專利名稱：具有可變凸輪移相器的閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，且更具體地涉及閥裝置，所述閥裝置具有可變凸輪移相器，用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)凸輪軸的相位。
背景技術(shù)：
如公知的那樣，可變凸輪移相器用于在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)基于發(fā)動機(jī)的參數(shù)相對于曲軸定時(shí)改變凸輪凸角(閥提升事件)定時(shí)。從而，可以在發(fā)動機(jī)操作特性的不同區(qū)域獲得燃料消耗和排氣排放物的最佳值。改變閥定時(shí)的精致方式是通過相對于其驅(qū)動構(gòu)件(通常是分別經(jīng)由鏈、帶齒皮帶連接到曲軸的鏈輪或皮帶輪)旋轉(zhuǎn)凸輪軸而實(shí)現(xiàn)。存在能夠?qū)崿F(xiàn)此的各種凸輪移相器。常規(guī)凸輪移相器采用液壓致動器，其使用高壓油來允許驅(qū)動構(gòu)件和從動構(gòu)件之間的相對角向位移。不幸的是，由于油的溫度相關(guān)粘度變化，液壓系統(tǒng)在極端溫度下難以操作，尤其是在發(fā)動機(jī)啟動期間在油冷時(shí)。為了避免這種問題，凸輪移相器的更近設(shè)計(jì)采用電動致動器，以允許它們安裝在凸輪軸一端的配置。凸輪移相器通常具有同軸輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件，輸入構(gòu)件聯(lián)接到發(fā)動機(jī)鏈輪以用作驅(qū)動構(gòu)件，而輸出構(gòu)件聯(lián)接到凸輪軸。實(shí)踐中，鏈輪通常包括具有帶齒部分的延伸部分，所述帶齒部分與形成凸輪移相器輸入構(gòu)件的小齒輪嚙合，輸出構(gòu)件直接螺紋連接到凸輪軸端部。電動致動的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件驅(qū)動地連接，從而允許輸出軸的選擇性角向調(diào)節(jié)，同時(shí)保持輸入構(gòu)件和輸出構(gòu)件之間的驅(qū)動接合。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通?？砂ㄐ行驱X輪系統(tǒng)或諧波傳動(harmonic drive)形式的齒輪箱設(shè)置。因而，電驅(qū)動凸輪移相器包括相對復(fù)雜的齒輪箱/減速器設(shè)置，其必須非常小心和精確地制造以避免齒輪的鎖定和斷裂。此外，由鏈輪直接加載的凸輪移相器經(jīng)受重大的機(jī)械應(yīng)力，且這是許多凸輪移相器快速磨損和/或斷裂的原因。例如，US 6，328，006描述了具有諧波傳動的凸輪移相器。另一方面，US 6，981，478 描述了具有行星齒輪系統(tǒng)的凸輪移相器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種對來自于鏈輪的機(jī)械負(fù)載較不敏感的可變凸輪移相器的可選設(shè)計(jì)。這通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可變凸輪移相器的閥裝置實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥裝置，所述閥裝置包括凸輪軸和可變凸輪移相器，所述可變凸輪移相器安裝到凸輪軸，用于驅(qū)動凸輪軸，其中，發(fā)動機(jī)包括曲軸， 所述曲軸通過與凸輪軸同軸的驅(qū)動構(gòu)件將驅(qū)動扭矩提供給可變凸輪移相器。所述可變凸輪移相器包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到驅(qū)動構(gòu)件的輸入軸和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到凸輪軸且與輸入軸同軸的輸出軸。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將輸入軸和輸出軸驅(qū)動地連接，且配置成允許輸入軸和輸出軸選擇性地角向調(diào)節(jié)，同時(shí)保持輸入軸和輸出軸之間的驅(qū)動接合，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電動致動器，用于選擇性地操作輸入軸和輸出軸之間的角向調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的重要方面，所述輸入軸和輸出軸經(jīng)由相應(yīng)的不易旋轉(zhuǎn)的 (rotationally stiff)柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接到曲軸和凸輪軸。因而，本發(fā)明提供這樣一種凸輪移相器設(shè)計(jì)，其中，避免分別在凸輪移相器和鏈輪以及凸輪軸之間的接口處的常規(guī)剛性連接，這減少或避免從曲軸到凸輪移相器的機(jī)械振動、張力和負(fù)載的傳輸。這將因而確保凸輪移相器的更可靠和更長操作。閥裝置因而有利地設(shè)計(jì)，使得所有凸輪移相器部件位于不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)的同一側(cè)上，即，凸輪移相器那一側(cè)。因而，在凸輪移相器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和鏈輪或凸輪軸之間沒有直接剛性連接，從而避免強(qiáng)的機(jī)械張力。措辭“柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)”在本文常規(guī)地使用，以表示能夠傳輸扭矩同時(shí)允許一定徑向和軸向以及角向不對齊的聯(lián)接裝置。然而，重要的是，定時(shí)可不以未受控方式變化，從而柔性聯(lián)接裝置必須是不易旋轉(zhuǎn)的(即，聯(lián)接裝置不能扭轉(zhuǎn)(torsionally rigid)，因而在扭矩傳輸方向不是柔性的)。不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接裝置的許多設(shè)計(jì)可以用于驅(qū)動構(gòu)件到輸入軸以及輸出軸到凸輪軸的聯(lián)接裝置，如果需要可以進(jìn)行一些調(diào)整。聯(lián)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇可根據(jù)要傳輸?shù)呐ぞ貙?shí)際強(qiáng)度和許可尺寸來進(jìn)行。在優(yōu)選實(shí)施例中，即由于緊湊性原型，不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)實(shí)施為曲線齒聯(lián)接裝置。因而，輸入軸或驅(qū)動軸中的一個(gè)可以在其內(nèi)部或外部周邊處設(shè)置有具有彎曲端部的軸向延伸齒，其與在輸入軸或驅(qū)動軸中的另一個(gè)的外部或內(nèi)部周邊上的介于中間的花鍵齒接合。類似地，所述輸出軸或凸輪軸中的一個(gè)在其內(nèi)部或外部周邊處包括具有彎曲端部的軸向延伸齒，其與在輸出軸或凸輪軸中的另一個(gè)的外部或內(nèi)部周邊上的介于中間的花鍵齒接合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這種聯(lián)接裝置允許不能扭轉(zhuǎn)的扭矩傳輸聯(lián)接裝置，其允許一定程度的不對齊或端部移動(即，一些徑向/角向和軸向移位)。但是，可以可選地使用其它類型的不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接裝置，例如但不是窮舉 Oldham聯(lián)接裝置、萬向接頭等。關(guān)于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，多種設(shè)計(jì)在此也是可能的，但是諧波傳動或周轉(zhuǎn)/行星齒輪系統(tǒng)通常用于該功能。例如，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以包括行星齒輪系統(tǒng)，具有聯(lián)接到輸入軸的齒圈、能由電動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的太陽輪以及由聯(lián)接到輸出軸的行星架支撐的行星齒輪。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，其它配置的行星齒輪系統(tǒng)也是可能的。優(yōu)選地，凸輪軸在其前端包括適配器部分，所述凸輪移相器輸出軸聯(lián)接到所述適配器部分。凸輪移相器有利地設(shè)置在殼體中，使得其可以作為獨(dú)立式裝置處理，簡單地具有與鏈輪和凸輪軸相接的一對同軸輸入軸和輸出軸。優(yōu)選地，凸輪移相器借助于環(huán)繞其殼體的環(huán)狀橡膠塊體固定。這種橡膠塊體吸收小的尺寸變化(例如，不對中和不對齊)，且允許凸輪移相器的軸向鎖定，尤其是在使用曲線齒聯(lián)接裝置時(shí)。復(fù)位彈簧系統(tǒng)可以與凸輪移相器相連，以確保凸輪移相器復(fù)位到預(yù)定位置。同樣，行程限制器系統(tǒng)可以與凸輪移相器相連，以避免凸輪軸和因而閥定時(shí)的過多角向修正。各種設(shè)計(jì)的行程限制器是本領(lǐng)域已知的，且可以容易地調(diào)整以與該凸輪軸一起操作。此外，該凸輪移相器可包括用以確定凸輪軸的角向位置的相位檢測器，以及用以根據(jù)由發(fā)動機(jī)控制單元提供的相位信息基于發(fā)動機(jī)參數(shù)操作電動致動器的電子控制單元。本發(fā)明還涉及配備有該閥裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。


現(xiàn)在將參考附圖通過示例的方式描述本發(fā)明，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的附連到閥裝置的凸輪軸端部的凸輪移相器的優(yōu)選實(shí)施例的截面圖；和
圖2是驅(qū)動構(gòu)件/輸入軸和輸出軸/凸輪軸適配器之間的聯(lián)接裝置的示意性分解圖以及軸向剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出了該閥裝置10的優(yōu)選實(shí)施例，其中，可變凸輪移相器12安裝在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的凸輪軸14的前端部處。在這種閥裝置中，凸輪軸常規(guī)地包括與氣缸閥(未示出)相互作用的多個(gè)凸輪(未示出)，如公知的那樣。常規(guī)地，作為從動構(gòu)件的凸輪軸14包括適配器部分16，適配器部分16固定地附連到凸輪軸14前端部，例如借助于螺紋(未示出)通孔 18(或者適配器部分16可以與凸輪軸14整體形成)。附圖標(biāo)記20表示鏈輪，鏈輪與凸輪軸 14同軸且通過軸頸軸承19可旋轉(zhuǎn)地安裝到凸輪軸適配器部分16上。鏈輪20以本身已知的方式經(jīng)由帶齒傳動帶或鏈22由發(fā)動機(jī)的曲軸(未示出)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動，且將驅(qū)動扭矩提供給凸輪移相器12。軸頸軸承19優(yōu)選由通過適配器部分16內(nèi)的通道分配的油潤滑，其來自于凸輪軸，如本領(lǐng)域已知的那樣。凸輪移相器12包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到鏈輪20 (形成驅(qū)動構(gòu)件)的輸入軸M和經(jīng)由其適配器部分16可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到凸輪軸14的輸出軸26。凸輪移相器12實(shí)際上在鏈輪20 和凸輪軸14之間提供這樣的連接，其允許凸輪軸14相對于鏈輪20相對角向調(diào)節(jié)，同時(shí)保持它們之間的驅(qū)動接合，如下文所述。更具體地參考凸輪移相器12的結(jié)構(gòu)，其在此設(shè)計(jì)為具有殼體觀的獨(dú)立式裝置，在殼體中容納DC電動馬達(dá)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。電動馬達(dá)包括外部電磁定子30和與轉(zhuǎn)子軸34整體形成的磁性轉(zhuǎn)子32，轉(zhuǎn)子軸34由設(shè)置在分隔壁40的通孔38中的一對球軸承36可旋轉(zhuǎn)地支撐。在該變體中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用行星齒輪系統(tǒng)的形式，其具有帶有內(nèi)部齒44的齒圈構(gòu)件42，齒44與一組四個(gè)行星齒輪46 (僅僅示出其中兩個(gè))協(xié)作。行星齒輪46安裝在行星架48上，且還與固定地安裝到轉(zhuǎn)子軸34上的太陽輪50嚙合接合。從圖1可以看出，齒圈構(gòu)件42由固定在殼體觀的肩部部段M中的滾柱軸承52可旋轉(zhuǎn)地支撐。行星齒輪46在此設(shè)計(jì)為兩級齒輪，即，它們具有與內(nèi)部齒圈42的齒44接合的第一外齒56以及與太陽輪 50的外齒60嚙合的第二外部齒58。行星齒輪由附接到行星架48的銷62可旋轉(zhuǎn)地支撐， 其本身能相對于太陽輪50旋轉(zhuǎn)且與輸出軸沈旋轉(zhuǎn)地整體形成。還可以注意到，輸入軸M和齒圈42整體形成，且輸出軸沈可旋轉(zhuǎn)地支撐在安裝到輸入軸M的內(nèi)壁上的球軸承64中。要理解的是，從鏈輪20到輸入軸M以及從輸出軸沈到凸輪軸14的扭矩傳遞借助于相應(yīng)不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接裝置實(shí)現(xiàn)。這種聯(lián)接裝置在此實(shí)施為曲線齒聯(lián)接裝置，其設(shè)置為兩個(gè)同軸層。在圖2中最佳地看出，輸入軸沈包括內(nèi)部帶花鍵端部，其中，軸向延伸花鍵66在其至少一部分長度內(nèi)具有向內(nèi)彎曲形狀。輸入軸帶花鍵部分與外部帶花鍵齒圈68嚙合，齒圈68與鏈輪20整體形成。類似地，輸出軸沈具有外部帶花鍵部分，其中，軸向延伸花鍵70 在其至少一部分長度內(nèi)具有向外彎曲形狀。這些花鍵與凸輪軸適配器16的內(nèi)部帶花鍵端部72嚙合接合。將理解的是，這種曲線齒聯(lián)接裝置提供不能扭轉(zhuǎn)的聯(lián)接裝置，然而，由于曲線齒， 其允許一定程度的角向不對齊，同時(shí)軸向花鍵允許一定程度的軸向移位。因而，實(shí)現(xiàn)有效和精確的扭矩傳輸，但來自于鏈輪的驅(qū)動負(fù)載和振動基本上不傳輸給凸輪移相器12。實(shí)際上， 在該配置中，鏈(或皮帶)負(fù)載由鏈輪20的軸頸軸承19吸收。因此，凸輪軸和鏈輪之間的連接，相應(yīng)地凸輪軸，不是剛性的，且涉及角向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的所有部件都位于柔性聯(lián)接裝置的凸輪移相器那一側(cè)上，其僅僅用于以“軟”的方式進(jìn)行扭矩傳輸。因此，凸輪移相器的沒有齒輪經(jīng)受來自于鏈輪的驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行且不需要閥定時(shí)修正時(shí)，那么電動馬達(dá)不被激勵且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連同輸入軸M —起簡單地被驅(qū)動；沒有發(fā)生凸輪軸的角向調(diào)節(jié)，鏈輪20和凸輪軸14以相同速度旋轉(zhuǎn)。為了執(zhí)行閥定時(shí)的變化，電動馬達(dá)被激勵以便使得凸輪軸12以比鏈輪20更大或更慢的速度轉(zhuǎn)動，以獲得與期望閥定時(shí)相對應(yīng)的凸輪軸12的期望角向變化?？紤]行星齒輪的該配置，太陽輪50形成行星齒輪的輸入，且輸出是行星架48。以合適速度激勵電動馬達(dá)將允許輸出軸26在將凸輪軸12帶到期望角向位置所需的時(shí)間段內(nèi)以比輸入軸M更大或更慢的速度旋轉(zhuǎn)，從而提供期望閥定時(shí)。優(yōu)選地，當(dāng)使用這種軸向花鍵時(shí)，凸輪移相器12經(jīng)由橡膠塊體74固定到位，橡膠塊體74阻尼振動且吸收不對齊和角向錯(cuò)誤，且還在軸向方向阻塞殼體觀。這種橡膠塊體 74可圍繞罐形殼體觀包覆模制。如前所述，凸輪移相器12是可以在凸輪軸端部容易地安裝的獨(dú)立式裝置。電動馬達(dá)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全整體形成在殼體內(nèi)，因而可以簡單地經(jīng)由其兩個(gè)接口連接分別為輸入軸M和輸出軸26。齒圈42/輸入軸M構(gòu)件以及行星架48/輸出軸沈構(gòu)件的配置還封閉殼體28。優(yōu)選地，復(fù)位彈簧76固定在鏈輪和行程限制器之間以確保凸輪移相器復(fù)位到預(yù)
定位置。同樣，常規(guī)設(shè)計(jì)的行程限制器可以有利地用于避免凸輪軸14相對于鏈輪20的過多旋轉(zhuǎn)。這可以借助于一個(gè)或兩個(gè)銷(未示出)完成，所述銷從適配器部分16徑向延伸且與鏈輪轂中的一個(gè)或兩個(gè)周向延伸凹口(未示出)協(xié)作，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥裝置，包括凸輪軸(14)和可變凸輪移相器(12)，所述可變凸輪移相器(12)連接到所述凸輪軸(14)上，用于驅(qū)動所述凸輪軸(14)，所述發(fā)動機(jī)包括曲軸，所述曲軸通過與所述凸輪軸(14)同軸的驅(qū)動構(gòu)件(20)為所述可變凸輪移相器(12) 提供驅(qū)動扭矩，其中，所述可變凸輪移相器(12)包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述驅(qū)動構(gòu)件(20)的輸入軸(24)；可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述凸輪軸(14)且與所述輸入軸(24)同軸的輸出軸(26);調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述輸入和輸出軸(24 ；26)驅(qū)動地連接，從而允許所述輸入和輸出軸(24 ；26)選擇性地角向調(diào)節(jié)，同時(shí)保持所述輸入和輸出軸(24 ；26)之間的驅(qū)動接合，其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電動致動器，用于選擇性地操作角向調(diào)節(jié)；其特征在于，所述輸入和輸出軸(24 ；26)經(jīng)由相應(yīng)的不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)聯(lián)接到所述驅(qū)動構(gòu)件(20)和凸輪軸(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其中，所述輸入軸和驅(qū)動構(gòu)件之間的不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接裝置和/或所述輸出軸和凸輪軸之間的聯(lián)接裝置實(shí)施為曲線齒聯(lián)接裝置(70，72; 66，68)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥裝置，其中，所述輸入軸或驅(qū)動軸中的一個(gè)在其內(nèi)部或外部周邊處設(shè)置有具有彎曲端部的軸向延伸齒(66)，其與在輸入軸或驅(qū)動軸中的另一個(gè)的外部或內(nèi)部周邊上的介于中間的花鍵齒(68)接合；所述輸出軸或凸輪軸中的一個(gè)在其內(nèi)部或外部周邊處包括具有彎曲端部的軸向延伸齒(70)，其與在所述輸出軸或凸輪軸中的另一個(gè)的外部或內(nèi)部周邊上的介于中間的花鍵齒(72)接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的閥裝置，其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括諧波傳動或行星齒輪系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥裝置，其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括行星齒輪系統(tǒng)，具有聯(lián)接到所述輸入軸(24)的齒圈(42)、能由電動馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的太陽輪(50)以及由聯(lián)接到所述輸出軸(26 )的行星架(48 )支撐的行星齒輪(46 )。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥裝置，其中，所述凸輪軸(14)在其前端包括適配器部分(16)，所述凸輪移相器輸出軸(26)聯(lián)接到所述適配器部分(16)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥裝置，其中，所述凸輪移相器(12)設(shè)置在殼體 (28)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥裝置，其中，所述凸輪移相器(12)借助于環(huán)繞其殼體的環(huán)狀橡膠塊體(74)固定。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥裝置，包括與所述凸輪移相器相連的復(fù)位彈ο
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥裝置，包括與所述凸輪移相器相連的行程限制器系統(tǒng)。
11.一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的閥裝置。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥裝置，包括凸輪軸(14)和可變凸輪移相器(12)，所述可變凸輪移相器(12)連接到所述凸輪軸(14)上，用于驅(qū)動所述凸輪軸(14)。所述可變凸輪移相器(12)包括可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到曲軸驅(qū)動構(gòu)件(20)的輸入軸(24)；和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述凸輪軸(14)且與所述輸入軸(24)同軸的輸出軸(26)。電動操作的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將所述輸入和輸出軸(24；26)驅(qū)動地連接，從而允許所述輸入和輸出軸(24；26)選擇性地角向調(diào)節(jié)，同時(shí)保持所述輸入和輸出軸(24；26)之間的驅(qū)動接合。所述輸入和輸出軸(24；26)經(jīng)由相應(yīng)的不易旋轉(zhuǎn)的柔性聯(lián)接機(jī)構(gòu)(70，72；66，68)聯(lián)接到所述驅(qū)動構(gòu)件(20)和凸輪軸(14)。
文檔編號F01L1/352GK102482959SQ201080038248
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者P·基姆斯, P·戴維 申請人:德爾菲技術(shù)公司