可包括多个短轴87，其支撑在上面旋转的第一行星齿轮40a、第二行星齿轮40b和第三行星齿轮40c。多个行星齿轮40a、40b、40c与环形齿轮34和太阳齿轮38啮合地连接。电动凸轮相位器30可包括盖板46，其具有多个孔隙90用于将盖板46附接至行星齿轮架36以卡扣多个短轴87上的行星齿轮40a、40b、40c。盖板46可关闭行星齿轮架36的开口端以围封行星齿轮组件。通过示例而非限定的方式，盖板46可利用固定至多个短轴87的外端的多个保持环形夹具92固定至行星齿轮架36。如图2的电动凸轮相位器130中所示，通过示例而非限定的方式，盖板146可利用延伸穿过由盖板146界定的多个孔隙的多个螺栓192固定至行星齿轮架136。

如图2A至5C中所示，电动凸轮相位器130、230可包括沿着公共轴线定位的中心螺栓64。中心螺栓64和固定螺钉88可通过与凸轮轴32的端部螺纹式接合将行星齿轮架136、236固定至凸轮轴32，而中心螺栓64延伸穿过太阳齿轮138、238、行星齿轮架136、236以及链轮壳体144、244。如图2A至2C中所示，链轮壳体144和环形齿轮134可为独立部件。链轮壳体144可包括凹口内径50且环形齿轮134可包括可与凹口内径50接合的互补突舌外径52以将链轮壳体144和环形齿轮134连接至彼此。链轮壳体144、相位器链轮142和环形齿轮134在组装后可作为单件式整体部件一致地旋转。

如图2A至2C中进一步所示，电动凸轮相位器30、130、230可包括连接至太阳齿轮38、138、238的接续器48。如图2A中所示，接续器48可连接至电动马达47。太阳齿轮38、138、238可通过电动马达47驱动成进行旋转移动，由此改变行星齿轮架36、136、236的角位置，从而导致凸轮轴32相对于曲轴的凸轮相位位置变化。可提供至少一个传感器49以供应反馈信号至发动机控制单元或控制器51以指示曲轴相对于凸轮轴24的位置来确定是否需要通过太阳齿轮38、138、238进行任何凸轮相位位置调整。如果需要凸轮相位位置调整，那么可由控制器驱动电动马达47以通过太阳齿轮38、138、238的旋转移动将凸轮相位位置在任一旋转方向上朝理想的位置前进或滞后移动，由此导致至少一个行星齿轮40、140、240相对旋转，从而驱动行星齿轮架36、136、236和连接的凸轮轴32。在操作中，内燃机的曲轴可旋转用于通过链轮42、142、242驱动凸轮轴32.且电动凸轮相位器30、130、230可通过太阳齿轮38、138、238的旋转改变凸轮轴32相对于曲轴的相对角位置。选择位于链轮上的齿的数量的比例以及行星齿轮组件的齿轮的比例，使得当太阳齿轮38、138、238保持固定或在固定位置中时，该至少一个行星齿轮40、140、240可围绕太阳齿轮38、138、238旋转并且相对地移动行星齿轮架36、136、236使得凸轮轴32通常可以一半曲轴速度成固定相位关系驱动，这在四冲程循环发动机中是常见的。电动马达47可在前进或相反方向上驱动以使凸轮轴相角前进或滞后，控制相关内燃机阀相对于曲轴的正时的打开和关闭。为了在发动机正操作时改变凸轮轴32相对于曲轴的相位关系，可由控制器51将电动马达47在理想的方向上旋转，由此通过太阳齿轮38、138、238的旋转改变凸轮轴的角位置。

如图5A至5C的电动凸轮相位器230中所示，可将盖板246安装至传动齿轮组件72，其包括固定壳体70、蜗轮76、由发动机驱动的致动器轴78以及可接合在蜗轮76与太阳齿轮238之间的小齿轮71。固定壳体70围封安装在轴承(未示出)上以在纵向轴线上旋转的蜗轮76。如图5B中所示，致动器轴78可连接至电动马达47以驱动蜗轮76。蜗轮76可接合小齿轮71，其可与凸轮轴32同轴以响应于电动马达47的旋转而将太阳齿轮238驱动进行旋转。传动齿轮组件72可包括螺合至固定壳体70以从发动机室关闭传动齿轮组件72的盖74以及用于将小齿轮71固定至传动齿轮组件72的太阳齿轮238的张紧螺栓77。张紧螺栓77可延伸穿过盖74和固定壳体70以与带键套管98螺纹式接合以将小齿轮71连接成与太阳齿轮238随着单件式整体构件一起旋转。如图5C中所示，传动齿轮组件72可进一步包括具有插入在形成于太阳齿轮238的内表面上以将太阳齿轮238连接至小齿轮71的对应互补键槽内的径向向外延伸键的带键套管98、用于将小齿轮71与太阳齿轮238连接的楔形套管94以及开口环96，该开口环插置在太阳齿轮套管98与楔形套管94之间以当螺栓77拧紧时响应于该两个套管96、98之间的压缩而径向扩张。张紧螺栓77可延伸穿过套管94和开口环96以与带键套管98螺纹式接合以将插置在楔形套管94与带键套管98之间的开口环96压缩和径向地扩张以将小齿轮71连接至传动齿轮组件72的太阳齿轮238。在操作中，电动马达47的旋转可使蜗轮76和相关小齿轮71旋转以改变太阳齿轮238在行星齿轮组件中的旋转位置。旋转位置的变化导致行星齿轮架236在相位器壳体34内的相对旋转，由此使凸轮轴32旋转并且改变凸轮轴32相对于相位器链轮242和曲轴的相位。应当认识到，传动齿轮组件72可配置成结合其它行星齿轮组件使用，其中行星齿轮架和环形齿轮中的任何一个均可用于改变定相，而太阳齿轮和其它行星齿轮部分用作输入和输出元件。

如图3A至3B中所示，电动凸轮相位器30可进一步包括正时支架54。正时支架54可包括固定地安装至围封内燃机的发动机室内的结构的第一端56和具有用于接纳太阳齿轮38的部分的圆柱形孔隙的第二端58。正时支架54可连接至太阳齿轮38并且可操作地用于限制太阳齿轮38的旋转。在不脱离所公开发明的范围的情况下，预期电动凸轮相位器30可包括如本领域一般技术人员认识的各种配置的轴承和垫圈。通过示例而非限定的方式，电动凸轮相位器30可包括用于支撑太阳齿轮38以相对于行星齿轮架36旋转的第一轴承35a、用于支撑行星齿轮架以相对于链轮壳体44旋转的第二轴承35b以及用于支撑太阳齿轮38以相对于槽和销旋转的轴承轮毂35c，该槽和销将行程范围限制在第一角度端极限与第二角度端极限之间。

应当认识到，如果需要，轴承可包括球型套管或以球型套管提供。可期望提供用于减小电动凸轮相位器的轴向长度用于最小包装的轴承。如图1中所示，太阳齿轮38可由第一轴承(未示出)导向至行星齿轮架36。如图2A至4B中所示，除了用于支撑行星齿轮架以相对于行星齿轮组件的链轮壳体144旋转的至少一个轴承35b之外，电动凸轮相位器130还可包括至少一个保持环37a、37b、37c用于将行星齿轮组件的各个部件保持在相对于彼此的位置中。电动凸轮相位器130可包括分别与环形齿轮134、第二轴承35b和第一轴承35a相关联的保持环37a、37b、37c。

如图4A至4B中所示，电动凸轮相位器30、130、230另外可包括至少一个锯齿垫圈39a、贝氏垫圈66以及至少一个扁平垫圈39b，其用于将锯齿垫圈39a压靠于太阳齿轮238使得贝氏垫圈66插置在锯齿垫圈39a与行星齿轮架236之间以防止旋转直至行星齿轮架236已经连接至凸轮轴为止。当行星齿轮架连接至凸轮轴时，中心螺栓64将贝氏垫圈66压缩在锯齿垫圈39a与行星齿轮架236之间，允许松开并且自由地旋转太阳齿轮238。如图4A至4B中所示，电动凸轮相位器230可包括沿着公共轴线定位并且插置在太阳齿轮238与行星齿轮架236之间的至少一个贝氏垫圈66。至少一个贝氏垫圈66可包括中心开口68用于在组装电动凸轮相位器230时接纳中心螺栓64。至少一个贝氏垫圈66通常将锯齿垫圈39a偏压抵靠太阳齿轮238并且保持太阳齿轮238防止相对于行星齿轮架236旋转。通常偏压位置可为电动凸轮相位器230的包装和组装所需要的。可由贝氏垫圈66将太阳齿轮偏压抵靠行星齿轮架236以防止太阳齿轮238旋转而界定通常偏压位置。当组装电动凸轮相位器230且中心螺栓64通过贝氏垫圈66接合以螺纹式附接至凸轮轴时，在中心螺栓64的拧紧期间可压缩贝氏垫圈66，松开太阳齿轮238而使得太阳齿轮238能够自由旋转。

如图2A和5A中所示，通过示例而非限定的方式，电动凸轮相位器30、130、230可包括润滑系统用于润滑行星齿轮组件的可旋转部件。润滑系统可包括从加压流体源通过由凸轮轴32界定的第一孔隙60朝行星齿轮架36、136、236的流体连通。行星齿轮架36、136、236可具有用于与电动凸轮相位器30、130、230流体连通的第二孔隙62。第二孔隙62可具有小于第一孔隙60的流动区域。更小流动区域允许将凸轮轴32中的第一孔隙60制造为具有更大直径。

公开了一种用于组装并且用于动态地调整内燃机的凸轮轴32相对于发动机曲轴的旋转关系的方法。可由曲轴可操作地驱动相位器链轮42、142、242。该方法可包括组装具有由相位器链轮42、142、242驱动的环形齿轮34、134、234、连接至凸轮轴32的行星齿轮架36、136、236以及太阳齿轮38、138、238的行星齿轮组件，使得全部可围绕公共轴线旋转。行星齿轮架36、136、236可支撑啮合在环形齿轮34、134、234与太阳齿轮38、138、238之间的至少一个可旋转行星齿轮40、140、240，且太阳齿轮38、138、238可固定成用于维持凸轮轴32相对于曲轴的凸轮相位位置并且具有可调角位置用于改变凸轮相位位置。该方法可包括形成链轮壳体44、144、244，其连接成随着相位器链轮42、142、242一起旋转并且可操作地连接相位器链轮42、142、242和环形齿轮34、134、234以进行一致旋转。该方法可进一步包括沿着公共轴线插入防旋转机构。防旋转机构可包括至少一个锯齿垫圈39a和插置在该至少一个锯齿垫圈39a与行星齿轮架236之间的贝氏垫圈66。该至少一个锯齿垫圈39a通常可由贝氏垫圈66偏压抵靠太阳齿轮238，防止太阳齿轮238在行星齿轮架236从凸轮轴32中断开时(诸如当电动凸轮相位器30、130、230经过包装进行运输时)旋转。贝氏垫圈66可压缩并且在电动凸轮相位器30、130、230的操作期间当行星齿轮架236连接至凸轮轴32时允许太阳齿轮238旋转。该方法可进一步包括插入正时支架54，其连接至太阳齿轮38、138、238并且可操作地用于将太阳齿轮38的角旋转限制在第一端行程极限与第二端行程极限之间。

虽然已经结合目前认为最可实现和优选实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例，相反地，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效设置，该范围符合最广义解释以便涵盖法律所允许的所有这种修改及等效结构。