阅读说明：本技术 传动结构、系统、凸轮轴扭矩的调整方法及发动机 (Transmission structure, system, camshaft torque adjusting method and engine ) 是由 路和林 朱荣玥 刘雪梅 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种传动结构、系统、凸轮轴扭矩的调整方法及发动机,该传动结构包括凸轮轴皮带轮、凸轮轴、电动机、蜗轮蜗杆结构和扭矩传感器；电动机能够驱动蜗轮蜗杆结构；蜗轮蜗杆结构包括蜗轮；蜗轮与凸轮轴皮带轮套设于凸轮轴上,蜗轮与凸轮轴皮带轮连接；蜗轮能够驱动凸轮轴转动,凸轮轴能够驱动凸轮轴皮带轮转动；扭矩传感器设于凸轮轴内,扭矩传感器能够获取凸轮轴的扭矩。本申请实施例提供的正时皮带传动结构通过扭矩传感器确定凸轮轴实时扭矩,利用电动机提供凸轮轴校正力矩,使波动的凸轮轴扭矩变为与转速相关的稳定扭矩,使正时皮带在工作周期内均处于较低的张力水平。(The application provides a transmission structure, a system, a camshaft torque adjusting method and an engine, wherein the transmission structure comprises a camshaft belt pulley, a camshaft, a motor, a worm and gear structure and a torque sensor; the motor can drive the worm and gear structure; the worm gear structure comprises a worm gear; the worm wheel and the camshaft belt pulley are sleeved on the camshaft and connected with the camshaft belt pulley; the worm wheel can drive the camshaft to rotate, and the camshaft can drive the camshaft belt pulley to rotate; the torque sensor is arranged in the camshaft and can acquire the torque of the camshaft. The timing belt transmission structure provided by the embodiment of the application determines the real-time torque of the camshaft through the torque sensor, provides the camshaft correction torque by using the motor, changes the fluctuating camshaft torque into the stable torque related to the rotating speed, and enables the timing belt to be in a lower tension level in the working period.)

传动结构、系统、凸轮轴扭矩的调整方法及发动机

技术领域

本申请涉及发动机技术领域，特别涉及一种传动结构、系统、凸轮轴扭矩的调整方法及发动机。

背景技术

发动机的动力来自气缸内的燃烧，将燃料的化学能转化为机械能。空气或燃料进入气缸的时刻，及燃烧后废气的排出，都是通过配气机构控制的。正时皮带传动系统的作用就是将曲轴的转动传递至配气机构中凸轮轴，进一步控制气门的开闭。进、排气门一直与弹簧连接，克服弹簧力打开气门后，其产生一个反向的扭矩作用到凸轮轴上。当凸轮轴有选择的打开及关闭进气门或排气门时，凸轮轴的扭矩随之波动。另一方面，当气门关闭后，气门扭矩与凸轮轴转动方向一致并作用于凸轮轴，这些扭矩导致凸轮轴的扭矩发生波动。作为正时皮带传动系统的被驱动件，如果凸轮轴扭矩波动，会导致正时皮带驱动力的变化，即正时皮带传动系统各段皮带张力出现波动，导致皮带张力过大、正时误差过大等问题，影响发动机油耗、排放，降低正时皮带寿命，甚至导致正时皮带断裂。

现有技术有些方案非圆形驱动部件，通过非圆轮设计在运转中引入一个额外的扭矩，并通过此扭矩抵消凸轮轴扭矩的变化，以达到降低正时皮带张力的目的。

非圆轮方案可以对非圆量及非圆角度的设计改善正时系统动态性能，降低正时皮带动态张力，但是无法兼顾不同转速及负荷工况，其平均张力仍处于较大的水平。

发明内容

本申请要解决是现有技术中凸轮轴扭矩容易产生波动，导致皮带张力过大的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例第一方面公开了一种正时皮带传动结构，包括凸轮轴皮带轮、凸轮轴、电动机、蜗轮蜗杆结构和扭矩传感器；

电动机能够驱动蜗轮蜗杆结构；

蜗轮蜗杆结构包括蜗轮；

蜗轮与凸轮轴皮带轮套设于凸轮轴上，蜗轮与凸轮轴皮带轮连接；蜗轮能够驱动凸轮轴转动，凸轮轴能够驱动凸轮轴皮带轮转动；

扭矩传感器设于凸轮轴内，扭矩传感器能够获取凸轮轴的扭矩。

进一步地，该正时皮带传动结构还包括单向轴承；蜗轮与凸轮轴皮带轮通过单向轴承连接。

可选的，该正时皮带传动结构还包括传动副，蜗轮与凸轮轴皮带轮通过传动副连接。

进一步地，蜗轮蜗杆结构还包括蜗杆，电动机与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮配合连接。

本申请实施例第二方面提供一种正时皮带传动系统，正时皮带传动系统为闭环控制系统；正时皮带传动系统包括控制模块和正时皮带传动结构；

扭矩传感器与控制模块连接；控制模块与电动机连接；

扭矩传感器能够传递凸轮轴的实时扭矩给控制模块；

控制模块能够根据凸轮轴的实时扭矩及控制模块内设的凸轮轴标定扭矩输出电动机需要提供的补偿扭矩值；

电动机能够根据补偿扭矩值对凸轮轴进行扭矩校正。

进一步地，电动机能够根据补偿扭矩值对凸轮轴进行扭矩校正，包括：

电动机根据补偿扭矩值驱动蜗轮转动，蜗轮驱动凸轮轴转动对凸轮轴进行扭矩校正。

本申请实施例第三方面提供一种凸轮轴扭矩的调整方法，包括以下步骤：

利用凸轮轴中的扭矩传感器获取凸轮轴的实时扭矩，并通过扭矩传感器将凸轮轴的实时扭矩发送给控制模块；

控制控制模块根据凸轮轴的实时扭矩及控制模块内设的凸轮轴标定扭矩输出电动机需要提供的补偿扭矩值；

控制电动机根据补偿扭矩值对凸轮轴扭矩进行调整。

进一步地，控制电动机根据补偿扭矩值对凸轮轴扭矩进行调整，包括：

控制电动机根据补偿扭矩值驱动蜗轮转动，蜗轮驱动凸轮轴转动对凸轮轴扭矩进行调整。

本申请实施例第四方面提供一种发动机，包括正时皮带传动结构。

本申请实施例第五方面提供一种发动机，包括正时皮带传动系统。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请实施例提供的正时皮带传动结构通过扭矩传感器确定凸轮轴实时扭矩，利用电动机提供凸轮轴校正力矩，使波动的凸轮轴扭矩变为与转速相关的稳定扭矩，使正时皮带在工作周期内均处于较低的张力水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种正时皮带传动结构的结构示意图；

图2为本申请实施例一种正时皮带传动结构的结构示意图；

图3为本申请实施例一种凸轮轴扭矩的调整方法的流程示意图；

图4为本申请实施例凸轮轴扭矩校正曲线示意图；

以下对附图作补充说明：

1-凸轮轴皮带轮；2-电动机；3-蜗轮；4-蜗杆；5-单向轴承；。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1，图1为本申请实施例一种正时皮带传动结构的结构示意图，该传动结构包括凸轮轴皮带轮1、凸轮轴、电动机2、蜗轮蜗杆结构和扭矩传感器；图2为本申请实施例一种正时皮带传动结构与图1相对方向的视图；

电动机2能够驱动蜗轮蜗杆结构；

蜗轮蜗杆结构包括蜗轮3；

蜗轮3与凸轮轴皮带轮1套设于凸轮轴上，蜗轮3与凸轮轴皮带轮1连接；蜗轮3能够驱动凸轮轴转动，凸轮轴能够驱动凸轮轴皮带轮1转动；

扭矩传感器设于凸轮轴内，扭矩传感器能够获取凸轮轴的扭矩。

本申请实施例通过扭矩传感器实时测量凸轮轴扭矩，可以智能识别不同转速、负荷下的凸轮轴扭矩，电动机2提供凸轮轴校正力矩，使波动的凸轮轴扭矩变为与转速相关的稳定扭矩；使正时系统在工作周期内均处于较低的张力水平，确保NVH性能不受影响。

本申请实施例在传统凸轮轴皮带轮1基础上增加由助力电动机2驱动的蜗轮蜗杆结构，凸轮轴皮带轮1在常规情况下与正时皮带直接相连，受正时皮带驱动，将发动机曲轴的运动传递至凸轮轴；蜗轮3与凸轮轴带轮之间通过单向轴承5或具有单向锁止功能的传动副连接。单向轴承5或传动副的锁止方向与发动机凸轮轴转动方向一致，同时由于蜗轮蜗杆结构具有自锁作用，即蜗轮3可以驱动凸轮轴正向(发动机正常转动方向)转动，并组织发动机发现转动。同时如果发动机处于停机状态，蜗轮蜗杆结构允许发动机正向自由转动，并阻止发动机反向转动，进一步防止发动机逆向盘车导致的正时系统跳齿问题。

本申请实施例中，蜗轮蜗杆结构还包括蜗杆4，电动机2与蜗杆4连接，蜗杆4与蜗轮3配合连接。

本申请实施例第二方面提供一种正时皮带传动系统，正时皮带传动系统为闭环控制系统；正时皮带传动系统包括控制模块和正时皮带传动结构；

扭矩传感器与控制模块连接；控制模块与电动机2连接；

扭矩传感器能够传递凸轮轴的实时扭矩给控制模块；

控制模块能够根据凸轮轴的实时扭矩及控制模块内设的凸轮轴标定扭矩输出电动机2需要提供的补偿扭矩值；

电动机2能够根据补偿扭矩值对凸轮轴进行扭矩校正。

本申请实施例中，电动机2能够根据补偿扭矩值对凸轮轴进行扭矩校正，包括：

电动机2根据补偿扭矩值驱动蜗轮3转动，蜗轮3驱动凸轮轴转动对凸轮轴进行扭矩校正。

发动机凸轮轴扭矩主要与发动机转速及弹簧力有关，发动机配气机构设计定型后，可通过实测及仿真分析，对不同转速凸轮轴基础扭矩进行标定获得凸轮轴标定扭矩。在发动机运转过程中通过凸轮轴处内置的扭矩传感器实时监测凸轮轴扭矩情况，与控制模块中的凸轮轴标定扭矩进行对比，通过闭环控制对凸轮轴扭矩提供实时校正，使凸轮轴扭矩处于平稳状态。

本申请实施例中系统基于闭环控制系统控制电动机2提供校正力矩，可将共振点排除在发动机转速范围内；

本申请实施例提到的闭环控制是指控制论的一个基本概念。指作为被控的输出以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。带有反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统后，通过系统运行将控制信息输向受控对象，并将受控对象的状态信息反馈到输入中，以修正操作过程，使系统的输出符合预期要求。

本申请实施例第三方面提供一种凸轮轴扭矩的调整方法，图3为该调整方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1:利用凸轮轴中的扭矩传感器获取凸轮轴的实时扭矩，并通过扭矩传感器将凸轮轴的实时扭矩发送给控制模块；

S2:控制控制模块根据凸轮轴的实时扭矩及控制模块内设的凸轮轴标定扭矩输出电动机2需要提供的补偿扭矩值；

S3:控制电动机2根据补偿扭矩值对凸轮轴扭矩进行调整。

本申请实施例中，控制电动机2根据补偿扭矩值对凸轮轴扭矩进行调整，包括：

控制电动机2根据补偿扭矩值驱动蜗轮3转动，蜗轮3驱动凸轮轴转动对凸轮轴扭矩进行调整。

发动机凸轮轴扭矩主要与发动机转速及弹簧力有关，发动机配气机构设计定型后，可通过实测及仿真分析，对不同转速凸轮轴基础扭矩进行标定获得凸轮轴标定扭矩。在发动机运转过程中通过凸轮轴处内置的扭矩传感器实时监测凸轮轴扭矩情况，与控制模块中的凸轮轴标定扭矩进行对比，通过闭环控制对凸轮轴扭矩提供实时校正，使凸轮轴扭矩处于平稳状态。

图4为本申请实施例中扭矩校正的示意图，图中实线为凸轮轴标定扭矩，虚线为凸轮轴实时扭矩，实时扭矩与标定扭矩的差值为补偿扭矩值。

现有技术中非圆轮的设计受正时系统布置方案等系统固有特性的影响，在降低正时系统峰值扭矩的基础上可能会导致正时系统共振点前移至发动机常用转速，从而恶化NVH性能并提高了系统风险。本申请实施例中凸轮轴扭矩的调整方法基于闭环控制控制电动机2提供校正力矩，可将共振点排除在发动机转速范围内；

本申请实施例第四方面提供一种发动机，包括正时皮带传动结构。

本申请实施例第五方面提供一种发动机，包括正时皮带传动系统。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。