具有行星齿轮组的发动机可变凸轮轴正时相位器的制作方法

本申请要求2014年9月17日提交的美国临时序列no.62/051,514的权益，其全部内容在此引入作为参考。

本公开总体涉及用于内燃机的可变阀正时(vvt)，且更具体地涉及可变凸轮轴正时(vct)相位器。

背景技术：

可变阀正时(vvt)系统通常与内燃机(比如在汽车中发现的那些)一起使用，用于控制进气阀和排气阀的打开和关闭。vvt系统可帮助提高燃料经济性，降低废气排放，并提升发动机性能。一种类型的vvt系统采用可变凸轮轴正时(vct)相位器。通常，vct相位器动态地调整发动机凸轮轴相对于发动机曲轴的旋转，以便提前或延迟进气阀和排气阀的打开和关闭运动。

技术实现要素：

在一个实施例中，发动机可变凸轮轴正时相位包括链轮、第一环形齿轮、多个行星齿轮、太阳齿轮、第二环形齿轮和第三环形齿轮。链轮接收来自发动机曲轴的旋转驱动输入。第一环形齿轮接收来自链轮的旋转驱动输入。行星齿轮中的每一个与第一环形齿轮接合。太阳齿轮与行星齿轮中的每一个接合并由电动马达驱动。第二环形齿轮与行星齿轮中的每一个接合，且第三环形齿轮与行星齿轮中的每一个接合。在操作中，由电动马达引起的链轮和太阳齿轮之间的相对旋转运动提前或延迟所附的发动机阀的打开和关闭。

在另一个实施例中，发动机可变凸轮轴正时相位器包括链轮、三个环形齿轮、多个行星齿轮以及太阳齿轮。环形齿轮中的一个或多个接收来自链轮的旋转驱动输入。行星齿轮中的每一个与所有三个环形齿轮接合。且太阳齿轮与行星齿轮中的每一个接合。从环形齿轮传递到行星齿轮中的每一个的负荷在行星齿轮中的每一个的轴向范围内基本上平衡。基本上平衡的负荷防止行星齿轮相对于环形齿轮的错位。

在又一个实施例中，发动机可变凸轮轴正时相位器包括链轮、第一环形齿轮、多个行星齿轮、太阳齿轮、第二环形齿轮、第三环形齿轮以及板。链轮接收来自发动机曲轴的旋转驱动输入。第一环形齿轮接收来自链轮的旋转驱动输入。行星齿轮中的每一个与第一环形齿轮进行齿对齿啮合。太阳齿轮与行星齿轮中的每一个进行齿对齿啮合，且太阳齿轮由电动马达驱动。第二环形齿轮与行星齿轮中的每一个进行齿对齿啮合，且第三环形齿轮与行星齿轮中的每一个进行齿对齿啮合。板接收来自第二环形齿轮的旋转驱动输入，并接收来自第三环形齿轮的旋转驱动输入。板将旋转驱动输出传递到发动机凸轮轴。第一环形齿轮和行星齿轮中的每一个在行星齿轮中的每一个的第一轴向部分处啮合。类似地，第二环形齿轮和行星齿轮中的每一个在行星齿轮中的每一个的第二轴向部分处啮合。且第三环形齿轮和行星齿轮中的每一个在行星齿轮中的每一个的第三轴向部分处啮合。行星齿轮中的每一个的第一轴向部分位于行星齿轮中的每一个的第二和第三部分之间。在操作中，为了使发动机凸轮轴沿第一方向相对于链轮成角度地移动，电动马达以比链轮的旋转速度大的旋转速度驱动太阳齿轮。且为了使发动机凸轮轴沿第二方向相对于链轮成角度地移动，电动马达以比链轮的旋转速度小的旋转速度驱动太阳齿轮。

附图说明

图1是发动机可变凸轮轴正时相位器的实施例的立体图；

图2是沿图1的箭头2-2截取的图1的发动机可变凸轮轴正时相位器的截面图；

图3是发动机可变凸轮轴正时相位器的另一个实施例的立体图；

图4是图3的发动机可变凸轮轴正时相位器的分解图；

图5是图3的发动机可变凸轮轴正时相位器的正视图；以及

图6是沿图5的箭头6-6截取的图3的发动机可变凸轮轴正时相位器的截面图。

具体实施方式

图示出了可变凸轮轴正时相位器10(下文称“相位器”)的实施例，该相位器10装配在内燃机中用于控制发动机中进气阀和排气阀的打开和关闭。更具体地，相位器10动态地调整发动机的凸轮轴相对于发动机的曲轴的旋转以提前或延迟进气阀和排气阀的打开和关闭运动。内燃机也许最常见于汽车，但也见于其他应用。尽管在以下详细地描述，但通常相位器10具有带有三个环形齿轮的行星齿轮组，该三个环形齿轮更容易地平衡行星齿轮上的负荷并因此防止行星齿轮的错位。在一些情况下，这意味着用于支撑行星齿轮的托架组件可以省去。另外，术语轴向地、径向地、周向地以及他们相关的形式在本文参照相位器10的圆形和环形以及圆柱形部件而使用，除非另有说明。

相位器10是具有以下部件的多件式组件，这些部件一起工作以从所附的发动机的曲轴传递旋转并将旋转传递到发动机的凸轮轴，且可以一起工作以使凸轮轴相对于曲轴成角度地移动用于提前或延迟发动机阀的打开和关闭。除了其他因素，相位器10可依据相位器所应用的应用、生产和制造考虑以及能力，以及其一起工作的曲轴和凸轮轴而具有不同的设计和构造。例如，在图1和2所呈现的实施例中，相位器10包括链轮12、行星齿轮组14和板16。

链轮12接收来自发动机的曲轴的旋转驱动输入并围绕轴线x1旋转。正时链或正时皮带可以环绕链轮12以及环绕曲轴使得曲轴的旋转经由链或皮带转换成链轮的旋转。用于转换链轮12和曲轴之间的旋转的其他技术也是可能的。在外部，链轮12具有一组齿18用于与正时链、与正时皮带或另一部件匹配。在不同实例中，所述组齿18可包括38个单个齿，42个单个齿、或围绕链轮12的周边连续横跨的一些其他数量的齿。在此处所呈现的实施例中，链轮12具有从所述组齿18轴向地横跨的壳体20。壳体20为环绕行星齿轮组14的部分的圆柱形壁。在其末端和开口端附近，壳体20具有围绕其周向地间隔开的几个切口21。

仍参照图1和2，行星齿轮组14包括太阳齿轮22、行星齿轮24、第一环形齿轮26、第二环形齿轮28和第三环形齿轮30。太阳齿轮22连接到电动马达32(图1)并由电动马达驱动用于围绕轴线x1旋转。太阳齿轮22和电动马达32之间的连接可以以将旋转从电动马达传递到太阳齿轮的方式进行；销和槽是这种连接的一个实例。太阳齿轮22与行星齿轮24接合并在其外部具有一组齿34用于与行星齿轮进行直接齿对齿啮合。在不同实例中，所述组齿34可包括26个单个齿，37个单个齿、或围绕太阳齿轮22的周边连续横跨的一些其他数量的齿。在此处所呈现的实施例中，太阳齿轮22是外正齿轮，但也可以是另一类型的齿轮。圆柱形壁36从所述组齿34横跨用于与电动马达32互连。

如以下更详细地描述，当将发动机的凸轮轴带至其提前和延迟的角位置以及从其提前和延迟的角度位置带动发动机的凸轮轴期间，行星齿轮24围绕他们各自的旋转轴线x2旋转。当不提前或延迟时，行星齿轮24围绕轴线x1与太阳齿轮22以及与环形齿轮26、28、30一起回转。在此处所呈现的实施例中，总共有类似地设计并相对于彼此构造的三个分立的行星齿轮24，但也可以有其他数量的行星齿轮比如两个或四个或六个。然而，存在许多行星齿轮，行星齿轮24中的每一个可以与所有三个第一、第二和第三环形齿轮26、28、30接合，且每个行星齿轮在其外部可具有一组齿38用于与环形齿轮进行直接齿对齿啮合。在不同实例中，所述组齿38可包括21个单个齿，或围绕行星齿轮24的周边连续横跨的一些其他数量的齿。在每个行星齿轮24处所述组齿38在相应行星齿轮上以轴向宽度w轴向地横跨。齿38可完全在所示的每个行星齿轮24的总轴向范围上延伸，尽管不必如此。

为了在相位器10的外部处将行星齿轮24保持就位，可以提供托架组件40。但如下所述，在一些实施例中，托架组件40可以省去。当提供时，托架组件40可包括在第一端处的第一板42、在另一端处的第二板44和连接这些板用于进行他们之间的连接的气缸46，这些物件也许在图4中最佳示出。螺栓48与气缸46的内螺纹紧固在一起，且螺栓50与销51(图6)紧固在一起，该销51安装行星齿轮24并用作毂。尽管未示出，但垫圈可以插入托架组件40的部件之间。还有，在未示出的其他实施例中，第一和第二板可以是合在一起用于连接而无分立圆柱体的匹配半部，或者第一和第二板可以是彼此的整体延伸部。

现特别参照图2，第一环形齿轮26接收来自链轮12的旋转驱动输入使得第一环形齿轮和链轮在操作中围绕轴线x1一起旋转。在该实施例中，第一环形齿轮26和链轮12连接在一起。该连接可以以不同方式进行，包括通过采用切口21和突片52的图1和图2所示的实例。突片52是第一环形齿轮26的径向向外的突出部且插入切口21。对于每个切口21，可以有对应的突片52。还有，其他连接可涉及螺栓、铆钉和/或焊接，或者第一环形齿轮26可以是链轮12的整体延伸部。本文所使用的短语“旋转驱动输入”和“旋转驱动输出”旨在包括这些连接和整体可能方案。第一环形齿轮26与行星齿轮24接合并在其内部具有一组齿54用于与行星齿轮24进行直接齿对齿啮合。齿54沿每个行星齿轮的第一轴向部分s1与行星齿轮24的齿38啮合。不同于先前描述的一些组齿，所述组齿54相对于第一环形齿轮26的环形和盘状形状径向向内突出。在不同实例中，所述组齿54可包括80个单个齿，或围绕第一环形齿轮26的周边连续横跨的一些其他数量的齿。在此处所呈现的实施例中，第一环形齿轮26是内正齿轮，但也可以是另一类型的齿轮。且在安装中，第一环形齿轮26轴向地夹持在第二和第三环形齿轮28、30之间，且从这种意义来说是中间环形齿轮。

第一环形齿轮28连接到板16并围绕轴线x1驱动板的旋转。该连接可以以不同方式进行，包括通过采用螺栓56的图1和图2的实例。可以有三个螺栓56，该三个螺栓56穿过第二环形齿轮28紧固并进入板16且围绕他们的周边间隔开。还有，如以前，其他连接可涉及或多或少的螺栓、铆钉和/或焊接，或者第二环形齿轮28可以是板16的整体延伸部。第二环形齿轮28与行星齿轮24接合并在其内部具有一组齿58用于与行星齿轮进行直接齿对齿啮合。齿58沿每个行星齿轮的第二轴向部分s2与行星齿轮24的齿38啮合。所述组齿58相对于第二环形齿轮28的环形和盘状形状径向向内突出。在不同实例中，所述组齿58可包括77个单个齿，或围绕第二环形齿轮28的周边连续横跨的一些其他数量的齿。相对于彼此，第一和第二环形齿轮26、28之间的齿的数量可以相差行星齿轮24的数量的多倍。因此例如，所述组齿54可包括80个单个齿，而所述组齿58可包括77个单个齿：在该实例中对于三个行星齿轮24为三个齿的差值。在具有六个行星齿轮的另一实例中，所述组齿54可包括70个单个齿，而所述组齿58可包括82个单个齿。满足这种关系通过赋予第一和第二环形齿轮26、28之间的相对旋转运动和相对速度来提供提前和延迟能力。在此处所呈现的实施例中，第二环形齿轮28是内正齿轮，但也可以是另一类型的齿轮。且在如图2最佳所示的安装中，第二环形齿轮28相对于其他两个环形齿轮26、30位于相位器10的凸轮轴侧。

如同第二环形齿轮28，第三环形齿轮30连接到板16并围绕轴线x1驱动板的旋转。该连接可以以不同方式进行，包括通过采用螺栓56的图1和图2的实例。如之前，螺栓56穿过第三环形齿轮30紧固并进入板16；螺栓56穿过如图2所示的第一环形齿轮26紧固。还有，如以前，其他连接可涉及或多或少的螺栓、铆钉和/或焊接，或者第三环形齿轮30可以是板16的整体延伸部。第三环形齿轮30可以类似地设计和构造为第二环形齿轮28。第三环形齿轮30与行星齿轮24接合并在其内部具有一组齿60用于与行星齿轮进行直接齿对齿啮合。齿60沿每个行星齿轮的第三轴向部分s3与行星齿轮24的齿38啮合。所述组齿60相对于第三环形齿轮30的环形和盘状形状径向向内突出。所述组齿60可包括77个单个齿、或围绕第三环形齿轮30的周边连续横跨的一些其他数量的齿；第三环形齿轮的齿的数量可以与第二环形齿轮28的相等。且如之前，第一和第三环形齿轮26、30之间的齿的数量可以相差行星齿轮24的数量的多倍。在此处所呈现的实施例中，第三环形齿轮30是内正齿轮，但也可以是另一类型的齿轮。且在如图1最佳所示的安装中，第三环形齿轮30相对于其他两个环形齿轮26、28位于相位器10的电动马达侧。

三个环形齿轮26、28、30共同构成行星齿轮组14的拼合环形齿轮结构。

现特别参照图2，板16可连接到发动机凸轮轴62并围绕轴x1驱动凸轮轴的旋转。该连接可以以不同方式进行，包括通过螺栓64。如上所述，板16还可经由螺栓56连接到第二和第三环形齿轮28、30。在此处所呈现的实施例中，板16具有第一套筒部66、第二套筒部68和法兰部70。第一套筒部66为圆柱形壁，该圆柱形壁插入到太阳齿轮22的圆柱形壁36中并接收螺栓64。第一套筒部66和圆柱形壁36可彼此略微间隔开使得他们可以独立地旋转。第二套筒部68可引导与发动机凸轮轴62的连接。且法兰部70可类似于圆盘，且具有内部带螺纹用于与螺栓56紧固的三个螺栓孔72。

当投入使用时，相位器10从发动机曲轴传递旋转并将其传递到发动机凸轮轴62，且当被控制器命令时，可以相对于其正常操作方向成角度地使凸轮轴移动到提前角位置和延迟角位置。在正常操作以及无需阀提前或延迟下，链轮12被驱动以通过发动机曲轴沿第一方向(例如，顺时针或逆时针)且以第一旋转速度围绕轴线x1旋转。由于第一环形齿轮26连接到链轮12，故第一环形齿轮还沿第一方向且以第一旋转速度旋转。同时，电动马达32驱动太阳齿轮22围绕轴线x1沿第一方向且以第一旋转速度旋转。在这些条件下，链轮12、太阳齿轮22、第一和第二以及第三环形齿轮26、28、30，以及板16均沿第一方向且以第一旋转速度一致地一起旋转。并且，行星齿轮24围绕轴线x1沿第一方向且以第一旋转速度一起回转，且不围绕他们各自的旋转轴线x2旋转。换句话说，在操作中，在链轮12、太阳齿轮22、行星齿轮24、环形齿轮26、28、30和板16之间没有相对旋转运动或相对旋转速度。由于相对旋转运动和速度的这种缺乏，齿轮之间否则可能发生的摩擦损失被最小化或完全消除。

在一个实例中，为了将发动机凸轮轴62带至提前的角位置，电动马达32以慢于链轮12的第一旋转速度的第二旋转速度暂时地驱动太阳齿轮22。这引起太阳齿轮22和链轮12之间的相对旋转运动和相对旋转速度。且由于第二和第三环形齿轮28、30相对于第一环形齿轮26具有不同数量的单个齿，故第二和第三环形齿轮相对于第一环形齿轮旋转运动。同时，环形齿轮24围绕他们各自的旋转轴线x2旋转。以第二旋转速度驱动太阳齿轮22的精确时间将取决于发动机凸轮轴62和链轮12之间的角位移的所需程度。一旦实现角位移的所需程度，电动马达32将再次被命令用以以第一旋转速度驱动太阳齿轮22。在这些条件下，发动机凸轮轴62因此保留在提前的角位置处，而太阳齿轮22以第一旋转速度被驱动。

相反地，为了将发动机凸轮轴62从正常操作位置带至延迟的角位置，电动马达32以快于(与第二旋转速度相反)链轮12的第一旋转速度的第三旋转速度暂时地驱动太阳齿轮22。相对旋转运动和速度再次发生在太阳齿轮22和链轮12之间，以及第二和第三环形齿轮28、30与第一环形齿轮26之间。其余的功能类似于以上刚刚描述的那些。还有，在另一实施例中，为了提前角位置，第二旋转速度可以快于第一旋转速度；且为了延迟角位置，第三旋转速度可以慢于第一旋转速度；该功能取决于环形齿轮的齿的数量。

在这些操作期间，三个环形齿轮26、28、30将负荷传递到行星齿轮24。已经发现，如果这些负荷彼此不同，则行星齿轮24可变得不对准以及倾斜偏离轴，且轴线x2可变得不与轴线x1平行。为了防止这些缺点，行星齿轮组14已经设计和构造成在行星齿轮24上传递基本上平衡的负荷。第一环形齿轮26在第一轴向部分s1上将第一负荷传递到行星齿轮24中的每一个。第二环形齿轮28在第二轴向部分s2上将第二负荷传递到行星齿轮24中的每一个，且同样地，第三环形齿轮30在第三轴向部分s3上将第三负荷传递到行星齿轮中的每一个。第一负荷可具有与第二和第三负荷不同的量值，且第二负荷可具有与第三负荷相同的量值。进一步地，如图2所示，第一、第二和第三轴向部分s1、s2和s3具有可彼此大约相等的轴向宽度。且彼此相加，轴向部分s1、s2和s3可大约等于行星齿轮24的轴向宽度w。作为至少一些这种关系的结果，传递到行星齿轮24的负荷基本上均匀地在行星齿轮24上分布，且未发生错位，轴线x2保持平行于轴线x1。还有，负荷可以由图中未示出的其他布置平衡。例如，第二和第三轴向部分s2、s3可具有彼此相等但不等于第一轴向部分s1的轴向宽度的轴向宽度。同样，当加合时，轴向部分s1、s2和s3不需要等于行星齿轮24的轴向宽度w，和/或轴向部分s1、s2和s3可在他们之间具有轴向空间。

由于负荷基本上平衡且错位未发生，故托架组件40可以从相位器10的设计和构造中省去。尽管托架组件40用于其他目的，但其提供的一个目的是维持行星齿轮24的对准。在一些实施例中，由于对准可以替代地通过基本上平衡的负荷来维持，故托架组件40和其板42、44、气缸46、螺栓48、50、销和其他部件可以完全从相位器10移除。省略掉这些部分意味着相位器10可以在重量上更轻在生产上更省成本。此外，基本上平衡的负荷存在用于减小一些组齿的尺寸的机会，详见以上不同齿轮。在一些情况下，较大组齿用于容许和抵消先前经受的错位和倾斜。减小的尺寸从而可以更容易满足在汽车应用中通常不可弯曲的包装需求。

图3-6呈现了相位器10的另一实施例。由于该实施例的许多部件类似于已经对图1和2的实施例所描述的部件，故对于这些部件在图3-6中使用相同的附图标记。同样在本实施例中，相位器10包括链轮12、行星齿轮组14和板16。且如之前，行星齿轮组14包括太阳齿轮22、行星齿轮24以及第一、第二和第三环形齿轮26、28、30。参照图1和2的实施例对这些部件的描述用于图3-6的该实施例且并入本文，而无需重复描述。仅将描述实施例之间的不同。

图3-6的链轮12、板16和环形齿轮26、28、30以与上述不同的布置彼此连接。在图3-6中，链轮12具有一组三个凸耳80，该凸耳具有用于采用螺栓82紧固的内部带螺纹的螺栓孔。凸耳80为从链轮12的面表面轴向突出的块状结构。凸耳80相对于彼此周向间隔开。螺栓82还穿过第一环形齿轮26的突片84的内部带螺纹的螺栓孔紧固。链轮12和第一环形齿轮26以此方式连接在一起。具有对应于三个凸耳80的三个突片84。在该实施例中，突片84为第一环形齿轮26的矩形整体延伸部，且从第一环形齿轮的环形体轴向向外突出。如同凸耳80，突片84相对于彼此周向间隔开。凸耳80和突片84无需围绕他们各自的周边等距间隔开。特别参照图4，采用主要符号(′)界定的凸耳80′和突片84′设定成成角度地远离其他两个凸耳80和突片84(无主要符号)。在特定实例中，凸耳80′和突片84′围绕他们两个的侧边上的周边各自与凸耳80和突片84成角度地间隔开135度(135°)。因此，相邻的凸耳80和突片84彼此成角度地间隔开90度(90°)。还有，角间距的其他实例也是可能的。

类似地，第二环形齿轮28具有围绕其周边间隔开的一组三个突片86，且第三环形齿轮30具有围绕其周边间隔开的一组三个突片88。不同于第一环形齿轮26的突片84，突片86和88设定成围绕他们各自的周边相对于彼此等角度间隔开。在特定实例中，突片86、88彼此成角度地间隔开120度(120°)。还有，角间距的其他实例也是可能的。此外，在安装中间隔件90可用于插入突片86、88之间。由于第一环形齿轮26通过第二和第三环形齿轮28、30夹持，故当置于彼此之上时，间隔件90填充他们的突片86、88之间的所得间隙。螺栓56穿过突片86、88以及间隔件90的内部带螺纹的螺栓孔紧固。螺栓56还紧固进入板16的突片92的内部带螺纹的螺栓孔用于将第二和第三环形齿轮28、30连接到板。突片92设计和构造成类似于突片86、88。最后，如图4所示，该实施例中的相位器10可包括卡环94和d形环形垫圈96。

也许如图3和5最佳示出，突片84和凸耳80与突片86、88、92和间隔件90成角度地偏离开。当相位器10被命令以将发动机的凸轮轴带至提前和延迟角位置时，角偏移容许角位移。特别参照图5，在特定实例中，突片84和凸耳80之间以及突片86、88、92和间隔件90之间的角偏移θ可以为30度(30°)。这允许提前和延迟角位置，其从正常操作位置处于最大值30度(30°)。还有，角偏移的其他实例也是可能的，且可取决于不同突片和凸耳的放置，以及取决于当提前和延迟发动机的凸轮轴时所需量的角位移。

还有，相位器10的其他实施例也是可能的。例如，三个环形齿轮中的两个可以连接到链轮，而三个环形齿轮中的仅一个连接到板；这不同于附图中所呈现的实施例，在附图中一个环形齿轮连接到链轮，两个环形齿轮连接到板。

前述描述被认为仅仅是说明性的。所使用的术语本质上旨在指描述的词语，而不是限制。鉴于描述，本领域技术人员将容易作出许多改进和变化。因此，前述描述不旨在将本发明限于以上描述的实施例。因此，本发明的范围由所附权利要求限定。