用于可变压缩比定相器的系统和方法与流程

用于可变压缩比定相器的系统和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术基于2020年8月17日提交的题为“用于可变压缩比定相器的系统和方法(systems and methods for variable compression ratiophaser)”的美国临时专利申请第63/066,659号，并要求其优先权，并将其全文以参见的方式纳入本文。关于联邦赞助研发的声明不适用。
技术领域
2.本技术涉及一种用于可变压缩比定相器的系统和方法。


背景技术：

3.通常，用于旋转应用(例如，发动机、马达等)的旋转定相系统可以包括第一部件和可以与第一部件旋转定相的第二部件。


技术实现要素：

4.在一个方面，本公开提供了一种用于改变曲柄轴和偏心轴之间的旋转关系的可变压缩比(vcr)定相系统。vcr定相系统包括：构造成与曲柄轴旋转连通的齿轮毂、构造成与偏心轴旋转连通的托架转子、布置在齿轮毂和托架转子之间并构造成选择性地锁定和解锁齿轮毂和托架转子之间的相对旋转的星形转子、以及连接到齿轮毂和星形转子的行星致动器。行星致动器构造成接收旋转输入以向星形转子提供输出，以解锁托架转子和齿轮毂之间的相对旋转。vcr定相系统还包括联接在齿轮毂和托架转子之间的扭转弹簧。扭转弹簧构造成在齿轮毂和托架转子之间在第一方向上施加扭矩负载，以抵消由偏心轴或曲柄轴之一在第二方向上施加的扭矩负载。
5.在一个方面，本公开提供了一种用于改变第一旋转部件和第二旋转部件之间的旋转关系的定相系统。定相系统包括齿轮毂、托架转子、布置在齿轮毂和托架转子之间并构造成选择性地锁定和解锁齿轮毂和托架转子之间的相对旋转的星形转子、以及联接在齿轮毂和托架转子之间的扭转弹簧。扭转弹簧构造成在齿轮毂和托架转子之间施加扭矩负载。定相系统还包括联接到齿轮毂和星形转子的行星致动器。行星致动器可在稳态模式和定相模式之间操作，在稳态模式中，齿轮毂和托架转子之间的相对旋转被抑制，在定相模式中，行星致动器以预定幅度接收旋转输入，以选择性地提供齿轮毂和托架转子之间的相对旋转。
6.在一个方面，本公开提供了一种用于改变曲柄轴和偏心轴之间的旋转关系的可变压缩比(vcr)定相系统。vcr定相系统包括：构造成与曲柄轴旋转连通的齿轮毂、构造成与偏心轴旋转连通的托架转子、布置在齿轮毂和托架转子之间并构造成接收输入以选择性地锁定和解锁齿轮毂和托架转子之间的相对旋转的星形转子、联接到齿轮毂并与其旋转固定的弹簧套筒、以及联接在齿轮毂和托架转子之间的扭转弹簧。扭转弹簧构造成在齿轮毂和托架转子之间施加扭矩负载。扭转弹簧的预加载通过以下方式设置：通过将扭转弹簧的第一
端联接到托架转子、将扭转弹簧的相对的第二端联接到弹簧座、以及使弹簧座相对于弹簧套筒旋转以选择性地使布置在弹簧套筒上的多个第一狭槽中的至少一个第一狭槽和布置在弹簧座上的多个第二狭槽中的至少一个第二狭槽对齐。至少一个第一狭槽和至少一个第二狭槽的选择性对齐构造成将弹簧套筒旋转地锁定到弹簧座。
7.在一个方面，本公开提供了一种用于改变曲柄轴和偏心轴之间的旋转关系的vcr定相系统。vcr定相系统可包括：构造成与曲柄轴旋转连通的齿轮毂、构造成与偏心轴旋转连通的托架转子、以及布置在齿轮毂和托架转子之间的星形转子。星形转子可以构造成选择性地锁定和解锁齿轮毂和托架转子之间的相对旋转。vcr定相系统还可包括联接到齿轮毂和星形转子的行星致动器。行星致动器可构造成接收旋转输入以向星形转子提供输出，以选择性地锁定和解锁托架转子和齿轮毂之间的相对旋转。行星致动器可以在稳态模式和定相模式之间操作，在稳态模式中，齿轮毂和托架转子之间的相对旋转被抑制，在定相模式中，以预定幅度输入到行星致动器的旋转可以构造成使托架转子相对于齿轮毂在期望的方向上旋转。
附图说明
8.当考虑以下本发明的具体实施方式时，将更好地理解本发明，并且除了上文所阐述的以外的特征、方面和优点也将变得明显。这种具体实施方式参考以下附图。
9.图1是根据本公开的一个方面的旋转定相系统的横截面的立体图。
10.图2是根据本公开的一个方面的行星致动器的分解图。
11.图3是图2的行星致动器的后视立体图。
12.图4是图3的行星致动器的前视立体图。
13.图5是图3的行星致动器在稳态操作模式下的前视图。
14.图6是图3的行星致动器在第一方向上定相时的前视图。
15.图7是图3的行星致动器在第二方向上定相时的前视图。
16.图8是图1的旋转定相系统的剖视图。
17.图9是图8的旋转定相系统的分解图。
18.图10是图8的旋转定相系统的齿轮毂的立体图。
19.图11是图8的旋转定相系统的扭转弹簧组件的分解图。
20.图12是图11的扭转弹簧组件的弹簧座的立体图。
21.图13是沿线13-13(见图8)截取的图11的扭转弹簧组件的剖视图。
22.图14是图8的旋转定相系统的托架转子的分解图。
23.图15是图8的旋转定相系统的星形转子(spider rotor)的立体图。
24.图16是图15的星形转子的立体图，其中安装有多个锁定组件。
25.图17是图8的旋转定相系统的联接组件的分解图。
26.图18是安装在行星致动器和图8的机械定相组件之间的图17 的联接组件的立体图。
27.图19是沿线19-19截取的图8的机械定相组件的剖视图。
28.图20是根据本公开的另一方面的旋转定相系统的剖视图。
29.图21是图20的旋转定相系统的扭转弹簧组件的分解图。
30.图22是沿线22-22截取的图20的旋转定相系统的扭转弹簧组件的剖视图。
31.图23是图20的旋转定相系统的星形转子的立体图。
32.图24是图20的旋转定相系统的立体图，其中未示出图21的扭转弹簧组件的扭转弹簧以露出下面的结构。
33.图25是偏心轴扭矩脉冲随时间变化的曲线图。
34.图26是偏心轴和曲柄轴之间的相位角随时间变化的曲线图。
具体实施方式
35.本文所使用的术语“轴向”及其变型是指大致沿对称轴线、中心轴线、或者具体部件或系统的细长方向延伸的方向。例如，部件的轴向延伸特征可以是大致沿着平行于该部件的对称轴线或细长方向的方向而延伸的特征。类似地，本文所使用的术语“径向”及其变型是指大致垂直于对应的轴向方向的方向。例如，部件的径向延伸结构可大致至少部分地沿着垂直于该部件的纵向或中心轴线的方向而延伸。本文所使用的术语“圆周”及其变型是指围绕物体的周缘，或者围绕对称轴线、中心轴线、或者具体部件或系统的细长方向延伸的方向。
36.传统的旋转定相(即，选择性相对旋转或旋转偏移)系统需要输入机构来施加力或位移，以实现两个部件之间的期望相对旋转。在一些系统中，轴向/线性输入由致动器提供。促进期望的定相所需的力的大小成倍地增加了传统定相系统的成本。此外，由定相系统提供的相对旋转量增加了定相系统的高度。即，随着给定应用中所需的相对旋转量增加，提供轴向/线性输入的致动器需要增加行程，这增加了致动器的高度和定相系统的整体封装尺寸。
37.通常，本公开提供用于在旋转系统中选择性受控相对旋转的系统和方法。在一些非限制性示例中，行星致动器可以构造成联接在旋转致动器和双向离合器或锁定机构之间。锁定机构可以联接在两个旋转部件之间。例如，第一旋转部件可以由外部源以期望的转速驱动，而第二旋转部件可以由双向离合或锁定机构旋转驱动。行星致动器也可以与双向离合或锁定机构一起旋转。旋转致动器可以向行星致动器施加输入，其可以构造成允许第一旋转部件和第二旋转部件之间的选择性相对旋转。例如，行星致动器可以构造成旋转地位移/推动双向离合或锁定机构的一部分，以在第一旋转部件和第二旋转部件之间的期望方向上提供预定的相对旋转(即，预定的旋转偏移)。
38.由于使用旋转位移/力而不是轴向/线性位移/力以促进相对旋转运动，因此使用根据本公开的行星致动器可以减小定相系统的轴向高度。此外，与传统的定相系统相比，实现相对旋转运动所需的力的大小可以显著减少，这降低了利用行星致动器的定相系统的成本。
39.图1示出了根据本公开的旋转定相系统10的一个非限制性示例。在一些非限制性示例中，旋转定相系统10可用于内燃机上的可变压缩比(vcr)系统中，以促进曲柄轴和偏心轴之间的选择性旋转定相(即，预定量的相对旋转)。在美国专利申请公开号us 2019/0323390中描述了这种vcr系统布置。旋转定相系统10可以由曲柄轴12旋转驱动。例如，曲柄轴12可以具有固定到其上的齿轮，该齿轮与发动机曲柄轴一起旋转。如本文将描述的，曲柄轴齿轮可与联接到旋转定相系统的第一齿轮啮合并向其提供旋转驱动输入。旋转定相系统
10然后可以旋转地驱动偏心轴14。例如，偏心轴14可以具有固定到其上的齿轮，该齿轮与偏心轴14一起旋转。如本文将描述的，偏心轴齿轮可以与联接到旋转定相系统10的第二齿轮啮合，并接收来自该第二齿轮的旋转驱动输入。通常，偏心轴14的旋转位置相对于曲柄轴12移位，以改变内燃机的压缩比。例如，偏心轴14的旋转位置经由偏心轴14的角向位移而相对于曲柄轴12的旋转位置移位。如下文将详细描述的，旋转定相系统10有利于曲柄轴12和偏心轴14之间的选择性旋转定相(即，预定量的相对旋转或角位移)。
40.在所示的非限制性示例中，旋转定相系统10可以包括行星致动器100和呈双向离合或锁定机构形式的机械定相组件300。在一些应用中，行星致动器100可用于直接或间接地驱动或启动曲柄轴和偏心轴之间的定相。在所示的非限制性示例中，行星致动器100可以与机械定相组件300 结合使用，其中双向离合器或锁定机构联接在偏心轴14和曲柄轴12之间以选择性地允许其间的相对旋转。在这些应用中，行星致动器100可以构造成向双向离合器或锁定机构提供预定量的旋转力/位移，这由提供到它们的旋转输入确定。在所示的非限制性示例中，旋转定相系统10可包括旋转致动器313以向行星致动器100提供旋转输入，从而随着行星致动器100 旋转，以预定量值选择性地改变行星致动器100的两个齿圈之间的对齐。如将要描述的，由旋转致动器313提供的旋转输入促进偏心轴14和曲柄轴 12之间在期望方向上的选择性相对旋转。
41.图2示出了根据本公开的行星致动器100的一个非限制性示例。在所示的非限制性示例中，行星致动器100可以包括第一齿圈200、第一太阳齿轮202、行星架组件204、第二齿圈206、第二太阳齿轮208和输入轴 315(参见图1)。在所示的非限制性示例中，行星致动器100的部件可以沿着共用中心轴线c布置。
42.参照图2，第一齿圈200可以包括带齿的内表面212和外表面 214。带齿的表面212可以从第一齿圈200的轴向端径向向内延伸并且可以包括围绕带齿的表面212周向延伸的多个齿轮齿。第一齿圈200的外表面 214从第一齿圈200的径向外边缘轴向延伸以在第一齿圈200内形成腔体 215。外表面214可以包括多个狭槽216。多个狭槽216在第一齿圈200中形成矩形切口并且沿着外表面214的长度的一部分轴向延伸。在所示的非限制性示例中，第一齿圈200包括围绕外表面214周向地等距间隔开(例如，周向间隔开180
°
)的两个狭槽216。在其它非限制性示例中，第一齿圈200可包括围绕外表面214以任何增量周向布置的多于或少于两个狭槽 216。
43.与带齿的表面212相比，狭槽或切口216所延伸到的轴向端部可以布置在第一齿圈200的轴向相对侧上。当如本文将描述的将行星致动器100组装到旋转定相系统10中时，一个或多个顺应性构件可以被接纳在腔体215内并且可以构造成向狭槽216的边缘施加力。第一齿圈200还可以包括卡环槽218，该卡环槽构造成接收卡环以保持顺应性构件在组件中的轴向位置。
44.继续参照图2，行星架组件204可包括第一组行星齿轮222、第二组行星齿轮224和行星架板226。第一组行星齿轮222和第二组行星齿轮 224可以布置在行星架板226的轴向相对两侧上。在所示的非限制性示例中，第一组行星齿轮222可以包括围绕第一太阳齿轮202周向布置并与第一太阳齿轮202啮合的三个行星齿轮228。在其它非限制性示例中，第一组行星齿轮222可以包括多于或少于三个的行星齿轮228，这些行星齿轮228 围绕第一太阳齿轮202周向布置并与第一太阳齿轮202啮合。
45.在所示的非限制性示例中，第一太阳齿轮202可以相对于行星齿轮228居中布置并且可以包括轴向延伸穿过其中的联接孔口230。联接孔口230可以限定键合或矩形凹部以接纳来自旋转致动器313(见图1)的输入轴315以使第一太阳齿轮202旋转，使得输入轴315和第一太阳齿轮202 一起旋转。在其它非限制性示例中，联接孔口230可以限定使输入轴315 能够旋转地联接到第一太阳齿轮202以随其旋转的任何几何形状(例如，椭圆形、正方形、三角形、多边形等)。应当理解，旋转致动器313的输入轴315具有的端部可以轴向延伸到第一太阳齿轮202中并且限定大致互补的形状以匹配由第一太阳齿轮202的联接孔口230限定的形状。这样，例如，输入轴315的端部可插入联接孔口230中以使输入轴315能够旋转地联接到第一太阳齿轮202，使得输入轴315和第一太阳齿轮202一起旋转。
46.来自旋转致动器313的输入轴315可接纳在中心孔口234中并插入穿过中心孔口234，中心孔口234轴向延伸穿过行星架板226。输入轴315也可轴向延伸穿过第二太阳齿轮208以接合第一太阳齿轮202。尽管输入轴315延伸穿过第二太阳齿轮208，但第一太阳齿轮202可以相对于第二太阳齿轮208独立旋转。在一些非限制性示例中，卡环(未示出)可以是在输入轴315的邻近第一太阳齿轮202的端部上使用，以防止输入轴315 相对于行星架板226轴向位移，从而防止第一太阳齿轮202相对于行星架板226轴向位移。
47.在所示的非限制性示例中，第二组行星齿轮224可以包括围绕第二太阳齿轮208周向布置并与第二太阳齿轮208啮合的三个行星齿轮 236。在其它非限制性示例中，第二组行星齿轮224可以包括多于或少于三个的行星齿轮236，这些行星齿轮236围绕第二太阳齿轮208周向布置并与第二太阳齿轮208啮合。第二太阳齿轮208可相对于行星齿轮236居中布置并且可限定足以确保第二太阳齿轮208的至少一部分轴向突出超过行星齿轮236的轴向高度。即，第二太阳齿轮208限定的轴向高度大于由行星齿轮236限定的轴向高度以允许第二太阳齿轮208的至少一部分轴向突出超过行星齿轮236(例如，在远离行星架板226的方向上)。
48.第一组行星齿轮222的行星齿轮228和第二组行星齿轮224的行星齿轮236可以相对于行星架板226轴向固定。例如，如图2所示，行星架组件204可以包括多个承载杆238和成对环形板240。在一些非限制性示例中，多个承载杆238中的每一个可以包括布置在其与承载杆238的凸缘端相对的远端上的凹槽(未示出)。凹槽可以径向向内延伸到相应的承载杆238中。每个承载杆238可以轴向插入穿过环形板240中的一个，然后穿过第一组行星齿轮222的行星齿轮228中的一个或第二组行星齿轮224 的行星齿轮236中的一个，然后穿过行星架板226中的杆孔口243。在一些非限制性示例中，卡环(未示出)可以插入每个凹槽中，以防止例如第一组行星齿轮222的每个行星齿轮228和第二组行星齿轮224的每个行星齿轮236相对于行星架板226轴向位移。
49.继续参照图2，第二齿圈206可以包括带齿的内部表面246和凸缘248，以及成对突片250。带齿的表面246可以包括围绕带齿的表面246 周向延伸的多个齿轮齿。凸缘248可以从第二齿圈206的轴向端径向向外延伸。成对突片250从凸缘248径向向外延伸。在所示的非限制性示例中，突片250布置在凸缘248的周向相对两侧上。如将在本文中描述的，第二齿圈206的突片250构造成将第二齿圈旋转地锁定到弹簧套筒以与其一起旋转。
50.通常，第一太阳齿轮202和第二太阳齿轮208中的一个可旋转地固定以防止旋转。在图1-2的说明性非限制性示例中，第二太阳齿轮208 可以联接到防旋转环(未示出)以将
第二太阳齿轮208旋转地锁定到旋转致动器壳体。第二太阳齿轮208的轴向突出超过第二组行星齿轮224的行星齿轮236为防旋转环提供到第二太阳齿轮208的通路，以便轴向插到第二太阳齿轮208的一部分上。应当理解，防转环可以包括与第二太阳齿轮 208的齿轮轮廓匹配的内表面，以使内表面能够轴向插到第二太阳齿轮208 上。防转环可以是联接到旋转固定的外部部件，比如旋转致动器的壳体，其防止防旋转环旋转，从而防止第二太阳齿轮208旋转。在一些非限制性示例中，第一太阳齿轮202可以旋转固定，并且第二太阳齿轮208可以联接到输入轴315以随其旋转。
51.参照图3-4，组装的行星架组件204可以至少部分地插入第一齿圈200的腔体215中，使得带齿的表面212与第一组行星齿轮222的行星齿轮228啮合。第二齿圈206可以插入到行星架组件204上，使得带齿的表面246与第二组行星齿轮224的行星齿轮236啮合。注意，环形板240 未在图3-4中示出，因为行星致动器100中的齿轮的啮合将被环形板240 覆盖。
52.通常，在行星致动器100的操作期间，第一齿圈200和第二齿圈206能够在期望方向上自由旋转。例如，当带齿的表面212与第一组行星齿轮222的行星齿轮228啮合时，第一齿圈200能够围绕第一太阳齿轮 202旋转。类似地，当带齿的表面246与第二组行星齿轮224的行星齿轮 236啮合时，第二齿圈206能够围绕第二太阳齿轮208旋转。
53.由于第二太阳齿轮208可以相对于行星致动器100旋转固定，所以第一太阳齿轮202可以选择性地旋转以改变第一齿圈200和第二齿圈 206之间的旋转关系。例如，旋转致动器313(见图1)的输入轴315可以在第一方向上选择性地旋转期望的旋转幅度，这又使旋转地联接到输入轴 315的第一太阳齿轮202在第一方向上旋转。第一太阳齿轮202在第一方向上的旋转可导致第一组行星齿轮222的行星齿轮228在与第一方向相反的方向上旋转，这最终使第一齿圈200相对于第二齿圈206在与第一方向相反的方向上旋转。第一齿圈200和第二齿圈206之间的相对旋转或旋转偏移的大小可以取决于输入轴315和第一齿圈200之间限定的传动比。例如，合成传动比考虑了输入轴315与第一太阳齿轮202之间的传动比、第一太阳齿轮202和第一组行星齿轮222的行星齿轮228之间的传动比以及第一组行星齿轮222的行星齿轮228与第一齿圈200之间的传动比中的每一个。在任何情况下，在已知合成传动比的情况下，输入轴315旋转的度数可以与第一齿圈200相对于第二齿圈206旋转的已知度数相关。因此，由旋转致动器313驱动的输入轴315的旋转方向和幅度可以与在第一齿圈200和第二齿圈206之间的相对旋转或旋转偏移的预定方向和幅度相关。
54.如本文将描述的，行星致动器100可以旋转地联接在第一旋转部件和第二旋转部件之间，以选择性地在第一旋转部件和第二旋转部件之间施加相对旋转或旋转偏移。通常，行星致动器100可以在稳态模式和定相模式下操作，在稳态模式下，第一旋转部件和第二旋转部件之间的旋转关系被保持(例如，锁定)，在定相模式下，第一旋转部件和第二旋转部件之间的旋转关系以期望的方向和期望的幅度偏移。
55.图5示出了以稳态模式操作的行星致动器100。如图5中的箭头所示，第一齿圈200和第二齿圈206在第一方向上(例如，从图5的角度看逆时针)旋转。在稳态模式中，旋转致动器313(见图1)的输入轴315 可以保持旋转固定，因此，由于输入轴315和第一太阳齿轮202之间的旋转联接，第一太阳齿轮202可以旋转固定。此外，第二太阳齿轮208可以旋转地固定(例如，通过本文先前描述的防旋转环)。在第一太阳齿轮202 和第二太阳齿轮208旋转固定的情况下，第一组行星齿轮222的行星齿轮228可以在第一方向旋转上，并且由于第一齿圈
200的旋转，行星齿轮228 本身可以围绕第一太阳齿轮202在第一方向上旋转(例如，行星齿轮228 可以围绕中心轴线c旋转)。类似地，由于第二齿圈206的旋转，第二组行星齿轮224的行星齿轮236可以围绕第二太阳208旋转。这样，第一齿圈200和第二齿圈206之间的相对旋转取向，从而第一旋转部件和第二旋转部件之间的相对旋转取向可以保持在稳态模式。
56.在所示的非限制性示例中，第一齿圈200和第二齿圈206在第一方向上旋转，但是应当理解，它们也可以在第二方向上(例如，从图5 的角度看顺时针)旋转。这样，第一组行星齿轮222的行星齿轮228可以在第二方向上旋转，并且由于第一齿圈200的旋转，行星齿轮228本身可以在第二方向上围绕第一太阳齿轮202旋转(例如，行星齿轮228可以围绕中心轴线c旋转)。类似地，由于第二齿圈206的旋转，第二组行星齿轮224的行星齿轮236可以围绕第二太阳208旋转。在所示的非限制性示例中，第一齿圈200和第二齿圈206在稳态模式下以相同的转速旋转。
57.图6示出了在定相模式下操作的行星致动器100，其中在第一方向上发生定相。如图6中的箭头所示，第一齿圈200可以在第一方向上 (例如，从图6的角度看逆时针)相对于第二齿圈206选择性地旋转。为了促进第一齿圈200相对于第二齿圈206的旋转，可旋转地联接到旋转致动器313(见图1)的输入轴315可以在与第一方向相反的第二方向上(例如，从图6的角度看顺时针)旋转。输入轴315在第二方向上的旋转导致第一太阳齿轮202在第二方向上的旋转。第一太阳齿轮202在第二方向上的旋转导致第一组行星齿轮222的行星齿轮228在第一方向上旋转，这使第一齿圈200在第一方向上旋转。在第二太阳齿轮208旋转固定的情况下，第一太阳齿轮202以及由此第一齿圈200的这种选择性旋转允许第一齿圈 200相对于第二齿圈206在第一方向上旋转。
58.图7示出了在定相模式下操作的行星致动器100，其中在第二方向上发生定相。如图7中的箭头所示，第一齿圈200可以在第二方向上 (例如，从图7的角度看顺时针)相对于第二齿圈206选择性地旋转。为了促进第一齿圈200相对于第二齿圈206的旋转，可旋转地联接到旋转致动器313(见图1)的输入轴315可以在与第二方向相反的第一方向上(例如，从图7的角度看逆时针)旋转。输入轴315在第一方向上的旋转导致第一太阳齿轮202在第一方向上的旋转。第一太阳齿轮202在第一方向上的旋转导致第一组行星齿轮222的行星齿轮228在第二方向上旋转，这使第一齿圈200在第二方向上旋转。在第二太阳齿轮208旋转固定的情况下，第一太阳齿轮202以及由此第一齿圈200的这种选择性旋转允许第一齿圈 200相对于第二齿圈206在第二方向上旋转。
59.如本文所述，第一齿圈200和第二齿圈206之间的相对旋转的大小可由输入轴315和第一齿圈200之间的已知传动比确定。应当理解，图6-7示出了第一齿圈200和第二齿圈206之间的相对旋转，但是在应用中，第一齿圈200和第二齿圈206本身可以在定相或相对旋转正在发生的同时旋转。此外，行星致动器100的设计允许第一齿圈200(和旋转地联接到其上的任何其它旋转部件)和第二齿圈206(和旋转地联接到其上的任何其它旋转部件)之间完整的三百六十度相对旋转。
60.通常，行星致动器100的设计和实施仅需要输入信号(即，从旋转致动器313提供到输入轴315，并由此提供到第一太阳齿轮202的输入扭矩/速度/位移)以在期望相对旋转时旋转，而不是要求输入信号始终使第一齿圈200和/或第二齿圈206一起旋转。在稳态操作期间，当不期望相对旋转时，输入轴315可以是旋转固定的(例如，静止的)。在相位变化(即，相
对旋转)期间，不需要输入轴315以与第一齿圈200或第二齿圈206相同的速度旋转。例如，输入轴315以及由此第一太阳齿轮202可能仅需要以期望的相对角度的变化率旋转。这样，例如，在定相模式下输入轴315 的旋转(即，速度/位移)可以与第一齿圈200和第二齿圈206之间期望的相对旋转的幅度成比例。因此，使输入轴315旋转以实现期望的相对旋转所需的功率和速度可以独立于第一齿圈200和/或第二齿圈206的速度。此外，在非限制性示例中，在输入轴315和第二齿圈206之间存在齿轮减速器的情况下，齿轮减速器可以减少实现期望的相对旋转所需的扭矩大小。
61.通常，行星致动器100可用于其中期望选择性的、可控的相对旋转的旋转系统中。例如，行星致动器100可以在机械定相组件中实施。图8-9示出了具有安装在机械定相组件300中的行星致动器100的旋转定相系统10的一个非限制性示例。在所示出的非限制性示例中，机械定相组件300可以包括齿轮毂302(例如，第一旋转部件)、托架转子304(例如，第二旋转部件)、承载笼或星形转子308、多个锁定组件310、行星致动器 100和扭转弹簧组件400。行星致动器100、扭转弹簧组件400、齿轮毂302、托架转子304、星形转子308和多个锁定组件310在组装时可各自共享共用中心轴线c。如本文将描述的，扭转弹簧组件400可以构造成在托架转子 304和齿轮毂302之间施加扭矩负载。扭转弹簧组件400可以包括扭转弹簧 402和弹簧套筒403。在所示的非限制性示例中，弹簧套筒403构造成两件式弹簧套筒，包括第一弹簧套筒404和第二弹簧套筒406。如本文将描述的，扭转弹簧组件400可以构造成将第二齿圈206旋转地固定到齿轮毂302。扭转弹簧组件还可以构造成将扭转弹簧402的端部附连到齿轮毂302。
62.在所示的非限制性示例中，星形转子308(包括多个锁定组件 310)可以径向布置在托架转子和齿轮毂之间。扭转弹簧组件的弹簧套筒403 可联接到齿轮毂302并远离其轴向延伸。在所示示例中，扭转弹簧402的螺旋部分可围绕弹簧套筒403的外侧周向延伸。如图所示，弹簧套筒403 可限定内部腔体418(见图11)，并且行星致动器100的至少一部分可以接纳在内部腔体418内。根据所示的非限制性示例，旋转致动器313的至少一部分也可以接纳在弹簧套筒403的内部腔体418内。
63.在所示的非限制性示例中，机械定相组件300可以包括旋转致动器313。在一些非限制性示例中，旋转致动器313可以包括定子和电磁联接到定子的转子(未示出)。可向旋转致动器313施加电流，该电流可导致输入轴315处的旋转输出由旋转致动器313以期望的力在期望的方向上提供。在一些非限制性示例中，旋转致动器313可以是无刷直流(bldc) 电机的形式。在所示的非限制性示例中，机械定相组件300可包括一个或多个轴承317，轴承317构造成旋转地支承机械定相组件的内部部件，或相对于发动机的部件旋转地支承机械定相组件300。例如，经由包含在发动机缸体或其它发动机部件中或形成为发动机缸体或其它发动机部件的一部分的结构或支架。在所示的非限制性示例中，轴承317布置在齿轮毂302和托架转子304之间，并且沿着从托架转子延伸的轴。附加轴承317沿齿轮毂302的外侧布置。
64.具体参照图9-11，齿轮毂302可包括布置在其外径上的第一齿轮311，其可与内燃机的曲柄轴12(参见图1)旋转连通(例如，联接到曲柄轴12)，例如，经由皮带、链条或齿轮系组件。齿轮毂302可包括内表面316和前表面320。齿轮毂302的前表面320可包括多个孔口322，孔口 322构造成接纳紧固元件，以将弹簧套筒403(例如，第一弹簧套筒404) 例如固定
地附连到齿轮毂302以与其一起旋转。在一些非限制性示例中，齿轮毂302可以限定多个周向狭槽(未示出)，这些狭槽轴向凹入并且构造成接纳从第一弹簧套筒的外周缘突出的径向突出部(未示出)。在任何情况下，第一弹簧套筒404可以联接到齿轮毂302，使得第一弹簧套筒404 与齿轮毂302一起旋转(例如，旋转固定)。齿轮毂302还可包括从轴部 325径向向外延伸的弧形凹部323(见图10)。
65.具体参照图9和11，第一弹簧套筒404可包括凸缘412和环形突出部414。如上所述，凸缘412可包括多个孔口416。多个孔口416中的每一个可布置成与齿轮毂302的前表面320上的对应的孔口322对齐。环形突出部414可远离凸缘412轴向延伸以限定内部腔体418。内部腔体418 可定尺寸为在其中轴向接纳行星致动器100的至少一部分。内部腔体418 可具有沿内部腔体418轴向延伸的切口420，从而沿内部腔体418的长度形成开口。切口420构造成通过它接纳扭转弹簧402的第一螺旋端(未示出)。
66.第一弹簧套筒404和第二弹簧套筒406可包括在其轴向端部处的齿状特征。齿状特征可包括多个轴向突出部422和多个轴向凹部424。第一弹簧套筒404的轴向突出部422构造成与第二弹簧套筒406的轴向凹部 424接合以将第一弹簧套筒404旋转地锁定到第二弹簧套筒406以随其旋转。类似地，第二弹簧套筒406的轴向突出部422构造成与第一弹簧套筒404的轴向凹部424接合。当组装时，可以将卡环426接纳在第一弹簧套筒 404和第二弹簧套筒406的每个上的轴向突出部422上的卡环槽内，以将第一弹簧套筒404联接到第二弹簧套筒406。第二弹簧套筒406可包括多个第一狭槽428，其构造为在与齿状特征相对的轴向端处的花键第二弹簧套筒 406还可以包括在第二弹簧套筒的内部腔体431内的突片凹部429(见图8)。突片凹部429构造成接纳第二齿圈206的突片250(见图8)，使得第二齿圈206与第二弹簧套筒406旋转地固定，从而将第二齿圈206旋转地固定到第一弹簧套404和齿轮毂302，以与其一起旋转。
67.参照图11-13，扭转弹簧组件400还可以包括联接到弹簧套筒 403(例如，联接到第二弹簧套筒406)的弹簧座430。弹簧座430可以构造成固定和接合扭转弹簧402的第二螺旋端432(见图13)。例如，弹簧座430可包括远离弹簧座430朝向第一弹簧套筒404的凸缘412轴向突出的第一弹簧支承部433。第一弹簧支承部也布置在扭转弹簧402的径向外侧。第一弹簧支承部433构造成接合扭转弹簧402的第二螺旋端432并且防止扭转弹簧402朝着未加载状态(例如，未偏置或没有预加载)展开。弹簧座430还可包括第二弹簧支承部437和第三弹簧支承部439。在所示的非限制性示例中，第二弹簧支承部437和第三弹簧支承部439远离弹簧座 430朝向第一弹簧套筒404的凸缘412轴向突出。第二弹簧支承部437布置在扭转弹簧402的径向外侧以支承扭转弹簧402的螺旋部分的外侧。第三弹簧支承部439布置在扭转弹簧402的径向内侧以支承扭转弹簧402的螺旋部分的内侧。
68.在所示的非限制性示例中，第一弹簧支承部433、第二弹簧支承部437和第三弹簧支承部439沿弹簧座430周向延伸以形成弧形突出部，该突出部限定曲率半径，该曲率半径与由扭转弹簧402的螺旋部分限定的曲率半径共享相同的中心。即，由第一弹簧支承部433、第二弹簧支承部 437和第三弹簧支承部439形成的弧形突出部与扭转弹簧402的螺旋部分的圆形轮廓同心。第一弹簧支承部433、第二弹簧支承部437和第三弹簧支承部439可以一起构造成防止扭转弹簧402中的应力上升并防止与扭转弹簧402配合的部件之间的侧向负载。例如，第一弹簧支承部433、第二弹簧支承部437和第三弹簧支承部439可以与扭转弹簧402
的内部和外部接合以防止侧向加载。
69.弹簧座430可包括多个第二狭槽434，其构造为与第二弹簧套筒406的第一狭槽428互补的花键，使得弹簧座430能够旋转地固定到第二弹簧套筒以随其旋转。当组装时，可将卡环436接纳在邻近第二弹簧套筒406的第一狭槽428的卡环槽内，以防止弹簧座430相对于第二弹簧套筒406的轴向位移。
70.如本文先前所述，扭转弹簧402的第一螺旋端401可联接到托架转子304，并且扭转弹簧的第二螺旋端432可联接到弹簧座430，从而经由第一弹簧套筒404和第二弹簧套筒406联接到齿轮毂302。在这种构造中，扭矩负载可以由齿轮毂302和托架转子304之间的扭转弹簧402施加。
71.参照图14，托架转子304可以构造成经由第二齿轮332与内燃机的偏心轴14(见图1)旋转连通(例如，联接到偏心轴14)。托架转子 304包括远离托架转子304的端部轴向延伸的花键轴331。第二齿轮332包括花键凹部333，其与花键轴331互补地成形并且构造成在其中接纳用于联接到第二齿轮332的花键轴331。在所示的非限制性示例中，第二齿轮332 可以旋转地固定到托架转子304以随其旋转。托架转子304还可以包括至少一个轴向突出部337，该轴向突出部337构造成接纳并接合扭转弹簧402 的端部。在所示的非限制性示例中，托架转子304包括两个轴向突出部337，两个轴向突出部337远离与花键轴331相对的端部轴向延伸。在所示的非限制性示例中，轴向突出部337延伸到由弹簧套筒403形成的内部腔体418 中以接合扭转弹簧402(见图8)。轴向突出部337围绕托架转子304周向等距间隔开(例如，周向间隔开180
°
)。在其它非限制性示例中，托架转子304可包括多于或少于两个围绕托架转子周向布置的轴向突出部337。每个轴向突出部337包括轴向延伸到轴向突出部337中的弹簧凹部339。弹簧凹部339构造成在其中接纳扭转弹簧402的第一螺旋端401(见图8)，使得扭转弹簧402能够向托架转子304施加扭矩。
72.第二齿轮332可以包括远离第二齿轮332轴向延伸的弧形突出部335。弧形突出部335的数量可以对应于齿轮毂302中的弧形凹部323 的数量(见图10)。当组装时(参见图8)，托架转子304的花键轴331 可以被接纳在齿轮毂302的轴部325内并且延伸穿过其中。然后可以将第二齿轮332安装在花键轴331上，使得第二齿轮332的弧形突出部335被接纳在齿轮毂302的弧形凹部323内。联接到托架转子304的第二齿轮332 的弧形突出部335可以接合齿轮毂302中的弧形凹部323的端部，以机械地限制托架转子304(与偏心轴14旋转连通)和齿轮毂302(与曲柄轴12 旋转连通，见图1)之间的整体相对旋转。这可以机械地限制偏心轴和曲柄轴之间可以存在多少相对旋转，因为齿轮毂302中的弧形凹部323的端部可以充当联接到托架转子304的第二齿轮332上的弧形突出部的旋转端部止挡件。在机械定相组件300失效的情况下，或者如果旋转致动器失效，则可以保护旋转定相系统10免于灾难性失效，从而保护内燃机免于灾难性失效。
73.参照图14，通常，托架转子304的外表面336可以与锁定组件 310接合。应当理解，用于齿轮毂302、托架转子304、偏心轴14和曲柄轴 12的相对联接的替代构造是可能的。如图15-16所示，星形转子308可包括多个臂338，其在第一笼环340和第二笼环342之间轴向延伸。多个锁定组件310之一可周向地布置在每个周向相邻的成对臂338之间。星形转子 308可包括远离其第一表面346轴向延伸的多个轴向突出部344。轴向突出部344的数量可以对应于布置在行星致动器100的第一齿圈200和星形转子308之间的联接环360(见图17)中的
狭槽的数量。在所示的非限制性示例中，星形转子308可以包括两个轴向突出部344。在其它非限制性示例中，基部308可包括多于或少于两个的突出部344。星形转子308还可以包括延伸穿过第一表面346的开口347。开口347构造成接纳从托架转子304 延伸的轴向突出部337。
74.每个锁定组件310可以包括第一锁定特征350、第二锁定特征 352和与第一锁定特征350和第二锁定特征352中的相应一个接合的相应锁定特征支承部353。第一锁定特征350和第二锁定特征352可被一个或多个偏置构件358迫使彼此远离。偏置构件358可布置在相应的成对锁定特征支承部353之间并与其接合，从而迫使第一锁定特征350和第二锁定特征 352彼此远离。每个所示的锁定组件310可以包括一个呈弹簧形式的偏置构件358。在其它实施例中，每个锁定组件310可以包括一个以上的偏置构件 358，和/或偏置构件358可以是能够迫使第一锁定特征350和第二锁定特征 352彼此远离的任何可行的机械连结件的形式。
75.在所示的非限制性示例中，第一锁定特征350和第二锁定特征 352可以是圆形轴承滚子的形式。应当理解，第一锁定特征350和第二锁定特征352可以限定任何形状，其能够在齿轮毂302和托架转子304之间选择性地锁定和解锁。还应当理解，除轴承之外的第一锁定特征350和第二锁定特征352的替代机构是可能的。例如，第一锁定特征350和第二锁定特征352可以是楔形特征的形式。
76.具体参照图9和17-18，联接组件330可以布置在机械定相组件 300和行星致动器100之间。联接组件330可以包括联接环360、一个或多个顺应性构件348、一个或多个垫圈349和卡环351。当组装时(见图18)，顺应性构件348和垫圈349被接纳在第一齿圈200的腔体215内。将顺应性构件348和垫圈349通过卡环351固定在第一齿圈200的腔体215内，以防止顺应性构件相对于第一齿圈200的轴向位移。卡环351可经由沿腔体215的内侧插入卡环槽218中而固定到第一齿圈200(见图3)。联接环 360的尺寸定为使得第一齿圈200能够被接纳在其中。
77.在所示的非限制性示例中，顺应性构件348可以联接在第一齿圈200和联接环360之间，使得第一齿圈200的旋转被旋转地传递到联接环360。联接环360构造成将旋转从第一齿圈200传递到星形转子308。如下文将描述的，第一齿圈200和联接环360之间的旋转传递可以由顺应性构件348提供，同时还允许旋转致动器313(图8)在机械定相组件300处于锁定状态的同时向行星致动器100提供输入。
78.联接环360可以限定具有中空芯361的环形套筒。联接环360 包括第一组轴向凹入的狭槽362和第二组轴向凹入的狭槽364。第一组狭槽 362的数量可以与第一齿圈200中的狭槽216的数量对应。在所示的非限制性示例中，第一组狭槽362包括围绕联接环360的外表面366周向等距间隔开(例如，周向间隔180
°
)的两个狭槽。在其它非限制性示例中，第一组狭槽362可以包括多于或少于两个狭槽362，这些狭槽362围绕联接环 360的外表面366以任何增量周向布置，使得狭槽362与第一齿圈200上的狭槽216周向对齐。
79.当组装时(参见图18)，顺应性构件348的螺旋部分368可接纳在第一齿圈200的腔体215内。顺应性构件348的第一端370和第二端 372可从螺旋部分368径向向外突出，并且延伸穿过第一齿圈200中的狭槽 216和联接环360中的第一组狭槽362。在一些非限制性示例中，顺应性构件348可以被预偏置，使得其第一端370和第二端372在自由状态下彼此远离地沿周向延伸。例如，顺应性构件348的第一端370和第二端372可以彼此远离地延伸，以在
它们之间形成周向间隔，当与组装或压缩状态相比时，该间隔在自由状态下更大。
80.当组装时(见图18)，并且在不期望相对旋转的稳态操作期间，顺应性构件348的第一端370和第二端372与第一齿圈200中的狭槽216 的边缘和联接环360中的第一组槽362的边缘接合，以保持第一齿圈200 和联接环360之间的旋转对齐。在所示的非限制性示例中，第一齿圈200 中的狭槽216的边缘与联接环360中的第一组狭槽362的边缘可限定相同的周向间隔，使得由第一组狭槽362和狭槽216形成的开口具有相同的周向宽度。
81.继续参照图17-18，第二组狭槽364的数量可对应于星形转子 308中的轴向突出部344的数量。在所示的非限制性示例中，第二组狭槽 364包括围绕联接环360的外表面366周向等距间隔开(例如，周向间隔 180
°
)的两个狭槽。在其它非限制性示例中，第二组狭槽364可以包括多于或少于两个狭槽364，这些狭槽364围绕联接环360的外表面366以任何增量周向布置，使得狭槽364与星形转子308中的轴向突出部344周向对齐。
82.当组装时(参见图18)，星形转子308中的轴向突出部344与联接环360中的第二组狭槽364接合，以保持星形转子308和联接环360 之间的旋转对齐。即，联接环360和星形转子308彼此旋转锁定。在所示的非限制性示例中，轴向突出部344的形状与联接环360中的第二组狭槽 364互补。具体参照图18，联接组件330布置在机械定相组件300和在行星致动器100之间，第一齿圈200可以经由顺应性构件348旋转地联接到联接环360，并且联接环360可以旋转地联接到星形转子308，但是第一齿圈200可以不直接与星形转子308接触。因此，由于顺应性构件348，星形转子308和第一齿圈200之间的旋转或角位移可以通过驱动行星致动器100 的旋转致动器313来实现。
83.参照图18-19，当行星致动器100安装到星形转子308上时，每个顺应性构件348的端部370、372径向向外延伸，并接合形成在第一齿圈 200中的凹入的狭槽216和形成在联接环360中的第一组狭槽362中的相应一个。安装了顺应性构件348后，第一齿圈200的凹入的狭槽216和联接环360的第一组狭槽362可以各自限定周向宽度，以确保相对于其自由状态，顺应性构件348的端部370、372彼此偏置。因此，顺应性构件348的预偏置可以确保由第一齿圈200和星形转子308之间的相对旋转产生的力保持在星形转子308上，直到星形转子308与第一齿圈200旋转地对齐(即，不相对于其旋转)为止。
84.旋转致动器313可旋转地联接到第一太阳齿轮202并控制其旋转，第一太阳齿轮202进而控制第一齿圈200的旋转。通常，第二齿圈206 可构造成通过扭转弹簧组件400的弹簧套筒403旋转地联接到齿轮毂302，使得第二齿圈206与齿轮毂302一起旋转。在所示的非限制性示例中，第二齿圈206可以固定到第二弹簧套筒406，第二弹簧套筒406经由第一弹簧套筒404旋转地连接到齿轮毂302以随其旋转。
85.在操作中，旋转致动器313可以构造成向第一太阳齿轮202施加旋转位移/扭矩以实现第一齿圈200的已知旋转位移，其对应于星形转子308的已知期望旋转位移。旋转致动器313可以由内燃机的发动机控制模块 (ecm)控制和提供动力。
86.在操作期间，齿轮毂302可以联接到vcr内燃机的曲柄轴12。 vcr内燃机中的偏心轴14可以联接到托架转子304。因此，偏心轴14和曲柄轴12可以经由机械定相组件300联接以一起旋转，其中偏心轴14的旋转速度是曲柄轴12的一半。偏心轴14可以构造成在发动机操作期间改变内燃机的压缩比。在发动机操作期间，机械定相组件300可用于改变偏心轴14相对于曲柄轴12的旋转关系，其反过来又改变压缩比(即vcr)，这通常通过活塞、曲柄轴12
和偏心轴14之间的多连杆布置。改变偏心轴 14和曲柄轴12之间的旋转关系可用于在给定的操作条件下减少发动机排放和/或提高发动机效率/性能。
87.当发动机操作并且不期望偏心轴的旋转调节时，机械定相组件 300可以锁定齿轮毂302和托架转子304之间的旋转关系，从而锁定偏心轴和曲柄轴之间的旋转关系。在该锁定状态下(例如参见图19-20)，旋转致动器313不向行星致动器100的输入轴315提供旋转输出，并且第一齿圈 200和第二齿圈206与齿轮毂302一致旋转。因此，星形转子308不相对于齿轮毂302旋转，并且每个锁定组件310的第一锁定特征350和第二锁定特征352可以经由偏置构件358完全远离彼此延伸。随着第一锁定特征350 和第二锁定特征352完全远离彼此延伸，第一锁定特征350和第二锁定特征352可以与齿轮毂302的内表面359和托架转子304的外表面336中的至少一个接合，其将第一锁定特征350和第二锁定特征352楔入托架转子 304和齿轮毂302之间(见图19)。该楔入可以锁定或限制托架转子304 相对于齿轮毂302的运动(即，托架转子304的旋转位置相对于齿轮毂302 被锁定)。因此，当机械定相组件300处于锁定状态时，偏心轴14和曲柄轴12之间的旋转关系不变。
88.如果期望使偏心轴相对于曲柄轴提前或延迟，可以通过ecm指示旋转致动器313以通过输入轴315向行星致动器100提供旋转位移/扭矩。输入轴315的旋转方向和幅度可以与第一齿圈200相对于第二齿圈206的旋转相关。由于第二齿圈206经由弹簧套筒403旋转地连接到齿轮毂302，所以第一齿圈200可以相对于齿轮毂302旋转。施加到第一齿圈200的相对旋转的期望幅度和方向可以通过顺应性构件348和联接环360旋转地传递到星形转子308。例如，在第一齿圈200旋转时，第一齿圈200的狭槽 216接合并周向偏置顺应性构件348的端部370、372中的一个(取决于相对旋转的方向)。顺应性构件348的这种周向偏置导致顺应性构件348将相应的力施加到联接环360的第一组狭槽362上，然后该力经由第二组狭槽364传递到星形转子308的突出部344上。施加到星形转子308的力将通过顺应性构件348保持在其上，直到托架转子304达到相对于齿轮毂302 的期望旋转位置，该位置由旋转致动器313提供的旋转输入位移/力确定。换言之，力保持在星形转子308上，直到托架转子304与星形转子308旋转对齐并且机械定相组件300返回到锁定状态。
89.在机械定相组件300处于锁定状态的同时，顺应性构件348还允许旋转致动器313(图8)向行星致动器100提供输入。例如，在第一齿圈200旋转时(经由由旋转致动器313提供的旋转输入，图8)，第一齿圈 200的狭槽216接合并周向偏置顺应性构件348的端部370、372中的一个 (取决于相对旋转的方向)。在第一齿圈200旋转的同时，顺应性构件348 的这种周向偏置允许联接环360相对于星形转子308保持旋转固定，这可能在机械定相组件300被锁定的同时发生。当机械定相组件300进入解锁状态时，顺应性构件348将力维持在联接环360的第一组狭槽362上。顺应性构件348然后经由第二组狭槽364将该力传递到星形转子308的突出部344上，直到托架转子304相对于齿轮毂302到达期望的旋转位置。
90.由顺应性构件348施加到星形转子308的旋转力可以使星形转子308的臂338周向地位移，从而接合第一锁定特征350或第二锁定特征 352中的任一个，使其脱离锁定或楔入的位置，并且第一锁定特征350或第二锁定特征352中的另一个保持在锁定位置。例如，星形转子308可以从锁定状态顺时针旋转(从图19的角度)期望的旋转量。星形转子308的这种旋转可以接合第一锁定特征350并且将它们顺时针旋转地位移到解锁位置，其中第一锁定特征350被位移而脱离与齿轮毂302的内表面359和托架转子304的外表面336的接合。同时，第
二锁定特征352不能旋转移位并且可以保持在锁定位置。
91.第一锁定特征350的解锁可以使托架转子304能够在与星形转子308旋转的旋转方向相同的旋转方向上旋转。同时，第二锁定特征352 的锁定位置可以防止托架转子304在与星形转子308旋转的方向相反的方向上旋转。因此，在星形转子308被顺时针偏置的非限制性示例中，第一锁定特征350的解锁位置可以使托架转子304能够顺时针旋转，而第二锁定特征352的锁定位置可以防止托架转子304逆时针旋转。这可以使机械定相组件300能够从偏心轴扭矩脉冲中获取能量，偏心轴扭矩脉冲发生在与星形转子308上的第一齿圈200提供的期望相对旋转输入相同的方向上。因此，行星致动器100构造成接收来自旋转致动器313的旋转输入，并且作为响应，向星形转子308提供输出以选择性地锁定/解锁托架转子304和齿轮毂302之间的相对旋转。
92.例如，在其中第一齿圈200顺时针旋转偏置星形转子308的非限制性示例中，随着偏心轴扭矩脉冲在顺时针方向上施加到托架转子304，托架转子304和第二锁定特征352可以在顺时针方向上旋转位移。一旦顺时针偏心轴扭矩脉冲减小，托架转子304就能相对于齿轮毂302处于新的旋转位置，其中第二锁定特征352再次锁定托架转子304直到下一个顺时针方向上的偏心轴扭矩脉冲施加到托架转子304。该过程可以继续，直到最终托架转子304将旋转位移足够使得第一锁定特征350能返回到锁定位置。当这发生时，第一锁定特征350和第二锁定特征352都可以处于锁定位置并且机械定相组件300可以返回到锁定状态。星形转子308然后可以保持其旋转位置(直到再次命令它以改变偏心轴相对于曲柄轴的旋转关系)以确保第一锁定特征350和第二锁定特征352保持锁定，从而锁定托架转子 304相对于齿轮毂302的角位置。应当理解，对于星形转子308的逆时针旋转，将发生与上述过程相反的过程。
93.响应于通过行星致动器100施加到星形转子308的给定旋转输入位移/力，托架转子304旋转地跟随星形转子308，并最终到达星形转子 308的预定最终旋转位置，而与偏心轴扭矩脉冲的幅度无关。即，顺应性构件348将维持由旋转致动器313通过行星致动器100提供给星形转子308 的输入位移/力，直到顺应性构件348不再偏置星形转子308，并且托架转子304旋转地跟随将星形转子308以相对于齿轮毂302旋转到期望的旋转位置。
94.在该定相过程期间发生的托架转子304相对于齿轮毂302的旋转可以改变偏心轴14和齿轮毂302之间的旋转关系，这同时改变偏心轴14 和曲柄轴12之间的旋转关系。如上所述，对于由旋转致动器313提供的给定旋转输入位移/扭矩，由星形转子308实现的旋转量可以基于第一太阳齿轮202和第一齿圈200之间的齿轮传动和限定在它们之间的合成传动比而获知。此外，机械定相组件300的设计可以使托架转子304仅被允许在与星形转子308相同的方向上旋转。因此，在发动机操作期间，机械定相组件300可以改变偏心轴和曲柄轴之间的旋转关系，而与发动机转速以及偏心轴扭矩脉冲的方向和大小无关。而且，机械定相组件300不需要连续循环以达到期望的旋转位置(即，偏心轴和曲柄轴之间的期望的旋转偏移)，因为托架转子304被约束为跟随星形转子308到期望的位置。
95.通常，行星致动器100的设计和实施仅需要输入信号(即，从旋转致动器313提供到输入轴315，并由此从提供到第一太阳齿轮202的输入扭矩/位移)以在期望相对旋转时旋转，而不是要求旋转致动器313以与偏心轴和齿轮毂302相同的速度持续旋转。在稳态操作期间，当不期望相对旋转时，旋转致动器313以及由此输入轴315可以是旋转固定的(例如，
静止的)。在相位变化(即，相对旋转)期间，不需要旋转致动器313以及由此输入轴315以与偏心轴和齿轮毂302相同的速度旋转。例如，通过旋转致动器313提供到输入轴315以及由此第一太阳齿轮202的输出可能仅需要以期望的相对角度的变化率旋转。这样，例如，在定相期间输入轴 315的旋转(即，速度/位移)可以与托架转子304和齿轮毂302之间期望的相对旋转的幅度成比例。这样，旋转致动器313使输入轴315旋转并实现期望的相对旋转所需的动力和速度可以独立于发动机速度。即，旋转致动器313输出的动力和速度不会因发动机速度/偏心轴速度的变化而变化。此外，在非限制性示例中，在输入轴315和第二齿圈206之间存在齿轮减速器的情况下，齿轮减速器可以减少旋转致动器313输出所需的扭矩大小以实现期望的相对旋转。
96.图20示出了定相系统1000的另一个非限制性示例。定相系统 1000类似于定相系统10，具有使用在1000中标出的相同附图标记标识的相似元件(例如，齿轮毂302是与齿轮毂1302相关)，除非在此描述或从附图中显而易见。
97.例如，类似于定相系统10，定相系统1000是安装在机械定相组件1300中的行星致动器1100。在所示出的非限制性示例中，机械定相组件1300包括齿轮毂1302(例如，第一旋转部件)、托架转子1304(例如，第二旋转部件)、星形转子1308、多个锁定组件1310、行星致动器1100 和扭转弹簧组件1400。行星致动器1100、扭转弹簧组件1400、齿轮毂1302、支架转子1304、星形转子1308和多个锁定组件1310在组装时可各自共享共用中心轴线c。扭转弹簧组件1400可以构造成在托架转子1304和齿轮毂1302之间施加扭矩负载。扭转弹簧组件1400可以包括扭转弹簧1402和弹簧套筒1403。扭转弹簧组件1400可以构造成以将第二齿圈1206旋转地固定到齿轮毂1302。扭转弹簧组件还可以构造成借助弹簧套筒1403和联接到它的弹簧座1430将扭转弹簧1402的端部附连到齿轮毂1302。
98.在所示的非限制性示例中，机械定相组件1300可包括一个或多个轴承1317，轴承1317构造成旋转地支承机械定相组件的内部部件，或相对于发动机的部件旋转地支承机械定相组件1300。在所示的非限制性示例中，轴承1317沿着从托架转子1304延伸的轴布置。根据一些非限制性示例，一个或多个止推轴承1317a可布置成邻近第一齿轮1311和/或第二齿轮 1332，尤其是当第一齿轮1311或第二齿轮1332构造成斜齿轮时。附加轴承1317沿齿轮毂1302的外侧布置。
99.参照图21-22，弹簧套筒1403构造成单件式弹簧套筒。在以下附图中，示出了定相系统1000的各方面的子组件，并且应当理解，可能未示出一些部件(例如，行星致动器1100和/或齿轮毂1302)以提高要描述的示出的方面的清晰度。
100.弹簧套筒1403可包括凸缘1412和环形突出部1414。环形突出部1414可远离凸缘1412轴向延伸以限定内部腔体1418。弹簧套筒1403 可具有沿环形突出部1414的部分轴向延伸的一个或多个切口1420a、 1420b。切口1420a还可包括狭槽1421，狭槽1421沿环形突出部1414的长度从切口1420a轴向延伸到与凸缘1412相对的弹簧套筒1403的远端。切口1420a形成开口，该开口构造成接纳扭转弹簧1402的第一螺旋端(未示出)穿过其中以允许扭转弹簧1402与其组装。切口1420a、1420b一起可以在来自定相事件的旋转期间为从托架转子1304延伸的轴向突出部1337 提供间隙。
101.弹簧套筒1403可包括第四弹簧支承部1451，其远离弹簧套筒 1403的凸缘1412轴向突出。第四弹簧支承部1451布置在扭转弹簧1402 的径向外侧。在所示的非限制性示例
中，第四弹簧支承部1451沿弹簧座 1430周向延伸以形成弧形突出部，该弧形突出部限定曲率半径，该曲率半径与由扭转弹簧1402的螺旋部分限定的曲率半径共享相同的中心。类似于第一弹簧支承部1433、第二弹簧支承部1437和第三弹簧支承部1439，第四弹簧支承部1451可以构造成防止扭转弹簧1402中的应力上升并防止与扭转弹簧1402配合的部件之间的侧向负载。例如，第四弹簧支承部1451 可以邻近与弹簧座1430相对的第一螺旋端接合扭转弹簧1402的外部，以防止侧向负载。
102.在所示的非限制性示例中，弹簧套筒1403可以包括多个第一狭槽1428，并且联接到弹簧套筒1403的弹簧座1430可以包括与第一狭槽 1428互补的多个第二狭槽1434，使得弹簧座1430可旋转地固定到第二弹簧套以随其旋转。在所示的非限制性示例中，第二狭槽1434轴向延伸穿过弹簧座1430上的第三弹簧支承部1439。特别参照图22，当组装时，弹簧座1430可与弹簧套筒1403旋转对齐，以使第一狭槽1428中的至少一个与第二狭槽1434中的至少一个对齐，使得第一狭槽1428和第二狭槽1434一起形成键槽以在其中接纳键1435。键1435构造成将弹簧座1430旋转地固定到弹簧套筒1403。环形圈1436可以被接纳在由弹簧座1430形成的开口内，以防止键1435相对于弹簧座1430的轴向位移。
103.如图所示，扭转弹簧1402的第一螺旋端1401可联接到托架转子1304，并且扭转弹簧的第二螺旋端1432可被弹簧座1430接合，从而齿轮毂1302经由弹簧套筒1403接合(参见图20)。在这种构造中，扭矩负载可以由齿轮毂1302和托架转子1304之间的扭转弹簧1402施加。
104.现在参照图23-24，机械定相组件1300的星形转子1308可以包括在第一笼环1340和第二笼环1342之间轴向延伸的多个臂1338，并且多个锁定组件1310中的一个可以周向布置在每对周向相邻的臂1338之间。在所示的非限制性示例中，星形转子1308可包括一体地形成到星形转子 1308中的油道1380。油道1380构造成在入口1382处接纳油，并且经由至少一个出口将该油分配到机械定相组件1300或行星致动器1100的一个或两个部件。在所示的非限制性示例中，油道1380包括远离星形转子1308 的第一表面1346轴向延伸的第一出口1384并且在行星致动器1100处引导 (也参见图20)。油道1380还包括由导管限定的第二出口1386，该导管沿着星形转子1308的第一表面1346形成并且从星形转子1308径向向外引导。在所示的非限制性示例中，第二出口1386布置成正交于第一出口1384。
105.星形转子1308还可以包括远离星形转子1308的第一表面1346 轴向延伸的弧形突出部1335。当组装时(见图24)，弹簧套筒1403可以安装到齿轮毂1302上，使得星形转子1308的弧形突出部1335被接纳在弹簧套筒1403的开口1420a内。星形转子1308的弧形突出部1335可以接合弹簧套筒中的开口1420a的端部以机械地限制托架转子1304(与偏心轴14 旋转连通)和齿轮毂1302(与曲柄轴12旋转连通，见图1)之间的整体相对旋转。这可以机械地限制偏心轴和曲柄轴之间可以存在多少相对旋转，因为弹簧套筒1403中的开口1420a的端部可以充当星形转子1308上的弧形突出部1335的旋转端部止挡件，其跟随托架转子1304的旋转。
106.在以下操作描述中，将参考旋转定相系统10。应当理解，以下描述也适用于旋转定相系统1000。现在参照图25，可以看出扭转弹簧 402、1402可以构造成施加旋转定相系统10、1000内部的偏移扭矩。即，通过横跨齿轮毂302和托架转子304施加扭矩差，扭转弹簧402可以抵消由来自偏心轴或偏心轴和曲柄轴之间(即，在齿轮毂302上的第一齿轮311 和附连
到托架转子304的第二齿轮332之间)的扭矩脉冲引起的净扭矩。例如，来自偏心轴的扭矩脉冲可导致施加在齿轮毂302和托架转子304之间的净扭矩为第一方向(即，净正扭矩脉冲)。扭转弹簧402可构造成在与第一方向相反的第二方向(即，负扭矩)上在齿轮毂302和托架转子304 之间施加扭矩负载。由扭转弹簧402递送的扭矩负载可以在第二方向上抵消齿轮毂302和托架转子304之间的净正扭矩脉冲(例如，导致来自偏心轴的扭矩脉冲的竖直移位或偏移，示出为图25中的脉冲曲线的垂直移位)。应当理解，正扭矩或负扭矩是取决于分析负载情况的角度的相对项，因此，正负项可以互换。此外，应当理解，扭转弹簧可以构造或安装成在任何方向上提供扭矩，只要它抵消来自偏心轴的扭矩脉冲即可。
107.在一些应用中，比如图20中所示的非限制性示例，来自偏心轴的施加到托架转子304的扭矩脉冲可能不会导致托架转子304和齿轮毂 302之间的净零或双向扭矩脉冲。在一些情况下，这可能会阻止机械定相组件实现双向锁定功能，因为扭矩脉冲(例如，净扭矩)必须在两个方向施加(即，正和负/必须在图25的y轴上过零)，以经由锁定组件310的“楔入”动作更有效地将托架转子304锁定到齿轮毂302。
108.如图25所示，扭转弹簧402的布置可以施加机械定相组件300 内部的偏移扭矩。扭转弹簧402施加的扭矩负载导致扭矩负载被恒定地施加在齿轮毂302和托架转子304之间，其抵消了来自偏心轴的扭矩脉冲。在所示的非限制性示例中，由扭转弹簧402施加的扭矩负载是单向的。由扭转弹簧402施加的偏移扭矩负载可以抵消机械定相组件300经受的净扭矩负载(即，包括偏心轴扭矩脉冲)，使得机械定相组件300经受的净扭矩是双向的(即，在图25的y轴上过零)。因此，扭转弹簧402可以使机械定相组件实现双向锁定功能，以经由锁定组件310的“楔入”动作更有效地将托架转子304锁定到齿轮毂302。特别是在诸如一些vcr内燃机的情况下，其中由偏心轴递送的净扭矩脉冲可能为净正值或净负值。在一些非限制性示例中，扭转弹簧402可以对偏心轴扭矩脉冲施加线性偏移。在其它非限制性示例中，扭转弹簧402可以施加恒定的单向扭矩负载。
109.在一些非限制性示例中，扭转弹簧402可以被预偏置(例如，预加载)。例如，参照图11和22，弹簧座430、1430可以在多个不同位置与弹簧套筒403、1403旋转锁定。多个不同位置中的每一个限定由扭转弹簧402、1402提供的唯一扭矩负载，其确定扭转弹簧402、1402的预偏置的幅度。扭转弹簧402、1402的预偏置可以基于弹簧座430、1430相对于托架转子304、1304的旋转位置来调整(参见图9、11和22)。即，弹簧座430、1430相对于弹簧套筒403、1403的位置可以通过其上的第一狭槽 428、1428和第二狭槽434、1434进行调整。例如，特别参照图11的扭转弹簧组件400，扭转弹簧402的预偏置可以通过将扭转弹簧402的第一螺旋端401联接到托架转子304来设置。然后，扭转弹簧402的相对的第二螺旋端432可以联接到弹簧座430。然后弹簧座430可以相对于弹簧套筒403 旋转到在扭转弹簧上提供期望的预负载的位置。此时，弹簧套筒403上的多个第一狭槽428中的至少一个第一狭槽428可以选择性地与弹簧座430 上的多个第二狭槽434中的至少一个第二狭槽434对齐。一旦选择性地对齐，在该示例中构造成花键的第一狭槽428和第二狭槽434就可以彼此啮合，以将弹簧套筒403旋转地锁定到弹簧座430。在所示的非限制性示例中，第一狭槽428的多个花键与第二狭槽434的多个花键啮合。
110.例如，扭转弹簧组件400可以在第一取向上组装，其中扭转弹簧402的第一螺旋端401安装到托架转子304上的弹簧凹槽339中，而扭转弹簧402的第二螺旋端可以安装到弹簧
座430中。在第一取向中，弹簧座430可以相对于弹簧套筒403处于第一旋转位置，从而限定第一扭矩负载(在一些情况下，零扭矩负载)。然后，通过弹簧座430相对于弹簧套筒403的旋转，扭转弹簧组件400可以被调整到多个可能的旋转位置中的第二旋转位置，同时弹簧座430的第二狭槽434与弹簧套筒403上的第一狭槽428脱离接合。然后弹簧座430的第二狭槽434可以与弹簧套筒403 上的第一狭槽428重新接合，从而将弹簧座430固定在限定第二扭矩负载的第二旋转位置中。
111.在一些非限制性示例中，扭转弹簧402可以施加在大约5nm 到大约200nm之间的扭矩负载。在其它非限制性示例中，扭转弹簧402可以施加在大约20nm到大约100nm之间的扭矩负载。在一些非限制性示例中，扭转弹簧402可以施加在大约40nm到大约80nm之间的扭矩负载。第一狭槽428和第二狭槽434的布置可以提供弹簧套筒403和弹簧座430 之间在大约1度到大约10度之间的旋转调节。在一些非限制性示例中，狭槽可以提供大约3度到大约5度之间的旋转调节。在一些非限制性示例中，可以提供两个或更多个弹簧座430，每个弹簧座具有多个与其它弹簧座稍微偏移的狭槽，以进一步改进旋转调节能力。
112.类似地，特别参照图22的扭转弹簧组件1400，扭转弹簧1402 的预偏置可以通过将扭转弹簧1402的第一螺旋端1401联接到托架转子 1304来设置。然后，扭转弹簧1402的相对的第二螺旋端1432可以联接到弹簧座1430。然后弹簧座1430可以相对于弹簧套筒1403旋转到在扭转弹簧上提供期望的预负载的位置。此时，弹簧套筒1403上的多个第一狭槽 1428中的至少一个第一狭槽1428可以选择性地与弹簧座1430上的多个第二狭槽1434中的至少一个第二狭槽1434对齐。一旦选择性地对齐，来自第一狭槽1428和第二狭槽1434中的每一个的一个狭槽一起形成键槽，键 1435可以插入该键槽中以将弹簧套筒1403旋转地锁定到弹簧座1430。在所示的非限制性示例中，来自多个第一狭槽1428的仅一个狭槽与来自多个第二狭槽1434中的仅一个狭槽对齐。即，在弹簧座1430的任何给定旋转取向中，仅单个第一狭槽1428可以与单个第二狭槽对齐1434。
113.在一些非限制性示例中，由扭转弹簧402、1402施加的扭矩负载可取决于第一齿圈200、1200和第二齿圈206、1206之间的相对旋转偏移。即，特别参照图11，随着第一齿圈200通过旋转致动器313相对于第二齿圈206旋转地移位，联接到扭转弹簧402的第一螺旋端401的星形转子308从联接到扭转弹簧402的第二螺旋端432的弹簧座430旋转地移位 (见图8)。扭转弹簧402的第一螺旋端401和第二螺旋端432之间的旋转移位改变了从其递送的扭矩负载。这同样也适用于图22的扭转弹簧组件 1400。
114.现在参照图11和21，在一些非限制性示例中，机械定相组件 300可以机械地限制到预先限定的相位角或旋转偏移范围。在所示的非限制性示例中，齿轮毂302和托架转子304可以从最小相位角(例如，0
°
的相位角)旋转到最大的相位角(例如，60
°
的相位角，如图21所示的-30
°
到 +30
°
)。当齿轮毂302和托架转子304之间的相位角处于最小相位角时， vcr内燃机可以构造成处于高压缩比(cr)构造，而当齿轮毂302和托架转子304之间的相位角处于最大相位角时，vcr内燃机可以构造成处于低 cr构造。如上所述，由扭转弹簧402施加的扭矩负载可取决于相位角。随着相位角增加，由扭转弹簧402施加的扭矩负载也可能增加。因此，当vcr 内燃机处于高cr构造(即，处于最小相位角)时，由扭转弹簧402施加的扭矩负载可以处于最小扭矩负载，并且随着相位角朝着最大相位角增加，由扭转弹簧402提供的扭矩负载也朝着最大扭矩负载增加。在一些非限制性示例中，扭转弹簧402可以保持机械定
相组件300，使得齿轮毂302和托架转子304之间存在0
°
相角。即，扭转弹簧402构造成朝向最小相位角构造偏置定相系统10。因此，扭转弹簧402可以将vcr内燃机保持在高cr 构造中。这同样也适用于图22的扭转弹簧组件1400。
115.在本说明书中，以能够写下清楚且精确的说明的方式来描述了实施方式，但其意在、且会被理解为可对这些实施方式进行各种结合或拆分而不脱离本发明。例如，应当理解，本文中描述的所有较佳特征可应用于本文所描述的发明的所有方面。
116.由此，尽管已结合特定实施例和示例描述了本发明，但本发明不必然如此地受限制，并且各种其它实施例、示例、用途、对各实施例、示例和用途的修改和改变都包含在所附的权利要求中。本文所引用的各个专利和出版物的全部公开内容以参见的方式纳入本文，就像每个专利或出版物单独地以见方式纳入本文那样。
117.在以下权利要求中阐述了本发明的各特征和优点。