专利名称：机械可变凸轮轴正时装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于内燃发动机的机械或非液压可变凸轮轴正时装置。
背景技术：
可变凸轮轴正时(VCT)装置可用于改变曲轴和控制换气阀的驱动的凸轮轴凸角 之间的相位关系。总体上，相位关系的控制通过在怠速和低发动机转速下为了更好的燃料 稳定性提供较少的气门重叠并且在较高的发动机转速下为了更佳的动力和性能提供较多 的气门重叠有助于更好地管理燃料经济性、性能和排放。加压的发动机润滑油通常用于液 压驱动VCT装置。然而，与温度相关的粘性改变通常对液压驱动的VCT系统的稳定的性能 带来挑战。此外，液压驱动的VCT系统可能需要比其它情况下提供足够发动机润滑所需的 更高的油压并且相应带有更高寄生损失较大较重的油泵，导致较低的总体发动机效率和燃 料经济性。如在美国专利US 2003/0159670中揭露的用于调节凸轮轴和曲轴之间的正时的 机械驱动移相器使用蜗轮的螺线管驱动的旋转以改变凸轮轴驱动链轮和凸轮轴传动齿轮 之间的角关系。这种策略认识到带有高机械优点的蜗轮将在扭矩应用至蜗杆时旋转，但是 应用至蜗轮的恒定扭矩将不会使蜗杆旋转以使得装置能够维持选择的位置。然而，美国专 利US 2003/0159670没有认识到与气门驱动关联的动态载荷产生应用至蜗轮的动态载荷， 其能够导致蜗杆以类似于扭矩不足的螺栓能够振动松弛的方式旋转。同样，在该装置中的 蜗杆的运转所需的摆动使得在进气门和/或排气门运转期间受到凸轮轴的动态载荷时难 于保持在恒定位置并且可能需要通过驱动螺线管持续地调节。此外，内蜗轮与内环形齿轮 齿啮合带来的封装约束需要可能遇到稳定性/耐用性问题的组件较小。
实用新型内容本实用新型公开了一种用于选择性地改变内燃发动机的第一旋转轴和第二旋转 轴之间得相位关系的装置，所述装置包含第一蜗杆总成，所述第一蜗杆总成连接至所述第一旋转轴和第二旋转轴并且扭 转地预载以提供倾向于在所述第一旋转轴和第二旋转轴之间增加所述相对角益的第一扭 矩；第二蜗杆总成，所述第二蜗杆总成连接至所述第一旋转轴和第二旋转轴同时地提 供倾向于减小所述第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置的第二扭矩以使得所述第 一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置在所述旋转轴旋转期间保持为恒定；及至少一个驱动器，所述至少一个驱动器选择性地将驱动扭矩应用至所述第一蜗杆 总成和第二蜗杆总成的各自齿轮以相对于所述第二旋转轴旋转所述第一旋转轴并且改变 所述第一旋转轴和第二旋转轴之间的所述相对角位置。本实用新型包括具有多种优点的实施例。例如，本实用新型的系统提供了可用于 调节凸轮轴和曲轴之间的相位关系和/或运转进气和/或排气门的同轴凸轮轴之间的相位关系的机械的、非液压驱动的可变凸轮轴正时装置。本实用新型的实施例提供带有所需的 稳定性和耐用性的紧凑封装以使得该装置能够在不增加凸轮轴承的长度并且不增加或最 小地增加发动机总体长度的情况下实施。反向预载扭矩减小了或有效地消除了在装置的运 转期间的后冲以减小噪声和磨损。在提前/延迟机构内的摩擦锁紧在运转期间在动态载荷 下维持相关的旋转轴之间的角关系以减小或消除通过驱动装置正在进行的调节的需要。上述优点和其他优点及特征在结合附图从下面较佳实施的详细描述中更加显而 易见。
图1A和1B图示了依照本实用新型实施例的用于改变内凸轮轴和外凸轮轴之间的 相位关系的具有同轴凸轮轴的装置的代表性设置，每个汽缸盖带有一个凸轮轴。图2A和2B图示了依照本实用新型实施例的用于改变两个或多个旋转轴之间的相 位关系的装置的代表性设置，每个汽缸盖带有两个凸轮轴。图3A和3B图示了依照本实用新型实施例的用于改变常规的凸轮轴和曲轴之间的 相位关系的装置的代表性设置。图4为依照本实用新型实施例与用于改变相位关系的装置一起使用的代表性同 轴凸轮轴的顶视横截面图。图5为沿图4的同轴凸轮轴的线5-5的横截面图，说明固定的凸轮凸角。图6为沿图4的同轴凸轮轴的线6-6的横截面图，说明可变凸轮凸角。图7为依照本实用新型的用于改变相位关系的装置的一个实施例的端视图。图8为沿图7实施例的线8-8的横截面图。图9为沿图8横截面图的线9-9的横截面图。图10为沿图9横截面图的线10-10的横截面图。图11为沿图10横截面图的线11-11的横截面图。图12为沿图10横截面图的线12-12的横截面图。图13为图示具有锥形齿轮代替双重曲面齿轮的可替代实施例的横截面图。图14为图示了使用依照本实用新型的运转为常规的凸轮轴上的主移相器以选择 性地改变曲轴和凸轮轴之间的相位关系的装置的一个实施例的设置的横截面图。图15为图示了具有依照本实用新型用于改变同轴凸轮轴和曲轴之间的相位关系 的两个装置的设置的横截面图。图16为图示了驱动扭矩和对于第一扭转预载荷的应用至第一和第二蜗杆总成的 扭矩之间的关系的图表。图17为图示了在驱动扭矩和对于第二扭转预载荷的应用至第一和第二蜗杆总成 的扭矩之间的关系的图表。图18为图示了用于改变在依照本实用新型运转以提供常规气门驱动的旋转轴之 间的相位关系的装置的实施例的运转图。图19为图示了使用依照本实用新型用于改变相位关系的装置偏移一对进气门或 排气门的开启时间和关闭时间以增加气门开启持续时间。
具体实施方式
本领域技术人员应理解，参考附图中任一个说明和描述的实施例的多种特征可与 在一个或多个其它附图中的特征组合以得到未明确说明或描述的实施例。这些说明的特征 的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施会需要与本实用 新型的教导一致的特征的多种组合和修改。在说明书中使用的代表性实施例总体上涉及多 汽缸内燃发动机，其具有非液压可变凸轮正时装置以改变凸轮轴和曲轴之间和/或多组凸 轮轴凸角之间的角关系。然而，本领域技术人员应该认识到对于其它发动机/车辆技术的 类似应用或实施。图1-3图示了用于使用依照本实用新型的装置控制内燃发动机的两个旋转轴之 间的旋转相位关系的代表性设置。本领域技术人员将认识到尽管图1-3的代表性示例图示 了依照本实用新型用于改变两个凸轮轴之间和/或凸轮轴和曲轴之间的关系的装置，也存 在这种装置的其它合适应用。同样，依照本实用新型的机械移相器不限于说明的设置，取决 于特定应用和实施可使用一个或多个这种装置。在说明的代表性布置中，任何特定凸轮轴 的功能和作用可随应用或实施方式改变以运转进气门、排气门或二者。在图1A的顶视图和图1B的前视图所代表的设置中，每个汽缸盖具有单个凸轮轴 的发动机包括具有用于运转排气门的内排气凸轮轴22和用于运转进气门的外进气凸轮轴 24(反之亦然)的同轴凸轮轴。同样，直列汽缸或I型汽缸布置可包括单个曲轴20和同轴 的凸轮轴22，24，而V型布置的汽缸可包括两个汽缸盖，每个汽缸盖具有连接至单个曲轴20 的同轴凸轮轴22，24。在任一布置中，外凸轮轴24可由通过链条或皮带28连接至曲轴20 的驱动链轮26驱动。可替代地，外凸轮轴24可由液压移相器(未图示)驱动以选择性地 改变曲轴20和外凸轮轴24之间的相位关系，尽管结合依照本实用新型的机械移相器使用 液压移相器可能不会实现单独使用机械移相器的所有优点，例如低温性能、较低的油压运 转等。机械移相器30 (将在本说明书中更详细地描述)使用相对偏置的第一蜗杆总成和第 二蜗杆总成驱动内凸轮轴22以选择性地改变外凸轮轴24和内凸轮轴22之间的相位关系。图2中说明的代表性设置代表了每汽缸盖带有两个凸轮轴的双重顶置凸轮轴设 置。第一凸轮轴与均运转进气门(每个汽缸带有至少两个进气门)的第一内凸轮轴22' 和第一外凸轮轴24'相关联。第二凸轮轴与均运转排气门(每汽缸带有至少两个排气门) 的第二内凸轮轴22〃和第二外凸轮轴24〃相关联。外凸轮轴24'、24〃可通过链条28' 直接地驱动或通过定位在每个同轴凸轮轴前方的常规液压移相器(未图示)间接地驱动。 机械移相器30'、30"控制通过位于相应内凸轮轴22'、22"上的凸轮凸角运转的气门的 正时。两个气门的气门开启正时的合适的交错控制或偏离控制提供了更长的开启事件总持 续时间。相较于通常受限于在凸轮轴大约30度的总运动(或由曲轴旋转测量的60度)的 液压移相器，依照本实用新型的机械移相器对其控制范围没有内在的限制。液压移相器设 置可用于执行双重依赖可变凸轮正时，第一传动链连接至曲轴以通过第一移相器驱动凸轮 轴中一个而第二传动链在双重凸轮轴之间运转以通过第二移相器驱动另一凸轮轴。这为第 二凸轮轴提供了比使用常规的液压移相器的双重独立设置可实现的更大的相对于曲轴的 总调节范围。本实用新型的机械移相器可用于执行双重独立可变凸轮正时，其中每个凸轮 轴的移相器接收来自连接至曲轴的传动链的输入。这种机械双重独立设置对第二凸轮轴正时具有比液压双重依赖设置更大的控制范围，但是不会强制移相器中一个承载两个凸轮轴 的载荷。在图3的代表性设置中，曲轴20"驱动传动链轮32，其经由机械移相器30"连接 至常规的单件式凸轮轴40。如在图14的横截图中更好地说明，传动链轮32靠近前轴承设 置并且来自于链条28"的径向链条载荷由凸轮轴40和将悬臂载荷传递通过前轴承的相关 的轴承支撑。这种设置使用机械移相器30"以选择性地改变旋转曲轴20"和凸轮轴40之 间的相位关系。图4-6图示了与依照本实用新型用于改变第一旋转轴和第二旋转轴之间的相位 关系的装置一起使用的代表性同轴凸轮轴。在这种设置中，外凸轮轴70在一个直径上承载 可调节凸轮凸角76和凸轮凸角78(图5中最佳地显示)以确保同心并且承载相关的气门 驱动载荷。内凸轮轴72承载来自气门开启力的最小的载荷或没有载荷，但是提供了驱动可 调节凸轮凸角76所需的扭矩。内凸轮轴72在任一端处支撑于两个轴衬(未图示)上。固 定的凸轮凸角79通过定位螺钉刚性连接至外凸轮轴70，或者凸轮轴70可下沉入固定的凸 轮凸角。可调节的凸轮凸角76经由在它们内直径范围内的轴衬(未图示)在外凸轮轴70 上自由旋转。可调节凸轮凸角76由内凸轮轴72通过穿过外轴70中的槽连接的定位销82 驱动。在运转期间，如本文说明和描述的可变凸轮正时装置可用于改变外凸轮轴70和内凸 轮轴72之间的相位关系。图7-12图示了依照本实用新型用于选择性地改变内燃发动机的第一旋转轴和第 二旋转轴之间的相对角位置的实施例。装置100包括经由蜗杆支架160连接至第一旋转 轴110、并且经由齿轮132连接至第二旋转轴112、并且扭转地预载以提供第一扭矩以增加 第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置的第一蜗杆总成102，以及连接至第一旋转轴 110和第二旋转轴112并且相对于第一蜗杆总成102扭矩地预载以同时地提供第二扭矩倾 向于减小第一旋转轴110和第二旋转轴112之间的相对角位置的第二蜗杆总成104，这样移 除了两个旋转轴之间的后冲和自由扭转并且第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置 在旋转轴的旋转期间只要它们的角相位未被调节则仍然保持恒定。至少一个驱动器作用在 后半轴齿轮116和前半轴齿轮118上并且选择性地将驱动扭矩应用至第一蜗杆总成102和 第二蜗杆总成104的各自的齿轮120、122以使第二旋转轴112相对于第一旋转轴110旋转 并且改变第一旋转轴110和第二旋转轴112之间的相对角位置。在一个实施例中，装置110安装至具有外凸轮轴110和内凸轮轴112的同轴凸轮 轴的后面。前半轴板130通过电子束焊接至外凸轮轴110的后端。蜗轮132焊接至通过松 动配合设置于外凸轮轴110内的管134，并且紧密压至朝向内凸轮轴112的后端的直径变小 部分136。螺钉140接合内凸轮轴112内的相应的螺纹(未图示)并且抵靠内凸轮轴112 的直径变小部分136形成的肩部夹住垫圈142和管134。通过花键界面或穿过管134和内 凸轮轴112的销钉(未图示)提供额外的扭矩运载能力。取决于具体应用和实施，共用销 钉可用于将凸轮凸角和管134连接至内凸轮轴112。如在图8-9的横截面图最佳图示，蜗杆支架总成150包含第一蜗杆总成102和第 二蜗杆总成104。支架总成150包括围绕穿过管134连接至内凸轮轴112的蜗轮132组装 的支架160。四个平头螺钉或铆钉162、164、166、168将支架160的两半固定在一起以包含 蜗杆总成102、104。四个额外的平头螺钉或铆钉182、184、186、188穿过后半轴板190，穿过支架160并进入前半轴板130经由前述的电子束焊接将支架总成150连接至外凸轮轴110。 驱动器(其在本实施例中包括前半轴齿轮118和后半轴齿轮116)包括与蜗杆小齿轮120， 122啮合接合的齿并且被以约束侧齿轮116、118的前/后和径向运动，但允许每个侧齿轮 116,118绕凸轮轴110、112的轴线旋转的方式分别捕获在支架160和前半轴板130和后半 轴板190之间，同时将扭矩传递至蜗杆小齿轮120，122或从其传离。侧齿轮116、118和蜗 杆小齿轮120、122之间的啮合接合在图10的横截面图中最佳图示。在图7-12所示的实施例中，蜗杆小齿轮120、122的轴线和侧齿轮116、118的轴线 没有彼此相交。同样，蜗杆小齿轮120、122和对接的侧齿轮116、118以准双曲轴齿轮的设 计构造，其类似于在许多发动机前置后轮驱动的车辆的后轴中使用的齿轮。如在图10-12 的横截面中最佳图示，蜗杆小齿轮120、122具有至各自蜗杆轴206、210的松动配合并且将 扭矩传递至具有接合至小齿轮120的端部的槽226内的刀片224的套管轴夹具220。在本 实施例中该套管轴夹具220依次将扭矩传递至套管轴230执行的扭矩元件。套管轴230穿 过蜗杆轴206的长度，并且扭矩由在蜗杆轴210相对端处的另一个套管轴夹具220'接收。 每个套管轴夹具通过一对定位螺钉226连接至套管轴230。在定位螺钉紧固时，通过扭曲 和固定延伸出夹具220和220'的套管轴的端部将扭转预载加载至套管轴。第二套管轴夹 具220'也具有将扭矩传递至蜗杆轴206的相应端部上的驱动凸耳240' ,242'。当套管 轴230达到一定水平的扭矩负载时，套管轴的弹性变形允许套管轴夹具230相对于蜗杆轴 206旋转以使得刀片224接触小齿轮端部处的蜗杆轴206的驱动凸耳240，242并且在接触 处传递扭矩。蜗杆260固定至蜗杆轴206以使得蜗杆轴206的旋转导致蜗杆260旋转以及 蜗杆齿轮132的旋转，这样内凸轮轴112相对于蜗杆支架总成150和外凸轮轴110旋转。在运转中，在发动机控制模块控制下的驱动器将摩擦阻力应用至前半轴齿轮118 导致其相对于外凸轮轴110和蜗杆支架总成150向后旋转。相对运动导致蜗杆小齿轮120、 122将各自的蜗杆260、260'以从每个蜗杆总成的蜗杆小齿轮端观看的顺时针方向旋转。 因为蜗杆260、260'都具有右螺纹，蜗杆260、260'的顺时针旋转将导致内凸轮轴112在相 对于外凸轮轴110由箭头270指示的旋转方向上前进或移动。类似地，当在发动机控制模 块控制下的驱动器将摩擦阻力应用至后半轴齿轮116导致后半轴齿轮116相对于外凸轮轴 110和蜗杆支架总成150向后旋转，该相对运动导致蜗杆260、260'的逆时针旋转以将内凸 轮轴112相对于外凸轮轴110延迟。在发动机运转期间，随着外凸轮轴110和内凸轮轴112旋转以驱动通过凸轮从动 件和相应凸轮凸角连接的气门，凸轮凸角对从动件上的作用产生外凸轮轴110和内凸轮轴 112之间振动扭转载荷。同样，需要减小或消除装置内的后冲以防止噪音和磨损并且当没 有驱动扭矩应用至后半轴齿轮116或前半轴齿轮118时在旋转轴之间维持所需的相位关 系。依照本实用新型的一个方面，这通过在两个蜗杆总成102、104上具有相反扭矩预载荷 实现。当可变凸轮正时装置正在以没有提前或延迟的稳态旋转时，蜗杆总成102在试图提 前内凸轮轴112的方向上扭转地预载或偏置，而蜗杆总成104具有试图延迟内凸轮轴112 的相反预载或偏置。因为蜗杆260，260'具有相对细小的螺距，应用至蜗杆的扭矩能够产生 蜗轮132的旋转。然而，相反的情况不会产生移动，即因为蜗轮132和蜗杆260、260'之间 的摩擦锁紧，应用于蜗轮132的扭矩将不会产生蜗杆260、260'的旋转，只要蜗杆具有任何 大小的抗扭矩。蜗杆小齿轮120、122和相关的蜗杆轴206、210之间的扭矩预载分别通过相应的套管轴230传递。在稳态情况下，蜗杆总成102具有其套管轴230上的顺时针预载，并 且蜗杆总成104具有其套管轴230'上的逆时针预载。图13图示了支架总成150'的可替代实施例，支架总成150'具有中间齿轮总 成300、302，其一端分别与相应的蜗杆小齿轮120' ,122'啮合接合，且相对端与由参考图 7-12中图示的实施例描述的前半轴齿轮和后半轴齿轮执行的驱动齿轮啮合接合。中间齿轮 总成300、302定位为轴线与相应的小齿轮120和122'的轴线以及前半轴驱动齿轮和后半 轴驱动齿轮的共用轴线相交，这样可使用锥齿轮而非准双曲面齿轮。图14为用于例如在图3的图表中说明的常规凸轮轴40的机械移相器30"‘的 横截面视图。凸轮轴40包括凸轮凸角以运转相应的进气门/排气门并且在其相对于凸轮 轴传动链32的相位调节范围上没有机械限制。凸轮轴传动链32可以任何合适的方式连接 至后半轴板190'，或与其一起一体成形。外短轴134'固定至后半轴板190'并且与靠近 前轴承324设置的链轮32 —起旋转。通过链轮32施加的径向链条载荷通过多种其它轴承 (例如第二凸轮轴轴承326)支撑以将机械移相器和链轮总成的悬臂载荷执行通过前轴承 324。在运转期间，第一轴向驱动器320选择性地将摩擦阻力矩应用至后半轴齿轮116'以 相对于链轮32和曲轴20"(图3)延迟凸轮轴40的旋转，如参考图7-13的实施例前面所 描述的。类似的，相对于链轮32和曲轴20"(图3)提前凸轮轴40的旋转，第二轴向驱动 器322选择性地将摩擦阻力矩应用至前半轴齿轮118'。取决于具体应用和实施，第一和第 二驱动器或制动器320、322可安装至发动机前罩或其它静止部件。图15为依照本实用新型用于选择性地改变内燃发动机的两个或多个旋转轴之间 的相位关系的另一设置的横截面图。在图15的设置中，第一(前)装置30"‘控制内同轴 凸轮轴112'相对于传动链轮32的相位关系，而第二(后)装置100'控制外同轴凸轮轴 110'相对于内同轴凸轮轴112'的相位关系。类似于图14中图示的设置，图15的设置消 除了任何液压移相器的使用，其可有助于使用更小的油泵和更低的工作油压。现主要参考图16-17，显示了说明用于改变内燃发动机的两个旋转轴之间的相位 关系的装置的运转图表。图16-17的图表说明了由施加至前半轴齿轮116或后半轴齿轮 上118的阻力矩提供的驱动扭矩如何转换为扭矩地预载的蜗杆总成102、104上以旋转蜗轮 132的扭矩。水平轴说明了应用至半轴齿轮以提前或延迟旋转轴的相对旋转的代表性驱动 或摩擦阻力。垂直轴说明了倾向于相对于外凸轮轴110提前或延迟内凸轮轴112的蜗杆总 成102、104上的相应扭矩的代表性数值。在图16的图表中说明的实施例中，套管轴总成被 预载以使得扭转元件(在代表性实施例中由套管轴230执行)不会受到反向的扭矩方向。 相反，对于在图17的图表中说明的实施例，套管轴总成具有带有使得扭转元件受到相反的 扭矩方向的较低预载的扭转元件。在图16的图表中，作为应用至前半轴齿轮118或后半轴齿轮116的力的函数，线 400代表应用至蜗杆总成102的扭矩之间的关系，线402代表应用至蜗杆总成104的扭矩之 间的关系。如图16-17的图表所说明，向图示右手边移动代表增加前半轴齿轮118上的摩擦 阻力或驱动力，而向左移动代表增加后半轴齿轮116上的摩擦阻力。向上移动代表蜗杆总 成上的相应扭矩试图提前内凸轮轴112的扭矩，且向下移动代表试图延迟内凸轮轴112的 扭矩。当半轴齿轮116和118均不具有摩擦阻力或驱动力时，分别通过预载的套管轴230、 230'应用至蜗杆260、260'的扭矩彼此平衡。蜗杆总成102被向着提前蜗轮132偏置，而蜗杆总成104被向着延迟蜗轮132偏置。在驱动期间，当高达10牛顿的摩擦阻力施加至如在408处指示的前半轴齿轮118 时，前半轴齿轮118和两个蜗杆小齿轮120、122旋转。蜗杆总成102的套管轴230受到增 加的顺时针扭矩，并且蜗杆总成104的套管轴230'受到减小的逆时针扭矩。然而，直到应 用至蜗杆总成104的逆时针扭矩在410和412之间经历零值，并最终至如在414处指示的顺 时针方向，蜗杆260、260'任一个都不能转动，并且不会发生蜗轮132提前。随着前半轴齿 轮上的摩擦阻力增加超过10牛顿时，蜗杆总成104的小齿轮端部处的套管轴夹具刀片224 接触蜗杆轴的端部上的驱动凸耳240、242，并且套管轴230的预载离开至蜗杆总成104。在 这一点上，应用至蜗杆260'的扭矩能够反向为顺时针方向。然而，在前半轴齿轮118能够 将顺时针扭矩应用至蜗杆总成104之前，前半轴齿轮118必须行进额外的量以去除前半轴 齿轮118和蜗杆小齿轮122之间的后冲。前半轴齿轮118的这种额外的旋转导致额外的顺 时针扭矩至蜗杆总成102的套管轴230。当前半轴齿轮118去除任何后冲时，前半轴齿轮 118的任何额外的旋转将顺时针扭矩传至蜗杆总成104。当蜗杆总成102、104受到总体上如图16的区域414所指示的顺时针扭矩时，提前 扭矩应用至蜗轮132。因为与进气门和/或排气门的运转关联的凸轮轴的动态扭矩可能大 大高于由蜗杆总成102，104应用至蜗轮132的扭矩，内凸轮轴112仅能够在已经试图提前 内凸轮轴112的动态扭矩载荷的部分期间被提前。在其它时间，当凸轮作动的动态载荷试 图延迟内凸轮轴112时，蜗杆总成102、104不能够提前蜗轮132，但是具有足够的机械效率 或摩擦锁紧以将其固定防止延迟。图16中的图表的左手侧代表后半轴齿轮116上的驱动力或摩擦阻力并且以如上 述蜗杆总成102，104反转以延迟内凸轮轴112的作用/运转类似的方式运转。图17的图表说明了具有比图16中说明的实施例更小的套管轴230、230'的扭矩 预载的实施例的运转。线500代表作为蜗杆总成102的驱动力的函数的蜗杆总成扭矩，而 线502代表作为蜗杆总成104的驱动力的函数的蜗杆总成扭矩。通过较小的扭转预载，由 套管轴230、230'执行的扭转元件在相应的套管轴夹具刀片224接触蜗杆轴的小齿轮端处 的蜗杆轴驱动凸耳240、242之前受到在扭矩方向上的反转。取决于具体应用和实施，图17 的图表中说明的设置可允许装置更快的响应并且提供比在图16的图表中说明的实施例更 快的提前或延迟速度。图18-19为说明使用依照本实用新型用于选择性地改变两个或多个旋转轴之间 的相位关系的装置的代表性可变凸轮正时应用的排气门运转的图表。线520代表定位于代 表性汽缸内在上止点(TDC)和下止点(BDC)之间移动的活塞。图18的图表描绘了依照本实用新型带有类似于常规凸轮轴如何运转的基线气门 正时图的机械可变凸轮正时装置的运转。线522代表每个汽缸的一个或多个排气门随着它 们相对于活塞位置线520基本上同时开启和关闭的位置或位移。线524代表一个或多个进 气门随着它们相对于活塞位置线520基本上同时开启和关闭的位置或位移。图19的图表说明了使用依照本实用新型的机械可变凸轮正时装置与运转每个汽 缸的四个气门的同轴凸轮轴组合如何增加进气门/排气门开启事件的持续时间。线530代 表第一排气门的位置或位移，而线532代表在相同汽缸的第二排气门的位置或位移。线534 代表第一进气门的位置或位移，而线536代表在相同汽缸的第二进气门的位置或位移。如图19的图表中所说明，可使用依照本实用新型以选择性地改变曲轴(如由活塞位置表示 的)和凸轮轴之间相位关系的机械装置以相对于如图18描绘的基线正时增加总体气门开 启次数。如图1-19所说明，依照本实用新型用于改变内燃发动机内的第一和第二旋转轴 之间的相对旋转相位的方法包括偏置第一蜗杆总成102以在第一轴110和第二轴112之间 应用顺时针放置偏置扭矩，并且偏置第二蜗杆总成104以在第一轴110和第二轴112之间 应用逆时针旋转的偏置扭矩以在稳态旋转期间(即不是在相位改变驱动期间)在第一轴和 第二轴之间维持旋转相位。在相位改变驱动期间，通过前半轴齿轮116和相应的蜗杆小齿 轮120，122将驱动扭矩应用至第一蜗杆总成102和第二蜗杆总成104以在轴在旋转时通过 相对于轴110提前轴112的旋转来选择性地改变旋转的相位。同样，本实用新型的系统和方法提供了机械的、非液压驱动的可变凸轮轴正时装 置，其可用于调节内燃发动机的两个旋转轴之间的相位关系。多种实施例具有调节凸轮轴 和曲轴之间的相位关系和/或运转进气和/或排气门的同轴凸轮轴之间的相位关系的可变 凸轮正时装置。本实用新型的实施例提供带有所需的稳定性和耐用性的紧凑封装以使得该 装置能够在不增加凸轮轴承的长度并且不增加或最小地增加发动机总体长度的情况下实 施。反向预载扭矩减小了或有效地消除了在装置的运转期间的后冲以减小噪声和磨损。在 提前/延迟机构内的摩擦锁紧在运转期间在动态载荷下维持相关的旋转轴之间的角关系 以减小或消除通过驱动装置正在进行的调节的需要。尽管已经详细描述了较佳实施例，本领域技术人员应该认识到在下面权利要求的 范围内的多种可替代设计和实施例。尽管已经以提供相对于其它实施例在一个或多个所需 特性上提供了优点或优于其它实施例描述了多种实施例，本领域技术人员意识到取决于具 体应用和实施可能妥协一个或多个特性以实现所需的系统属性。这些属性包括但不限于成 本、强度、耐用性、寿命周期成本、市场化、外观、封装、尺寸、维修保养性、重量、制造性、易于 组装等。描述为在一个或多个特性上较其它实施例或现有技术实施较不受欢迎的本文讨论 的实施例也在本实用新型的范围之内并且对于特定应用是所需的。
权利要求一种用于选择性地改变内燃发动机的第一旋转轴和第二旋转轴之间相对角位置的装置，其特征在于，所述装置包含第一蜗杆总成，所述第一蜗杆总成连接至所述第一旋转轴和第二旋转轴并且扭转地预载以提供倾向于在所述第一旋转轴和第二旋转轴之间增加所述相对角位置的第一扭矩；第二蜗杆总成，所述第二蜗杆总成连接至所述第一旋转轴和第二旋转轴同时地提供倾向于减小所述第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置的第二扭矩以使得所述第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置在所述旋转轴旋转期间保持为恒定；及至少一个驱动器，所述至少一个驱动器选择性地将驱动扭矩应用至所述第一蜗杆总成和第二蜗杆总成的各自齿轮以相对于所述第二旋转轴旋转所述第一旋转轴并且改变所述第一旋转轴和第二旋转轴之间的相对角位置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一蜗杆总成被扭转地预载以提供在 大小上基本相等并相对于所述第二蜗杆总成的第二扭矩的反向的第一扭矩。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一蜗杆总成被扭转地预载以提供倾 向于相对于所述第二旋转轴提前所述第一旋转轴的旋转的第一扭矩，其中所述第一扭矩大 于所述第二蜗杆总成的所述第二扭矩。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包含固定用于与所述第一旋转轴一起旋转的蜗杆支架总成；固定用于与所述第二旋转轴一起旋转的蜗轮；其中所述第一蜗杆总成和第二蜗杆总成包括分别在所述蜗杆支架总成内旋转并与所 述蜗轮啮合接合的第一蜗杆和第二蜗杆。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述至少一个驱动器包含第一驱动器，所述第一驱动器用于施加所述驱动扭矩以在第一方向上旋转所述第一蜗 杆总成和第二蜗杆总成的各自齿轮以相对于所述第一旋转轴提前所述第二旋转轴的旋转； 及第二驱动器，所述第二驱动器用于施加所述驱动扭矩以在第二方向上旋转所述第一蜗 杆总成和第二蜗杆总成的各自齿轮以相对于所述第一旋转轴延迟所述第二旋转轴的旋转。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴被固定用于与蜗杆支架总 成一起旋转，且所述第二旋转轴被固定用于与蜗轮一起旋转，所述第一蜗杆总成和第二蜗 杆总成被固定在所述蜗杆支架总成内，且其中每个蜗杆总成包含蜗杆，所述蜗杆被固定用于与所述蜗杆支架总成内旋转的蜗杆轴一起旋转；及蜗杆小齿轮，所述蜗杆小齿轮绕所述蜗杆轴设置并且通过扭转元件连接至蜗杆轴以扭 转地预载所述蜗杆总成，每个蜗杆小齿轮接合所述至少一个小齿轮驱动器以分别通过所述 蜗杆支架总成和蜗轮提供作用在所述第一旋转轴和第二旋转轴上的反向扭转预载。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述扭转元件包含套管轴，所述套管轴延伸穿过所述蜗杆轴并且具有固定至第一端部的第一刀片和固定 至第二端的第二刀片，其中所述第一刀片被固定以与所述蜗杆小齿轮旋转，所述蜗杆小齿 轮连接至所述至少一个小齿轮驱动器以使得当所述驱动器没有正在施加驱动扭矩时所述 第二刀片在所述蜗杆轴的所述第二端处接合至少一个驱动凸耳，并且仅当所述至少一个驱 动器施加所述驱动扭矩时所述第一刀片在所述蜗杆轴的第一端处接合至少一个驱动凸耳。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴包含发动机曲轴，且所述第 二旋转轴包含发动机凸轮轴。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一旋转轴和第二旋转轴包含凸轮轴。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述凸轮轴包含同轴凸轮。
专利摘要本实用新型公开了一种用于选择性地在内燃发动机的第一旋转轴和第二旋转轴之间改变相位关系的装置。其中，第一旋转轴被固定以与蜗杆支架总成一起旋转，且第二旋转轴被固定以与蜗轮一起旋转。该装置包括设置用于在蜗杆支架总成内旋转并且具有反向旋转的扭转预载并与蜗轮啮合的第一蜗杆和第二蜗杆。驱动器在第一方向上转动第一蜗杆和第二蜗杆以相对于第一旋转轴提前第二旋转轴的旋转并且在第二方向上转动第一蜗杆和第二蜗杆以相对于第一旋转轴延迟第二旋转轴的旋转。本实用新型优点在于提供了可用于调节凸轮轴和曲轴之间的相位关系和/或运转进气和/或排气门的同轴凸轮轴之间的相位关系的机械的、非液压驱动的可变凸轮轴正时装置。
文档编号F01L1/34GK201614949SQ20102000260
公开日2010年10月27日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月9日
发明者阿尔文·亨利·伯杰 申请人:福特全球技术公司