具有绕轨道运转偏心齿轮的电动相位器的制作方法

本申请涉及内燃机中的可变凸轮轴正时(vct)，并且更具体地说涉及使用渐开线齿轮的电控凸轮轴相位器。

背景技术：

内燃机包括凸轮轴，这些凸轮轴打开和闭合阀，以调节燃料和空气在发动机的燃烧腔室内的燃烧。阀的打开和闭合相对于各个事件仔细地定时，这些事件例如燃料喷射到燃烧腔室中以及在燃烧腔室中燃烧，以及活塞相对于上死点(tdc)的位置。凸轮轴经由驱动构件而由曲柄轴的旋转驱动，该驱动构件连接诸如条带或链条的这些元件。在过去，在曲柄轴的旋转和凸轮轴的旋转之间存在固定关系。内燃机现在越来越使用凸轮轴相位器，这些凸轮轴相位器改变凸轮轴旋转相对于曲柄轴旋转的相位。

存在各种不同的凸轮轴相位器设计。一些凸轮轴相位器依赖于液压流体，以调节凸轮轴相对于曲柄轴的角向位置，而另外一些由电动机致动，这些电动机使得阀的打开/闭合相对于曲柄轴旋转提前或延迟。由电动机致动的凸轮轴相位器能使用多个齿轮，以改变凸轮轴相对于曲柄轴的角向位置。例如，这些类型的凸轮轴相位器已使用谐波驱动或具有摆线齿轮齿的行星齿轮来实施，以改变凸轮轴和曲柄轴之间的角向位置。这些齿轮的摆线齿设计会影响电气致动凸轮轴相位器的性能。

由多个齿轮所使用的齿轮齿设计会使得相位器的实施更具挑战性。例如，电气控制的凸轮轴相位器使用具有摆线齿轮齿的齿轮。但是，制造摆线齿轮齿包含极为精确的公差。并且，凸轮轴相位器齿轮的操作中心和该齿轮的名义中心之间距离的改变会导致齿尖干涉。因此，能改进由电气致动的或电控凸轮轴相位器中齿轮所使用的齿轮齿的设计。

技术实现要素：

调节凸轮轴和曲柄轴之间相位的可变凸轮轴正时装置包括：第一环形齿轮，该第一环形齿轮构造成连接于凸轮轴并且绕中心轴线(x)旋转，且具有多个径向向内面向的齿轮齿，每个齿轮齿均具有渐开线齿轮齿廓；第二环形齿轮，该第二环形齿轮与第一环形齿轮轴向地隔开，且构造成接收来自曲柄轴的旋转输入并绕中心轴线(x)旋转，且具有多个径向向内面向的齿轮齿，每个齿轮齿均具有渐开线齿轮齿廓；复合行星齿轮，该复合行星齿轮具有凸轮轴行星齿轮和链轮行星齿轮，其各自径向地向外面向并且包括多个径向向外面向的齿轮齿，这些齿轮齿具有渐开线齿轮齿廓，其中，该凸轮轴行星齿轮接触第一环形齿轮，且该链轮行星齿轮接触第二环形齿轮；以及偏心轴，该偏心轴将来自电动机的旋转力连通至复合行星齿轮，以使得第一环形齿轮相对于第二环形齿轮相对地移位。

附图说明

图1是电气致动凸轮轴相位器的实施例的分解视图，该电气致动凸轮轴相位器具有带有渐开线齿轮齿廓的齿轮齿；

图2是电气致动凸轮轴相位器的实施例的另一分解视图，该电气致动凸轮轴相位器具有带有渐开线齿轮齿廓的齿轮齿；

图3是电气致动凸轮轴相位器的实施例的剖视图，该电气致动凸轮轴相位器具有带有渐开线齿轮齿廓的齿轮齿；

图4是一部分电气致动凸轮轴相位器的实施例的轮廓视图，该电气致动凸轮轴相位器具有带有渐开线齿轮齿廓的齿轮齿；

图5是具有渐开线齿轮轮廓的齿轮齿的实施例的轮廓视图；以及

图6是由电气致动凸轮轴相位器使用的复合行星齿轮的实施例的剖视图。

具体实施方式

电气致动凸轮轴相位器包括偏心轴，该偏心轴使得与链轮环形齿轮和凸轮轴环形齿轮相接触的复合行星齿轮旋转。复合行星齿轮、链轮环形齿轮以及凸轮轴环形齿轮各自包括齿轮齿，该齿轮齿具有渐开线齿轮齿廓或形状。由凸轮轴相位器齿轮所使用的渐开线齿轮齿廓可通过允许凸轮轴相位器齿轮的操作中心偏离它们的名义中心来降低噪声、振动和刺耳声，而不会偏离齿轮传动的基本定律。渐开线齿轮齿具有压力角，该压力角相对较高以避免齿尖干涉。且此外，包括在环形齿轮上的渐开线齿轮齿和复合行星齿轮上的渐开线齿轮齿的数量之间的差值会相差多于一个的齿。在过去，电气致动凸轮轴相位器已使用偏心轴来实施，该偏心轴使得具有摆线齿轮齿的行星齿轮旋转，该行星齿轮改变凸轮轴和曲柄轴之间的角向位置。这些齿轮的摆线齿设计在实施上可能具有挑战性，并且在未经精确地机加工时会影响电气致动凸轮轴相位器的性能。

在图1中示出电控凸轮轴相位器的实施例，使用电动机和偏心轴来控制该电控凸轮轴相位器。凸轮轴相位器10包括曲柄轴链轮12，该曲柄轴链轮连接于曲柄轴并且包括链轮环形齿轮14和链轮轴承16。链轮环形齿轮14包括一组向内面向的齿轮齿18，每个齿轮齿均具有渐开线齿轮轮廓。凸轮轴板20附连于凸轮轴，并且包括凸轮轴环形齿轮22，该凸轮轴环形齿轮包括单独的一组向内面向的齿轮齿24。凸轮轴环形齿轮22的齿轮齿24的每个也具有渐开线齿轮轮廓。复合行星齿轮26使用两组向外面向的齿轮齿，每个向外面向的齿轮齿均与凸轮轴环形齿轮22和链轮环形齿轮14接合。向外面向的齿轮齿各自具有渐开线齿轮轮廓。偏心轴28连接于曲柄轴链轮12或凸轮轴板20，以使得偏心轴28的一部分绕轴线(x)旋转。偏心轴28还沿着偏心轴线(ex)连接于复合行星齿轮26。曲柄轴链轮12和凸轮轴板20各自绕轴线(x)旋转。偏心轴28的一部分由电动机30根据期望定相绕轴线x旋转地驱动，以使得复合行星齿轮26绕偏心轴线ex旋转。

操作电动机30以使得输出轴32以与曲柄轴链轮12相同的速度来旋转偏心轴28，从而维持凸轮轴相对于曲柄轴的现有角向位置。相对于曲柄轴链轮12旋转的速率来改变输出轴32旋转的速率改变凸轮轴相对于曲柄轴的角向位置(也称为“相位”)。例如，当输出轴32比曲柄轴链轮12更快地旋转时，偏心轴28使得复合行星齿轮26相对于链轮环形齿轮14和凸轮轴环形齿轮22旋转，由此使凸轮轴板20相对于曲柄轴链轮12移位，从而使得凸轮轴相对于曲柄轴的相位提前。并且当输出轴32比曲柄轴较慢地旋转时，偏心轴28使得复合行星齿轮26相对于链轮环形齿轮14和凸轮轴环形齿轮22旋转，由此使凸轮轴板20相对于曲柄轴链轮12移位，从而使得凸轮轴相对于曲柄轴的相位延迟。

曲柄轴链轮12接收来自发动机的曲柄轴的旋转驱动输入并且绕轴线x旋转。诸如正时链条或正时条带的无端环式动力传递构件能围绕链轮12并且围绕曲柄轴环绕，以使得曲柄轴的旋转经由该构件转换为链轮12的旋转。用于在链轮12和曲柄轴之间传递旋转的其它技术也是可能的。沿着外表面，链轮12具有多个链轮齿34，用于与正时链条、与正时条带或者与其它部件匹配。如图所示，链轮12具有壳体36，该壳体从链轮齿34轴向地跨越。壳体36在壳体36内包括链轮环形齿轮14，该链轮环形齿轮从齿34轴向地且径向地向内隔开。链轮环形齿轮14包括多个向内面向的齿轮齿18和端板38，该端板至少部分地闭合链轮12的一个端部。端板38包括轴承开口40，该轴承开口大致与链轮轴承16直径相同。链轮轴承16在轴承开口40中由链轮12接纳，并且邻抵于轴承肩部44。链轮环形齿轮14的齿轮齿18可与链轮齿34和链轮轴承16轴向地偏移。

壳体36还包括端部止挡部段46，该端部止挡部段是环形形状的，并且从链轮齿34朝向凸轮轴轴向地延伸。端部止挡部段46包括相对平滑的向内面向表面48以及止挡引导件50，该止挡引导件控制凸轮轴相位器10的权限范围。止挡引导件50包括端部止挡部段46的角向部段，该角向部段相对于部段46的其它部分具有减小的轴向长度。由凸轮轴板20承载的端部止挡件可由止挡引导件50限制在相对于曲柄轴链轮12的角向运动范围内。这会在下文进行更详细地讨论。

偏心轴28包括曲柄轴部分52和行星部分54，且其中一个相对于另一个偏心。曲柄轴部分52和行星部分54能彼此偏心超过2.0毫米(mm)。在一个实施方式中，曲柄轴部分52从行星部分54偏心2.5mm，且在另一实施方式中，曲柄轴部分52从部分54偏心2.9mm。然而，也可使用其它偏心量。能改变偏心量，以使得其足够大以至恒定地实现公差内制造，但又足够小，以仍允许中心螺栓能通过偏心轴28中的轴向孔58并且将凸轮轴板20附连于凸轮轴。曲柄轴部分52和行星部分54能由肩部56分开，该肩部从偏心轴28径向地延伸。轴向孔58能从偏心轴28的链轮侧60延伸至偏心轴28的凸轮轴侧62。偏心轴28的链轮侧60上的轴向孔58能构造成接纳输出轴32的端部。输出轴能使用键接端部，该键接端部与轴向孔58中的对应键接凹槽装配在一起。曲柄轴部分52可以是基本上环形的且具有外表面，其紧密地顺应于链轮轴承16的内直径。行星部分54相对于曲柄轴部分52轴向地隔开并且偏心。行星部分54的外表面紧密地顺应于行星轴承64的内直径并且包括凹槽66，该凹槽用于接纳行星偏置构件68。行星偏置构件68能有助于将复合行星齿轮26与链轮环形齿轮14和凸轮轴环形齿轮22强制地接合。行星偏置构件68的一个端部能在凹槽66处接合偏心轴28，且构件68的另一端部能径向向外地引导力并将其引导朝向复合行星齿轮26的内表面70。凹槽66位于凸轮轴的外表面上，并且包括减小直径部段，该减小直径部段能防止行星偏置构件68移动。

链轮轴承16和行星轴承64能以各种方式实施。例如，这些轴承可以是单排深沟槽轴承、双排轴承、单排轴承和深沟槽轴承的组合、x接触或哥特式拱形轴承或滚针轴承，以识别一些可能的实施方式。并且虽然参照图1-3示出的实施方式示出了链轮轴承16和行星轴承64，但偏心凸轮轴相位器的其它实施方式可使用将偏心轴与凸轮轴板而非链轮相连接的轴承。

复合行星齿轮26包括链轮行星齿轮72和凸轮轴行星齿轮74。链轮行星齿轮72和凸轮轴行星齿轮74分别包括与链轮环形齿轮14接合的一组向外面向的链轮行星齿轮齿76以及与凸轮轴环形齿轮22接合的一组向外面向的凸轮轴行星齿轮齿78。链轮环形齿轮14的齿轮齿18和凸轮轴环形齿轮22的齿轮齿24以及复合行星齿轮26的齿轮齿76、78各自具有渐开线齿轮轮廓。渐开线齿轮齿的轮廓是圆的渐开线，以使得两个齿轮齿之间的接触在沿着作用线的位点处发生，该位点随着齿轮旋转而移动。此外，由链轮行星齿轮72使用的齿轮齿76的数量与由链轮12使用的齿轮齿18的数量相差多于一个。也就是说，凸轮轴行星齿轮74相较链轮行星齿轮72上的齿轮齿76的数量包括两个或更多个附加的齿轮齿78。在一个实施例中，凸轮轴行星齿轮74相较链轮行星齿轮72包括四个附加的齿轮齿78。由凸轮轴行星齿轮74使用的齿轮齿78的数量与由链轮12使用的齿轮齿18的数量相差多于一个，并且在一个实施例中，可相差四的数值。下文会详细地讨论这些齿以及其它齿的渐开线齿轮轮廓。

凸轮轴板20构造成附连于凸轮轴并且包括凸轮轴环形齿轮22。凸轮轴板端部80基本上闭合凸轮轴板20的一个端部，并且包括螺栓孔口82，保持螺栓84通过该螺栓孔口并且将凸轮轴联接于凸轮轴板20。虽然在该实施例中示出单个保持螺栓84，但其它实施方式也可使用多个保持螺栓。多个保持螺栓能允许使用偏心轴28的曲柄轴部分52和行星齿轮部分54之间的更大偏移。此外，凸轮轴板20包括外表面86，该外表面邻抵链轮12的向内面向表面48，以使得凸轮轴板20的外表面86相对于链轮12的向内面向表面48径向地向内。端部止挡件88能附连于凸轮轴板20的外表面86并且从该外表面径向地向外延伸。当组装凸轮轴相位器10并且凸轮轴板20的外表面86邻抵表面48时，端部止挡件88限制在止挡引导件50内，以使得限制链轮12和凸轮轴板20之间的相对旋转。在凸轮轴板20相对于链轮12旋转时，端部止挡件88在止挡引导件50内移动。凸轮轴行星齿轮74可具有小于链轮行星齿轮72的直径。并且凸轮轴行星齿轮74和链轮行星齿轮72的不同直径可对应于凸轮轴环形齿轮22和链轮环形齿轮14的不同直径。

当组装凸轮轴相位器10时，链轮12接纳链轮轴承16，且偏心轴28的链轮侧60插入在链轮轴承16的内直径内。在行星轴承64的内直径装配到行星齿轮部分54之上的同时，行星偏置构件68能插入到凹槽66中并且朝向该凹槽压缩。通过将内表面70放置到行星轴承64的外直径之上来将复合行星齿轮26附连于行星轴承64。凸轮轴板20紧邻于复合行星齿轮26装配，以使得凸轮轴环形齿轮22的齿轮齿24接触凸轮轴行星齿轮齿78，并且定位成相对于齿78径向地向外。链轮轴承16、偏心轴28、行星轴承64、复合行星齿轮26以及凸轮轴板20位于链轮壳体36内。凸轮环90能强制地装配到链轮12中的径向沟槽中，以在链轮壳体36内轴向地限制凸轮轴相位器的各元件。

参照图4-5，示出在凸轮轴行星齿轮74的齿轮齿78的渐开线齿轮轮廓接合凸轮轴环形齿轮22的齿轮齿24时这些齿轮齿的渐开线齿轮轮廓。每个齿轮齿均包括两个面。例如，齿轮齿78各自具有第一凸轮轴行星齿轮面92和第二凸轮轴行星齿轮面94。并且，齿轮齿24各自包括第一凸轮轴环形齿轮面96和第二凸轮轴环形齿轮面98。在凸轮轴环形齿轮22的齿轮齿24与凸轮轴行星齿轮74的齿轮齿78啮合时，取决于凸轮轴行星齿轮74旋转的方向，第一凸轮轴行星齿轮面92接触第一凸轮轴环形齿轮面96或者第二凸轮轴行星齿轮面94接触第二凸轮轴环形齿轮面98。第一凸轮轴行星齿轮面92\第二凸轮轴行星齿轮面94、第一凸轮轴环形齿轮面96以及第二凸轮轴环形齿轮面98各自具有渐开线齿轮轮廓，以使得它们是圆的渐开线。

在一个实施例中，针对第一凸轮轴行星齿轮面92和第二凸轮轴行星齿轮面94的压力角(α)是三十度。然而，也可使用其它压力角。一般而言，能使用大于二十五度的压力角。这些压力角是非标准的，而高于二十五度的压力角数值有助于避免行星齿轮和环形齿轮之间的齿轮齿尖干涉。压力角能与齿轮的模数成比例地改变。模数越大，能使用越小的压力角。在所示出的实施例中，第一凸轮轴行星齿轮面92和第二凸轮轴行星齿轮面94的压力角是相同的。然而，可在从动齿轮面上具有一个压力角，而在主动齿轮面上具有另一不同的压力角。这样，与压力角在两个齿轮面上相同的情形相比，可将齿轮制造成更强固，用于沿一个方向传递负载。齿轮可设计成考虑平均负载方向或者较高峰值负载的方向。例如，针对第一凸轮轴行星齿轮面92的压力角可以是27度，而第二凸轮轴行星齿轮面94可以是33度。于是，齿轮齿可以是非对称的。

参照图6，示出用于凸轮轴相位器10的复合行星齿轮26的另一实施例。链轮行星齿轮72和凸轮轴行星齿轮74在该实施方式中具有不同的齿轮宽度。例如能从图6中意识到的是，链轮行星齿轮72的齿轮宽度(ws)比凸轮轴行星齿轮74的齿轮宽度(wc)狭窄或短。这些宽度能基于一个齿轮上相对于另一个齿轮的增大负载量来限定。承载增大负载的齿轮会相对于其它齿轮具有较宽的齿轮宽度。并且齿轮宽度之间的相对关系可取决于每个齿轮所承载的相对负载。承载增大负载的齿轮宽度会较长，以使得齿轮面具有较小负载。

应理解的是，前文是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明并不局限于这里公开的特定实施例，而是仅仅由下文的权利要求所限定。此外，前文描述中包含的陈述涉及特定实施例，且并不理解成对本发明的范围或者权利要求中使用的术语定义有所限制，除非术语或措辞在上文进行了明确地限定。各种其它实施例以及对于所公开实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员会是显而易见的。所有这些其它实施例、改变以及修改均旨在落于所附权利要求的范围内。

如本说明书和权利要求中所使用的是，术语“例如”、“比如”、“例示”、“诸如”以及“之类”的术语以及动词“包括”、“具有”、“包含”和它们的其它动词形式在结合一个或多个部件或其它项目的列表使用时各自理解成开放式的，意指该列表并不被认为排除其它附加的部件或项目。其它的术语应使用它们的最宽泛合理含义来理解，除非它们用在要求不同解释的上下文中。