[发明专利]具有能量回收的电动凸轮轴相位器

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过改变发动机曲轴与凸轮轴之间相位关系来改变内燃机中燃烧阀的正时的凸轮轴相位器；更特别地，涉及微油凸轮轴相位器，其中通过电动机（eMotor）控制调节齿轮驱动单元，以改变相位关系，本文也称为“电动可变凸轮相位器”（eVCP）。

背景技术

用于改变内燃机中燃烧阀的正时的凸轮轴相位器（“凸轮相位器”）是公知的。通常称为链轮元件的第一元件由链条、皮带或传动装置从发动机曲轴驱动。通常称为凸轮轴盘的第二元件安装在发动机凸轮轴的端部。

当这种凸轮相位器是电动的时，提供三联轴布置结构，例如行星齿轮或谐波传动布置结构。适于与凸轮相位器一起使用的三轴传动装置的例子包括行星齿轮系统或谐波传动系统，其中行星齿轮系统具有中心齿轮、安装在行星架上的行星齿轮和齿圈，谐波传动系统具有造波器、柔性齿轮和刚性齿轮。

通过引用包含于本文的美国专利NO. 7,421,990B2公开了一种包括第一和第二谐波齿轮传动单元的eVCP，其中第一和第二谐波齿轮传动单元沿着凸轮轴和相位器的共同轴线彼此面对，并通过共用柔性齿轮（柔轮）连接。第一或输入谐波传动单元由发动机链轮驱动，第二或输出谐波传动单元连接至发动机凸轮轴。

汽车行业当前的趋势是优化汽车中的能量消耗。

本发明的主要目的是提供一种用于优化能量消耗的eVCP。

发明内容

本发明提出了一种用于可控地改变内燃机中曲轴与凸轮轴之间相位关系的电动凸轮轴相位器布置结构，包括形成为三轴传动装置的调节齿轮传动单元、与所述凸轮轴连接的输出轴、以及与电机的控制轴连接的调节轴，其中所述三轴传动装置包括与所述曲轴连接的传动轴，所述电机通过提高或降低控制轴速度允许相对于所述曲轴来定相所述凸轮轴，在相位保持模式期间控制轴旋转，其特征在于，所述调节齿轮传动单元构造成使得提供能量回收模式，其中向所述控制轴应用制动扭矩以产生电能，在相位保持模式期间，所述制动扭矩应用于所述控制轴，所述制动扭矩补偿所述控制轴上的凸轮轴摩擦扭矩。

由于本发明，所述凸轮轴上的能量损失（例如摩擦）可通过所述调节齿轮传动单元回收。因此，当所述控制轴上的运动扭矩通过从动机构（凸轮轴）中的摩擦产生，并沿与所述控制轴相同的方向旋转时，所述电机从电动机模式变为发电机模式。在该结构中，可回收电能。

根据本发明的有利特征：

- 所述调节齿轮传动单元构造成使得控制轴沿与所述凸轮轴相反的方向旋转，以通过机械凸轮轴摩擦损失的回收提供发电；

- 所述调节齿轮驱动单元为谐波齿轮传动单元，包括刚性齿轮和动态花键、布置在所述刚性齿轮和所述动态花键内的柔性齿轮、以及布置在所述柔性齿轮内的造波器，所述电机连接至所述造波器；

- 至少一个弹簧可操作地连接至所述刚性齿轮和所述动态花键，用于推动所述刚性齿轮和动态花键之一，以将所述凸轮轴相位器移至默认旋转位置；

- 所述电机为DC轴向通量电动机。

注意到，当使用谐波齿轮传动单元时，容易能够交换所述刚性齿轮关于所述动态花键的布置，以选择其中能量损失将要回收的凸轮相位器布置结构的功能模式。

本发明还提出了一种用于上述电动凸轮轴相位器布置结构的控制方法，包括如下步骤：

- 提高或降低控制轴速度，以定相所述凸轮轴，

- 保持控制轴速度，以保持所述曲轴与所述凸轮轴之间的相位，

其特征在于，还包括通过在所述控制轴上应用制动扭矩以产生电能的能量损失恢复步骤，在相位保持期间实施所述能量损失恢复步骤，以补偿凸轮轴摩擦扭矩。

附图说明

现在参考附图，通过示例描述本发明，其中：

图1为根据本发明的eVCP的分解立体图；

图2为图1中所示eVCP的正视剖面图；

图3为图1和图2中所示eVCP的剖面的透视图，为清楚起见，省略了eMotor、联轴器和偏压弹簧；

图4为示出用于接合偏压弹簧的内柄脚（tang）的锁止凹部的eVCP毂的透视图；

图5为示出eVCP中第一传动关系（这里称为基线花键布置结构）的示意图，其中动态花键驱动凸轮轴且刚性齿轮由链轮驱动；

图6为示出eVCP中第二传动关系（这里称为反转花键布置结构）的示意图，其中刚性齿轮驱动凸轮轴且动态花键由链轮驱动；

图7为示出当谐波传动单元设有根据本发明的机械偏压弹簧并且eMotor设有电磁制动器时，用于示例性基线和反转eVCP的提前和延迟正时的第一表格；