阅读说明：本技术 具有机电锁定控制的凸轮定相组件及其方法 (Cam phasing assembly with electromechanical lock control and method thereof ) 是由 斯特文·布尔克 安德鲁·姆利纳里奇 于 2018-06-08 设计创作，主要内容包括：一种凸轮定相控制马达组件,包括：电动马达,该电动马达具有中空驱动轴；致动销,该致动销穿过中空驱动轴；接合特征部；以及移位组件。对于凸轮轴锁定模式：移位组件将致动销沿第一轴向方向移位,以使接合特征部与螺栓以不可旋转的方式连接,该螺栓以不可旋转的方式连接至凸轮轴；并且凸轮轴布置成以不可旋转的方式连接至用于变速箱定相单元的输入齿轮,输入齿轮布置成接收来自发动机的转矩。对于相位调整模式：移位组件将致动销沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移位,以使接合特征部与螺栓断开连接；并且凸轮轴布置成相对于输入齿轮旋转。(A cam phasing control motor assembly, comprising: an electric motor having a hollow drive shaft; an actuating pin passing through the hollow drive shaft; an engagement feature; and a displacement assembly. For camshaft locking mode: a displacement assembly displacing the actuation pin in a first axial direction to non-rotatably connect the engagement feature with a bolt that is non-rotatably connected to the camshaft; and the camshaft is arranged to be non-rotatably connected to an input gear for a gearbox phasing unit, the input gear being arranged to receive torque from the engine. For the phase adjustment mode: a displacement assembly displacing the actuating pin in a second axial direction opposite the first axial direction to disconnect the engagement feature from the bolt; and the camshaft is arranged to rotate relative to the input gear.)

具有机电锁定控制的凸轮定相组件及其方法

技术领域

本公开涉及用以固定发动机关闭时的凸轮轴位置的具有锁定控制的凸轮定相控制马达组件，并且涉及具有该凸轮定相控制马达组件的凸轮定相控制组件。本公开还涉及用于操作凸轮定相控制组件中的凸轮定相控制马达组件的方法。

背景技术

对于电凸轮轴相位器的已知问题是转子在发动机关闭后立即或在短时间内相对于定子发生“漂移”。例如，由于缺乏电凸轮轴相位器中的固有阻力转矩或与电凸轮轴相位器中的电动马达和变速箱组合相关的固有摩擦，在发动机关闭后立即地或短时间内，转矩以足够的大小被传递至转子从而引起电凸轮轴相位器远离转子相对于定子的预期控制角度而漂移或移动。例如，如果凸轮轴在阀弹簧被加载的同时停止，则凸轮轴自由旋转以释放弹簧上的载荷且电凸轮定相系统无法阻止该移动的发生。旋转方向以及剩余转矩和固有摩擦的大小是不可预测的；因此，不能预测由于来自凸轮轴的剩余转矩或固有摩擦引起的转子的旋转和最后的最终控制角度。对于已知的电凸轮轴相位器，在电凸轮定相系统关闭期间，需要在发动机关闭期间向电动马达提供动力，以使用于相位器的变速箱保持在恒定的凸轮正时位置处。对于容纳有相位器的车辆，提供动力是能量系统的消耗。

发明内容

根据本文所示出的方面，提供了一种凸轮定相控制马达组件，该凸轮定相控制马达组件包括：电动马达，该电动马达具有中空驱动轴；致动销，该致动销穿过中空驱动轴；接合特征部；以及移位组件。对于凸轮轴锁定模式：移位组件将致动销沿第一轴向方向移位，以使接合特征部与螺栓以不可旋转的方式连接，该螺栓以不可旋转的方式连接至凸轮轴；并且凸轮轴布置成以不可旋转的方式连接至用于变速箱定相单元的输入齿轮，输入齿轮布置成接收来自发动机的转矩。对于相位调整模式：移位组件将致动销沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移位，以使接合特征部与螺栓断开连接；并且凸轮轴布置成相对于输入齿轮旋转。

根据本文所示出的方面，提供了一种凸轮定相控制马达组件，该凸轮定相控制马达组件包括：电动马达，该电动马达具有中空驱动轴；连接元件，该连接元件以不可旋转的方式连接至中空驱动轴并且布置成连接至变速箱定相单元，变速箱定相单元包括布置成接收来自发动机的转矩的输入齿轮；致动销，该致动销穿过中空驱动轴；接合特征部，该接合特征部以不可旋转的方式连接至连接元件；弹性元件，该弹性元件与接合特征部接合；以及致动器。对于凸轮轴锁定模式，致动器将致动销和接合特征部沿第一轴向方向移位，以使接合特征部与螺栓以不可旋转的方式连接，该螺栓以不可旋转的方式连接至凸轮轴。对于相位调整模式，弹性元件将接合特征部沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移位，以使得能够实现连接元件与螺栓之间的相对旋转。

根据本文所示出的方面，提供了一种凸轮定相控制组件，该凸轮定相控制组件包括：变速箱定相单元，该变速箱定相单元包括布置成接收来自发动机的转矩的输入齿轮和布置成以不可旋转的方式连接至凸轮轴的输出齿轮；以及凸轮定相控制马达组件，该凸轮定相控制马达组件包括具有中空驱动轴的电动马达、穿过中空驱动轴的致动销、接合特征部以及移位组件。对于凸轮轴锁定模式，移位组件将致动销和接合特征部沿第一轴向方向移位，以使接合特征部与螺栓以不可旋转的方式连接，该螺栓以不可旋转的方式连接至凸轮轴。对于相位调整模式，移位组件将接合特征部沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移位，以使得能够实现凸轮轴与输入齿轮之间的相对旋转。

附图说明

参照附图，仅通过示例的方式公开了各种实施方式，在附图中，相应的附图标记指示相应的部分，在附图中：

图1是具有凸轮轴锁定的凸轮定相控制马达组件的立体横截面图；

图2是处于相位调整模式的包括图1的凸轮定相控制马达组件的凸轮定相控制组件的横截面图；

图3是图2中的螺栓的立体图；

图4是图2中的变速箱定相单元的立体图；

图5是包括图2的凸轮定相控制组件的车辆的框图；

图6是处于凸轮轴锁定模式的图2的凸轮定相控制组件的横截面图；以及，

图7是说明了在本申请中使用的空间术语的圆柱坐标系的立体图。

具体实施方式

首先，应当理解，不同附图视图中的相同附图标记指示本公开的相同的或功能上相似的结构元件。将理解的是所要求保护的公开内容不限于所公开的方面。

此外，可以理解的是本公开不限于所描述的具体方法、材料和修改并且因此当然可以变化。还可以理解的是本文所使用的术语仅仅是为了描述具体的方面的目的，而不意在限制本公开的范围。

除非另有限定，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员之一通常理解的含义相同的含义。应当理解，与本文所描述的方法、设备或材料类似或等同的任何方法、设备或材料可以用于本公开的实践或测试中。

图7是说明了在本申请中使用的空间术语的圆柱坐标系10的立体图。本申请至少部分地在圆柱坐标系的背景内进行描述。坐标系10包括用作对接下来的方向的和空间的术语的参照的旋转轴线或纵向轴线11。相反的轴向方向AD1和AD2与轴线11平行。径向方向RD1与轴线11正交并且远离轴线11。径向方向RD2与轴线11正交并且朝向轴线11。相反的周向方向CD1和CD2由围绕轴线11旋转、例如分别沿顺时针方向和逆时针方向旋转的特定半径R(与轴线11正交)的端点限定。

为了阐明空间术语，使用物体12、13和14。作为示例，轴向表面、比如物体12的表面15A由与轴线11共平面的平面形成。然而，与轴线11平行的任何平面表面都是轴向表面。例如，与轴线11平行的表面15B也是轴向表面。轴向边缘由与轴线11平行的边缘、比如边缘15C形成。径向表面、比如物体13的表面16A由与轴线11正交并且与半径、例如半径17A共平面的平面形成。径向边缘与轴线11的半径共线。例如，边缘16B与半径17B共线。物体14的表面18形成周向的或筒形的表面。例如，由半径20限定的圆周19穿过表面18。

轴向运动是沿轴向方向AD1或AD2的。径向运动是沿径向方向RD1或RD2的。周向运动或旋转运动是沿周向方向CD1或CD2的。副词“轴向地”、“径向地”和“周向地”分别指平行于轴线11、正交于轴线11和围绕轴线11的运动或取向。例如，轴向地设置的表面或边缘沿方向AD1延伸，径向地设置的表面或边缘沿方向RD1延伸，并且周向地设置的表面或边缘沿方向CD1延伸。

图1是具有凸轮轴锁定的凸轮定相控制马达组件100的立体横截面图。

图2是处于相位调整模式的包括图1的凸轮定相控制马达组件100的凸轮定相控制组件200的横截面图。以下内容应当根据图1和图2进行观察。组件100包括：旋转轴线AR；具有中空驱动轴104的电动马达102；以不可旋转的方式连接至轴104的连接元件或板状部106；穿过轴104的致动销108；以不可旋转的方式连接至板状部106的接合特征部110；以及移位组件111。在示例性实施方式中，组件111包括弹性元件112以及致动器114。销108与特征部110接合，并且元件112与特征部110和板状部106接合。在示例性实施方式中，板状部106包括突出部116。

“以不可旋转的方式连接的”部件所指的是：部件被连接成使得每当部件中的一个部件旋转时，所有部件都旋转；并且部件之间的相对旋转是不可能的。以不可旋转的方式连接的部件的相对于彼此的径向和/或轴向运动是可能的但是不需要的。一个部件与另一部件“接合”所指的是一个部件与另一部件直接接触或部件通过机械上为固态的中间或辅助部分而接触。例如，可以在两个部件之间设置垫圈或涂层。

弹性元件112可以是本领域中已知的任何弹性元件、例如卷绕弹簧。致动器114可以是实现针对致动器114描述的功能的本领域中已知的任何致动器，例如，致动器114是电致动器。在示例性实施方式中，电致动器114是螺线管致动器，该螺线管致动器具有用于使销108沿方向AD1移位的第一状态和用于使销108沿方向AD2移位的第二状态。每当电致动器114被通电或接收控制信号时，致动器在第一状态与第二状态之间转换。下面的讨论涉及包括元件112和致动器114的组件111；然而，应当理解，该讨论适用于实现针对组件111、元件112和致动器114描述的功能的部件的其他构型。

图3是图2中的螺栓的立体图。

图4是图2中的变速箱定相单元的立体图。

图5是包括图2的凸轮定相控制组件的车辆的框图。以下应当根据图1至图5进行观察。凸轮定相控制组件200包括组件100、变速箱定相单元202和螺栓204。螺栓204以不可旋转的方式连接至凸轮轴C。在示例性实施方式中，螺栓204包括凹部206，凹部具有槽208。变速箱定相单元202可以是本领域中已知的任何径向变速箱定相单元，包括但不限于：行星齿轮单元；椭圆齿轮单元；以及谐波驱动单元。在示例性实施方式中，单元202包括输入齿轮210、控制轴212、挠性齿轮214、转子216和输出齿轮218。控制轴212包括槽220。齿轮214与转子216、齿轮210和齿轮218接合。

板状部106以不可旋转的方式连接至单元202的部件。例如，用于板状部106的突出部116设置在槽220中。单元202如本领域中已知的那样操作。例如，用于车辆V的发动机E和曲轴CK例如经由与齿轮210的齿222接合的带或链BL将转矩T1沿方向CD1传递至输入齿轮210，以使齿轮218和凸轮轴C沿方向CD1旋转。

对于图2中示出的相位调整模式，销108沿方向AD2被移位以使特征部110与螺栓204断开接合，并且螺栓204能够相对于板状部106旋转。如本领域中已知的，马达102使轴104、板状部106和轴212沿周向方向CD1或CD2旋转以控制凸轮轴C相对于曲轴CK的(周向位置)定相。例如，板状部106根据来自用于车辆V的电子控制单元ECU的控制信号CS1沿周向方向CD1或CD2旋转。在图2的示例中：使轴104和轴212沿方向CD1旋转，使得齿轮218和凸轮轴C相对于齿轮210沿方向CD1旋转，以促进凸轮轴C的定相；并且使轴104和轴212沿相反的方向CD2旋转，使得齿轮218和凸轮轴C相对于齿轮210沿方向CD2旋转，以阻碍凸轮轴C的定相。应当理解，仅出于说明的目的，转矩T1示出为是沿方向CD1的并且转矩T1可以示出为沿相反的方向CD2。

图6是处于凸轮轴锁定模式的图2的凸轮定相控制组件200的横截面图。以下应当根据图1至图6进行观察。对于发生在发动机E关闭时的图6中示出的凸轮轴锁定模式，致动器114将致动销108沿轴向方向AD1移位，以使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接。例如，致动器114接收来自单元ECU的控制信号CS2并且突出部116被***到相应的槽208中。在凸轮轴锁定模式中，齿轮210和凸轮轴C被以不可旋转的方式连接。也就是说，凸轮轴C不相对于齿轮210和曲轴CK旋转。下面将进一步讨论凸轮轴锁定模式。

弹性元件112将特征部110沿与方向AD1相反的方向AD2迫压。对于相位调整模式：致动器114将销108沿与方向AD1相反的方向AD2移位或释放将销108将沿方向AD1迫压的力；并且弹性元件112将致动销108沿轴向方向AD2移位。对于凸轮轴锁定模式，致动器114克服来自元件112的力以使销108沿方向AD1移位。

在图6的示例中，对于凸轮轴锁定模式，致动器114将接合特征部110相对于板状部106沿方向AD1轴向地移位。在图2的示例中，对于相位调整模式，弹性元件112将接合特征部110相对于板状部106沿方向AD2轴向地移位。

在示例性实施方式中：接合特征部110包括至少一个径向向外延伸的突出部118。对于凸轮轴锁定模式，致动器114将至少一个径向向外延伸的突出部118沿方向AD1移位到槽208中。因此，至少一个径向向外延伸的突出部118使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接。

对于相位调整模式，弹性元件112使至少一个径向向外延伸的突出部118从槽208轴向地偏移。换句话说，对于相位调整模式，弹性元件112将接合特征部110沿方向AD2移位，使得至少一个径向向外延伸的突出部118移出槽208或与槽208断开接合，使得能够实现板状部106与螺栓204之间的旋转。在示例性实施方式中，接合特征部110包括六个突出部118并且凹部206包括六个槽208。应当理解，接合特征部110不限于特定数量的突出部118并且凹部206不限于特定数量的槽208。应当理解，突出部118的数量不一定等于槽208的数量，例如(未示出)，突出部118的数量可以少于槽208的数量。

在示例性实施方式(未示出)中，特征部110是具有至少一个槽的凹部并且螺栓204包括布置成以不可旋转的方式连接至至少一个槽的至少一个突出部。也就是说，在凸轮轴锁定模式下，特征部110设置成围绕螺栓204。

以下应当根据图1至图6进行观察。以下描述了操作凸轮定相控制马达组件100的方法。尽管为了清楚起见该方法被呈现为步骤的序列，但是除非明确说明，否则不应当从序列推断次序。第一步骤，从发动机E并且通过用于变速箱定相单元202的输入齿轮210接收沿周向方向CD1的转矩T1。第二步骤，对于相位调整模式：利用移位组件111将接合特征部110沿轴向方向AD2移位；使接合特征部110与螺栓204断开连接；并且利用转矩T1和变速箱定相单元202使凸轮轴C沿周向方向CD1旋转。第三步骤，对于凸轮轴锁定模式：利用致动器组件111使接合特征部110沿轴向方向AD1移位；并且使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接。使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接包括使输入齿轮210与凸轮轴C以不可旋转的方式连接。

在示例性实施方式中，凸轮定相控制马达组件100包括以不可旋转的方式连接至中空驱动轴104的连接元件106。然后，第四步骤，对于相位调整模式：使用电动马达102使连接元件106旋转；并且使用连接元件106使凸轮轴C相对于输入齿轮210旋转。

在示例性实施方式中：凸轮定相控制马达组件100包括以不可旋转的方式连接至中空驱动轴104的连接元件106并且移位组件111包括致动器114和弹性元件112。然后：将接合特征部110沿轴向方向AD2移位包括利用弹性元件112将接合特征部110相对于连接元件106移位；并且利用致动器组件111将接合特征部110沿轴向方向AD1移位包括利用致动器114将接合特征部110相对于连接元件106沿轴向方向AD1移位。

以下应当根据图1至图6进行观察。以下描述了操作凸轮定相控制马达组件100的方法。尽管为了清楚起见该方法被呈现为步骤的序列，但是除非明确说明，否则不应当从序列推断次序。第一步骤，从发动机E并且通过用于变速箱定相单元202的输入齿轮210接收沿周向方向CD1的转矩T1。第二步，对于相位调整模式：利用致动器112将接合特征部110沿轴向方向AD2移位；使接合特征部110与螺栓204断开连接；利用转矩T1和变速箱定相单元202使凸轮轴C沿周向方向CD1旋转；并且使得能够实现连接元件116与螺栓204之间的相对旋转。第三步骤，对于凸轮轴锁定模式：利用元件112将接合特征部110沿轴向方向AD1移位；并且使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接。使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接包括使输入齿轮210和凸轮轴C以不可旋转的方式连接。

第四步骤，对于凸轮轴锁定模式，将板状部106与齿轮210以不可旋转的方式连接。第一步骤，对于相位调整模式，利用马达102使板状部106旋转以改变凸轮轴C相对于齿轮210的周向位置。

在示例性实施方式中：将接合特征部110沿轴向方向AD2移位包括：利用弹性元件112将接合特征部110相对于连接元件106沿方向AD2移位；并且利用致动器组件111将接合特征部110沿轴向方向AD1移位包括利用致动器114将接合特征部110相对于连接元件106沿轴向方向AD1移位。

以下应当根据图1至图6进行观察。以下描述了操作包括凸轮定相控制马达组件100的凸轮定相控制组件200的方法。第一步骤，从发动机E并且通过输入齿轮210接收沿周向方向CD1的转矩T1。第二步骤，对于相位调节模式：利用移位组件111将接合特征部110沿轴向方向AD2移位；利用转矩T1和变速箱定相单元202使凸轮轴C沿周向方向CD1旋转；并且使得能够实现凸轮轴C与输入齿轮210之间的旋转。第三步骤，对于凸轮轴锁定模式：利用移位组件111将致动销108和接合特征部110沿轴向方向AD1移位；使接合特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接；并且使输入齿轮210与凸轮轴C以不可旋转的方式连接。

凸轮定相控制马达组件100和使用组件100的方法解决了上文提到的在发动机关闭后立即地或短时间内用于电凸轮轴相位器的转子相对于用于电凸轮轴相位器的定子发生“漂移”的问题。例如，组件100保持在相位调整模式下(特征部110与螺栓204断开接合)，直到确定即将发生发动机关闭、例如当发动机速度降至150rpm时为止。此时，凸轮轴锁定模式启动并且控制信号CS2从单元ECU被传输至致动器114。致动器114将销108和特征部110沿方向AD1移位，以使特征部110与螺栓204以不可旋转的方式连接，从而使凸轮轴C锁定在便于下次发动机启动的预定位置。换句话说，特征部110与螺栓204的以不可旋转的方式的连接有效地致使输入齿轮210与输出齿轮218直接配对，从而得到齿轮210与齿轮218之间的1:1比率。前述比率有效地使齿轮210与齿轮218以不可旋转的方式连接并阻挡凸轮轴C相对于曲轴CK的旋转。

在发动机启动时，当单元ECU确定应当发生凸轮定相时，相位调整模式被启动并且控制信号CS3被从单元ECU传输至致动器114。致动器114将销108沿AD2方向移位，并且弹性元件112将特征部110沿方向AD2移位，以使特征部110与螺栓204断开接合。

上文提到的包括在多个凸轮轴位置中的用于凸轮轴C的周向位置的数量是有限的。周向位置的数量与突出部118和槽208的数量有关。例如，突出部118和槽208的数量是根据发动机E的需要确定的。例如，特征部110示出为具有突出部118和槽208的六个可能的取向。如果单元202的比率为70:1，则凸轮轴C每旋转一圈就有420个可能的锁定位置(70x 6)。这给出了约0.86°凸轮(1.71°曲柄)(360/420)的分辨度。相配合的特征部的修改将提高该分辨度。

应当理解，各种上文公开的内容及其他的特征和功能或其替代可以合乎需要地组合到许多其他不同的系统或应用中。其中各种目前无法预见或无法预料的替代、修改、变化或其改进可以随后由本领域技术人员作出，这些也意在由所附权利要求所涵盖。

附图标记列表：

10 圆柱系

11 旋转轴线

AD1 轴向方向

AD2 轴向方向

RD1 径向方向

RD2 径向方向

CD1 周向方向

CD2 周向方向

R 半径

12 物体

13 物体

14 物体

15A 表面

15B 表面

15C 边缘

16A 表面

16B 边缘

17A 半径

17B 半径

18 表面

19 圆周

20 半径

C 凸轮轴

CS1 控制信号

CS2 控制信号

CS3 控制信号

CK 曲轴

E 发动机

Tl 来自发动机E的转矩

T2 来自电动马达102的转矩

V 车辆

100 凸轮定相控制马达组件

102 电动马达

104 中空驱动轴

106 板状部

108 驱动销

110 接合特征部

111 移位组件

112 弹性元件

114 致动器

116 用于连接元件106的突出部

118 用于特征部110的突出部

200 凸轮定相控制组件

202 变速箱定相单元

204 螺栓

206 螺栓204中的凹部

208 凹部206中的槽

210 输入齿轮

212 控制轴

214 挠性齿轮

216 转子

218 输出齿轮

220 轴212中的槽

222 齿轮210上的齿