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CN104126059B - 凸轮轴相位调整装置 - Google Patents

凸轮轴相位调整装置 Download PDF

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CN104126059B
CN104126059B CN201380009351.2A CN201380009351A CN104126059B CN 104126059 B CN104126059 B CN 104126059B CN 201380009351 A CN201380009351 A CN 201380009351A CN 104126059 B CN104126059 B CN 104126059B
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    • F01L1/34Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
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Abstract

一种凸轮轴相位调整装置包括接纳凸轮轴的外壳。驱动齿轮构件具有第一齿轮和凸轮轴接纳部。驱动齿轮构件将运动从驱动轴传递到与第二齿轮相啮合的第一齿轮。在平行于凸轮轴的轮轴上安装有第二和第三齿轮。第二齿轮与第三齿轮以相同的角速度旋转。第三齿轮将运动传递到第四齿轮。第四齿轮联接到凸轮轴以将角向运动传递到凸轮轴,使得凸轮轴以第四齿轮的角速度旋转。致动器使外壳绕着凸轮轴的轴线旋转。

Description

凸轮轴相位调整装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月14日提交的编号为13/372,971的美国发明专利申请的优先权,该申请的内容整体地以引用的方式并入本文。
技术领域
本申请涉及用于内燃发动机的凸轮轴相位调整装置。
背景技术
内燃发动机的运行包括对发动机气门的打开和关闭正时的控制。该正时取决于如驱动轴、凸轮轴、摇臂和发动机气门之间的关系。在通常情况中,驱动轴的角位置决定了凸轮轴的角位置,且因而决定了凸轮的角位置。该凸轮的位置转而决定了气门的位置。
发明内容
在本发明的一个方面,凸轮轴相位调整装置包括具有第一凸缘和第二凸缘的外壳,每个凸缘具有用于接纳凸轮轴的开孔。驱动齿轮构件具有设置在第一和第二凸缘之间的第一齿轮和贯穿第一凸缘的开孔延伸的凸轮轴接纳部。驱动齿轮构件还具有接纳驱动链的驱动轴联接部,使运动从驱动轴传递到第一齿轮。驱动齿轮构件具有构造成接纳凸轮轴和允许凸轮轴相对于驱动齿轮构件自由旋转的通道。在平行于凸轮轴固定于外壳上的轮轴上安装有第二和第三齿轮。第二齿轮联接到第三齿轮,使得第三齿轮以与第二齿轮相同的角速度旋转。第三齿轮将运动传递到第四齿轮。第四齿轮联接到凸轮轴,用于将角向运动传递到凸轮轴,使得凸轮轴以第四齿轮的角速度旋转。第二齿轮的轮齿与第一齿轮的轮齿相啮合,并且第三齿轮的轮齿与第四齿轮的轮齿相啮合。致动器联接到外壳,用以使外壳绕着凸轮轴的轴线旋转。
在本发明的另一方面,凸轮轴相位调整装置包括具有第一通道和第二通道的框架。第一通道构造成接纳凸轮轴且允许框架绕凸轮轴的旋转运动。具有第一齿轮和凸轮轴接纳部的驱动齿轮构件联接到驱动轴,用以将旋转运动从驱动轴传递到第一齿轮。驱动齿轮构件具有贯穿第一齿轮和凸轮轴接纳部延伸的通道,凸轮轴贯穿该通道放置。第二通道构造成接纳其上安装有第二和第三齿轮的轮轴。第二和第三齿轮安装到该轮轴,使得第三齿轮以第二齿轮的角速度旋转。第二齿轮的轮齿与第一齿轮的轮齿相啮合,并且第三齿轮的轮齿与联接到凸轮轴的第四齿轮的轮齿相啮合。第四齿轮将角向运动传递到凸轮轴。凸轮轴以第四齿轮的角速度旋转。
附图说明
应理解的是,附图中所示出的元件的范围仅代表该范围的一个实例。本领域中的普通技术人员将理解的是,单个元件可设计为多个元件或者多个元件可设计为单个元件。作为内部特征示出的元件可实施为外部特征且反之亦然。
此外,在附图及其后面的描述中,相同的零部件在整个附图及描述中分别用相同的标号标示。附图可能不是按比例绘制且某些零部件的比例为便于说明而被夸大。
图1和2示出示例性相位调整装置100的透视图。
图3示出图1中所示的示例性相位调整装置100的截面侧视图。
图4示出图1中所示的示例性相位调整装置100的正视图。
图5示出图1中所示的示例性相位调整装置100的分解视图。
图6示出示例性相位调整装置600的透视图。
图7示出图6中所示的示例性相位调整装置600的截面侧视图。
具体实施方式
在以下描述中为了方便描述附图将用到特定的术语且不被限制。术语“向上”、“向下”以及在本文中用到的其他方向术语应理解为其具有标准含义且指示通常观看附图时的方向。
图1和2示出示例性相位调整装置100的透视图。相位调整装置100仅通过示例的方式示出且应理解的是,作为本公开内容的主题的相位调整装置100的构型不限于在本文附图中示出的相位调整装置100的构型。
如图1中所示,相位调整装置100包括具有第一凸缘104和第二凸缘106的外壳102。第一凸缘104具有接纳驱动齿轮构件110的第一开孔108。驱动齿轮构件110具有布置在第一凸缘104和第二凸缘106之间的第一齿轮112。驱动齿轮构件110具有中空的凸轮轴接纳部114,该接纳部经第一凸缘104的第一开孔108从第一齿轮112延展驱动齿轮构件110的长度。如图1中所示,驱动齿轮构件110具有驱动轴联接链轮116,该链轮布置在第一凸缘104的相对于第一齿轮112相反的一侧上。驱动轴联接链轮116构造成接纳驱动轴或曲轴链(未示出),该驱动轴或曲轴链(未示出)与布置在驱动轴或曲轴(未示出)上的链轮相啮合。在这样的布置下,驱动轴的运动传递到驱动齿轮构件110,尤其是传递到第一齿轮112。应指出的是,可使用链轮和链之外的机构来将运动从驱动轴传递到驱动齿轮构件110。例如,可根据本公开内容实施带传动系统。凸轮轴118贯穿驱动齿轮构件110中的通道120而插入。通道120贯穿驱动齿轮构件110,以允许凸轮轴118贯穿驱动齿轮构件110。驱动齿轮构件110的通道120、凸轮轴118、第一开孔108和凸轮轴接纳部114均具有圆形截面。该构造允许凸轮轴118相对于驱动齿轮构件110自由旋转且还允许驱动齿轮构件110相对于外壳102自由旋转。因此,凸轮轴118、驱动齿轮构件110和外壳102三者均相对于彼此可绕凸轮轴118的轴线自由旋转。
参照图1和3,第二齿轮122、第三齿轮124和第四齿轮126布置于外壳102中。第一齿轮112的轮齿与第二齿轮122的轮齿相啮合。第二齿轮122和第三齿轮124绕轮轴128的纵轴线B旋转,该纵轴线平行于凸轮轴118的纵轴线A。轮轴128在位于第一凸缘104上的第一轴孔132和如图2中可见的位于第二凸缘106上的相对应的第二轴孔134两处固定到外壳102。因此,轴线B保持在距轴线A的恒定距离处。第二齿轮122和第三齿轮124通过销子144彼此固定在一起,该销子从齿轮124上伸入到齿轮122中相应的凹槽内(如图3中所示),这确保第二齿轮122与第三齿轮124以相同的角速度旋转。只要第二齿轮122和第三齿轮124可被允许绕轮轴128的轴线B自由旋转,轮轴128可以可旋转地或不可旋转地固定到外壳102。在一个这样的实例中,轮轴128能以相对于外壳102不旋转的方式固定到外壳102,而如图3中所示,第二齿轮122和第三齿轮124直接与彼此固定,使第二齿轮122和第三齿轮124以相同的角速度绕轮轴128旋转。
因此,在图3中示出的构型中,当与驱动轴(未示出)和驱动轴联接链轮116相接合的驱动轴链(未示出)被驱动时,驱动齿轮构件110相对于凸轮轴118和外壳102以由驱动轴旋转运动所决定的转速旋转。驱动齿轮构件110的旋转运动使第一齿轮112旋转。由于第二齿轮122的轮齿与第一齿轮112的轮齿相互啮合,第一齿轮112将旋转运动施加到第二齿轮122。第二齿轮122和第三齿轮124构造成以相同的角速度旋转,且因此第二齿轮122的旋转运动被施加到第三齿轮124。第三齿轮124的轮齿与第四齿轮126的轮齿相啮合,因而将旋转运动施加递到第四齿轮126。第四齿轮126联接到凸轮轴118,使得凸轮轴118和第四齿轮126以相同的角速度旋转。因此,通过驱动轴链引进给驱动齿轮构件110的旋转运动被施加到凸轮轴118。附图中示出的齿轮为非行星传动的直齿圆柱齿轮。但是,可根据本公开内容实施其他齿轮类型。例如,可使用以平行构型布置的斜齿轮。
如图3中所示,在本发明的一个方面,第一齿轮112的半径R1小于第二齿轮114的半径R2,图3中的半径是从特定齿轮的旋转轴线到该齿轮的节圆测量得到。第二齿轮122的半径R2也大于第三齿轮124的半径R3。第三齿轮124的半径R3和第四齿轮126的半径R4相等。在本发明的其他方面,齿轮可配置各种尺寸。例如,第三齿轮124的半径R3可能小于或大于第四齿轮126的半径R4。在其他实例中,第一齿轮112的半径R1可能相同于或大于第二齿轮122的半径R2。齿轮的尺寸可选择成使得转矩相对于由驱动轴提供的转矩要么升高要么降低。在一般情况下,假设齿轮不滑移,在通过驱动轴在驱动轴联接链轮116处引入转矩Tc时,传递到凸轮轴118的转矩T大小由以下关系式给出:
如图2中所示,凸轮轴118经第二开孔136贯穿第二凸缘106。与第一开孔108相同,第二开孔136具有圆形截面,以允许凸轮轴118相对于外壳102自由地旋转。位于第二凸缘106的弧形翼140上的齿条138允许相关的小齿轮(未示出)与齿条138的齿相互啮合。通过旋转这样一个与齿条138的齿相啮合的小齿轮,小齿轮使相位调整装置100绕着凸轮轴118旋转。可使用其他机构来使相位调整装置100相对于凸轮轴118旋转。在本发明的其他方面,位于翼140上且与液压活塞相连的铰链机构用作致动器且使相位调整装置100绕凸轮轴118旋转。
通过使相位调整装置100绕凸轮轴118旋转,实现了凸轮轴118的相位的改变。可旋转地安装到外壳102上的驱动齿轮构件110的位置和角速度由驱动轴的运动决定,该运动是通过驱动链被传递到驱动齿轮构件110。此构型的另一个特征是驱动齿轮构件110和第一齿轮112的位置和角速度与相位调整装置100绕凸轮轴118的旋转无关。因此,使相位调整装置100绕凸轮轴118沿逆时针方向旋转角度ф(而驱动轴保持不动)与使第一齿轮112或驱动齿轮构件110沿顺时针方向旋转相同的角度ф(而外壳102保持不动)一样,传递等量的旋转运动到凸轮轴118,该角度ф是相对于图4中示出的翼140的底部边缘测量得到。在这两种情况下,旋转运动被传递到第二齿轮122,且通过上文所述的相同的机构,该运动经第三齿轮124和第四齿轮126且最终传递到凸轮轴118。因此,在本发明的一个方面,凸轮轴118的相位改变可不依赖于通过旋转外壳102而得的驱动轴以所期望的量值沿所期望的方向的运动被传递。
参照图4,在正常运行期间,驱动链使驱动齿轮构件110沿逆时针方向旋转,且因而第一齿轮112也沿逆时针方向旋转。这引起第二齿轮122的顺时针运动。与第二齿轮122具有相同角向运动的第三齿轮124因而也沿顺时针方向运动。第三齿轮124将逆时针旋转传递到第四齿轮126上,且同样地到凸轮轴118。通过使相位调整装置100沿顺时针方向旋转,例如,除了由第一齿轮112传递到第二齿轮122的运动外,旋转运动被传递到第二齿轮122。相位调整装置100绕凸轮轴118的纵轴线A沿顺时针方向旋转的结果是传递到凸轮轴118的附加的旋转运动或相位改变,该旋转运动或相位改变是附加于由驱动链传递到凸轮轴118的旋转运动和该运动通过驱动齿轮构件110、第二齿轮122、第三齿轮124和第四齿轮126的后续传递运动的其他运动或相位改变。
图5示出图1-4中示出的相位调整装置100的分解视图。如图5中所示,第二齿轮122具有在组装时插入到第三齿轮124的销子144,由此确保一旦组装好后,第二齿轮122与第三齿轮124以相同的角速度旋转。驱动齿轮构件110以两部分示出,一部分包括驱动轴联接链轮116和凸轮轴接纳部114,且第二部分包括第一齿轮112。此构型允许凸轮轴接纳部114经圆形的第一开孔108插入,这允许第一齿轮112固定到凸轮轴接纳部114且位于第一凸缘104和第二凸缘106之间。六角接口部件148插入到与之互补的第一齿轮112的六角孔149中。六角接口部件148和六角孔149按照提供紧配合的尺寸加工,由此确保驱动轴联接链轮116和第一齿轮112以相同的角速度旋转。第四齿轮126以相同的方式固定到凸轮轴118。位于凸轮轴118末端的第二六角接口部件146插入到第四齿轮126的第二六角孔147中。六角孔147按照提供紧配合的尺寸加工,由此确保第四齿轮126以与凸轮轴118相同的角速度旋转。
图6和7分别示出替代的凸轮相位调整装置600的透视图和截面侧视图。在该凸轮相位调整装置600中,支架或框架602具有齿条604,该齿条构造成联接到能够使凸轮相位调整装置600绕凸轮轴606的纵轴线A旋转的形式为小齿轮(未示出)的致动器。如图7中所示,驱动齿轮构件608包括第一齿轮610和形式为与驱动链(未示出)接合的链轮的驱动轴联接部612。驱动齿轮构件608构造成相对于凸轮轴606和框架602自由地旋转。凸轮轴606贯穿驱动齿轮构件608中的通道614和第一框架开孔616,并且相对于驱动齿轮构件608和框架602自由地旋转。第四齿轮624通过螺母629安装到凸轮轴606,该螺母具有在组装时被插入到第四齿轮中以使得第四齿轮624和凸轮轴606以相同的角速度旋转的销子631。
继续参照图7,第一齿轮610与第二齿轮620相互啮合。由此,当第一齿轮610旋转时,第一齿轮610将旋转运动传递到第二齿轮620。第二齿轮620和第三齿轮622绕轴线B旋转,该轴线B平行于轴线A且与之相隔恒定的距离。第二齿轮620和第三齿轮622固定到轴套640,该轴套具有伸入到第二齿轮620和第三齿轮622中的销子642,以确保第二齿轮620和第三齿轮622以相同的角速度绕轴线B旋转。轴套640构造成在框架开孔632中自由地旋转。第二齿轮620和第三齿轮622通过贯穿轴套通道632的螺栓628和螺母630固定到轴套640。第三齿轮622与第四齿轮624相互啮合,第三齿轮622因而将旋转运动传递到第四齿轮624。第四齿轮624将旋转运动传递到凸轮轴606,该凸轮轴以与第四齿轮624相同的角速度旋转。
出于公开的目的且除非另有说明,“一”指“一个或多个”。就术语“包括”或“含有”用在说明书或权利要求书中来说,其意在以类似于当术语“包含”在权利要求中用作过渡词时被解读的方式表示为包括性的。此外,就使用术语“或”(如,A或B)来说,其意在表示“A或B或两者”。当申请人想要表示“仅A或B而非两者”时,那么将使用术语“仅A或B而非两者”。因此,本文中术语“或”的使用是包括性的,而非排他性的使用。参看“Bryan A.Garner,ADictionary of Modern Legal Usage624(2d.Ed.1995)”。同样,就术语“在……中”或“到……中”用在说明书或权利要求书中来说,其意在附加表示“在……上”或“到……上”。此外,就术语“连接”用在说明书或权利要求书中来说,其意在表示不仅仅是“直接连接”,而且表示如通过另一个元件或多个元件实现连接的“间接连接”。
尽管本公开内容示出各种实施例,且尽管对这些实施例进行了相当详细地描述,但申请人并非意图限制或用任何方法将所要求专利保护的发明的范围限制于这些细节。本领域的技术人员将很容易地想到额外的优点和改进。因此,在其更宽的方面,本发明不限于特定的细节和所示出及所描述的示意性实例。因此,可作出与上述细节的偏离而不偏离申请人所要求专利保护的发明的精神或范围。此外,前面的实施例是示意性的且没有单个特征或元件对于在本申请或之后的申请中要求专利保护的所有可能的组合而言是必要的。

Claims (20)

1.一种凸轮轴相位调整装置,包括:
外壳,所述外壳具有第一凸缘和第二凸缘,所述第一凸缘具有第一开孔,所述第二凸缘具有第二开孔,其中凸轮轴由所述外壳接纳并且延伸穿过所述第一开孔和所述第二开孔两者,所述凸轮轴包括具有凸轮的第一端和由所述第二开孔接纳的第二端;
驱动齿轮构件,所述驱动齿轮构件具有设置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间的第一齿轮、从所述第一齿轮经所述第一凸缘的所述第一开孔延伸的凸轮轴接纳部和构造成将旋转运动从驱动轴传递到所述第一齿轮的驱动轴联接部,以及构造成接纳所述凸轮轴且允许所述凸轮轴相对于所述驱动齿轮构件旋转的贯穿所述凸轮轴接纳部延伸的通道,其中所述驱动轴联接部与所述凸轮轴的所述第一端位于所述外壳的同一侧;
第二和第三齿轮,所述第二和第三齿轮设置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间且安装到具有纵轴线的固定于所述外壳的轮轴上,所述轮轴的纵轴线平行于所述凸轮轴的纵轴线,所述第二齿轮联接到所述第三齿轮使得所述第三齿轮以所述第二齿轮的角速度旋转,其中,所述第二齿轮的轮齿与所述第一齿轮的轮齿相啮合且所述第三齿轮的轮齿与第四齿轮的轮齿相啮合;
所述第四齿轮联接到所述凸轮轴用以将所述第四齿轮的角向运动传递到所述凸轮轴,使得所述凸轮轴将以所述第四齿轮的角速度旋转;以及
所述外壳构造成联接到用以使所述外壳绕所述凸轮轴的所述纵轴线旋转的致动器。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述外壳包括齿条,所述齿条构造成接纳所述致动器,所述致动器包括小齿轮。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,所述第一凸缘和所述第二凸缘中的至少一个包括弧形翼,所述弧形翼包括所述齿条。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,所述致动器为通过所述致动器的一端上的铰链可旋转地联接到所述外壳的液压致动器。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第三齿轮的半径。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮的半径。
7.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮的半径和所述第三齿轮的半径。
8.一种凸轮轴相位调整装置,包括:
框架,所述框架具有第一通道和第二通道,所述第一通道构造成接纳凸轮轴且允许所述框架绕所述凸轮轴的旋转运动,所述凸轮轴包括具有凸轮的第一端;
驱动齿轮构件,所述驱动齿轮构件具有第一齿轮和凸轮轴接纳部,所述凸轮轴接纳部联接到驱动轴以将旋转运动从该驱动轴传递到第一齿轮,所述驱动齿轮构件具有贯穿所述凸轮轴接纳部延伸的通道,所述驱动齿轮构件的通道构造成接纳所述凸轮轴且允许所述凸轮轴相对于所述驱动齿轮构件的旋转,所述驱动齿轮构件还具有与所述凸轮轴的所述第一端位于所述框架的同一侧的驱动轴联接部;
第二和第三齿轮,所述第二和第三齿轮安装在贯穿所述框架的第二通道延伸的轮轴上,所述轮轴具有纵轴线且其纵轴线平行于所述凸轮轴的纵轴线,所述第二和第三齿轮安装到所述轮轴使得所述第三齿轮以所述第二齿轮的角速度旋转,其中,所述第二齿轮的轮齿与所述第一齿轮的轮齿相啮合且所述第三齿轮的轮齿与第四齿轮的轮齿相啮合;
所述第四齿轮联接到所述凸轮轴用以将角向运动传递到所述凸轮轴,使得所述凸轮轴以所述第四齿轮的角速度旋转。
9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述框架包括致动器接纳部。
10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述致动器接纳部包括构造成接纳小齿轮的齿条。
11.根据权利要求9所述的装置,其中,所述致动器接纳部构造成可枢转地接纳致动器的一端。
12.根据权利要求8所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第三齿轮的半径。
13.根据权利要求8所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮的半径。
14.根据权利要求8所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮的半径和所述第三齿轮的半径。
15.一种凸轮轴相位调整装置,包括:
外壳,所述外壳具有第一凸缘和基本平行于所述第一凸缘的第二凸缘,所述第一凸缘和所述第二凸缘均具有凸轮轴开孔和轴孔,其中凸轮轴由所述第一凸缘和所述第二凸缘的凸轮轴开孔接纳,所述凸轮轴包括具有凸轮的第一端;
驱动齿轮构件,所述驱动齿轮构件具有设置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间的第一齿轮、用以与驱动轴联接的链轮和贯穿所述第一凸缘上的所述凸轮轴开孔且在所述第一齿轮和所述链轮之间延伸的凸轮轴接纳部,所述链轮与所述凸轮轴的所述第一端位于所述外壳的同一侧,所述驱动齿轮构件具有构造成可旋转地接纳所述凸轮轴的通道,其中,所述驱动齿轮构件允许所述外壳的相对于所述驱动齿轮构件绕所述凸轮轴的纵轴线的旋转;
第二和第三齿轮,所述第二和第三齿轮设置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间,且安装到具有纵轴线且安装在所述外壳上的轮轴上,所述轮轴的轴线平行于所述凸轮轴的轴线,所述第二齿轮联接到所述第三齿轮使得所述第三齿轮以所述第二齿轮的角速度旋转,其中,所述第二齿轮的轮齿与所述第一齿轮的轮齿相啮合并且所述第三齿轮的轮齿与第四齿轮的轮齿相啮合;
所述第四齿轮联接到所述凸轮轴用以将角向运动传递到所述凸轮轴,使得所述凸轮轴以所述第四齿轮的角速度旋转;以及
所述外壳具有构造成接纳致动器的致动器接纳部。
16.根据权利要求15所述的装置,其中,所述致动器接纳部包括齿条。
17.根据权利要求16所述的装置,其中,所述第一凸缘和所述第二凸缘中的至少一个包括弧形翼,所述弧形翼包括齿条。
18.根据权利要求15所述的装置,其中,所述致动器接纳部构造成可枢转地接纳所述致动器的一端。
19.根据权利要求15所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第三齿轮的半径。
20.根据权利要求15所述的装置,其中,所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮的半径。
CN201380009351.2A 2012-02-14 2013-02-12 凸轮轴相位调整装置 Expired - Fee Related CN104126059B (zh)

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