机械式凸轮移相系统和方法与流程

本发明基于2015年7月23日提交的题为“Mechanical Cam Phasing System and Methods(机械式凸轮移相系统和方法)”的美国临时专利申请第62/196115号，在此要求其优先权并通过提及将其全部内容纳入本文。

背景技术：

凸轮移相系统包括可以被配置成相对于内燃机的曲轴转动凸轮轴的旋转致动器，或移相器(phaser)。目前，移相器能被液压致动、电力致动、或机械致动。典型地，机械致动移相器获取凸轮转矩脉冲，从而实现移相器的转动。这种操作只允许移相器沿凸轮转矩脉冲的方向转动。另外，除了其它因素以外，移相器的转速和移相器在凸轮转矩脉冲终止后的停止位置还是凸轮转矩脉冲的幅度/方向以及发动机速度的函数。因此，移相器转动的速度和停止位置不能通过这种机械凸轮移相系统被控制。因为凸轮转矩脉冲相对于机械凸轮移相系统的阻尼来说较大，所以移相器容易超出或达不到所期望的转动量，这导致机械凸轮移相系统不停地被启动和关停，或者要求非常快的控制。

技术实现要素：

由于现有机械凸轮移相系统的不足，所以需要使凸轮移相系统能独立于凸轮转矩脉冲的幅度和方向以及发动机速度来改变凸轮轴和内燃机曲轴之间的关系。

在一个方面，本发明提供一种用于通过凸轮移相系统机械地改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的方法。凸轮移相系统包括第一部件、被配置成连接到凸轮轴和曲轴中的一个的第二部件、以及被配置成连接到凸轮轴和曲轴中的未被连接到第二部件的一个的第三部件。所述方法包括给凸轮移相系统提供一个输入力，然后，响应于所提供的输入力将第一部件相对于第三部件转动到已知的旋转位置。该方法还包括在第一部件转动到已知旋转位置后，解锁被配置成使得第二部件旋转跟随第一部件到达已知旋转位置的第一锁定特征。第二锁定特征保持在锁定状态，从而约束第二部件只沿与第一部件相同的方向旋转。该方法还包括在解锁第一锁定特征后，第二部件相对于第三部件旋转地跟随第一部件到达已知旋转位置，由此改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

在一些方面，该方法还包括在第二部件到达已知旋转位置后，将第一锁定特征锁定。

在一些方面，给凸轮移相系统提供输入力包括将致动机构连接到第一部件，然后通过致动机构给第一部件施加轴向力，从而将第一部件轴向地移位到已知轴向位置。

在一些方面，给凸轮移相系统提供轴向输入力包括将致动机构连接到被连接到第一部件的第四部件，然后通过致动机构给第四部件施加轴向力，从而将第一部件轴向地移位到已知轴向位置。

在一些方面，解锁第一锁定特征包括将被楔入在第二部件和第三部件之间的一个或多个第一滚子轴承与第一部件相接合，并且在第一部件接合一个或多个第一滚子轴承后，旋转地移位一个或多个第一滚子轴承，从而将一个或多个第一滚子轴承从第二部件和第三部件之间取出。

在一些方面，解锁第一锁定特征包括将被楔入在第二部件和第三部件之间的一个或多个第一楔入结构与第一部件相接合，在第一部件接合一个或多个第一楔入结构后，旋转地移位一个或多个第一楔入结构，从而将一个或多个第一楔入结构从第二部件和第三部件之间取出。

在一些方面，第二部件旋转地跟随第一部件到达已知旋转位置包括从凸轮轴获取施加给第二部件的凸轮转矩脉冲。

在另一方面，本发明提供一种用于通过凸轮移相系统机械地改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的方法。所述凸轮移相系统包括第一部件、被配置成连接到凸轮轴和曲轴中的一个的第二部件、以及被配置成连接到凸轮轴和曲轴中的未被连接到第二部件的一个的第三部件。所述方法包括给凸轮移相系统提供一个输入力，然后，响应于所提供的输入力将第一部件相对于第三部件移动到已知的旋转位置。该方法还包括在第一部件移位到已知旋转位置后，解锁被配置成使得第二部件沿所期望的方向相对于第三部件旋转地移位的第一锁定特征。第二锁定特征保持在锁定状态，从而约束第二部件只沿所需方向相对于第三部件旋转。该方法还包括在解锁第一锁定特征后，第二部件相对于第三部件旋转到已知旋转位置，由此改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

在一些方面，所述方法还包括在第二部件到达已知旋转位置后，锁定第一锁定特征。

在一些方面，给凸轮移相系统提供输入力包括将致动机构连接到第一部件，然后通过致动机构给第一部件施加轴向力，从而将第一部件轴向地移位到已知轴向位置。

在一些方面，解锁第一锁定特征包括将被楔入在第二部件和第三部件之间的一个或多个第一楔入结构与第一部件相接合，并且在第一部件接合一个或多个第一楔入结构后，轴向地移动一个或多个第一楔入结构，从而将一个或多个第一楔入结构从第二部件和第三部件之间取出。

在一些方面，第二部件旋转地跟随第一部件到达已知旋转位置包括从凸轮轴获取施加给第二部件的凸轮转矩脉冲。

在又一方面，本发明提供一种被配置成改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的凸轮移相系统。凸轮移相系统被连接到致动机构。凸轮移相系统包括被配置成响应于致动机构所施加的输入位移而沿期望的方向旋转到已知旋转位置的第一部件。凸轮移相系统还包括被配置成被连接到凸轮轴和曲轴中的一个的第二部件、被配置成被连接到凸轮轴和曲轴中未连接到第二部件的一个的第三部件、以及多个锁定机构，锁定机构分别具有第一锁定特征和第二锁定特征。第一锁定特征和第二锁定特征分别可在锁定位置和解锁位置之间移动。响应于第一部件到已知旋转位置的转动，第一锁定特征被配置成移动到解锁位置，而第二锁定特征被配置成保持在锁定位置。当第一锁定特征移动到解锁位置，第二部件被配置成相对于第三部件转动，并旋转地跟随第一部件到达已知旋转位置。

在一些方面，当第二部件旋转地跟随第一部件到达已知旋转位置时，第二锁定特征保持在锁定位置并抑制第二部件沿与所期望的方向相反的方向的转动。

在一些方面，致动机构被连接到第一部件，并被配置成直接给第一部件施加输入位移。

在一些方面，第一部件包括多个突起，这些突起被容纳在被布置在第三部件上的多个螺旋结构的对应之一内。

在一些方面，当输入位移被施加给第一部件时，多个突起沿着多个螺旋结构移动，从而实现第一部件沿所期望的方向旋转到已知旋转位置。

在一些方面，第一部件包括围绕第一部件沿周向布置的多个臂，多个锁定机构中的对应一个被布置在多个臂的相邻各对之间。

在一些方面，当第一部件被转动到已知旋转位置时，多个臂接合第一锁定特征，从而将第一锁定特征旋转地移位到解锁位置。

在一些方面，多个锁定机构分别包括偏压构件，以迫使第一锁定特征和第二锁定特征彼此分开。

在一些方面，第一锁定特征和第二锁定特征包括滚子轴承。

在一些方面，第一锁定特征和第二锁定特征包括楔入结构。

在一些方面，凸轮移相系统还包括被连接到第一部件的螺旋杆。

在一些方面，致动机构被连接到螺旋杆，并被配置成给螺旋杆直接施加输入位移。

在一些方面，螺旋杆包括限定螺旋部分的多个键，螺旋部分被配置成被容纳在第一部件上的多个螺旋结构内并与其相互作用，多个键的螺旋部分与多个螺旋结构之间的相互作用使得第一部件响应于输入位移而沿所期望的方向旋转。

在一些方面，凸轮移相系统还包括被固定到第三部件并被连接到螺旋杆的端板，螺旋杆与端板之间的连接锁定了螺旋杆相对于端板的旋转位置。

在一些方面，凸轮移相系统还包括围绕第二部件的中心轮毂被接纳的第二部件套筒。

在一些方面，凸轮移相系统还包括被接纳在第三部件内并与第三部件的内表面接合的第三部件套筒。

在一些方面，凸轮移相系统还包括复位弹簧，该复位弹簧被配置成在输入位移被移除时将第二部件返回初始旋转位置。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的凸轮移相系统的底部、正面、左侧等视图。

图2是图1的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图3是带有透明的凸轮移相系统的盖的图1的凸轮移相系统的正视图。

图4是图2的凸轮移相系统的链轮轮毂沿剖面线4-4的剖视图。

图5是图1的凸轮移相系统的摇台式转子的顶部、正面、左侧等视图。

图6是图1的凸轮移相系统的辐架式转子和多个锁定组件的顶部、正面、左侧分解等视图。

图7是带有多个已被组装的锁定组件的图1的凸轮移相系统的辐架式转子和多个锁定组件的正视图。

图8是带有楔入特征的第一和第二锁定特征的图1的凸轮移相系统的正视图。

图9是图1的凸轮移相系统沿线9-9的剖视图。

图10A是带有透明的凸轮移相系统盖且凸轮移相系统处于锁定状态的图1的凸轮移相系统的正视图。

图10B是带有透明的凸轮移相系统盖的图1的凸轮移相系统的正视图，并展示了摇台式转子响应于辐架式转子的顺时针转动的初始顺时针旋转。

图10C是带有透明的凸轮移相系统盖的图1的凸轮移相系统的正视图，并展示了摇台式转子响应于辐架式转子的顺时针转动的进一步顺时针旋转。

图10D是带有透明的凸轮移相系统盖的图1的凸轮移相系统的正视图，且凸轮移相系统在摇台式转子响应于辐架式转子的顺时针转动的顺时针旋转之后处于锁定状态。

图11是根据本发明另一个实施例的凸轮移相系统的底部、背面、左侧等视图。

图12是图11的凸轮移相系统的顶部、背面、左侧分解等视图。

图13是图11的凸轮移相系统沿线13-13的剖视图。

图14是图11的凸轮移相系统的摇台式转子的顶部、背面、左侧等视图。

图15是图11的凸轮移相系统的摇台式转子的背视图。

图16是图11的凸轮移相系统的辐架式转子和多个锁定组件的顶部、背面、左侧分解视图。

图17是带有被组装的多个锁定组件的图11的凸轮移相系统的辐架式转子和多个锁定组件的背视图。

图18是图11的凸轮移相系统的辐架式转子、螺旋杆和端板的顶部、正面、右侧分解等视图。

图19是带有凸轮移相系统的透明端板的图11的凸轮移相系统的背视图。

图20是根据本发明另一个实施例的凸轮移相系统的底部、正面、左侧等视图。

图21是图20的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图22是图20的凸轮移相系统的正视图。

图23是根据本发明另一个实施例的凸轮移相系统的底部、正面、左侧等视图。

图24是图23的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图25是图23的凸轮移相系统的正视图。

图26是根据本发明另一个实施例的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧等视图。

图27是图26的凸轮移相系统的局部剖视图，以截面图形式被示出的链轮轮毂以示出布置在其中的各部件。

图28是图26的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图29是图26的凸轮移相系统沿线29-29的剖视图。

图30是图29的剖视图的放大局部，示出了处于解锁位置的锁定特征。

图31是根据本发明另一个实施例的带有透明链轮轮毂的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧等视图。

图32是图31的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图33是图31的凸轮移相系统沿线33-33的剖视图。

图34是根据本发明另一个的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧等视图。

图35是图34的凸轮移相系统的顶部、正面、左侧分解等视图。

图36是图34的凸轮移相系统沿线36-36的剖视图。

图37是带有链轮轮毂的透明后壁的图34的凸轮移相系统的背视图。

图38是展示了根据本发明的一个方案用于改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的步骤的流程图。

图39是展示了根据本发明的另一个方案用于改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的步骤的流程图。

具体实施方式

在本发明的任意实施例被详细描述之前，应当明白本发明的应用不限于在下面的描述中所给出的或者在附图中被展示的结构和布置的细节。本发明能是其它实施例并以多种方式被实施或执行。还应当明白，在本文中被使用的词组和术语是为了描述且不应当被视为限制。“包含”、“包括”或“具有”以及它们的变型在本文中的使用意味着涵盖在后面所列出的事项及其等同物，以及其它事项。除非另有说明或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”、以及“联接”及它们的变型被广泛地使用且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑、以及联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理的或机械的连接和联接。

以下讨论被给出，从而使本领域技术人员能制造和使用本发明的实施例。对图示实施例的多种改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，在不脱离本发明实施例的前提下本文中的基本原理能被应用于其它实施例和应用。因此，本发明的实施例不限于图示的实施例，而是由与本文中所公开的原理和特征相容的最宽范围所限定。下面的详细描述参考附图被阅读，其中不同附图中的相同元素具有相同的附图标记。这些不必须是按比例的附图描绘了被给定的实施例且不意味着限制本发明的实施例的范围。本领域技术人员将明白本文中所提供的示例具有很多有用的替换并落入本发明的实施例的范围内。

本文中所描述的系统和方法能独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲的幅度改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系(即，凸轮移相)。如将被描述那样，所述系统和方法提供一种利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件跟随第一部件的旋转位置的机构而使第一部件的旋转位置被精确控制的解决方案。

图1示出了根据本发明的一个实施例被配置成被连接到内燃机(未示出)的凸轮轴(未示出)的凸轮移相系统10。如图1-3所示，凸轮移相系统10包括链轮轮毂12、摇台式转子14、加载弹簧16、辐架式转子18、多个锁定组件20、以及盖22。链轮轮毂12、摇台式转子14、辐架式转子18、和盖22在被组装时可共享同一根中心轴线25。链轮轮毂12包括被布置在其外径上的齿轮23，能被连接到发动机(未示出)的曲轴(未示出)，例如通过皮带、链条、或齿轮传动装置。这能驱动链轮轮毂12以一个与曲轴的速度成比例的速度旋转。

链轮轮毂12包括内表面24和前表面30。内表面24限定了多个切口26，每个切口被配置成接纳对应的轮毂插件28。图示的链轮轮毂12的内表面24包括围绕内表面24以大约120度的间隔沿周向地布置的三个切口26。在其它实施例中，链轮轮毂12的内表面24可以包括多于或少于三个切口26，和/或切口26可以围绕内表面24按照需求以任意间隔沿周向地布置。链轮轮毂12的前表面30包括被配置成接纳用于将盖22附接到链轮轮毂12的紧固元件的多个孔33。

盖22包括多个盖孔60和中心孔62。多个盖孔60的每一个被布置以与链轮轮毂12的前表面30上对应的孔33对准。中心孔62被配置成使得能触及辐架式转子18，如下面所述那样。

如将被描述那样，凸轮移相系统10的方案被配置成使得辐架式转子18相对于链轮轮毂12旋转。在另一个实施例中，凸轮移相系统10可以被配置成使得辐架式转子18相对于摇台式转子14旋转。例如，多个切口26中的分别被配置成接纳对应的轮毂插件28，这些切口可以被布置在摇台式转子14上，从而实现辐架式转子18关于摇台式转子14的旋转。

轮毂插件28可都包括螺旋结构32。在图示的非限制性示例中，螺旋结构32是被倾斜地形成在轮毂插件28上的凹槽的形式。即，如图4中所示，螺旋结构32可分别限定形成在对应的螺旋结构32的中心线和由前表面30所定义的平面之间的角度A。在一些实施例中，角度A在大约0度到大约90度之间。应当理解，角度A的大小能控制辐架式转子18响应于轴向位移的旋转幅度。即，角度A能控制辐架式转子18针对给定的轴向输入位移而相对于链轮轮毂12转动多少度。因此，角度A可以依据用途和辐架式转子18相对于摇台式转子12的所需旋转幅度来进行改变。

参见图5，摇台式转子14被配置成通过一个或多个凸轮连接孔34被紧固到内燃机的凸轮轴(未示出)。凸轮连接孔34被布置在摇台式转子14的前表面36上。图示的摇台式转子14包括三个连接孔34，但是在其它实施例中，摇台式转子14可以包括多于或少于三个连接孔34。在另一个实施例中，凸轮连接孔34可以被布置在链轮轮毂12上。本领域技术人员已知的是，链轮轮毂12、摇台式转子14、凸轮轴、以及曲轴的相对连接的替代方案是可能的。例如，在一个实施例中，齿轮23可以被连接到摇台式转子14，而凸轮轴可以被连接到链轮轮毂12。摇台式转子14包括被居中地布置在前表面36上中心凹坑37。中心凹坑39被配置成在组装凸轮移相系统10时接纳加载弹簧16。

多个倾斜的楔形构件38从摇台式转子14的前表面36的周界基本垂直地伸出。倾斜的楔形构件38分别包括被配置成接合锁定组件20中的对应之一的基本平坦的表面40，以及可限定弧形的且被配置成接合辐架式转子18的中心轮毂44的内表面42。图示的摇台式转子14包括围绕前表面36的周界以大约120度的间距沿周向布置的三个倾斜的楔形构件38。在其它实施例中，摇台式转子14可以包括多于或少于三个倾斜的楔形构件38，和/或有角的楔形构件38可以围绕前表面36的周界按照需求以任意间隔沿周向布置。当组装凸轮移相系统10时，如图3中所示，摇台式转子14被配置成响应于施加给辐架式转子18的轴向位移而相对于链轮轮毂12转动，如将在下面所详细描述那样。

如图6和7所示，辐架式转子18包括中心轮毂44和围绕中心轮毂44沿周向布置的多个锁定接合构件46。每个锁定接合构件46通过延伸构件48从中心轮毂44伸出。如图2和3所示，锁定接合构件46可围绕中心轮毂44周向地隔开，从而在相邻的各锁定接合结构46之间能存在间隙。每个间隙被定尺寸，从而使锁定组件20中的对应之一能被布置在间隙中，如图3和7所示。

每个锁定接合构件46可限定一种大致弧形，从而大致地符合由链轮轮毂12的内表面24所限定的形状。每个锁定接合构件46包括从支承接合构件46的外表面56伸出的突起54。当组装凸轮移相系统10时，每个突起54可接纳在轮毂插件28中的对应之一的对应螺旋结构32内。螺旋结构32和突起54能协作，从而响应于轴向位移实现辐架式转子18相对于链轮轮毂12的旋转。应当知道，其它方案也可能实现辐架式转子18相对于链轮轮毂12的旋转。例如，在一个实施例中，球轴承可以被接纳在螺旋结构32内。

辐架式转子18包括从中心轮毂44伸出的三个锁定接合构件46，这些锁定接合构件以大约120度的间隔围绕辐架式转子18的中心轮毂44沿周向布置。在其它实施例中，辐架式转子18可以包括多于或少于三个锁定接合构件46，和/或锁定接合构件46可以按照需求以任意间隔沿周向布置。

每个锁定组件20包括第一锁定特征50、第二锁定特征52、以及与第一和第二锁定特征50和52中的对应之一相接合的对应锁定特征支承件53。第一锁定特征50和第二锁定特征52能通过一个或多个偏压构件58被强制分开。偏压构件58能被布置在对应各对锁定特征支承件53之间并与之相接合，由此迫使第一和第二锁定特征50和52彼此分开。每个图示的锁定组件20包括两个弹簧形式的偏压构件58。在其它实施例中，锁定组件20可以包括多于或少于两个偏压构件58，和/或偏压构件58可以按照需求是能迫使第一锁定特征50和第二锁定特征52彼此分开的任何可行的机械连接件的形式。

锁定特征支承件53分别包括与偏压构件58相接合的大致平坦的表面55以及基本贴合的表面57。图示的第一和第二锁定特征50和52是圆滚子轴承的形式。因此，锁定特征支承件53的基本贴合表面57大致限定了圆形或半圆形。应当明白，第一和第二锁定特征50和52可以限定能将摇台式转子14锁住的任意形状。还应当明白，除轴承之外，第一和第二锁定特征50和52的替代机构是可能的。例如，如图8中所示，第一和第二锁定特征50和52可以是楔形结构的形式。

如图9中所示，致动机构64被配置成通过盖22的中心孔62接合辐架式转子18的中心轮毂44。致动机构64可被配置成沿基本垂直于由链轮轮毂12的前表面30所限定的平面的方向给辐架式转子18的中心轮毂44施加力。即，致动机构64可被配置成沿着平行于中心轴线25的方向或沿中心轴线25给辐架式转子18的中心轮毂44施加轴向力。致动机构64可以是线性致动器、机械联动装置、液压致动的致动元件、或任何可行的能给辐架式转子18的中心轮毂44提供轴向力和/或位移的机构。在操作中，如下面所述，致动机构64可被配置成给辐架式转子18施加轴向力，从而实现辐架式转子18的已知轴向位移，这对应于辐架式转子18的已知的所需旋转位移。在其它实施例中，致动机构64可以被配置成利用螺线管、液压、或旋转式螺线管给辐架式转子18提供旋转转矩。致动机构64能被内燃机的发动机控制模块(ECM)控制和驱动。

加载弹簧16被布置在摇台式转子14和辐架式转子18之间，在摇台式转子14的中心凹坑37和辐架式转子18的中心轮毂44内的中心腔65之间。加载弹簧16被配置成一旦致动机构64所施加的作用力或位移被撤除之后将辐架式转子18返回到起始位置。在一些实施例中，加载弹簧16是线性弹簧的形式。在其它实施例中，加载弹簧16是旋转弹簧的形式。应当明白，在一些实施例中，加载弹簧16可能不被包含在凸轮移相系统10中，如果致动机构64被配置成沿着中心轴线25轴向地推动和拉动辐架式转子18的中心轮毂44的话。

凸轮移相系统10的操作将参考图1-10D被描述。应当理解，为了便于展示，锁定特征支承件53和偏压构件58在图10A-10D中是透明的。如之前所述，链轮轮毂12被连接到内燃机的曲轴。内燃机的凸轮轴被紧固到摇台式转子14。因此，凸轮轴和曲轴能被连接从而通过凸轮移相系统10一起转动。凸轮轴被配置成在发动机运行期间致动一个或多个进气阀和/或一个或多个排气阀。在发动机运行期间，凸轮移相系统10被用于改变凸轮轴相对于曲轴的旋转关系，进而改变进气和/或排气阀何时进行开闭。改变凸轮轴和曲轴之间的旋转关系能被用于在给定操作条件下减少发动机排放和/或提高发动机效率。

当发动机正在运行且不需要调整凸轮轴的旋转时，凸轮移相系统10可锁定链轮轮毂12和摇台式转子14之间的旋转关系，由此锁定凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。在该锁定状态下，如图10A所示，第一锁定特征50和第二锁定特征52通过偏压构件58被彼此远离地完全伸开，，所以每一对第一和第二锁定特征50和52被楔入到多个倾斜的楔形构件38中的对应之一和链轮轮毂12的内表面24之间。这种楔入能相对于链轮轮毂12锁定摇台式转子14的倾斜楔形构件38，或者限制摇台式转子14的倾斜楔形构件38相对于链轮轮毂12的位移(即，摇台式转子14的旋转位置关于链轮轮毂12被锁定)。所以，当凸轮移相系统10处于锁定状态时，凸轮轴和曲轴之间的旋转关系没有被改变。

如果凸轮轴被要求相对于曲轴提前或推迟进气和/或排气阀的正时，致动机构64受ECM的命令在辐架式转子18的中心轮毂44上沿所需方向提供轴向位移。由致动机构64提供的轴向位移能致使锁定接合构件46的突起54沿轮毂插件28的螺旋结构32移位。因为螺旋结构32关于链轮轮毂12的前表面30倾斜，所以突起54沿螺旋结构32的位移引起辐架式转子18顺时针或逆时针转动一个已知的量(根据它是否被要求提前或推迟由凸轮轴控制的阀门(气门)事件)。

一旦致动机构64施加轴向位移，辐架式转子18能基于阀门(气门)事件被要求提前或推迟的程度而被转动期望的量。当辐架式转子18转动时，辐架式转子18的锁定接合构件46推动第一锁定特征50或第二锁定特征52中的一个脱离锁定位置或受约束位置，而第一锁定特征50或第二锁定特征52的另一个保持在锁定位置。例如，如图10B所示，辐架式转子18从锁定状态(图10A)被顺时针转动所需的旋转量。辐架式转子18的这种旋转能与第一锁定特征50配合并顺时针将它们旋转移位到解锁位置。同时，第二锁定特征52可以不被旋转移位并保持在锁定位置。

第一锁定特征50的解锁使摇台式转子14沿辐架式转子18转动的相同旋转方向旋转。同时，第二锁定特征52的锁定位置可防止摇台式转子14沿辐架式转子18曾被转动的方向相反的方向旋转。因此，在图10A-10D的非限制实施例中，第一锁定特征50的解锁位置使摇台式转子14顺时针旋转，而第二锁定特征52的锁定位置可防止摇台式转子14逆时针旋转。这能使凸轮移相系统10在发动机运行时从凸轮轴所发出的凸轮转矩脉冲获取能量，从而转动摇台式转子14以使得它独立于凸轮转矩脉冲的幅度而跟随辐架式转子18。即，在图10A-10D的非限制实施例中，由于第二锁定特征52的锁定位置，沿逆时针方向施加给摇台式转子14的凸轮转矩脉冲将不会使摇台式转子14旋转移位。反之，由于第一锁定特征50的解锁位置，施加给摇台式转子14的顺时针凸轮转矩脉冲将相对于链轮轮毂12转动摇台式转子14，从而跟随辐架式转子18。

因为凸轮转矩脉冲沿顺时针方向被施加给摇台式转子14，摇台式转子14和第二锁定特征52能沿顺时针方向旋转地移位，如图10B到10C所示。一旦顺时针凸轮转矩脉冲消失，摇台式转子14处于新的旋转位置(图10C)，此时第二锁定特征52再次锁定摇台式转子14，直到下一个顺时针方向的凸轮转矩脉冲被施加给摇台式转子14。这个过程能一直持续到摇台式转子最终充分地旋转移动，从而使第一锁定特征50返回到锁定位置，如图10D所示。当这发生时，第一和第二锁定特征50和52都处于锁定位置，且凸轮移相系统10可返回到锁定状态。然后，辐架式转子18保持它的旋转位置(直到它被再次命令改变凸轮轴相对于曲轴的旋转关系)，从而保证第一锁定特征50和第二锁定特征52保持被锁定，由此锁定摇台式转子14相对于链轮轮毂12的角位置。应当理解，对于辐架式转子18的逆时针旋转而言，以上被描述的过程将反过来进行。

在所述移相过程期间所发生的摇台式转子14关于链轮轮毂12的旋转，如图10A-10D所示，能改变凸轮轴和链轮轮毂12之间的旋转关系，这同时改变了凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。如之前所述，辐架式转子18针对致动机构64所提供的给定轴向位移所实现的旋转量基于螺旋结构32的几何形状是已知的。另外，辐架式转子18在给定位移下的转动速度、或角速度也是已知的。另外，凸轮移相系统10的设计能可使摇台式转子14仅被允许沿与辐架式转子18的相同方向旋转。因此，在发动机操作期间，凸轮移相系统10能独立于发动机速度以及凸轮转矩脉冲的方向和幅度来改变凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。同样地，凸轮移相系统10不需要不断地循环以达到所需的旋转位置(即，凸轮轴和曲轴之间期望的旋转差)，因为摇台式转子14被约束以跟随辐架式转子18到达所需位置。因此，独立于发动机速度以及凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如，摇台式转子14)跟随第一部件的旋转位置的机构精确地控制第一部件(例如，辐架式转子18)的旋转位置的系统和方法，从而改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

本领域技术人员应当明白，利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件跟随第一部件的旋转位置的机构提供对第一部件的旋转位置的精确控制的替代设计和配置是可能的。例如，图11-15示出了根据本发明的另一个实施例被配置成被连接到内燃机(未示出)的凸轮轴(未示出)的凸轮移相系统100。如图11-13所示，凸轮移相系统100包括链轮轮毂102、摇台式转子104、辐架式转子106、螺旋杆108、以及端板110。链轮轮毂102、摇台式转子104、辐架式转子106、螺旋杆108以及端板110在进行组装时共享相同的中心轴线111。链轮轮毂102包括齿轮112和链轮套筒114。齿轮112被连接到链轮轮毂102的外径，齿轮112能被连接到内燃机的曲轴(未示出)。这能驱动链轮轮毂102以与曲轴相同的速度旋转。链轮套筒114限定了大致环形形状，并被配置成被容纳在链轮轮毂102内。在进行组装时，如图13所示，链轮套筒114被定尺寸以被链轮轮毂102的内表面116容纳且接合。给链轮轮毂102添加链轮套筒114可以提高链轮轮毂102的耐久性和可制造性。具体地，链轮套筒114能具有更简单的几何形状，所以能被制造成具有更大的容差，而材料特性也更稳固。

参见图11-13，凸轮移相系统10包括第一轴承环118和第二轴承环120，它们分别都被配置成减少辐架式转子106和端板110之间以及辐架式转子106和摇台式转子104之间的相对转动期间的摩擦。第一和第二环轴承118和120分别限定大致环形的形状。在进行组装时，第一轴承环118被定尺寸以被容纳在端板110和辐架式转子106之间，第二轴承环120被定尺寸以被容纳在辐架式转子106和摇台式转子104之间，如图13所示。

平衡弹簧122被连接在链轮轮毂102和摇台式转子104之间。图示的平衡弹簧122是旋转弹簧的形式，但是在其它实施例中，平衡弹簧122可以是其它弹簧装置的形式。如之前参考凸轮移相系统10所描述的，凸轮转矩脉冲能被获取以实现凸轮轴和曲轴之间的旋转关系被改变。在一些应用中，这些凸轮转矩脉冲可以在幅度方面不关于零值对称。例如，如果凸轮转矩脉冲被模拟为正弦信号，在一些应用中，正弦波在幅度上可以不关于零值对称。平衡弹簧122被配置成给被获取的凸轮转矩脉冲提供补偿，使脉冲的幅度以零值为中点。在凸轮转矩脉冲的幅度关于零值对称的其它应用中，平衡弹簧122可以不被需要。

致动机构124被配置成接合螺旋杆108。致动机构124被配置成沿着平行于中心轴线111的方向或者沿着中心轴线给螺旋杆108施加轴向力。致动机构124可以是线性致动器、机械联动机构、液力致动的致动元件、或者任何能给螺旋杆108提供轴向力和/或位移的可行机构。即，致动机构124被配置成轴向地移动螺旋杆108到已知位置，该位置对应于辐架式转子106的所需旋转位移。致动机构124由内燃机的发动机控制模块(ECM)控制和供电。

摇台式转子104包括中心轮毂126和被配置成围绕中心轮毂126被接纳的摇台套筒128。摇台套筒128包括被布置在内表面132上的多个槽130。图示的摇台套筒128包括围绕内表面132以大约60度的间隔沿周向布置的六个槽130。在其它实施例中，摇台套筒128包括围绕内表面132按照需求以任意间隔沿周向布置的多于或少于六个槽130。多个槽130中的每个可分别限定沿着内表面132轴向延伸的径向凹坑。多个槽130中的每个可分别限定被定尺寸为接纳中心轮毂126上的多个凸舌134中的对应之一的基本矩形的形状。在进行组装时，如图13所示，摇台套筒128被配置成围绕中心轮毂118的外表面136被接纳，而多个凸舌134中的每一个被布置在多个槽130的对应之一内。多个凸舌134在多个槽130内的布置能将摇台套筒128和摇台式转子104旋转地互锁。给摇台式转子104增加摇台套筒128可以提高摇台式转子104的耐久性和可制造性。具体地，摇台套筒128具有更简单的几何形状，所以能被制造成具有更强健的材料特性的更大的容差。

如图14和15所示，中心轮毂126能限定大致环形的形状，并从摇台式转子104的前表面138轴向地突出。被布置在外表面136上的多个凸舌134从外表面136径向地突出，并围绕外表面136沿周向布置。图示的中心轮毂126包括以大约60度的间隔围绕外表面136沿周向布置的六个凸舌134。在其它实施例中，中心轮毂126包括多于或少于六个按照需要以任意间隔围绕外表面136沿周向布置的凸舌134。但是，应当注意，多个凸舌134的数量和布置应当与摇台套筒128上的多个槽130的数量和布置相对应。

多个凸舌134中的每个可分别能沿着外表面124从前表面138轴向地延伸到位于前表面138和中心轮毂126的末端140之间的位置。多个凸舌134中的每一个可限定基本矩形的形状。在其它实施例中，多个凸舌134能按照需要定义另一种形状。安装板142被布置在由中心轮毂126所限定的内孔144内。安装板142包括被配置成实现凸轮轴被紧固到摇台式转子104的多个安装孔146。

中心轮毂126包括弹簧槽148，该弹簧槽在中心轮毂126上限定了大致矩形的切口。弹簧槽148沿着中心轮毂126从中心轮毂126的末端140轴向地延伸到位于末端140和前表面138之间的位置。弹簧槽148为平衡弹簧122提供接合点，如图11所示。

参见图16-18，辐架式转子106包括从辐架式转子106的前表面152轴向向外伸出的中心轮毂150。中心轮毂150包括轴向地延伸穿过辐架式转子106的内孔154。内孔154包括围绕内孔154沿周向布置的多个螺旋结构156。在所示的非限制实施例中，多个螺旋结构156分别都在内孔154中限定了径向凹槽，当这些凹槽沿着内孔154轴向延伸时限定了螺旋轮廓。所示的螺旋结构156分别都在截面上限定了大致矩形的形状。

多个臂158能沿与中心轮毂150相同的方向从前表面152的周界轴向地延伸。多个臂158围绕前表面152的周界沿周向布置。图示的辐架式转子106包括以大约60度的间隔围绕前表面152的周界被布置的六个臂158。在其它实施例中，辐架式转子106可以按照需要包括多于或少于六个以任意间隔围绕前表面152的周界沿周向布置的臂158。多个臂158围绕前表面152的周界周向地隔开，从而使相邻的臂158之间存在间隙。每个间隙被定尺寸从而使多个锁定组件160的对应之一被布置在其中，如图17所示。

多个锁定组件160中的每个可包括第一锁定特征162、第二锁定特征164、以及与第一和第二锁定特征162和164中的对应之一相接合的相应的锁定特征支承件166。第一锁定特征162和第二锁定特征164被一个或多个偏压构件168强制彼此分开。图示的锁定组件160分别都包括弹簧形式的一个偏压构件168。在其它实施例中，多个锁定组件160分别都包括多于一个偏压构件168，和/或偏压构件168是能迫使第一锁定特征162和第二锁定特征164彼此分开的任何可行的机械连杆的形式。偏压构件168被布置在对应各对锁定特征支承件166之间并与其相接合，由此迫使第一和第二锁定特征162和164彼此分开。

锁定特征支承件166每个都包括与偏压构件168接合的大致平坦的表面170以及基本贴合表面172。图示的第一和第二锁定特征162和164是圆形滚子轴承的形式。因此，锁定特征支承件166的基本贴合表面172可限定大致圆形的或半圆形的形状。应当理解，第一和第二锁定特征162和164可以定义能将摇台式转子104锁定的任意形状。还应当理解，第一和第二锁定特征162和164的除轴承之外的替代机构是可能的。例如，第一和第二锁定特征50和52可以是楔形结构的形式。

具体参见图18，螺旋杆108可包括从其外表面径向向外突出的多个键174。多个键174能围绕螺旋杆108沿周向连续布置，从而使螺旋杆108的整个周缘均匀地分布有多个键174。多个键174能沿着螺旋杆108从第一螺旋端176轴向地延伸到第二螺旋端178。多个键174中的每一个可限定直线部分180和螺旋部分182。直线部分180可沿着基本上平行于中心轴线111的方向从第一螺旋端176延伸到位于第一螺旋端176和第二螺旋端178之间的位置。螺旋部分182可沿着大致横向于中心轴线111的方向延伸，从而贴合(顺应于)辐架式转子106的螺旋结构156所限定的螺旋图案。螺旋部分182可从直线部分180终止的位置延伸到第二螺旋端178。螺旋部分182可限定由多个键174所限定的径向厚度方面的阶梯变化。图示的螺旋部分182可限定相比直线部分180所定义的径向厚度来说增大的径向厚度。在其它实施例中，直线部分180和螺旋部分182可限定基本一致的径向厚度。

端板110可限定大致环形的形状，并可包括中心孔184。中心孔184可限定与螺旋杆108的直线部分180相一致的大致键形图案。即，中心孔184可包括多个径向向内延伸并围绕中心孔184沿周向布置的键形突起186。中心孔184可配置成接纳螺旋杆108的直线部分180。在进行组装时，螺旋杆108的直线部分180延伸穿过中心孔184，螺旋杆108上的多个键174与中心孔184上的多个键形突起186之间的相互作用能保持螺旋杆108相对于端板110的一致定向。端板110被配置成被刚性地附接到链轮轮毂102，从而使端板110不能相对于链轮轮毂102转动。

螺旋杆108的螺旋部分182被配置成被容纳在辐架式转子106的螺旋结构156内。螺旋杆108的螺旋部分182与辐架式转子106的螺旋结构156之间的相互作用能响应于由致动机构124施加在螺旋杆108上的轴向位移而使辐架式转子106相对于链轮轮毂102转动。当如图13中所示进行组装时，辐架式转子106可被约束成它不能轴向地移位。因此，由于螺旋杆108的螺旋部分182与辐架式转子106的螺旋结构156之间的相互作用，响应于由致动机构124施加在螺旋杆108上的轴向位移，辐架式转子被迫相对于链轮轮毂102转动。

凸轮移相系统100的操作类似于之前所描述的凸轮移相系统10的操作。凸轮移相系统100的设计和配置可以不同于凸轮移相系统10；但是，操作原理仍然相似。即，当期望被紧固到摇台式转子104的凸轮轴和连接到链轮轮毂102的曲轴之间的旋转关系被改变时，内燃机的ECM能命令致动机构124沿期望的方向给螺旋杆108提供轴向位移。当信号被发送以轴向地移动螺旋杆108时，凸轮移相系统100能从摇台式转子104和链轮轮毂102之间的旋转关系被锁定的锁定状态(图19)转变到致动状态。由于螺旋杆108的螺旋部分182与辐架式转子106的螺旋结构156之间的相互作用，响应于施加给螺旋杆108的轴向位移，辐架式转子106能根据轴向位移的方向顺时针或逆时针转动。辐架式转子106的转动能使辐架式转子106的多个臂158接合并旋转地驱动第一锁定特征162或第二锁定特征164之一，由此将第一锁定特征162或第二锁定特征164之一解锁。第一锁定特征162和第二锁定特征164中没有被多个臂158所接合的另外一个仍处于锁定状态。随着第一锁定特征162或第二锁定特征164之一处于解锁位置，摇台式转子104能通过获取沿与辐架式转子106被转动的方向相同的方向而施加给摇台式转子104的凸轮转矩脉冲可旋转地跟随辐架式转子106。因为第一锁定特征162或第二锁定特征164中的另外一个保持在锁定位置，沿与辐架式转子106被转动的方向相反的方向而施加给摇台式转子104凸轮转矩脉冲将不会旋转地移动摇台式转子104。摇台式转子104能持续地获取凸轮转矩脉冲，直到摇台式转子104最终被充分地旋转移位，从而使第一锁定特征162或第二锁定特征164中处于解锁位置的一个返回到锁定位置，如图19所示。当这发生时，第一和第二锁定特征162和164都处于锁定位置，且凸轮移相系统100可返回到锁定位置。因此，凸轮移相系统100实现了将凸轮轴和曲轴之间的旋转关系改变了期望的旋转量。

因此，独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如摇台式转子104)跟随第一部件(例如，辐架式转子106)的旋转位置的机构而精确地控制第一部件的旋转位置的系统和方法，从而改变内燃机上凸轮轴和曲轴之间的的旋转关系。

本领域技术人员还应当理解的是，利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件跟随第一部件的旋转位置的机构提供第一部件的旋转位置的精确控制的替代设计和配置是可行的。例如，在一些实施例中，凸轮移相系统可不包括端板，因此，螺旋杆可以被允许相对于链轮轮毂转动(当它被轴向地移动时)。图20-22示出了根据本发明的又一种实施例的凸轮移相系统200的一个实施例。凸轮移相系统200包括链轮轮毂202、摇台式转子204、辐架式转子206、以及螺旋杆208。链轮轮毂202被附接到齿轮210，该齿轮被配置成被连接到内燃机的曲轴。链轮轮毂202、摇台式转子204、辐架式转子206、以及螺旋杆208在进行组装时能共享共同的中心轴线211。

链轮轮毂202可包括围绕链轮轮毂202沿周向布置的多个斜槽212。多个斜槽212中的每一个以相对于链轮轮毂202的前表面214的角度轴向地伸入链轮轮毂202内。即，角度B被定义在对应斜槽212的中心线和前表面214之间。多个斜槽212中的每一个从前表面214以角度B轴向地伸入链轮轮毂202，到达位于前表面214和链轮轮毂202的后表面216之间的位置。图示的链轮轮毂202可包括围绕链轮轮毂202以大约120度的间隔沿周向布置的三个斜槽212。在其它实施例中，链轮轮毂202包括多于或少于三个、围绕链轮轮毂202以任意间隔沿周向布置的斜槽212。

摇台式转子204可包括从摇台式转子204的前表面220轴向延伸的多个倾斜的楔形构件218。多个倾斜的楔形构件218类似于之前关于凸轮移相系统10所描述的倾斜的楔形构件38。

辐架式转子206可包括大致环形的形状，并可包括从辐架式转子206的前表面224轴向地延伸的多个臂222。多个臂222围绕前表面224沿周向布置。图示的辐架式转子206包括以大约120度的间隔围绕前表面224被布置的三个臂222。在其它实施例中，辐架式转子206可以包括多于或少于三个以任意间隔围绕前表面224的周界沿周向布置的臂222。多个臂222可围绕前表面224周向地隔开，从而使相邻的臂222之间存在间隙。每个间隙被定尺寸从而使对应的锁定组件225能被布置在其中。能被布置在辐架式转子208的相邻的各臂222之间的间隙内的锁定组件可以类似于之前所描述的锁定组件20和160。替代地，锁定组件可以包括类似于图8中所示的楔形结构。

多个臂222中的每一个包括螺旋结构226。图示的螺旋结构225是轴向伸入臂222内的螺旋槽的形式。螺旋结构226可形成在辐架式转子206上，从而在进行组装时使螺旋结构226横向于链轮轮毂202的斜槽212被布置。

螺旋杆208可包括中心轮毂228和从中心轮毂228的外周径向向外伸出的多个柱230。图示的螺旋杆208包括以大约120度的间隔围绕中心轮毂228的外周被布置的三个柱230。在其它实施例中，螺旋杆208可以包括多于或少于三个以任意间隔围绕中心轮毂228的外周被周向布置的柱230。在进行组装时，多个柱230中的每一个穿过辐架式转子208的多个螺旋结构226中的对应一个以及链轮轮毂202的多个斜槽212中的对应一个。这能连接螺旋杆208、辐架式转子206和链轮轮毂202，从而在轴向力被施加给螺旋杆208时(例如，通过被连接的致动机构)使辐架式转子206能相对于链轮轮毂202转动。

凸轮移相系统200的操作类似于之前所描述的凸轮移相系统10和100，和凸轮移相系统100不同的是：当螺旋杆208被轴向移动时(例如通过相连的致动机构)它能相对于链轮轮毂202转动。因此，独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如，摇台式转子204)跟随第一部件的旋转位置的机构来精确地控制第一部件(例如，辐架式转子206)的旋转位置的系统和方法，从而改变内燃机上凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

图23-25示出了根据本发明另一种实施例的凸轮移相系统300。凸轮移相系统300在设计和操作时类似于之前所描述的凸轮移相系统200，除了图23-25中所示或者在下面所描述的内容。凸轮移相系统200和凸轮移相系统300之间的相似组件用相同的附图标记表示。

如图23-25所示，辐架式转子206可包括与多个螺旋结构226相对的多个轴向槽302。多个螺旋结构226可围绕链轮轮毂202沿周向布置代替多个斜槽212。每个轴向槽302沿基本上平行于中心轴线211的方向轴向地伸入辐架式转子206。每个斜槽可从前表面224朝着辐架式转子206的后表面304延伸到位于前表面224和后表面304之间的位置。后表面304可包括围绕后表面304沿周向布置的多个切口306。每个切口306被定尺寸以接纳对应的锁定组件308。所述多个锁定组件在功能上类似于之前所描述的锁定组件20和160。

这里所描述的锁定组件(例如锁定组件20和/或160)能通过旋转地或周向地运动而在锁定位置和解锁位置之间切换。但是，应当明白通过轴向移动在锁定位置和解锁位置之间移动的锁定组件落入本发明的范围内。例如，图26-30示出了根据本发明另一种实施例的凸轮移相系统400。如图26-29所示，凸轮移相系统400包括可链轮轮毂402、摇台式转子404、辐架式转子406和多个第一与第二锁定楔408和410。链轮轮毂402、摇台式转子404、以及辐架式转子406在进行组装时共享共同的中心轴线407。链轮轮毂402可配置成例如通过皮带、链条、或齿轮传动装置而连接到内燃机的曲轴。

链轮轮毂402可限定大致环形的形状，并可包括具有平直部分409和锥形部分411的内孔(bore，钻孔/镗孔)405。内孔405的平直部分409可大致平行于中心轴线407被布置。随着锥形部分411朝着链轮轮毂402的第一端412轴向地延伸，内孔405的锥形部分411朝着中心轴线407径向向内渐缩。在进行组装时，多个第一和第二锁定楔408和410中的每一个以接合链轮轮毂402的锥形部分411的方式被布置，且可配置成沿着锥形部分411轴向平移，如下面将描述那样。

摇台式转子404可配置成被紧固到内燃机的凸轮轴。摇台式转子404可限定大致环形的形状，并可包括围绕其外周被布置的多个切口414。多个切口414中的每一个被定尺寸成可滑动地接纳多个第一锁定楔408中的对应一个或多个第二锁定楔410中的对应一个。在操作期间，多个第一和第二锁定楔408和411中的每一个被配置成分别在容纳它们的对应一个切口414内轴向地平移。

辐架式转子406可限定大致环形的形状，并可包括轴向延伸穿过辐架式转子406的内孔416。内孔416可包括围绕内孔416沿周向布置的多个螺旋结构418。在图示的非限制例子中，多个螺旋结构418分别能在内孔416上定义径向凹槽，其在它们沿着内孔416轴向延伸时限定了螺旋轮廓。

辐架式转子406的底表面420可包括围绕底表面420被周向布置的多个锥形段422。每个锥形段422可包括第一锥形表面424、第二锥形表面426、以及被布置在它们之间的平坦表面428。第一锥形表面424和第二锥形表面426中的每个可朝着辐架式转子406的顶表面430轴向地渐缩。在进行组装时，每个第一锥形表面424与多个第一锁定楔408中的对应之一接合，每个第二锥形表面426与多个第二锁定楔410中的对应之一接合。第一锥形表面424与多个第一锁定楔408中的对应一个之间的接合以及第二锥形表面426与多个第二锁定楔411中的对应一个之间的接合使得辐架式转子406在辐架式转子406被转动时选择性地使第一和第二锁定楔408和411之一移位，然后又控制所述多个第一和第二锁定楔408和411的锁定和解锁。

凸轮移相系统400的操作将参考图26-30被描述。在操作中，凸轮移相系统400可包括螺旋杆(未示出)，该螺旋杆具有被配置成被容纳在辐架式转子406的内孔416内的螺旋结构。螺旋杆(未示出)能被容纳在端板(未示出)内，该端板包含被配置成保持螺旋杆(未示出)处于恒定的转动方向的键结构。螺旋杆(未示出)、端板(未示出)以及辐架式转子406的这个功能类似于之前在图18中所描述的辐架式转子406、螺旋杆108和端板110。

当被紧固到摇台式转子404的凸轮和被连接到链轮轮毂402的曲轴之间的旋转关系被要求改变时，内燃机的ECM命令致动机构沿期望的方向轴向地移动螺旋杆(未示出)。当信号被发动以轴向移动螺旋杆(未示出)时，凸轮移相系统400从摇台式转子404与链轮轮毂402之间的旋转关系被锁定的锁定状态转变到致动状态。由于辐架式转子406的螺旋结构418和螺旋杆(未示出)上的螺旋结构之间的相互作用，响应于螺旋杆(未示出)的移位，辐架式转子406依据轴向位移的方向被顺时针或逆时针地强迫转动。辐架式转子406的转动能使得：当辐架式转子406转动时，第一锥形表面424或第二锥形表面426(根据旋转的方向)中的一个接合多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的对应一个。第一锥形表面424和第二锥形表面426的几何形状能致使：响应于辐架式转子406的转动，多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的对应一个轴向移动，如图30所示。

多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的对应一个的轴向移动能驱动多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的对应一个从锁定位置到解锁位置。在解锁位置，多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的被解锁的一个与第一锥形表面424或第二锥形表面426中的对应一个之间存在轴向间隙，如图30所示。同时，多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的另一个可仍保持锁定状态。然后，摇台式转子404能获取沿与辐架式转子402的旋转相同的方向被施加的凸轮转矩脉冲，从而相对于链轮轮毂402转动。另外，如之前所描述的凸轮移相系统10和100，多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的另一个的锁定位置能使沿与辐架式转子406的旋转相反的方向被施加给摇台式转子404的凸轮转矩脉冲不会使摇台式转子404旋转地移位。类似于凸轮移相系统10和100，摇台式转子404可持续地获取凸轮转矩脉冲，直到摇台式转子404最终被充分地旋转移动，从而使多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中处于解锁位置的一个返回到锁定位置。当这发生时，多个第一和多个第二锁定楔408和410可都处于锁定位置，且凸轮移相系统400能返回到锁定位置，凸轮轴和曲轴之间的旋转关系被改变了期望的旋转量。

因此，独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使可被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如，摇台式转子404)跟随第一部件的旋转位置的机构来精确地控制第一部件(例如，辐架式转子406)的旋转位置的系统和方法，从而改变内燃机上凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

本领域技术人员应当理解，实现由凸轮移相系统400所提供的轴向锁定与解锁的替代设计和配置是可行的。例如，图31-33示出了根据本发明另一种实施例的凸轮移相系统500。如图31-33所示，凸轮移相系统500可包括链轮轮毂502、摇台式转子504、辐架式转子506、以及多个第一和第二锁定楔508和510。链轮轮毂502、摇台式转子504、和辐架式转子506在进行组装时可共享公共的中心轴线512。链轮轮毂502可被配置成被连接到内燃机的曲轴，例如，通过皮带、链条、或齿轮传动装置。

链轮轮毂502可定义大致环形的形状，并可包括具有锥形部分516的内孔514。内孔514的锥形部分411可包括第一锥形表面518和第二锥形表面520。当第一锥形表面518朝着链轮轮毂502的第一端522轴向地延伸时，第一锥形表面518可从中心轴线512径向向外地渐缩。当第二锥形表面520从第一锥形表面518的末端朝着链轮轮毂502的第一端522延伸时，第二锥形表面520可径向向内地渐缩。在进行组装时，多个第一锁定楔508中的每一个可与第一锥形表面518接合，第二锁定楔510中的每一个可与第二锥形表面520接合。链轮轮毂502的第一端522可包括轴向延伸穿过链轮轮毂502的第一端522的多个切口524。多个切口524中的每一个可配置成接纳辐架式转子506的对应螺旋结构526，如下面所描述那样。

摇台式转子504可配置成被紧固到内燃机的凸轮轴。摇台式转子504可限定大致环形的形状，并可包括围绕其周界沿周向交替布置的多个第一槽528和多个第二槽530。多个第一槽528中的每一个可被定尺寸以可滑动地接纳多个第一锁定楔508中的对应一个，从而使多个第一锁定楔508能分别在各自的第一槽528内轴向平移。多个第二槽530中的每一个可被定尺寸以可滑动地接纳多个第二锁定楔510中的对应一个，从而使多个第二锁定楔510能分别在各自的第二槽530内轴向平移。卡环531可被配置成在进行组装时使摇台式转子504轴向地约束在链轮轮毂502的内孔514内。

辐架式转子506可包括多个螺旋结构526。多个螺旋结构526可分别包括轴向部分532和螺旋部分534。每个轴向部分532沿基本平行于中心轴线512的方向从辐架式转子506的第一端536朝着辐架式转子506的第二端538轴向地延伸。在第一端536和第二端538之间的位置处，螺旋结构526能从轴向部分532过渡到螺旋部分534。每个螺旋部分534可从轴向部分532的一端螺旋地延伸到第二端538。

螺旋结构526的轴向部分532可分别被配置成分别被容纳在形成于链轮轮毂502的第一端522上的切口524中的对应一个切口内。在进行组装时，切口524和轴向部分532之间的相互作用可防止辐架式转子506响应于施加给辐架式转子506的轴向力(例如，通过与其连接的致动机构)而相对于链轮轮毂502的转动。

图示的辐架式转子506在相邻的各螺旋结构526之间限定了径向延伸穿过辐架式转子506的切口540。切口540的形状能贴合相邻的各螺旋结构526之间的形状所定义的轮廓(即，每个切口540可限定轴向部分和螺旋部分)。在进行组装时，每个切口540能接纳第一和第二锁定楔508和510中的一者的对应一对，从而使第一锁定楔508接合限定切口540的螺旋部分534中的一个，第二锁定楔510接合限定切口540的螺旋结构534中的另一个。多个第一和第二锁定楔508和510与它们各自的螺旋结构526的螺旋部分534之一之间的接合使得：当辐架式转子506被转动时，辐架式转子506选择性地轴向移动多个第一和第二锁定楔508和510之一，这又控制多个第一和第二锁定楔508和510的锁定与解锁。

凸轮移相系统500的操作将参考图31-33被描述。在操作中，当被紧固到摇台式转子504的凸轮和被连接到链轮轮毂502的曲轴之间的旋转关系被要求改变时，内燃机的ECM可命令致动机构沿期望的方向轴向地移动辐架式转子506。当信号被发动以轴向移动辐架式转子506时，凸轮移相系统500从摇台式转子504与链轮轮毂502之间的旋转关系能被锁定的锁定状态转变到致动状态。响应于施加给辐架式转子506的位移，辐架式转子506可受迫相对于链轮轮毂502轴向移动，并能被限制不相对于链轮轮毂502转动。由于螺旋结构526、第一锥形表面518、以及第二锥形表面520的几何形状，辐架式转子506的轴向位移能使得多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中的一个(根据轴向位移的方向)在它们各自的第一槽528或第二槽530内轴向移动，由此从锁定位置移动到解锁位置。在解锁位置，在多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中的已解锁的一个与各自的与多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中的所述已解锁的一个相接合的螺旋部分534之间存在轴向间隙。同时，多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中的另一个可仍保持在锁定位置。

然后摇台式转子504能获取沿期望方向(即，沿着从多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中解锁的一个到多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中已解锁的一个的旋转方向)被施加的凸轮转矩脉冲，以相对于链轮轮毂502转动。多个第一锁定楔408或多个第二锁定楔410中的另一个的锁定位置能使得沿相反于期望方向被施加给摇台式转子504的凸轮转矩脉冲不会旋转地移位摇台式转子504。摇台式转子504能持续地获取凸轮转矩脉冲，直到摇台式转子504最终被充分地旋转移位，从而使多个第一锁定楔508或多个第二锁定楔510中处于解锁位置的一个返回锁定位置。当这发生时，第一和第二多个锁定楔508和510都处于锁定位置，且凸轮移相系统500能返回到锁定状态，凸轮轴和曲轴之间的旋转关系被改变了期望的旋转量。

应当明白，由螺旋结构526、第一锥形表面518、以及第二锥形表面520所定义的几何形状能控制摇台式转子504被允许响应于施加给辐架式转子504的给定轴向位移输入而相对于链轮轮毂502移位的旋转量。因此，独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使可连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如摇台式转子404)响应于第一部件的轴向位移可旋转地移位预定量的机构来精确地控制第一部件(例如，辐架式转子406)的轴向位置的系统和方法，从而改变内燃机上凸轮轴和曲轴之间的的旋转关系。

如之前所述，用于本文所描述的凸轮移相系统的各部件的相对转动的替代方案是可行的。即，在一些实施例中，本文中所描述的凸轮移相系统(例如，凸轮移相系统10，100，200，300，和400)能实现辐架式转子相对于链轮轮毂转动，从而改变发动机上的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。在其它实施例中，本文中所描述的凸轮移相系统(例如，凸轮移相系统600)能实现辐架式转子相对于链轮轮毂轴向移位，从而改变发动机上的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。应当明白，在一些实施例中，摇台式转子和链轮轮毂的操作可以反过来。即，在本发明范围内的部分凸轮移相系统中，辐架式转子能被配置成相对于摇台式转子转动或轴向移动(与链轮轮毂相对)。图34-37示出了一个这样的根据本发明另一种实施例的凸轮移相系统600。

如图34-37所示，凸轮移相系统600包括链轮轮毂602、摇台式转子604、辐架式转子606、螺旋杆608、端板610、以及多个锁定组件611。链轮轮毂602、摇台式转子604、辐架式转子606、螺旋杆608和端板610在进行组装时能共享公共的中心轴线。链轮轮毂602可配置成被连接到内燃机的曲轴，例如通过皮带、链条、或齿轮传动组件。链轮轮毂602可限定大致环形的形状，并可包括从它的前表面616轴向伸出的中心轮毂614。中心轮毂614可包括安装面618，该安装面具有围绕安装面618沿周向布置的多个安装孔620。中心轮毂614可限定内孔(bore，钻孔/镗孔)622，内孔622包含围绕内孔622被周向布置的多个锁定表面624。在进行组装时，图示的多个锁定表面624可分别限定能围绕摇台式转子604的中心轮毂626被布置的大致平坦表面。

摇台式转子604的中心轮毂626可限定大致环形的形状，并可从摇台式转子604的前表面628轴向地突出。中心轮毂626可包括锁定表面629，该锁定表面限定了大致圆形或圈形的截面形状，且被配置成接合多个锁定组件611。链轮轮毂602的多个锁定表面624中的每一个能被布置以基本上相切于摇台式转子604的锁定表面629，如图37所示。多个锁定组件611中的对应之一被配置成被布置在摇台式转子604的锁定表面629和链轮轮毂602的多个锁定表面624中的对应之一之间。

安装板630被布置在由中心轮毂626限定的内孔632内。安装板630可包括被配置成使得凸轮轴紧固到摇台式转子604的多个安装孔634。内孔632轴向延伸穿过摇台式转子604，且可包括围绕内孔632沿周向布置的多个槽636。多个槽636中的每一个能在内孔632上限定沿基本上平行于中心轴线612的方向轴向延伸的径向凹坑。多个槽636的每一个从摇台式转子604的第一端638轴向延伸到摇台式转子的第一端638和第二端640之间的一个位置。

辐架式转子606可包括从它的前表面644轴向向外延伸的中心轮毂642。中心轮毂642可包括围绕中心轮毂642沿周向布置的多个螺旋结构646。在图示的非限制性例子中，多个螺旋结构646可分别在中心轮毂646上限定径向凹入的切口，当它们沿中心轮毂642轴向延伸时限定了螺旋轮廓。

多个臂648沿与中心轮毂642相同的方向从前表面644的周界轴向延伸。多个臂648可围绕前表面644的周界沿周向布置。图示的辐架式转子606包括以大约60度的间隔围绕前表面644的周界被布置的六个臂648。在其它实施例中，辐架式转子606可以按照需要包括多于或少于六个以任意间隔围绕前表面644的外周沿周向布置的臂648。多个臂648可围绕前表面644的周界周向地隔开，从而使相邻的各臂648之间存在间隙。每个间隙被定尺寸，从而使多个锁定组件611中对应的一个被布置在该间隙中，如图37所示。

图示的锁定组件611在设计和功能上类似于之前所描述的锁定组件160，相似的组件用相同的附图标记表示。在其它实施例中，锁定组件611可以类似于锁定组件20，如之前所述。在另外的实施例中，锁定组件611可以是楔形结构的形式，例如之前参考图18所描述的。

螺旋杆608可限定大致环形的形状，并可包括从其径向向外延伸的多个螺旋键650。在进行组装时，多个螺旋键650的每一个被配置成被容纳在辐架式转子606的中心轮毂642上的多个螺旋结构646的对应之一内。多个螺旋键650的每一个可包括从其径向向外延伸的柱(post，短柱)652。多个柱652中的每一个被配置成被容纳在摇台式转子604的内孔632上的多个槽636的对应之一内。因此，图示的螺旋杆608被配置成与摇台式转子604和辐架式转子606相互作用(响应于被施加给其的轴向力(例如，通过与其相连的致动机构))。

端板610可限定大致环形的形状，并可包括中心孔654和围绕其周界被周向布置的多个安装孔656。中心孔654被定尺寸以使得致动机构延伸穿过并连接到螺旋杆608。多个安装孔656中的每个被布置成与链轮轮毂602的安装面618上的多个安装孔620的对应之一对准。在进行组装时，这能使得端板610能紧固到链轮轮毂602，并轴向地将摇台式转子604和辐架式转子606限制在由链轮轮毂602所限定的内孔622内，如图36所示。

凸轮移相系统600在改变凸轮轴和曲轴之间的旋转关系时的操作类似于之前所描述的凸轮移相系统100的操作，除了所述旋转关系可以是相反的之外。即，当轴向力沿期望方向被施加给螺旋杆608时，螺旋杆608沿期望的方向轴向移位，并引起辐架式转子608相对于摇台式转子604转动。当使螺旋杆608轴向移位时，这能通过螺旋杆608的螺旋键650和辐架式转子606的螺旋结构646之间的相互作用以及螺旋杆608的柱652和摇台式转子604的槽636之间的相互作用被实现。辐架式转子608的旋转能使得臂648将锁定组件611的第一和第二锁定特征162和164中的之一解锁，类似于之前所描述的凸轮移相系统100的操作。但是，对于凸轮移相系统600而言，锁定组件611的解锁使得链轮轮毂602(与摇台式转子604相对)跟随辐架式转子608的旋转位置。这可通过被布置在链轮轮毂602上的锁定表面624和限定基本圆形横截面的锁定表面629被实现，如图37所示。

因此，独立于发动机速度以及凸轮转矩脉冲幅度，本发明提供利用使被连接到凸轮轴或曲轴的第二部件(例如，摇台式转子604)跟随第一部件的旋转位置的机构来精确地控制第一部件(例如，辐架式转子606)的旋转位置的系统和方法，从而改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

之前所描述的大量非限制性例子展示了内燃机上的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系能独立于发动机速度和凸轮转矩脉冲幅度被改变的凸轮移相系统的设计和配置。本领域技术人员将明白能实现本文中所描述的凸轮移相系统所提供的总体方案的其它设计和配置是可能的。图38和39进一步示出了本文中所描述的系统和方法所提供的总体方案。

图38示出了用于改变内燃机上的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的一个非限制性方案。首先，在步骤700，输入位移被提供给凸轮移相系统。输入位移可经由致动机构(例如，线性致动器或螺线管)提供。在步骤702，响应于在步骤700所提供的输入位移，第一部件(例如，本文中所描述的辐架式转子18，106，206，406或606之一)相对于第三部件(例如，本文中所描述的链轮轮毂12，102，202，或402之一，或者摇台式转子604)能被迫使转动到已知的旋转位置。在一些实施例中，第三部件可被连接到内燃机的曲轴。在其它实施例中，第三部件被连接到内燃机的凸轮轴。

一旦第一部件在步骤702开始转动，在步骤704，锁定机构(例如，本文中所描述的锁定机构20或160之一)能解锁第一锁定特征，同时第二锁定特征保持被锁定。同时，因为第二锁定特征保持锁定，第二部件(例如，本文中所描述的摇台式转子14，104，204，404，504，或者链轮轮毂602)能被限制成仅跟随第一部件(即，只沿第一部件转动的相同方向旋转)。在步骤706，第一锁定特征的解锁能使第二部件旋转地跟随第一部件到达已知的旋转位置。在一些实施例中，第二部件可被连接到内燃机的凸轮轴。在其它实施例中，第二部件可被连接到内燃机的曲轴。当第二部件旋转地跟随第一部件时，第二部件可相对于第三部件转动，这又改变内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

第二部件可被允许持续转动直到它到达由第一部件的旋转所定义的已知旋转位置(即，关于第三部件的已知旋转偏移)。在步骤708，一旦第二部件到达期望的已知旋转位置，锁定机构能再次锁定第一锁定特征，从而相对于第三部件旋转地锁定第二部件。以上所描述的过程能按照需求被重复，用于凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的后续改变。

图39示出了用于改变内燃机上的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的另一个非限制性方案。首先，在步骤800，输入位移能被提供给凸轮移相系统。输入位移通过致动机构(例如，线性致动器，或者螺线管)被提供。在步骤802，响应于在步骤800所提供的输入位移，第一部件(例如，辐架式转子506)能相对于第三部件(例如，链轮轮毂502)被迫使轴向移动到已知的轴向位置。在一些实施例中，第三部件可被连接到内燃机的曲轴。

一旦第一部件在步骤802开始移位，在步骤804，锁定机构(例如，锁定楔508和510)能解锁第一锁定特征，同时第二锁定特征保持被锁定。同时，因为第二锁定特征保持锁定，第二部件(例如，摇台式转子504)能被限制成仅沿期望方向旋转。在步骤806，第一锁定特征的解锁可使第二部件沿期望的方向旋转地移位到已知的旋转位置。在一些实施例中，第二部件可被连接到内燃机的凸轮轴。当第二部件旋转地跟随第一部件时，第二部件可相对于第三部件转动，这又改变了内燃机的凸轮轴和曲轴之间的旋转关系。

第二部件可被允许持续转动直到它到达由第一部件的轴向位移所定义的已知旋转位置。在步骤808，一旦第二部件到达期望的已知旋转位置，锁定机构能再次锁定第一锁定特征，从而相对于第三部件旋转地锁定第二部件。以上所描述的过程能按照需求被重复，用于凸轮轴和曲轴之间的旋转关系的后续改变。

本领域技术人员将明白，虽然本发明已经结合具体实施例和示例在之前被描述，但是本发明不必然被如此限制，大量其它的实施例、示例、用途、以及源自所述实施例、示例和用途的改动和偏离将被后附权利要求所涵盖。本文中所引用的每一件专利和公开的全部内容通过提及的方式被纳入本文，如同每一件专利或公开通过提及被个别地并入本文一样。

本发明的多种特征和优点将在后面的权利要求中给出。