[发明专利]具有可调节的非圆形驱动元件的同步传动装置

说明书

提供了一种同步传动器，在该同步传动器中，非圆形转子产生用以抵消从动转子上的波动负载扭矩的波动校正扭矩。非圆形转子的相对于从动转子的角度取向可以变化，从而使波动校正扭矩的相对于驱动转子的相位角度改变。该布置结构可以应用于具有可变气门正时(VVT)系统的内燃发动机，其中，由于由通过凸轮轴对进气门和/或排气门的致动所产生的力，凸轮转子上呈现的波动负载扭矩的相对于曲轴的相位角度变化。波动校正扭矩的相对于曲轴的相位角度也变化以保持与波动负载扭矩的相位关系，并因而在VVT系统的操作期间保持由非圆形转子提供的减小的凸轮扭转振动和跨度张力。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月19日提交的美国临时专利申请No.62/436,889的优先权和权益，该美国临时专利申请的全部内容并入本文。

技术领域

本发明的主题涉及同步传动装置，并且更具体地涉及减少内燃发动机的正时传动器中的机械振动。

背景技术

在典型的内燃发动机中，由燃烧燃料产生的能量用于使曲轴旋转。曲轴旋转力或扭矩通过通常被称为正时传动器的同步环形传动装置传递至一个或更多个凸轮轴，该同步环形传动装置包括：齿形转子，齿形转子连接至曲轴和凸轮轴；以及长形传动结构比如链或齿形带，长形传动结构用以将曲轴转子互与凸轮轴转子互连并且使曲轴转子和凸轮轴转子彼此大致同步旋转。凸轮轴包括选择性地打开和关闭进气门和排气门的凸轮。进气门允许空气(以及在一些发动机中，允许燃料)进入并填充发动机的燃烧室。(在一些发动机中，燃料通过燃料喷射气门而不是进气门直接喷射到燃烧室中。)然后空气燃料混合物燃烧以产生用以使曲轴旋转的动力。燃烧以后，当排气门由相应的凸轮打开时，排气通过排气门从燃烧室排出。

进气门和排气门以及打开和关闭这些进气门和排气门的凸轮轴产生特别强烈的机械振动源。凸轮轴的扭矩在凸轮轴选择性地打开和关闭相应的进气门或排气门时波动。进气门和排气门由气门弹簧沿关闭方向持续迫压。当气门克服弹簧的力打开时，与凸轮轴旋转方向相反的扭矩作用在凸轮轴上。另一方面，当气门关闭时，沿凸轮轴的旋转方向的扭矩作用在凸轮轴上。该扭矩使驱动凸轮轴和相应的凸轮轴转子所需的平均扭矩或标称扭矩波动，并导致被称为扭转振动或正时误差的类型的振动——凸轮轴相对于曲轴的角位置的变化。发生这种情况是因为：链或带不是完全刚性的而是具有足够的弹性以使凸轮轴转子能够超过或低于其理想的同步位置。当气门扭矩的波动频率接近正时传动器的固有频率时，会发生系统共振。在共振中，凸轮轴扭转振动和链或带的跨度张力波动位于其最大值处。这些影响会减少链或带的使用寿命并且浪费能量。

许多现有技术公开内容、比如JP H01-95538、DE 19812939、JP 62-192077试图通过将非圆形、例如椭圆形或卵形的转子引入到正时传动器中来减小正时传动器跨度张力。该现有技术将非圆形转子定位成试图平衡张力，即，当跨度张力是周期地高时(在安装非圆形转子之前)，非圆形转子的偏心距和角位置假定成减小跨度张力，并且当跨度张力是周期地高时(在安装非圆形转子之前)，非圆形转子的偏心距和角位置假定成增加跨度张力。

试图平衡张力的现有技术解决方案不起作用，并且实际上使问题变得更糟。

这可以从基本原则理解。一般而言，当振动系统由具有接近系统的固有频率的频率的振荡力激励时，振动系统中发生共振。例如，当系统由振荡的外力震动时，弹簧的端部处的质量块将振荡。当震动以等于系统的固有频率的频率发生时，质量块的响应运动将与振动力在相位上相差90度，并致使质量块运动的振幅增加至最大值。

类似的情况发生在如由图1A的简单物理模型所描述的汽车正时传动器中。振动部件是具有半径R的凸轮轴转子，该凸轮轴转子具有特定的惯性矩J。长形传动结构的跨度在系统中提供弹性k和阻尼D。波动气门扭矩T(t)＝T_V*sin(ωt)是作用在凸轮轴转子上的外部施加的引起凸轮扭转振动的振荡力。系统方程为

这种共振系统表现为如图1B的频域图中所示。