機械式凸輪移相系統和方法與流程

2024-03-07 07:40:15

本發明基於2015年7月23日提交的題為「Mechanical Cam Phasing System and Methods(機械式凸輪移相系統和方法)」的美國臨時專利申請第62/196115號，在此要求其優先權並通過提及將其全部內容納入本文。

背景技術：

凸輪移相系統包括可以被配置成相對於內燃機的曲軸轉動凸輪軸的旋轉致動器，或移相器(phaser)。目前，移相器能被液壓致動、電力致動、或機械致動。典型地，機械致動移相器獲取凸輪轉矩脈衝，從而實現移相器的轉動。這種操作只允許移相器沿凸輪轉矩脈衝的方向轉動。另外，除了其它因素以外，移相器的轉速和移相器在凸輪轉矩脈衝終止後的停止位置還是凸輪轉矩脈衝的幅度/方向以及發動機速度的函數。因此，移相器轉動的速度和停止位置不能通過這種機械凸輪移相系統被控制。因為凸輪轉矩脈衝相對於機械凸輪移相系統的阻尼來說較大，所以移相器容易超出或達不到所期望的轉動量，這導致機械凸輪移相系統不停地被啟動和關停，或者要求非常快的控制。

技術實現要素：

由於現有機械凸輪移相系統的不足，所以需要使凸輪移相系統能獨立於凸輪轉矩脈衝的幅度和方向以及發動機速度來改變凸輪軸和內燃機曲軸之間的關係。

在一個方面，本發明提供一種用於通過凸輪移相系統機械地改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的方法。凸輪移相系統包括第一部件、被配置成連接到凸輪軸和曲軸中的一個的第二部件、以及被配置成連接到凸輪軸和曲軸中的未被連接到第二部件的一個的第三部件。所述方法包括給凸輪移相系統提供一個輸入力，然後，響應於所提供的輸入力將第一部件相對於第三部件轉動到已知的旋轉位置。該方法還包括在第一部件轉動到已知旋轉位置後，解鎖被配置成使得第二部件旋轉跟隨第一部件到達已知旋轉位置的第一鎖定特徵。第二鎖定特徵保持在鎖定狀態，從而約束第二部件只沿與第一部件相同的方向旋轉。該方法還包括在解鎖第一鎖定特徵後，第二部件相對於第三部件旋轉地跟隨第一部件到達已知旋轉位置，由此改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

在一些方面，該方法還包括在第二部件到達已知旋轉位置後，將第一鎖定特徵鎖定。

在一些方面，給凸輪移相系統提供輸入力包括將致動機構連接到第一部件，然後通過致動機構給第一部件施加軸向力，從而將第一部件軸向地移位到已知軸向位置。

在一些方面，給凸輪移相系統提供軸向輸入力包括將致動機構連接到被連接到第一部件的第四部件，然後通過致動機構給第四部件施加軸向力，從而將第一部件軸向地移位到已知軸向位置。

在一些方面，解鎖第一鎖定特徵包括將被楔入在第二部件和第三部件之間的一個或多個第一滾子軸承與第一部件相接合，並且在第一部件接合一個或多個第一滾子軸承後，旋轉地移位一個或多個第一滾子軸承，從而將一個或多個第一滾子軸承從第二部件和第三部件之間取出。

在一些方面，解鎖第一鎖定特徵包括將被楔入在第二部件和第三部件之間的一個或多個第一楔入結構與第一部件相接合，在第一部件接合一個或多個第一楔入結構後，旋轉地移位一個或多個第一楔入結構，從而將一個或多個第一楔入結構從第二部件和第三部件之間取出。

在一些方面，第二部件旋轉地跟隨第一部件到達已知旋轉位置包括從凸輪軸獲取施加給第二部件的凸輪轉矩脈衝。

在另一方面，本發明提供一種用於通過凸輪移相系統機械地改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的方法。所述凸輪移相系統包括第一部件、被配置成連接到凸輪軸和曲軸中的一個的第二部件、以及被配置成連接到凸輪軸和曲軸中的未被連接到第二部件的一個的第三部件。所述方法包括給凸輪移相系統提供一個輸入力，然後，響應於所提供的輸入力將第一部件相對於第三部件移動到已知的旋轉位置。該方法還包括在第一部件移位到已知旋轉位置後，解鎖被配置成使得第二部件沿所期望的方向相對於第三部件旋轉地移位的第一鎖定特徵。第二鎖定特徵保持在鎖定狀態，從而約束第二部件只沿所需方向相對於第三部件旋轉。該方法還包括在解鎖第一鎖定特徵後，第二部件相對於第三部件旋轉到已知旋轉位置，由此改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

在一些方面，所述方法還包括在第二部件到達已知旋轉位置後，鎖定第一鎖定特徵。

在一些方面，給凸輪移相系統提供輸入力包括將致動機構連接到第一部件，然後通過致動機構給第一部件施加軸向力，從而將第一部件軸向地移位到已知軸向位置。

在一些方面，解鎖第一鎖定特徵包括將被楔入在第二部件和第三部件之間的一個或多個第一楔入結構與第一部件相接合，並且在第一部件接合一個或多個第一楔入結構後，軸向地移動一個或多個第一楔入結構，從而將一個或多個第一楔入結構從第二部件和第三部件之間取出。

在一些方面，第二部件旋轉地跟隨第一部件到達已知旋轉位置包括從凸輪軸獲取施加給第二部件的凸輪轉矩脈衝。

在又一方面，本發明提供一種被配置成改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的凸輪移相系統。凸輪移相系統被連接到致動機構。凸輪移相系統包括被配置成響應於致動機構所施加的輸入位移而沿期望的方向旋轉到已知旋轉位置的第一部件。凸輪移相系統還包括被配置成被連接到凸輪軸和曲軸中的一個的第二部件、被配置成被連接到凸輪軸和曲軸中未連接到第二部件的一個的第三部件、以及多個鎖定機構，鎖定機構分別具有第一鎖定特徵和第二鎖定特徵。第一鎖定特徵和第二鎖定特徵分別可在鎖定位置和解鎖位置之間移動。響應於第一部件到已知旋轉位置的轉動，第一鎖定特徵被配置成移動到解鎖位置，而第二鎖定特徵被配置成保持在鎖定位置。當第一鎖定特徵移動到解鎖位置，第二部件被配置成相對於第三部件轉動，並旋轉地跟隨第一部件到達已知旋轉位置。

在一些方面，當第二部件旋轉地跟隨第一部件到達已知旋轉位置時，第二鎖定特徵保持在鎖定位置並抑制第二部件沿與所期望的方向相反的方向的轉動。

在一些方面，致動機構被連接到第一部件，並被配置成直接給第一部件施加輸入位移。

在一些方面，第一部件包括多個突起，這些突起被容納在被布置在第三部件上的多個螺旋結構的對應之一內。

在一些方面，當輸入位移被施加給第一部件時，多個突起沿著多個螺旋結構移動，從而實現第一部件沿所期望的方向旋轉到已知旋轉位置。

在一些方面，第一部件包括圍繞第一部件沿周向布置的多個臂，多個鎖定機構中的對應一個被布置在多個臂的相鄰各對之間。

在一些方面，當第一部件被轉動到已知旋轉位置時，多個臂接合第一鎖定特徵，從而將第一鎖定特徵旋轉地移位到解鎖位置。

在一些方面，多個鎖定機構分別包括偏壓構件，以迫使第一鎖定特徵和第二鎖定特徵彼此分開。

在一些方面，第一鎖定特徵和第二鎖定特徵包括滾子軸承。

在一些方面，第一鎖定特徵和第二鎖定特徵包括楔入結構。

在一些方面，凸輪移相系統還包括被連接到第一部件的螺旋杆。

在一些方面，致動機構被連接到螺旋杆，並被配置成給螺旋杆直接施加輸入位移。

在一些方面，螺旋杆包括限定螺旋部分的多個鍵，螺旋部分被配置成被容納在第一部件上的多個螺旋結構內並與其相互作用，多個鍵的螺旋部分與多個螺旋結構之間的相互作用使得第一部件響應於輸入位移而沿所期望的方向旋轉。

在一些方面，凸輪移相系統還包括被固定到第三部件並被連接到螺旋杆的端板，螺旋杆與端板之間的連接鎖定了螺旋杆相對於端板的旋轉位置。

在一些方面，凸輪移相系統還包括圍繞第二部件的中心輪轂被接納的第二部件套筒。

在一些方面，凸輪移相系統還包括被接納在第三部件內並與第三部件的內表面接合的第三部件套筒。

在一些方面，凸輪移相系統還包括復位彈簧，該復位彈簧被配置成在輸入位移被移除時將第二部件返回初始旋轉位置。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實施例的凸輪移相系統的底部、正面、左側等視圖。

圖2是圖1的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖3是帶有透明的凸輪移相系統的蓋的圖1的凸輪移相系統的正視圖。

圖4是圖2的凸輪移相系統的鏈輪輪轂沿剖面線4-4的剖視圖。

圖5是圖1的凸輪移相系統的搖臺式轉子的頂部、正面、左側等視圖。

圖6是圖1的凸輪移相系統的輻架式轉子和多個鎖定組件的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖7是帶有多個已被組裝的鎖定組件的圖1的凸輪移相系統的輻架式轉子和多個鎖定組件的正視圖。

圖8是帶有楔入特徵的第一和第二鎖定特徵的圖1的凸輪移相系統的正視圖。

圖9是圖1的凸輪移相系統沿線9-9的剖視圖。

圖10A是帶有透明的凸輪移相系統蓋且凸輪移相系統處於鎖定狀態的圖1的凸輪移相系統的正視圖。

圖10B是帶有透明的凸輪移相系統蓋的圖1的凸輪移相系統的正視圖，並展示了搖臺式轉子響應於輻架式轉子的順時針轉動的初始順時針旋轉。

圖10C是帶有透明的凸輪移相系統蓋的圖1的凸輪移相系統的正視圖，並展示了搖臺式轉子響應於輻架式轉子的順時針轉動的進一步順時針旋轉。

圖10D是帶有透明的凸輪移相系統蓋的圖1的凸輪移相系統的正視圖，且凸輪移相系統在搖臺式轉子響應於輻架式轉子的順時針轉動的順時針旋轉之後處於鎖定狀態。

圖11是根據本發明另一個實施例的凸輪移相系統的底部、背面、左側等視圖。

圖12是圖11的凸輪移相系統的頂部、背面、左側分解等視圖。

圖13是圖11的凸輪移相系統沿線13-13的剖視圖。

圖14是圖11的凸輪移相系統的搖臺式轉子的頂部、背面、左側等視圖。

圖15是圖11的凸輪移相系統的搖臺式轉子的背視圖。

圖16是圖11的凸輪移相系統的輻架式轉子和多個鎖定組件的頂部、背面、左側分解視圖。

圖17是帶有被組裝的多個鎖定組件的圖11的凸輪移相系統的輻架式轉子和多個鎖定組件的背視圖。

圖18是圖11的凸輪移相系統的輻架式轉子、螺旋杆和端板的頂部、正面、右側分解等視圖。

圖19是帶有凸輪移相系統的透明端板的圖11的凸輪移相系統的背視圖。

圖20是根據本發明另一個實施例的凸輪移相系統的底部、正面、左側等視圖。

圖21是圖20的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖22是圖20的凸輪移相系統的正視圖。

圖23是根據本發明另一個實施例的凸輪移相系統的底部、正面、左側等視圖。

圖24是圖23的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖25是圖23的凸輪移相系統的正視圖。

圖26是根據本發明另一個實施例的凸輪移相系統的頂部、正面、左側等視圖。

圖27是圖26的凸輪移相系統的局部剖視圖，以截面圖形式被示出的鏈輪輪轂以示出布置在其中的各部件。

圖28是圖26的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖29是圖26的凸輪移相系統沿線29-29的剖視圖。

圖30是圖29的剖視圖的放大局部，示出了處於解鎖位置的鎖定特徵。

圖31是根據本發明另一個實施例的帶有透明鏈輪輪轂的凸輪移相系統的頂部、正面、左側等視圖。

圖32是圖31的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖33是圖31的凸輪移相系統沿線33-33的剖視圖。

圖34是根據本發明另一個的凸輪移相系統的頂部、正面、左側等視圖。

圖35是圖34的凸輪移相系統的頂部、正面、左側分解等視圖。

圖36是圖34的凸輪移相系統沿線36-36的剖視圖。

圖37是帶有鏈輪輪轂的透明後壁的圖34的凸輪移相系統的背視圖。

圖38是展示了根據本發明的一個方案用於改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的步驟的流程圖。

圖39是展示了根據本發明的另一個方案用於改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的步驟的流程圖。

具體實施方式

在本發明的任意實施例被詳細描述之前，應當明白本發明的應用不限於在下面的描述中所給出的或者在附圖中被展示的結構和布置的細節。本發明能是其它實施例並以多種方式被實施或執行。還應當明白，在本文中被使用的詞組和術語是為了描述且不應當被視為限制。「包含」、「包括」或「具有」以及它們的變型在本文中的使用意味著涵蓋在後面所列出的事項及其等同物，以及其它事項。除非另有說明或限制，術語「安裝」、「連接」、「支撐」、以及「聯接」及它們的變型被廣泛地使用且涵蓋直接和間接的安裝、連接、支撐、以及聯接。此外，「連接」和「聯接」不限於物理的或機械的連接和聯接。

以下討論被給出，從而使本領域技術人員能製造和使用本發明的實施例。對圖示實施例的多種改動對於本領域技術人員來說是顯而易見的，在不脫離本發明實施例的前提下本文中的基本原理能被應用於其它實施例和應用。因此，本發明的實施例不限於圖示的實施例，而是由與本文中所公開的原理和特徵相容的最寬範圍所限定。下面的詳細描述參考附圖被閱讀，其中不同附圖中的相同元素具有相同的附圖標記。這些不必須是按比例的附圖描繪了被給定的實施例且不意味著限制本發明的實施例的範圍。本領域技術人員將明白本文中所提供的示例具有很多有用的替換並落入本發明的實施例的範圍內。

本文中所描述的系統和方法能獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝的幅度改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係(即，凸輪移相)。如將被描述那樣，所述系統和方法提供一種利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件跟隨第一部件的旋轉位置的機構而使第一部件的旋轉位置被精確控制的解決方案。

圖1示出了根據本發明的一個實施例被配置成被連接到內燃機(未示出)的凸輪軸(未示出)的凸輪移相系統10。如圖1-3所示，凸輪移相系統10包括鏈輪輪轂12、搖臺式轉子14、加載彈簧16、輻架式轉子18、多個鎖定組件20、以及蓋22。鏈輪輪轂12、搖臺式轉子14、輻架式轉子18、和蓋22在被組裝時可共享同一根中心軸線25。鏈輪輪轂12包括被布置在其外徑上的齒輪23，能被連接到發動機(未示出)的曲軸(未示出)，例如通過皮帶、鏈條、或齒輪傳動裝置。這能驅動鏈輪輪轂12以一個與曲軸的速度成比例的速度旋轉。

鏈輪輪轂12包括內表面24和前表面30。內表面24限定了多個切口26，每個切口被配置成接納對應的輪轂插件28。圖示的鏈輪輪轂12的內表面24包括圍繞內表面24以大約120度的間隔沿周向地布置的三個切口26。在其它實施例中，鏈輪輪轂12的內表面24可以包括多於或少於三個切口26，和/或切口26可以圍繞內表面24按照需求以任意間隔沿周向地布置。鏈輪輪轂12的前表面30包括被配置成接納用於將蓋22附接到鏈輪輪轂12的緊固元件的多個孔33。

蓋22包括多個蓋孔60和中心孔62。多個蓋孔60的每一個被布置以與鏈輪輪轂12的前表面30上對應的孔33對準。中心孔62被配置成使得能觸及輻架式轉子18，如下面所述那樣。

如將被描述那樣，凸輪移相系統10的方案被配置成使得輻架式轉子18相對於鏈輪輪轂12旋轉。在另一個實施例中，凸輪移相系統10可以被配置成使得輻架式轉子18相對於搖臺式轉子14旋轉。例如，多個切口26中的分別被配置成接納對應的輪轂插件28，這些切口可以被布置在搖臺式轉子14上，從而實現輻架式轉子18關於搖臺式轉子14的旋轉。

輪轂插件28可都包括螺旋結構32。在圖示的非限制性示例中，螺旋結構32是被傾斜地形成在輪轂插件28上的凹槽的形式。即，如圖4中所示，螺旋結構32可分別限定形成在對應的螺旋結構32的中心線和由前表面30所定義的平面之間的角度A。在一些實施例中，角度A在大約0度到大約90度之間。應當理解，角度A的大小能控制輻架式轉子18響應於軸向位移的旋轉幅度。即，角度A能控制輻架式轉子18針對給定的軸向輸入位移而相對於鏈輪輪轂12轉動多少度。因此，角度A可以依據用途和輻架式轉子18相對於搖臺式轉子12的所需旋轉幅度來進行改變。

參見圖5，搖臺式轉子14被配置成通過一個或多個凸輪連接孔34被緊固到內燃機的凸輪軸(未示出)。凸輪連接孔34被布置在搖臺式轉子14的前表面36上。圖示的搖臺式轉子14包括三個連接孔34，但是在其它實施例中，搖臺式轉子14可以包括多於或少於三個連接孔34。在另一個實施例中，凸輪連接孔34可以被布置在鏈輪輪轂12上。本領域技術人員已知的是，鏈輪輪轂12、搖臺式轉子14、凸輪軸、以及曲軸的相對連接的替代方案是可能的。例如，在一個實施例中，齒輪23可以被連接到搖臺式轉子14，而凸輪軸可以被連接到鏈輪輪轂12。搖臺式轉子14包括被居中地布置在前表面36上中心凹坑37。中心凹坑39被配置成在組裝凸輪移相系統10時接納加載彈簧16。

多個傾斜的楔形構件38從搖臺式轉子14的前表面36的周界基本垂直地伸出。傾斜的楔形構件38分別包括被配置成接合鎖定組件20中的對應之一的基本平坦的表面40，以及可限定弧形的且被配置成接合輻架式轉子18的中心輪轂44的內表面42。圖示的搖臺式轉子14包括圍繞前表面36的周界以大約120度的間距沿周向布置的三個傾斜的楔形構件38。在其它實施例中，搖臺式轉子14可以包括多於或少於三個傾斜的楔形構件38，和/或有角的楔形構件38可以圍繞前表面36的周界按照需求以任意間隔沿周向布置。當組裝凸輪移相系統10時，如圖3中所示，搖臺式轉子14被配置成響應於施加給輻架式轉子18的軸向位移而相對於鏈輪輪轂12轉動，如將在下面所詳細描述那樣。

如圖6和7所示，輻架式轉子18包括中心輪轂44和圍繞中心輪轂44沿周向布置的多個鎖定接合構件46。每個鎖定接合構件46通過延伸構件48從中心輪轂44伸出。如圖2和3所示，鎖定接合構件46可圍繞中心輪轂44周向地隔開，從而在相鄰的各鎖定接合結構46之間能存在間隙。每個間隙被定尺寸，從而使鎖定組件20中的對應之一能被布置在間隙中，如圖3和7所示。

每個鎖定接合構件46可限定一種大致弧形，從而大致地符合由鏈輪輪轂12的內表面24所限定的形狀。每個鎖定接合構件46包括從支承接合構件46的外表面56伸出的突起54。當組裝凸輪移相系統10時，每個突起54可接納在輪轂插件28中的對應之一的對應螺旋結構32內。螺旋結構32和突起54能協作，從而響應於軸向位移實現輻架式轉子18相對於鏈輪輪轂12的旋轉。應當知道，其它方案也可能實現輻架式轉子18相對於鏈輪輪轂12的旋轉。例如，在一個實施例中，球軸承可以被接納在螺旋結構32內。

輻架式轉子18包括從中心輪轂44伸出的三個鎖定接合構件46，這些鎖定接合構件以大約120度的間隔圍繞輻架式轉子18的中心輪轂44沿周向布置。在其它實施例中，輻架式轉子18可以包括多於或少於三個鎖定接合構件46，和/或鎖定接合構件46可以按照需求以任意間隔沿周向布置。

每個鎖定組件20包括第一鎖定特徵50、第二鎖定特徵52、以及與第一和第二鎖定特徵50和52中的對應之一相接合的對應鎖定特徵支承件53。第一鎖定特徵50和第二鎖定特徵52能通過一個或多個偏壓構件58被強制分開。偏壓構件58能被布置在對應各對鎖定特徵支承件53之間並與之相接合，由此迫使第一和第二鎖定特徵50和52彼此分開。每個圖示的鎖定組件20包括兩個彈簧形式的偏壓構件58。在其它實施例中，鎖定組件20可以包括多於或少於兩個偏壓構件58，和/或偏壓構件58可以按照需求是能迫使第一鎖定特徵50和第二鎖定特徵52彼此分開的任何可行的機械連接件的形式。

鎖定特徵支承件53分別包括與偏壓構件58相接合的大致平坦的表面55以及基本貼合的表面57。圖示的第一和第二鎖定特徵50和52是圓滾子軸承的形式。因此，鎖定特徵支承件53的基本貼合表面57大致限定了圓形或半圓形。應當明白，第一和第二鎖定特徵50和52可以限定能將搖臺式轉子14鎖住的任意形狀。還應當明白，除軸承之外，第一和第二鎖定特徵50和52的替代機構是可能的。例如，如圖8中所示，第一和第二鎖定特徵50和52可以是楔形結構的形式。

如圖9中所示，致動機構64被配置成通過蓋22的中心孔62接合輻架式轉子18的中心輪轂44。致動機構64可被配置成沿基本垂直於由鏈輪輪轂12的前表面30所限定的平面的方向給輻架式轉子18的中心輪轂44施加力。即，致動機構64可被配置成沿著平行於中心軸線25的方向或沿中心軸線25給輻架式轉子18的中心輪轂44施加軸向力。致動機構64可以是線性致動器、機械聯動裝置、液壓致動的致動元件、或任何可行的能給輻架式轉子18的中心輪轂44提供軸向力和/或位移的機構。在操作中，如下面所述，致動機構64可被配置成給輻架式轉子18施加軸向力，從而實現輻架式轉子18的已知軸向位移，這對應於輻架式轉子18的已知的所需旋轉位移。在其它實施例中，致動機構64可以被配置成利用螺線管、液壓、或旋轉式螺線管給輻架式轉子18提供旋轉轉矩。致動機構64能被內燃機的發動機控制模塊(ECM)控制和驅動。

加載彈簧16被布置在搖臺式轉子14和輻架式轉子18之間，在搖臺式轉子14的中心凹坑37和輻架式轉子18的中心輪轂44內的中心腔65之間。加載彈簧16被配置成一旦致動機構64所施加的作用力或位移被撤除之後將輻架式轉子18返回到起始位置。在一些實施例中，加載彈簧16是線性彈簧的形式。在其它實施例中，加載彈簧16是旋轉彈簧的形式。應當明白，在一些實施例中，加載彈簧16可能不被包含在凸輪移相系統10中，如果致動機構64被配置成沿著中心軸線25軸向地推動和拉動輻架式轉子18的中心輪轂44的話。

凸輪移相系統10的操作將參考圖1-10D被描述。應當理解，為了便於展示，鎖定特徵支承件53和偏壓構件58在圖10A-10D中是透明的。如之前所述，鏈輪輪轂12被連接到內燃機的曲軸。內燃機的凸輪軸被緊固到搖臺式轉子14。因此，凸輪軸和曲軸能被連接從而通過凸輪移相系統10一起轉動。凸輪軸被配置成在發動機運行期間致動一個或多個進氣閥和/或一個或多個排氣閥。在發動機運行期間，凸輪移相系統10被用於改變凸輪軸相對於曲軸的旋轉關係，進而改變進氣和/或排氣閥何時進行開閉。改變凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係能被用於在給定操作條件下減少發動機排放和/或提高發動機效率。

當發動機正在運行且不需要調整凸輪軸的旋轉時，凸輪移相系統10可鎖定鏈輪輪轂12和搖臺式轉子14之間的旋轉關係，由此鎖定凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。在該鎖定狀態下，如圖10A所示，第一鎖定特徵50和第二鎖定特徵52通過偏壓構件58被彼此遠離地完全伸開，，所以每一對第一和第二鎖定特徵50和52被楔入到多個傾斜的楔形構件38中的對應之一和鏈輪輪轂12的內表面24之間。這種楔入能相對於鏈輪輪轂12鎖定搖臺式轉子14的傾斜楔形構件38，或者限制搖臺式轉子14的傾斜楔形構件38相對於鏈輪輪轂12的位移(即，搖臺式轉子14的旋轉位置關於鏈輪輪轂12被鎖定)。所以，當凸輪移相系統10處於鎖定狀態時，凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係沒有被改變。

如果凸輪軸被要求相對於曲軸提前或推遲進氣和/或排氣閥的正時，致動機構64受ECM的命令在輻架式轉子18的中心輪轂44上沿所需方向提供軸向位移。由致動機構64提供的軸向位移能致使鎖定接合構件46的突起54沿輪轂插件28的螺旋結構32移位。因為螺旋結構32關於鏈輪輪轂12的前表面30傾斜，所以突起54沿螺旋結構32的位移引起輻架式轉子18順時針或逆時針轉動一個已知的量(根據它是否被要求提前或推遲由凸輪軸控制的閥門(氣門)事件)。

一旦致動機構64施加軸向位移，輻架式轉子18能基於閥門(氣門)事件被要求提前或推遲的程度而被轉動期望的量。當輻架式轉子18轉動時，輻架式轉子18的鎖定接合構件46推動第一鎖定特徵50或第二鎖定特徵52中的一個脫離鎖定位置或受約束位置，而第一鎖定特徵50或第二鎖定特徵52的另一個保持在鎖定位置。例如，如圖10B所示，輻架式轉子18從鎖定狀態(圖10A)被順時針轉動所需的旋轉量。輻架式轉子18的這種旋轉能與第一鎖定特徵50配合併順時針將它們旋轉移位到解鎖位置。同時，第二鎖定特徵52可以不被旋轉移位並保持在鎖定位置。

第一鎖定特徵50的解鎖使搖臺式轉子14沿輻架式轉子18轉動的相同旋轉方向旋轉。同時，第二鎖定特徵52的鎖定位置可防止搖臺式轉子14沿輻架式轉子18曾被轉動的方向相反的方向旋轉。因此，在圖10A-10D的非限制實施例中，第一鎖定特徵50的解鎖位置使搖臺式轉子14順時針旋轉，而第二鎖定特徵52的鎖定位置可防止搖臺式轉子14逆時針旋轉。這能使凸輪移相系統10在發動機運行時從凸輪軸所發出的凸輪轉矩脈衝獲取能量，從而轉動搖臺式轉子14以使得它獨立於凸輪轉矩脈衝的幅度而跟隨輻架式轉子18。即，在圖10A-10D的非限制實施例中，由於第二鎖定特徵52的鎖定位置，沿逆時針方向施加給搖臺式轉子14的凸輪轉矩脈衝將不會使搖臺式轉子14旋轉移位。反之，由於第一鎖定特徵50的解鎖位置，施加給搖臺式轉子14的順時針凸輪轉矩脈衝將相對於鏈輪輪轂12轉動搖臺式轉子14，從而跟隨輻架式轉子18。

因為凸輪轉矩脈衝沿順時針方向被施加給搖臺式轉子14，搖臺式轉子14和第二鎖定特徵52能沿順時針方向旋轉地移位，如圖10B到10C所示。一旦順時針凸輪轉矩脈衝消失，搖臺式轉子14處於新的旋轉位置(圖10C)，此時第二鎖定特徵52再次鎖定搖臺式轉子14，直到下一個順時針方向的凸輪轉矩脈衝被施加給搖臺式轉子14。這個過程能一直持續到搖臺式轉子最終充分地旋轉移動，從而使第一鎖定特徵50返回到鎖定位置，如圖10D所示。當這發生時，第一和第二鎖定特徵50和52都處於鎖定位置，且凸輪移相系統10可返回到鎖定狀態。然後，輻架式轉子18保持它的旋轉位置(直到它被再次命令改變凸輪軸相對於曲軸的旋轉關係)，從而保證第一鎖定特徵50和第二鎖定特徵52保持被鎖定，由此鎖定搖臺式轉子14相對於鏈輪輪轂12的角位置。應當理解，對於輻架式轉子18的逆時針旋轉而言，以上被描述的過程將反過來進行。

在所述移相過程期間所發生的搖臺式轉子14關於鏈輪輪轂12的旋轉，如圖10A-10D所示，能改變凸輪軸和鏈輪輪轂12之間的旋轉關係，這同時改變了凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。如之前所述，輻架式轉子18針對致動機構64所提供的給定軸向位移所實現的旋轉量基於螺旋結構32的幾何形狀是已知的。另外，輻架式轉子18在給定位移下的轉動速度、或角速度也是已知的。另外，凸輪移相系統10的設計能可使搖臺式轉子14僅被允許沿與輻架式轉子18的相同方向旋轉。因此，在發動機操作期間，凸輪移相系統10能獨立於發動機速度以及凸輪轉矩脈衝的方向和幅度來改變凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。同樣地，凸輪移相系統10不需要不斷地循環以達到所需的旋轉位置(即，凸輪軸和曲軸之間期望的旋轉差)，因為搖臺式轉子14被約束以跟隨輻架式轉子18到達所需位置。因此，獨立於發動機速度以及凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如，搖臺式轉子14)跟隨第一部件的旋轉位置的機構精確地控制第一部件(例如，輻架式轉子18)的旋轉位置的系統和方法，從而改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

本領域技術人員應當明白，利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件跟隨第一部件的旋轉位置的機構提供對第一部件的旋轉位置的精確控制的替代設計和配置是可能的。例如，圖11-15示出了根據本發明的另一個實施例被配置成被連接到內燃機(未示出)的凸輪軸(未示出)的凸輪移相系統100。如圖11-13所示，凸輪移相系統100包括鏈輪輪轂102、搖臺式轉子104、輻架式轉子106、螺旋杆108、以及端板110。鏈輪輪轂102、搖臺式轉子104、輻架式轉子106、螺旋杆108以及端板110在進行組裝時共享相同的中心軸線111。鏈輪輪轂102包括齒輪112和鏈輪套筒114。齒輪112被連接到鏈輪輪轂102的外徑，齒輪112能被連接到內燃機的曲軸(未示出)。這能驅動鏈輪輪轂102以與曲軸相同的速度旋轉。鏈輪套筒114限定了大致環形形狀，並被配置成被容納在鏈輪輪轂102內。在進行組裝時，如圖13所示，鏈輪套筒114被定尺寸以被鏈輪輪轂102的內表面116容納且接合。給鏈輪輪轂102添加鏈輪套筒114可以提高鏈輪輪轂102的耐久性和可製造性。具體地，鏈輪套筒114能具有更簡單的幾何形狀，所以能被製造成具有更大的容差，而材料特性也更穩固。

參見圖11-13，凸輪移相系統10包括第一軸承環118和第二軸承環120，它們分別都被配置成減少輻架式轉子106和端板110之間以及輻架式轉子106和搖臺式轉子104之間的相對轉動期間的摩擦。第一和第二環軸承118和120分別限定大致環形的形狀。在進行組裝時，第一軸承環118被定尺寸以被容納在端板110和輻架式轉子106之間，第二軸承環120被定尺寸以被容納在輻架式轉子106和搖臺式轉子104之間，如圖13所示。

平衡彈簧122被連接在鏈輪輪轂102和搖臺式轉子104之間。圖示的平衡彈簧122是旋轉彈簧的形式，但是在其它實施例中，平衡彈簧122可以是其它彈簧裝置的形式。如之前參考凸輪移相系統10所描述的，凸輪轉矩脈衝能被獲取以實現凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係被改變。在一些應用中，這些凸輪轉矩脈衝可以在幅度方面不關於零值對稱。例如，如果凸輪轉矩脈衝被模擬為正弦信號，在一些應用中，正弦波在幅度上可以不關於零值對稱。平衡彈簧122被配置成給被獲取的凸輪轉矩脈衝提供補償，使脈衝的幅度以零值為中點。在凸輪轉矩脈衝的幅度關於零值對稱的其它應用中，平衡彈簧122可以不被需要。

致動機構124被配置成接合螺旋杆108。致動機構124被配置成沿著平行於中心軸線111的方向或者沿著中心軸線給螺旋杆108施加軸向力。致動機構124可以是線性致動器、機械聯動機構、液力致動的致動元件、或者任何能給螺旋杆108提供軸向力和/或位移的可行機構。即，致動機構124被配置成軸向地移動螺旋杆108到已知位置，該位置對應於輻架式轉子106的所需旋轉位移。致動機構124由內燃機的發動機控制模塊(ECM)控制和供電。

搖臺式轉子104包括中心輪轂126和被配置成圍繞中心輪轂126被接納的搖臺套筒128。搖臺套筒128包括被布置在內表面132上的多個槽130。圖示的搖臺套筒128包括圍繞內表面132以大約60度的間隔沿周向布置的六個槽130。在其它實施例中，搖臺套筒128包括圍繞內表面132按照需求以任意間隔沿周向布置的多於或少於六個槽130。多個槽130中的每個可分別限定沿著內表面132軸向延伸的徑向凹坑。多個槽130中的每個可分別限定被定尺寸為接納中心輪轂126上的多個凸舌134中的對應之一的基本矩形的形狀。在進行組裝時，如圖13所示，搖臺套筒128被配置成圍繞中心輪轂118的外表面136被接納，而多個凸舌134中的每一個被布置在多個槽130的對應之一內。多個凸舌134在多個槽130內的布置能將搖臺套筒128和搖臺式轉子104旋轉地互鎖。給搖臺式轉子104增加搖臺套筒128可以提高搖臺式轉子104的耐久性和可製造性。具體地，搖臺套筒128具有更簡單的幾何形狀，所以能被製造成具有更強健的材料特性的更大的容差。

如圖14和15所示，中心輪轂126能限定大致環形的形狀，並從搖臺式轉子104的前表面138軸向地突出。被布置在外表面136上的多個凸舌134從外表面136徑向地突出，並圍繞外表面136沿周向布置。圖示的中心輪轂126包括以大約60度的間隔圍繞外表面136沿周向布置的六個凸舌134。在其它實施例中，中心輪轂126包括多於或少於六個按照需要以任意間隔圍繞外表面136沿周向布置的凸舌134。但是，應當注意，多個凸舌134的數量和布置應當與搖臺套筒128上的多個槽130的數量和布置相對應。

多個凸舌134中的每個可分別能沿著外表面124從前表面138軸向地延伸到位於前表面138和中心輪轂126的末端140之間的位置。多個凸舌134中的每一個可限定基本矩形的形狀。在其它實施例中，多個凸舌134能按照需要定義另一種形狀。安裝板142被布置在由中心輪轂126所限定的內孔144內。安裝板142包括被配置成實現凸輪軸被緊固到搖臺式轉子104的多個安裝孔146。

中心輪轂126包括彈簧槽148，該彈簧槽在中心輪轂126上限定了大致矩形的切口。彈簧槽148沿著中心輪轂126從中心輪轂126的末端140軸向地延伸到位於末端140和前表面138之間的位置。彈簧槽148為平衡彈簧122提供接合點，如圖11所示。

參見圖16-18，輻架式轉子106包括從輻架式轉子106的前表面152軸向向外伸出的中心輪轂150。中心輪轂150包括軸向地延伸穿過輻架式轉子106的內孔154。內孔154包括圍繞內孔154沿周向布置的多個螺旋結構156。在所示的非限制實施例中，多個螺旋結構156分別都在內孔154中限定了徑向凹槽，當這些凹槽沿著內孔154軸向延伸時限定了螺旋輪廓。所示的螺旋結構156分別都在截面上限定了大致矩形的形狀。

多個臂158能沿與中心輪轂150相同的方向從前表面152的周界軸向地延伸。多個臂158圍繞前表面152的周界沿周向布置。圖示的輻架式轉子106包括以大約60度的間隔圍繞前表面152的周界被布置的六個臂158。在其它實施例中，輻架式轉子106可以按照需要包括多於或少於六個以任意間隔圍繞前表面152的周界沿周向布置的臂158。多個臂158圍繞前表面152的周界周向地隔開，從而使相鄰的臂158之間存在間隙。每個間隙被定尺寸從而使多個鎖定組件160的對應之一被布置在其中，如圖17所示。

多個鎖定組件160中的每個可包括第一鎖定特徵162、第二鎖定特徵164、以及與第一和第二鎖定特徵162和164中的對應之一相接合的相應的鎖定特徵支承件166。第一鎖定特徵162和第二鎖定特徵164被一個或多個偏壓構件168強制彼此分開。圖示的鎖定組件160分別都包括彈簧形式的一個偏壓構件168。在其它實施例中，多個鎖定組件160分別都包括多於一個偏壓構件168，和/或偏壓構件168是能迫使第一鎖定特徵162和第二鎖定特徵164彼此分開的任何可行的機械連杆的形式。偏壓構件168被布置在對應各對鎖定特徵支承件166之間並與其相接合，由此迫使第一和第二鎖定特徵162和164彼此分開。

鎖定特徵支承件166每個都包括與偏壓構件168接合的大致平坦的表面170以及基本貼合表面172。圖示的第一和第二鎖定特徵162和164是圓形滾子軸承的形式。因此，鎖定特徵支承件166的基本貼合表面172可限定大致圓形的或半圓形的形狀。應當理解，第一和第二鎖定特徵162和164可以定義能將搖臺式轉子104鎖定的任意形狀。還應當理解，第一和第二鎖定特徵162和164的除軸承之外的替代機構是可能的。例如，第一和第二鎖定特徵50和52可以是楔形結構的形式。

具體參見圖18，螺旋杆108可包括從其外表面徑向向外突出的多個鍵174。多個鍵174能圍繞螺旋杆108沿周向連續布置，從而使螺旋杆108的整個周緣均勻地分布有多個鍵174。多個鍵174能沿著螺旋杆108從第一螺旋端176軸向地延伸到第二螺旋端178。多個鍵174中的每一個可限定直線部分180和螺旋部分182。直線部分180可沿著基本上平行於中心軸線111的方向從第一螺旋端176延伸到位於第一螺旋端176和第二螺旋端178之間的位置。螺旋部分182可沿著大致橫向於中心軸線111的方向延伸，從而貼合(順應於)輻架式轉子106的螺旋結構156所限定的螺旋圖案。螺旋部分182可從直線部分180終止的位置延伸到第二螺旋端178。螺旋部分182可限定由多個鍵174所限定的徑向厚度方面的階梯變化。圖示的螺旋部分182可限定相比直線部分180所定義的徑向厚度來說增大的徑向厚度。在其它實施例中，直線部分180和螺旋部分182可限定基本一致的徑向厚度。

端板110可限定大致環形的形狀，並可包括中心孔184。中心孔184可限定與螺旋杆108的直線部分180相一致的大致鍵形圖案。即，中心孔184可包括多個徑向向內延伸並圍繞中心孔184沿周向布置的鍵形突起186。中心孔184可配置成接納螺旋杆108的直線部分180。在進行組裝時，螺旋杆108的直線部分180延伸穿過中心孔184，螺旋杆108上的多個鍵174與中心孔184上的多個鍵形突起186之間的相互作用能保持螺旋杆108相對於端板110的一致定向。端板110被配置成被剛性地附接到鏈輪輪轂102，從而使端板110不能相對於鏈輪輪轂102轉動。

螺旋杆108的螺旋部分182被配置成被容納在輻架式轉子106的螺旋結構156內。螺旋杆108的螺旋部分182與輻架式轉子106的螺旋結構156之間的相互作用能響應於由致動機構124施加在螺旋杆108上的軸向位移而使輻架式轉子106相對於鏈輪輪轂102轉動。當如圖13中所示進行組裝時，輻架式轉子106可被約束成它不能軸向地移位。因此，由於螺旋杆108的螺旋部分182與輻架式轉子106的螺旋結構156之間的相互作用，響應於由致動機構124施加在螺旋杆108上的軸向位移，輻架式轉子被迫相對於鏈輪輪轂102轉動。

凸輪移相系統100的操作類似於之前所描述的凸輪移相系統10的操作。凸輪移相系統100的設計和配置可以不同於凸輪移相系統10；但是，操作原理仍然相似。即，當期望被緊固到搖臺式轉子104的凸輪軸和連接到鏈輪輪轂102的曲軸之間的旋轉關係被改變時，內燃機的ECM能命令致動機構124沿期望的方向給螺旋杆108提供軸向位移。當信號被發送以軸向地移動螺旋杆108時，凸輪移相系統100能從搖臺式轉子104和鏈輪輪轂102之間的旋轉關係被鎖定的鎖定狀態(圖19)轉變到致動狀態。由於螺旋杆108的螺旋部分182與輻架式轉子106的螺旋結構156之間的相互作用，響應於施加給螺旋杆108的軸向位移，輻架式轉子106能根據軸向位移的方向順時針或逆時針轉動。輻架式轉子106的轉動能使輻架式轉子106的多個臂158接合併旋轉地驅動第一鎖定特徵162或第二鎖定特徵164之一，由此將第一鎖定特徵162或第二鎖定特徵164之一解鎖。第一鎖定特徵162和第二鎖定特徵164中沒有被多個臂158所接合的另外一個仍處於鎖定狀態。隨著第一鎖定特徵162或第二鎖定特徵164之一處於解鎖位置，搖臺式轉子104能通過獲取沿與輻架式轉子106被轉動的方向相同的方向而施加給搖臺式轉子104的凸輪轉矩脈衝可旋轉地跟隨輻架式轉子106。因為第一鎖定特徵162或第二鎖定特徵164中的另外一個保持在鎖定位置，沿與輻架式轉子106被轉動的方向相反的方向而施加給搖臺式轉子104凸輪轉矩脈衝將不會旋轉地移動搖臺式轉子104。搖臺式轉子104能持續地獲取凸輪轉矩脈衝，直到搖臺式轉子104最終被充分地旋轉移位，從而使第一鎖定特徵162或第二鎖定特徵164中處於解鎖位置的一個返回到鎖定位置，如圖19所示。當這發生時，第一和第二鎖定特徵162和164都處於鎖定位置，且凸輪移相系統100可返回到鎖定位置。因此，凸輪移相系統100實現了將凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係改變了期望的旋轉量。

因此，獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如搖臺式轉子104)跟隨第一部件(例如，輻架式轉子106)的旋轉位置的機構而精確地控制第一部件的旋轉位置的系統和方法，從而改變內燃機上凸輪軸和曲軸之間的的旋轉關係。

本領域技術人員還應當理解的是，利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件跟隨第一部件的旋轉位置的機構提供第一部件的旋轉位置的精確控制的替代設計和配置是可行的。例如，在一些實施例中，凸輪移相系統可不包括端板，因此，螺旋杆可以被允許相對於鏈輪輪轂轉動(當它被軸向地移動時)。圖20-22示出了根據本發明的又一種實施例的凸輪移相系統200的一個實施例。凸輪移相系統200包括鏈輪輪轂202、搖臺式轉子204、輻架式轉子206、以及螺旋杆208。鏈輪輪轂202被附接到齒輪210，該齒輪被配置成被連接到內燃機的曲軸。鏈輪輪轂202、搖臺式轉子204、輻架式轉子206、以及螺旋杆208在進行組裝時能共享共同的中心軸線211。

鏈輪輪轂202可包括圍繞鏈輪輪轂202沿周向布置的多個斜槽212。多個斜槽212中的每一個以相對於鏈輪輪轂202的前表面214的角度軸向地伸入鏈輪輪轂202內。即，角度B被定義在對應斜槽212的中心線和前表面214之間。多個斜槽212中的每一個從前表面214以角度B軸向地伸入鏈輪輪轂202，到達位於前表面214和鏈輪輪轂202的後表面216之間的位置。圖示的鏈輪輪轂202可包括圍繞鏈輪輪轂202以大約120度的間隔沿周向布置的三個斜槽212。在其它實施例中，鏈輪輪轂202包括多於或少於三個、圍繞鏈輪輪轂202以任意間隔沿周向布置的斜槽212。

搖臺式轉子204可包括從搖臺式轉子204的前表面220軸向延伸的多個傾斜的楔形構件218。多個傾斜的楔形構件218類似於之前關於凸輪移相系統10所描述的傾斜的楔形構件38。

輻架式轉子206可包括大致環形的形狀，並可包括從輻架式轉子206的前表面224軸向地延伸的多個臂222。多個臂222圍繞前表面224沿周向布置。圖示的輻架式轉子206包括以大約120度的間隔圍繞前表面224被布置的三個臂222。在其它實施例中，輻架式轉子206可以包括多於或少於三個以任意間隔圍繞前表面224的周界沿周向布置的臂222。多個臂222可圍繞前表面224周向地隔開，從而使相鄰的臂222之間存在間隙。每個間隙被定尺寸從而使對應的鎖定組件225能被布置在其中。能被布置在輻架式轉子208的相鄰的各臂222之間的間隙內的鎖定組件可以類似於之前所描述的鎖定組件20和160。替代地，鎖定組件可以包括類似於圖8中所示的楔形結構。

多個臂222中的每一個包括螺旋結構226。圖示的螺旋結構225是軸向伸入臂222內的螺旋槽的形式。螺旋結構226可形成在輻架式轉子206上，從而在進行組裝時使螺旋結構226橫向於鏈輪輪轂202的斜槽212被布置。

螺旋杆208可包括中心輪轂228和從中心輪轂228的外周徑向向外伸出的多個柱230。圖示的螺旋杆208包括以大約120度的間隔圍繞中心輪轂228的外周被布置的三個柱230。在其它實施例中，螺旋杆208可以包括多於或少於三個以任意間隔圍繞中心輪轂228的外周被周向布置的柱230。在進行組裝時，多個柱230中的每一個穿過輻架式轉子208的多個螺旋結構226中的對應一個以及鏈輪輪轂202的多個斜槽212中的對應一個。這能連接螺旋杆208、輻架式轉子206和鏈輪輪轂202，從而在軸向力被施加給螺旋杆208時(例如，通過被連接的致動機構)使輻架式轉子206能相對於鏈輪輪轂202轉動。

凸輪移相系統200的操作類似於之前所描述的凸輪移相系統10和100，和凸輪移相系統100不同的是：當螺旋杆208被軸向移動時(例如通過相連的致動機構)它能相對於鏈輪輪轂202轉動。因此，獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如，搖臺式轉子204)跟隨第一部件的旋轉位置的機構來精確地控制第一部件(例如，輻架式轉子206)的旋轉位置的系統和方法，從而改變內燃機上凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

圖23-25示出了根據本發明另一種實施例的凸輪移相系統300。凸輪移相系統300在設計和操作時類似於之前所描述的凸輪移相系統200，除了圖23-25中所示或者在下面所描述的內容。凸輪移相系統200和凸輪移相系統300之間的相似組件用相同的附圖標記表示。

如圖23-25所示，輻架式轉子206可包括與多個螺旋結構226相對的多個軸向槽302。多個螺旋結構226可圍繞鏈輪輪轂202沿周向布置代替多個斜槽212。每個軸向槽302沿基本上平行於中心軸線211的方向軸向地伸入輻架式轉子206。每個斜槽可從前表面224朝著輻架式轉子206的後表面304延伸到位於前表面224和後表面304之間的位置。後表面304可包括圍繞後表面304沿周向布置的多個切口306。每個切口306被定尺寸以接納對應的鎖定組件308。所述多個鎖定組件在功能上類似於之前所描述的鎖定組件20和160。

這裡所描述的鎖定組件(例如鎖定組件20和/或160)能通過旋轉地或周向地運動而在鎖定位置和解鎖位置之間切換。但是，應當明白通過軸向移動在鎖定位置和解鎖位置之間移動的鎖定組件落入本發明的範圍內。例如，圖26-30示出了根據本發明另一種實施例的凸輪移相系統400。如圖26-29所示，凸輪移相系統400包括可鏈輪輪轂402、搖臺式轉子404、輻架式轉子406和多個第一與第二鎖定楔408和410。鏈輪輪轂402、搖臺式轉子404、以及輻架式轉子406在進行組裝時共享共同的中心軸線407。鏈輪輪轂402可配置成例如通過皮帶、鏈條、或齒輪傳動裝置而連接到內燃機的曲軸。

鏈輪輪轂402可限定大致環形的形狀，並可包括具有平直部分409和錐形部分411的內孔(bore，鑽孔/鏜孔)405。內孔405的平直部分409可大致平行於中心軸線407被布置。隨著錐形部分411朝著鏈輪輪轂402的第一端412軸向地延伸，內孔405的錐形部分411朝著中心軸線407徑向向內漸縮。在進行組裝時，多個第一和第二鎖定楔408和410中的每一個以接合鏈輪輪轂402的錐形部分411的方式被布置，且可配置成沿著錐形部分411軸向平移，如下面將描述那樣。

搖臺式轉子404可配置成被緊固到內燃機的凸輪軸。搖臺式轉子404可限定大致環形的形狀，並可包括圍繞其外周被布置的多個切口414。多個切口414中的每一個被定尺寸成可滑動地接納多個第一鎖定楔408中的對應一個或多個第二鎖定楔410中的對應一個。在操作期間，多個第一和第二鎖定楔408和411中的每一個被配置成分別在容納它們的對應一個切口414內軸向地平移。

輻架式轉子406可限定大致環形的形狀，並可包括軸向延伸穿過輻架式轉子406的內孔416。內孔416可包括圍繞內孔416沿周向布置的多個螺旋結構418。在圖示的非限制例子中，多個螺旋結構418分別能在內孔416上定義徑向凹槽，其在它們沿著內孔416軸向延伸時限定了螺旋輪廓。

輻架式轉子406的底表面420可包括圍繞底表面420被周向布置的多個錐形段422。每個錐形段422可包括第一錐形表面424、第二錐形表面426、以及被布置在它們之間的平坦表面428。第一錐形表面424和第二錐形表面426中的每個可朝著輻架式轉子406的頂表面430軸向地漸縮。在進行組裝時，每個第一錐形表面424與多個第一鎖定楔408中的對應之一接合，每個第二錐形表面426與多個第二鎖定楔410中的對應之一接合。第一錐形表面424與多個第一鎖定楔408中的對應一個之間的接合以及第二錐形表面426與多個第二鎖定楔411中的對應一個之間的接合使得輻架式轉子406在輻架式轉子406被轉動時選擇性地使第一和第二鎖定楔408和411之一移位，然後又控制所述多個第一和第二鎖定楔408和411的鎖定和解鎖。

凸輪移相系統400的操作將參考圖26-30被描述。在操作中，凸輪移相系統400可包括螺旋杆(未示出)，該螺旋杆具有被配置成被容納在輻架式轉子406的內孔416內的螺旋結構。螺旋杆(未示出)能被容納在端板(未示出)內，該端板包含被配置成保持螺旋杆(未示出)處於恆定的轉動方向的鍵結構。螺旋杆(未示出)、端板(未示出)以及輻架式轉子406的這個功能類似於之前在圖18中所描述的輻架式轉子406、螺旋杆108和端板110。

當被緊固到搖臺式轉子404的凸輪和被連接到鏈輪輪轂402的曲軸之間的旋轉關係被要求改變時，內燃機的ECM命令致動機構沿期望的方向軸向地移動螺旋杆(未示出)。當信號被發動以軸向移動螺旋杆(未示出)時，凸輪移相系統400從搖臺式轉子404與鏈輪輪轂402之間的旋轉關係被鎖定的鎖定狀態轉變到致動狀態。由於輻架式轉子406的螺旋結構418和螺旋杆(未示出)上的螺旋結構之間的相互作用，響應於螺旋杆(未示出)的移位，輻架式轉子406依據軸向位移的方向被順時針或逆時針地強迫轉動。輻架式轉子406的轉動能使得：當輻架式轉子406轉動時，第一錐形表面424或第二錐形表面426(根據旋轉的方向)中的一個接合多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的對應一個。第一錐形表面424和第二錐形表面426的幾何形狀能致使：響應於輻架式轉子406的轉動，多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的對應一個軸向移動，如圖30所示。

多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的對應一個的軸向移動能驅動多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的對應一個從鎖定位置到解鎖位置。在解鎖位置，多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的被解鎖的一個與第一錐形表面424或第二錐形表面426中的對應一個之間存在軸向間隙，如圖30所示。同時，多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的另一個可仍保持鎖定狀態。然後，搖臺式轉子404能獲取沿與輻架式轉子402的旋轉相同的方向被施加的凸輪轉矩脈衝，從而相對於鏈輪輪轂402轉動。另外，如之前所描述的凸輪移相系統10和100，多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的另一個的鎖定位置能使沿與輻架式轉子406的旋轉相反的方向被施加給搖臺式轉子404的凸輪轉矩脈衝不會使搖臺式轉子404旋轉地移位。類似於凸輪移相系統10和100，搖臺式轉子404可持續地獲取凸輪轉矩脈衝，直到搖臺式轉子404最終被充分地旋轉移動，從而使多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中處於解鎖位置的一個返回到鎖定位置。當這發生時，多個第一和多個第二鎖定楔408和410可都處於鎖定位置，且凸輪移相系統400能返回到鎖定位置，凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係被改變了期望的旋轉量。

因此，獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使可被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如，搖臺式轉子404)跟隨第一部件的旋轉位置的機構來精確地控制第一部件(例如，輻架式轉子406)的旋轉位置的系統和方法，從而改變內燃機上凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

本領域技術人員應當理解，實現由凸輪移相系統400所提供的軸向鎖定與解鎖的替代設計和配置是可行的。例如，圖31-33示出了根據本發明另一種實施例的凸輪移相系統500。如圖31-33所示，凸輪移相系統500可包括鏈輪輪轂502、搖臺式轉子504、輻架式轉子506、以及多個第一和第二鎖定楔508和510。鏈輪輪轂502、搖臺式轉子504、和輻架式轉子506在進行組裝時可共享公共的中心軸線512。鏈輪輪轂502可被配置成被連接到內燃機的曲軸，例如，通過皮帶、鏈條、或齒輪傳動裝置。

鏈輪輪轂502可定義大致環形的形狀，並可包括具有錐形部分516的內孔514。內孔514的錐形部分411可包括第一錐形表面518和第二錐形表面520。當第一錐形表面518朝著鏈輪輪轂502的第一端522軸向地延伸時，第一錐形表面518可從中心軸線512徑向向外地漸縮。當第二錐形表面520從第一錐形表面518的末端朝著鏈輪輪轂502的第一端522延伸時，第二錐形表面520可徑向向內地漸縮。在進行組裝時，多個第一鎖定楔508中的每一個可與第一錐形表面518接合，第二鎖定楔510中的每一個可與第二錐形表面520接合。鏈輪輪轂502的第一端522可包括軸向延伸穿過鏈輪輪轂502的第一端522的多個切口524。多個切口524中的每一個可配置成接納輻架式轉子506的對應螺旋結構526，如下面所描述那樣。

搖臺式轉子504可配置成被緊固到內燃機的凸輪軸。搖臺式轉子504可限定大致環形的形狀，並可包括圍繞其周界沿周向交替布置的多個第一槽528和多個第二槽530。多個第一槽528中的每一個可被定尺寸以可滑動地接納多個第一鎖定楔508中的對應一個，從而使多個第一鎖定楔508能分別在各自的第一槽528內軸向平移。多個第二槽530中的每一個可被定尺寸以可滑動地接納多個第二鎖定楔510中的對應一個，從而使多個第二鎖定楔510能分別在各自的第二槽530內軸向平移。卡環531可被配置成在進行組裝時使搖臺式轉子504軸向地約束在鏈輪輪轂502的內孔514內。

輻架式轉子506可包括多個螺旋結構526。多個螺旋結構526可分別包括軸向部分532和螺旋部分534。每個軸向部分532沿基本平行於中心軸線512的方向從輻架式轉子506的第一端536朝著輻架式轉子506的第二端538軸向地延伸。在第一端536和第二端538之間的位置處，螺旋結構526能從軸向部分532過渡到螺旋部分534。每個螺旋部分534可從軸向部分532的一端螺旋地延伸到第二端538。

螺旋結構526的軸向部分532可分別被配置成分別被容納在形成於鏈輪輪轂502的第一端522上的切口524中的對應一個切口內。在進行組裝時，切口524和軸向部分532之間的相互作用可防止輻架式轉子506響應於施加給輻架式轉子506的軸向力(例如，通過與其連接的致動機構)而相對於鏈輪輪轂502的轉動。

圖示的輻架式轉子506在相鄰的各螺旋結構526之間限定了徑向延伸穿過輻架式轉子506的切口540。切口540的形狀能貼合相鄰的各螺旋結構526之間的形狀所定義的輪廓(即，每個切口540可限定軸向部分和螺旋部分)。在進行組裝時，每個切口540能接納第一和第二鎖定楔508和510中的一者的對應一對，從而使第一鎖定楔508接合限定切口540的螺旋部分534中的一個，第二鎖定楔510接合限定切口540的螺旋結構534中的另一個。多個第一和第二鎖定楔508和510與它們各自的螺旋結構526的螺旋部分534之一之間的接合使得：當輻架式轉子506被轉動時，輻架式轉子506選擇性地軸向移動多個第一和第二鎖定楔508和510之一，這又控制多個第一和第二鎖定楔508和510的鎖定與解鎖。

凸輪移相系統500的操作將參考圖31-33被描述。在操作中，當被緊固到搖臺式轉子504的凸輪和被連接到鏈輪輪轂502的曲軸之間的旋轉關係被要求改變時，內燃機的ECM可命令致動機構沿期望的方向軸向地移動輻架式轉子506。當信號被發動以軸向移動輻架式轉子506時，凸輪移相系統500從搖臺式轉子504與鏈輪輪轂502之間的旋轉關係能被鎖定的鎖定狀態轉變到致動狀態。響應於施加給輻架式轉子506的位移，輻架式轉子506可受迫相對於鏈輪輪轂502軸向移動，並能被限制不相對於鏈輪輪轂502轉動。由於螺旋結構526、第一錐形表面518、以及第二錐形表面520的幾何形狀，輻架式轉子506的軸向位移能使得多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中的一個(根據軸向位移的方向)在它們各自的第一槽528或第二槽530內軸向移動，由此從鎖定位置移動到解鎖位置。在解鎖位置，在多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中的已解鎖的一個與各自的與多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中的所述已解鎖的一個相接合的螺旋部分534之間存在軸向間隙。同時，多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中的另一個可仍保持在鎖定位置。

然後搖臺式轉子504能獲取沿期望方向(即，沿著從多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中解鎖的一個到多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中已解鎖的一個的旋轉方向)被施加的凸輪轉矩脈衝，以相對於鏈輪輪轂502轉動。多個第一鎖定楔408或多個第二鎖定楔410中的另一個的鎖定位置能使得沿相反於期望方向被施加給搖臺式轉子504的凸輪轉矩脈衝不會旋轉地移位搖臺式轉子504。搖臺式轉子504能持續地獲取凸輪轉矩脈衝，直到搖臺式轉子504最終被充分地旋轉移位，從而使多個第一鎖定楔508或多個第二鎖定楔510中處於解鎖位置的一個返回鎖定位置。當這發生時，第一和第二多個鎖定楔508和510都處於鎖定位置，且凸輪移相系統500能返回到鎖定狀態，凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係被改變了期望的旋轉量。

應當明白，由螺旋結構526、第一錐形表面518、以及第二錐形表面520所定義的幾何形狀能控制搖臺式轉子504被允許響應於施加給輻架式轉子504的給定軸向位移輸入而相對於鏈輪輪轂502移位的旋轉量。因此，獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使可連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如搖臺式轉子404)響應於第一部件的軸向位移可旋轉地移位預定量的機構來精確地控制第一部件(例如，輻架式轉子406)的軸向位置的系統和方法，從而改變內燃機上凸輪軸和曲軸之間的的旋轉關係。

如之前所述，用於本文所描述的凸輪移相系統的各部件的相對轉動的替代方案是可行的。即，在一些實施例中，本文中所描述的凸輪移相系統(例如，凸輪移相系統10，100，200，300，和400)能實現輻架式轉子相對於鏈輪輪轂轉動，從而改變發動機上的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。在其它實施例中，本文中所描述的凸輪移相系統(例如，凸輪移相系統600)能實現輻架式轉子相對於鏈輪輪轂軸向移位，從而改變發動機上的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。應當明白，在一些實施例中，搖臺式轉子和鏈輪輪轂的操作可以反過來。即，在本發明範圍內的部分凸輪移相系統中，輻架式轉子能被配置成相對於搖臺式轉子轉動或軸向移動(與鏈輪輪轂相對)。圖34-37示出了一個這樣的根據本發明另一種實施例的凸輪移相系統600。

如圖34-37所示，凸輪移相系統600包括鏈輪輪轂602、搖臺式轉子604、輻架式轉子606、螺旋杆608、端板610、以及多個鎖定組件611。鏈輪輪轂602、搖臺式轉子604、輻架式轉子606、螺旋杆608和端板610在進行組裝時能共享公共的中心軸線。鏈輪輪轂602可配置成被連接到內燃機的曲軸，例如通過皮帶、鏈條、或齒輪傳動組件。鏈輪輪轂602可限定大致環形的形狀，並可包括從它的前表面616軸向伸出的中心輪轂614。中心輪轂614可包括安裝面618，該安裝面具有圍繞安裝面618沿周向布置的多個安裝孔620。中心輪轂614可限定內孔(bore，鑽孔/鏜孔)622，內孔622包含圍繞內孔622被周向布置的多個鎖定表面624。在進行組裝時，圖示的多個鎖定表面624可分別限定能圍繞搖臺式轉子604的中心輪轂626被布置的大致平坦表面。

搖臺式轉子604的中心輪轂626可限定大致環形的形狀，並可從搖臺式轉子604的前表面628軸向地突出。中心輪轂626可包括鎖定表面629，該鎖定表面限定了大致圓形或圈形的截面形狀，且被配置成接合多個鎖定組件611。鏈輪輪轂602的多個鎖定表面624中的每一個能被布置以基本上相切於搖臺式轉子604的鎖定表面629，如圖37所示。多個鎖定組件611中的對應之一被配置成被布置在搖臺式轉子604的鎖定表面629和鏈輪輪轂602的多個鎖定表面624中的對應之一之間。

安裝板630被布置在由中心輪轂626限定的內孔632內。安裝板630可包括被配置成使得凸輪軸緊固到搖臺式轉子604的多個安裝孔634。內孔632軸向延伸穿過搖臺式轉子604，且可包括圍繞內孔632沿周向布置的多個槽636。多個槽636中的每一個能在內孔632上限定沿基本上平行於中心軸線612的方向軸向延伸的徑向凹坑。多個槽636的每一個從搖臺式轉子604的第一端638軸向延伸到搖臺式轉子的第一端638和第二端640之間的一個位置。

輻架式轉子606可包括從它的前表面644軸向向外延伸的中心輪轂642。中心輪轂642可包括圍繞中心輪轂642沿周向布置的多個螺旋結構646。在圖示的非限制性例子中，多個螺旋結構646可分別在中心輪轂646上限定徑向凹入的切口，當它們沿中心輪轂642軸向延伸時限定了螺旋輪廓。

多個臂648沿與中心輪轂642相同的方向從前表面644的周界軸向延伸。多個臂648可圍繞前表面644的周界沿周向布置。圖示的輻架式轉子606包括以大約60度的間隔圍繞前表面644的周界被布置的六個臂648。在其它實施例中，輻架式轉子606可以按照需要包括多於或少於六個以任意間隔圍繞前表面644的外周沿周向布置的臂648。多個臂648可圍繞前表面644的周界周向地隔開，從而使相鄰的各臂648之間存在間隙。每個間隙被定尺寸，從而使多個鎖定組件611中對應的一個被布置在該間隙中，如圖37所示。

圖示的鎖定組件611在設計和功能上類似於之前所描述的鎖定組件160，相似的組件用相同的附圖標記表示。在其它實施例中，鎖定組件611可以類似於鎖定組件20，如之前所述。在另外的實施例中，鎖定組件611可以是楔形結構的形式，例如之前參考圖18所描述的。

螺旋杆608可限定大致環形的形狀，並可包括從其徑向向外延伸的多個螺旋鍵650。在進行組裝時，多個螺旋鍵650的每一個被配置成被容納在輻架式轉子606的中心輪轂642上的多個螺旋結構646的對應之一內。多個螺旋鍵650的每一個可包括從其徑向向外延伸的柱(post，短柱)652。多個柱652中的每一個被配置成被容納在搖臺式轉子604的內孔632上的多個槽636的對應之一內。因此，圖示的螺旋杆608被配置成與搖臺式轉子604和輻架式轉子606相互作用(響應於被施加給其的軸向力(例如，通過與其相連的致動機構))。

端板610可限定大致環形的形狀，並可包括中心孔654和圍繞其周界被周向布置的多個安裝孔656。中心孔654被定尺寸以使得致動機構延伸穿過並連接到螺旋杆608。多個安裝孔656中的每個被布置成與鏈輪輪轂602的安裝面618上的多個安裝孔620的對應之一對準。在進行組裝時，這能使得端板610能緊固到鏈輪輪轂602，並軸向地將搖臺式轉子604和輻架式轉子606限制在由鏈輪輪轂602所限定的內孔622內，如圖36所示。

凸輪移相系統600在改變凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係時的操作類似於之前所描述的凸輪移相系統100的操作，除了所述旋轉關係可以是相反的之外。即，當軸向力沿期望方向被施加給螺旋杆608時，螺旋杆608沿期望的方向軸向移位，並引起輻架式轉子608相對於搖臺式轉子604轉動。當使螺旋杆608軸向移位時，這能通過螺旋杆608的螺旋鍵650和輻架式轉子606的螺旋結構646之間的相互作用以及螺旋杆608的柱652和搖臺式轉子604的槽636之間的相互作用被實現。輻架式轉子608的旋轉能使得臂648將鎖定組件611的第一和第二鎖定特徵162和164中的之一解鎖，類似於之前所描述的凸輪移相系統100的操作。但是，對於凸輪移相系統600而言，鎖定組件611的解鎖使得鏈輪輪轂602(與搖臺式轉子604相對)跟隨輻架式轉子608的旋轉位置。這可通過被布置在鏈輪輪轂602上的鎖定表面624和限定基本圓形橫截面的鎖定表面629被實現，如圖37所示。

因此，獨立於發動機速度以及凸輪轉矩脈衝幅度，本發明提供利用使被連接到凸輪軸或曲軸的第二部件(例如，搖臺式轉子604)跟隨第一部件的旋轉位置的機構來精確地控制第一部件(例如，輻架式轉子606)的旋轉位置的系統和方法，從而改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

之前所描述的大量非限制性例子展示了內燃機上的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係能獨立於發動機速度和凸輪轉矩脈衝幅度被改變的凸輪移相系統的設計和配置。本領域技術人員將明白能實現本文中所描述的凸輪移相系統所提供的總體方案的其它設計和配置是可能的。圖38和39進一步示出了本文中所描述的系統和方法所提供的總體方案。

圖38示出了用於改變內燃機上的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的一個非限制性方案。首先，在步驟700，輸入位移被提供給凸輪移相系統。輸入位移可經由致動機構(例如，線性致動器或螺線管)提供。在步驟702，響應於在步驟700所提供的輸入位移，第一部件(例如，本文中所描述的輻架式轉子18，106，206，406或606之一)相對於第三部件(例如，本文中所描述的鏈輪輪轂12，102，202，或402之一，或者搖臺式轉子604)能被迫使轉動到已知的旋轉位置。在一些實施例中，第三部件可被連接到內燃機的曲軸。在其它實施例中，第三部件被連接到內燃機的凸輪軸。

一旦第一部件在步驟702開始轉動，在步驟704，鎖定機構(例如，本文中所描述的鎖定機構20或160之一)能解鎖第一鎖定特徵，同時第二鎖定特徵保持被鎖定。同時，因為第二鎖定特徵保持鎖定，第二部件(例如，本文中所描述的搖臺式轉子14，104，204，404，504，或者鏈輪輪轂602)能被限制成僅跟隨第一部件(即，只沿第一部件轉動的相同方向旋轉)。在步驟706，第一鎖定特徵的解鎖能使第二部件旋轉地跟隨第一部件到達已知的旋轉位置。在一些實施例中，第二部件可被連接到內燃機的凸輪軸。在其它實施例中，第二部件可被連接到內燃機的曲軸。當第二部件旋轉地跟隨第一部件時，第二部件可相對於第三部件轉動，這又改變內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

第二部件可被允許持續轉動直到它到達由第一部件的旋轉所定義的已知旋轉位置(即，關於第三部件的已知旋轉偏移)。在步驟708，一旦第二部件到達期望的已知旋轉位置，鎖定機構能再次鎖定第一鎖定特徵，從而相對於第三部件旋轉地鎖定第二部件。以上所描述的過程能按照需求被重複，用於凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的後續改變。

圖39示出了用於改變內燃機上的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的另一個非限制性方案。首先，在步驟800，輸入位移能被提供給凸輪移相系統。輸入位移通過致動機構(例如，線性致動器，或者螺線管)被提供。在步驟802，響應於在步驟800所提供的輸入位移，第一部件(例如，輻架式轉子506)能相對於第三部件(例如，鏈輪輪轂502)被迫使軸向移動到已知的軸向位置。在一些實施例中，第三部件可被連接到內燃機的曲軸。

一旦第一部件在步驟802開始移位，在步驟804，鎖定機構(例如，鎖定楔508和510)能解鎖第一鎖定特徵，同時第二鎖定特徵保持被鎖定。同時，因為第二鎖定特徵保持鎖定，第二部件(例如，搖臺式轉子504)能被限制成僅沿期望方向旋轉。在步驟806，第一鎖定特徵的解鎖可使第二部件沿期望的方向旋轉地移位到已知的旋轉位置。在一些實施例中，第二部件可被連接到內燃機的凸輪軸。當第二部件旋轉地跟隨第一部件時，第二部件可相對於第三部件轉動，這又改變了內燃機的凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係。

第二部件可被允許持續轉動直到它到達由第一部件的軸向位移所定義的已知旋轉位置。在步驟808，一旦第二部件到達期望的已知旋轉位置，鎖定機構能再次鎖定第一鎖定特徵，從而相對於第三部件旋轉地鎖定第二部件。以上所描述的過程能按照需求被重複，用於凸輪軸和曲軸之間的旋轉關係的後續改變。

本領域技術人員將明白，雖然本發明已經結合具體實施例和示例在之前被描述，但是本發明不必然被如此限制，大量其它的實施例、示例、用途、以及源自所述實施例、示例和用途的改動和偏離將被後附權利要求所涵蓋。本文中所引用的每一件專利和公開的全部內容通過提及的方式被納入本文，如同每一件專利或公開通過提及被個別地併入本文一樣。

本發明的多種特徵和優點將在後面的權利要求中給出。