МЕХАНИЗМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02B75/04 F02B75/32 F02D15/02 F16H1/28 F16H1/32 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к механизму регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0002] Традиционно известен механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, который использует двузвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм, допускающий варьирование степени сжатия двигателя для двигателя внутреннего сгорания посредством изменения позиции вращения управляющего вала при передаче вращательной движущей силы актуатора на управляющий вал через зубчатый редуктор.

[0003] Например, патентные документы 1 и 2 раскрывают механизм регулирования степени сжатия, имеющий зубчатый редуктор, сконструированный на основе принципа дифференциальной шестерни таким образом, чтобы обеспечивать не только высокое передаточное отношение редуктора, но также и большой размер зубцов шестерен, и в силу этого не вызывать ухудшение прочности и поверхностный износ зубьев шестерни вследствие уменьшения размера зубцов шестерен.

[0004] Тем не менее, зубчатый редуктор вышеуказанного механизма регулирования степени сжатия должен достигать небольшого веса, высокой надежности и низких шумовых/вибрационных характеристик, при компоновочном размещении в ограниченном пространстве в транспортном средстве, и при этом ему требуются дополнительные улучшения.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0005] Патентный документ 1. Международная публикация номер WO 2014/109179

Патентный документ 2. Международная публикация номер WO 2014/27497

Сущность изобретения

[0006] Согласно настоящему изобретению, предоставляется механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий зубчатый редуктор, который уменьшает и передает вращение актуатора в качестве крутящего момента приведения в движение на управляющий вал таким образом, чтобы изменять позицию вращения управляющего вала и в силу этого варьировать степень сжатия двигателя для двигателя внутреннего сгорания, при этом зубчатый редуктор содержит: элемент на входной стороне, соединенный с вращательным валом актуатора; элемент на выходной стороне, который передает уменьшенное вращение актуатора на управляющий вал; закрепленный элемент, закрепленный на кожухе актуатора; и промежуточный элемент, который передает крутящий момент из элемента на входной стороне к элементу на выходной стороне и закрепленному элементу, при этом промежуточный элемент имеет первый фрагмент шестерни, приводимый в зацепление с фрагментом закрепленной шестерни закрепленного элемента, и второй фрагмент шестерни, приводимый в зацепление с фрагментом шестерни на выходной стороне элемента на выходной стороне, и при этом отношение числа зубьев фрагмента закрепленной шестерни к числу зубьев первого фрагмента шестерни задается выше отношения числа зубьев фрагмента шестерни на выходной стороне к числу зубьев второго фрагмента шестерни.

[0007] В настоящем изобретении, зубчатый редуктор обеспечивает возможность зацепления увеличенного числа зубьев шестерни между фрагментом шестерни на выходной стороне второй шестерни внутреннего зацепления и вторым фрагментом шестерни промежуточного элемента. Следовательно, можно уменьшать нагрузку в расчете на зуб шестерни, распределять механическое напряжение в зацепляющей части между фрагментом шестерни на выходной стороне и вторым фрагментом шестерни и подавлять повреждение и поверхностный износ зубьев шестерни, вызываемые за счет взаимодействия с противоположными зубьями шестерен.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 является схематичным видом, показывающим конструкцию механизма регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, к которому является применимым настоящее изобретение.

Фиг. 2 является видом в поперечном сечении зубчатого редуктора механизма регулирования степени сжатия согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 является покомпонентным видом в перспективе зубчатого редуктора механизма регулирования степени сжатия согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 является схематичным видом зубчатого редуктора механизма регулирования степени сжатия согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 является схематичным видом зубчатого редуктора механизма регулирования степени сжатия согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

[0009] Далее описываются примерные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на чертежи.

Фиг. 1 является схематичным видом, показывающим конструкцию двигателя 1 внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0010] Двигатель 1 внутреннего сгорания имеет механизм 5 регулирования степени сжатия, допускающий варьирование степени сжатия двигателя посредством изменения позиции верхней мертвой точки поршня 4, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре 3 блока 2 цилиндров.

[0011] Механизм 5 регулирования степени сжатия сконструирован посредством двузвенного поршневого кривошипно-шатунного механизма, в котором поршень 4 и палец 7 кривошипа коленчатого вала 6 соединяются посредством множества тяг, и более конкретно, включает в себя: нижнюю тягу 8, смонтированную с возможностью вращения на пальце 7 кривошипа; верхнюю тягу 8, соединяющую нижнюю тягу 8 с поршнем 4; управляющий вал 11, содержащий часть 11 эксцентрикового вала; и управляющую тягу 12, соединяющую часть 11 эксцентрикового вала с нижней тягой 8.

[0012] Коленчатый вал 6 содержит множество коренных шеек 6 и шатунных шеек 7 кривошипа. Коренные шейки 6 поддерживаются с возможностью вращения между блоком 2 цилиндров и держателем 14 коренных подшипников коленчатого вала.

[0013] Верхняя тяга 9 имеет один конец, смонтированный с возможностью вращения на поршневом пальце 15, и другой конец, соединенный с возможностью вращения с нижней тягой 8 посредством первого соединительного штифта 16. Управляющая тяга 12 имеет один конец, соединенный с возможностью вращения с нижней тягой 8 посредством соединительного штифта 17, и другой конец, смонтированный с возможностью вращения на части 11 эксцентрикового вала управляющего вала 10.

[0014] Управляющий вал 10 размещается параллельно коленчатому валу 6 и поддерживается с возможностью вращения на блоке 2 цилиндров в местоположении между держателем 14 коренных подшипников коленчатого вала и держателем 18 подшипников управляющего вала.

[0015] Электромотор 21 соединяется с управляющим валом 10 через нижеуказанный волновой зубчатый редуктор 22 (см. фиг. 2) таким образом, чтобы вращать и приводить в действие управляющий вал 10 и в силу этого управлять позицией вращения управляющего вала 10. В данном документе, электромотор 21 соответствует актуатору, управляемому согласно сигналу команды управления из модуля управления (не показан).

[0016] Позиция части 11 эксцентрикового вала, которая служит в качестве центра качания управляющей тяги 12, изменяется, когда позиция вращения управляющего вала 10 сдвигается посредством электромотора 21. При таком позиционном изменении, ориентация нижней тяги 8 изменяется. Как следствие, степень сжатия непрерывно варьируется в зависимости от изменений движения поршня (характеристик хода) поршня 4, т.е. изменений позиций верхней и нижней мертвой точки поршня 4.

[0017] Вращение электромотора 21 передается на выходной вал 23, который изготавливается из железа, через волновой зубчатый редуктор 22, как показано на фиг. 2 и 3.

[0018] Рычаг 24 на стороне выходного вала закрепляется на выходном валу 23 таким образом, что он протягивается в радиальном направлении выходного вала. Рычаг на стороне управляющего вала (не показано) закрепляется на управляющем валу 10 таким образом, что он протягивается в радиальном направлении управляющего вала. Элемент тяги (не показан) соединяется с возможностью вращения на одном конце с рычагом 24 на стороне выходного вала и на другом конце с рычагом на стороне управляющего вала. Таким образом, вращение выходного вала 23 преобразуется в поступательное движение элемента тяги и передается в качестве крутящего момента приведения в движение (вращательного крутящего момента приведения в движение) на управляющий вал 10.

[0019] Электромотор 21, волновой зубчатый редуктор 22 и выходной вал 23 размещаются в пространстве, заданном посредством крышки 25 электромотора, которая изготавливается из алюминиевого сплава, в качестве кожуха электромотора 21, и нижнего цилиндрического элемента 26 картера. На фиг. 2, ссылка с номером 27 обозначает открытый фрагмент окна, через который проходит рычаг 24 на стороне выходного вала; и ссылка с номером 28 обозначает опорный подшипник выходного вала, на котором выходной вал 23 поддерживается с возможностью вращения в элементе 26 картера.

[0020] Волновой зубчатый редуктор 22, в общем, включает в себя: первую шестерню 31 внутреннего зацепления, изготовленную из железа в качестве закрепленного элемента; шестерню 32 внешнего зацепления, изготовленную из железа и размещаемую концентрически в первой шестерне 31 внутреннего зацепления в качестве промежуточного элемента; генератор 33 волн, изготовленный из железа с овальной внешней формой и размещаемый в шестерне 32 внешнего зацепления; и вторую шестерню 34 внутреннего зацепления в качестве элемента на выходной стороне, изготовленного из железа с охватывающей кольцевой формой. Внутренний и внешний диаметры первой шестерни 31 внутреннего зацепления являются практически идентичными внутреннему и внешнему диаметрам второй шестерни 34 внутреннего зацепления.

[0021] Первая шестерня 31 внутреннего зацепления имеет охватывающую кольцевую форму с фрагментом 35 закрепленной шестерни, сформированным на внутренней периферийной стороне. Первая шестерня 31 внутреннего зацепления закрепляется на крышке 25 электромотора посредством множества первых крепежных болтов 36. В первом варианте осуществления, первая шестерня 31 внутреннего зацепления закрепляется на крышке 25 электромотора посредством четырех первых крепежных болтов 36.

[0022] Шестерня 32 внешнего зацепления имеет цилиндрическую форму, при этом первый и второй фрагменты 37 и 38 шестерни формируются рядом на внешней периферической стороне и приводятся в зацепление с фрагментом 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления и с нижеуказанным фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления, соответственно. Шестерня 32 внешнего зацепления упруго деформируется в радиальном направлении согласно овальной форме генератора 33 волн, вставленного в него, с тем чтобы зацепляться с первым и вторым шестерням 31 и 34 внутреннего зацепления в двух местоположениях в направлении главной оси овальной формы.

[0023] Генератор 33 волн имеет центральный фрагмент, закрепленный на вращательном валу 39 электромотора 21. Шариковый подшипник (не показан) располагается между шестерней 32 внешнего зацепления и генератором 33 волн таким образом, чтобы обеспечивать возможность вращения шестерни 32 внешнего зацепления относительно генератора 33 волн.

[0024] На фиг. 2, ссылки с номерами 40 и 41 обозначают шариковые подшипники, которые принимают осевую нагрузку и радиальную нагрузку из генератора 33 волн. Например, один из этих подшипников адаптируется в качестве радиального подшипника; и другой адаптируется в качестве упорного подшипника.

[0025] Вторая шестерня 34 внутреннего зацепления имеет охватывающую кольцевую форму с фрагментом 42 шестерни на выходной стороне, сформированным на внутренней периферийной стороне. Вторая шестерня 34 внутреннего зацепления закрепляется на фланцевой части 23, которая изготавливается из железа, на концевом фрагменте выходного вала 23 посредством множества вторых крепежных болтов 43. В данном документе, число вторых крепежных болтов 43 задается выше числа первых крепежных болтов 36. Вторая шестерня 34 внутреннего зацепления закрепляется на фланцевой части 23a выходного вала 23 посредством шести вторых крепежных болтов 43 в первом варианте осуществления. Крутящий момент затяжки второй шестерни 34 внутреннего зацепления относительно фланцевой части 23a выходного вала 23 также задается выше крутящего момента затяжки второй шестерни 34 внутреннего зацепления относительно крышки 25 электромотора.

[0026] Дополнительно, толщина T1 крышки 25 электромотора в позиции, в которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления, задается больше толщины T2 фланцевой части 23a выходного вала 23, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления. Другими словами, жесткость крышки 25 электромотора в позиции, в которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления, задана выше жесткости фланцевой части 23a выходного вала 23, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления.

[0027] Число зубьев первого фрагмента 37 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления и число зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления отличаются на два зуба, так что шестерня 32 внешнего зацепления и первые шестерни 31 внутреннего зацепления вращаются друг относительно друга на величину, соответствующую такой разности числа зубьев в расчете на одно вращение генератора 33 волн. Кроме того, число зубьев второго фрагмента 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления и число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления отличаются на два зуба, так что шестерня 32 внешнего зацепления и вторая шестерня 34 внутреннего зацепления вращаются друг относительно друга на величину, соответствующую такой разности числа зубьев в расчете на одно вращение генератора 33 волн.

[0028] В волновом зубчатом редукторе 22 первого варианта осуществления, отношение числа зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни к числу зубьев первого фрагмента 37 шестерни задается выше отношения числа зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне к числу зубьев второго фрагмента 38 шестерни. Другими словами, число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления задается выше числа зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления.

[0029] Волновой зубчатый редуктор 22 выводит, на выходной вал 23, разность частоты вращения между вращением шестерни 32 внешнего зацепления, вызываемым посредством вращения генератора 33 волн, и вращением второй шестерни 34 внутреннего зацепления, вызываемым посредством вращения генератора 33 волн, и в силу этого достигает высокого передаточного отношения редуктора между вращательным валом 39 электромотора 21 и выходным валом 23.

[0030] Например, передаточное отношение редуктора волнового зубчатого редуктора 22 равно приблизительно 300 в случае, если: число зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления задается равным 202; число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления задается равным 302; число зубьев первого фрагмента 37 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления задается равным 200; и число зубьев второго фрагмента 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления задается равным 300.

[0031] Передаточное отношение редуктора волнового зубчатого редуктора 22 может управляться, например, приблизительно до 200-400; и числа зубьев первой и второй шестерен 31 и 34 внутреннего зацепления не ограничены вышеуказанным.

[0032] В механизме 5 регулирования степени сжатия с вышеуказанной конструкцией, выходной вал 23 легко затрагивается посредством вибрации управляющего вала 10, поскольку выходной вал 23 соединяется через элемент тяги с управляющим валом 10, к которому прилагается крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания. Вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, закрепленная на фланцевой части 23a выходного вала 23, в силу этого затрагивается посредством вибрации выходного вала 23 (т.е. вибрации выходного вала 23 в зазоре внутри опорного подшипника 28 выходного вала), радиального неточного совмещения выходного вала 23, упругой деформации выходного вала 23 и т.д. Зубья второй шестерни 34 внутреннего зацепления подвержены повреждению или поверхностному износу, когда зацепление второго элемента шестерни внутреннего зацепления со вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления становится плохим.

[0033] Соответственно, механизм 5 регулирования степени сжатия первого варианта осуществления имеет такую конфигурацию, в которой число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления задается выше числа зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления таким образом, чтобы увеличивать число зубьев, зацепляющихся между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления.

[0034] При этой конфигурации, можно уменьшать нагрузку в расчете на зуб шестерни, распределять механическое напряжение в зацепляющей части между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне и вторым фрагментом 38 шестерни и подавлять поверхностный износ и повреждение зубьев шестерни, вызываемые за счет взаимодействия с противоположными зубьями шестерен.

[0035] Жесткость зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления относительно понижается, когда число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне становится большим. Посредством задания жесткости фланцевой части 23a низкой, жесткость второй шестерни 34 внутреннего зацепления, закрепленной на фланцевой части 23a выходного вала 23, задается относительно низкой. Вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, которая с большой вероятностью приводит к плохому зацеплению шестерней и вызывает увеличение локальной нагрузки на поверхности зуба, в силу этого может задаваться с относительно низкой жесткостью, так что фрагмент 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления достигает поверхности с повышенным зацеплением шестерней посредством упругой поверхностной деформации зубьев шестерни при приложении большой нагрузки и в силу этого обеспечивает возможность уменьшения локальной нагрузки.

[0036] Управляющий вал 10 подвержен вибрации и упругой деформации под влиянием нагрузки по сгоранию. Следовательно, плохое зацепление шестерней с большей вероятностью должно возникать в зацепляющей части между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления, который находится относительно ближе к управляющему валу, чем зацепляющая часть между фрагментом 35 закрепленной шестерни первой шестерни 31 внутреннего зацепления и первым фрагментом 37 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления. Дополнительно, важно управлять относительными числами зубьев и жесткостями элемента шестерни на стороне крышки электромотора и элемента шестерни на стороне выходного вала в зависимости от степени ухудшения состояния зацепления между этими элементами шестерни в целях повышения износостойкости зубьев шестерни (для защиты зубьев шестерни от повреждения и износа).

[0037] Посредством относительного утоньшения фланцевой части 23a выходного вала 23, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, величина выдавания фланцевой части 23a из опорного подшипника 28 выходного вала может уменьшаться таким образом, что можно подавлять смещение второй шестерни 34 внутреннего зацепления вследствие вибрации выходного вала в зазоре внутри опорного подшипника 28 выходного вала или радиальное неточное совмещение выходного вала 23 и т.д. и плохое зацепление между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления.

[0038] В случае если вторая шестерня 34 внутреннего зацепления непосредственно закрепляется на концевом фрагменте управляющего вала 10, т.е. управляющий вал 10 также служит в качестве выходного вала 23, фланцевая часть, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, формируется на концевом фрагменте управляющего вала 10. В этом случае, величина выдавания фланцевой части 23a, т.е. величина выступа фланцевой части 23a подшипника на торцевой стороне управляющего вала, на которой поддерживается с возможностью вращения управляющий вал 10 (между держателем 14 коренных подшипников коленчатого вала и держателем 18 подшипников управляющего вала), могут уменьшаться посредством утоньшения фланцевой части управляющего вала 10, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления.

[0039] Есть возможность предварительно собирать шестерню 32 внешнего зацепления с первой шестерней 31 внутреннего зацепления или второй шестерней 34 внутреннего зацепления. В этом случае, шестерня 32 внешнего зацепления и шестерня 31 или 34 внутреннего зацепления в качестве одних элементов могут легко совмещаться в надлежащую позицию зацепления и собираться друг с другом. Тем не менее, в состоянии субсборки, в котором шестерня 32 внешнего зацепления собрана с одной из первой и второй шестерен 31 и 34 внутреннего зацепления, непросто собирать другую из первой и второй шестерен 31 и 34 внутреннего зацепления с шестерней 32 внешнего зацепления.

[0040] Чем больше число зубьев шестерни, тем труднее совмещать и собирать зубья шестерни, что приводит к ухудшению технологичности сборки между шестерней 32 внешнего зацепления, первой шестерней 31 внутреннего зацепления и второй шестерней 34 внутреннего зацепления.

[0041] Когда число зубьев первой шестерни 31 внутреннего зацепления задается меньше числа зубьев второй шестерни 34 внутреннего зацепления, операция сборки шестерни 32 внешнего зацепления в состоянии субсборки может относительно упрощаться посредством сборки шестерни 32 внешнего зацепления со второй шестерней 34 внутреннего зацепления и затем с первой шестерней 31 внутреннего зацепления, закрепленной на крышке 25 электромотора.

[0042] Защемление, которое вызывает неточное совмещение при зацеплении между элементами шестерни, с большей вероятностью возникает во второй шестерне 34 внутреннего зацепления, поскольку вторая шестерня 34 внутреннего зацепления имеет относительно большое число зубьев и небольшую глубину зубьев. Следовательно, фланцевая часть 23a, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, изготавливается из железа; и крышка 25 электромотора, на которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления, изготавливается из алюминиевого сплава. Другими словами, сторона, в которой с большей вероятностью возникает защемление (т.е. сторона второй шестерни внутреннего зацепления), задается с более низким коэффициентом теплового расширения в первом варианте осуществления.

[0043] Посредством этого управления тепловым расширением, можно подавлять деформацию зацепляющей части между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления и предотвращать возникновение защемления. Дополнительно можно не допускать понижения крутящего момента защемления с уменьшением высоты (глубины) зацепления фрагмента 42 шестерни на выходной стороне относительно второго фрагмента 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления вследствие расширения второй шестерни 34 внутреннего зацепления через тепловое расширение фланцевой части 23a в высокотемпературном режиме. В данном документе, термин "крутящий момент защемления" означает крутящий момент, при котором возникает защемление в зацепляющей части между фрагментами шестерни.

[0044] Посредством понижения коэффициента теплового расширения элемента шестерни, зубья которого имеют большое число и относительно низкую прочность (т.е. на стороне второй шестерни внутреннего зацепления), может развиваться разность коэффициента теплового расширения между фланцевой частью 23a выходного вала 23 и второй шестерней 34 внутреннего зацепления в высокотемпературном режиме, так что можно предотвращать плохое зацепление шестерней вследствие деформации зацепляющей части между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления и подавлять повреждение и износ зубьев шестерни, вызываемые посредством концентрации локальных механических напряжений.

[0045] Защемление с относительно меньшей вероятностью должно возникать в первой шестерне 31 внутреннего зацепления, поскольку первая шестерня 33 внутреннего зацепления имеет небольшое число зубьев и относительно большую глубину зубьев. Поскольку крышка 25 электромотора, на которой закрепляется элемент шестерни внешнего зацепления 25, изготовлена из алюминиевого сплава с высоким коэффициентом теплового расширения, но имеет небольшой вес, в первом варианте осуществления, можно достигать уменьшения веса при одновременном предотвращении понижения крутящего момента защемления.

[0046] Крутящий момент затяжки между второй шестерней 34 внутреннего зацепления и фланцевой частью 23a выходного вала 23 задается выше крутящего момента затяжки между крышкой 25 электромотора и первой шестерней 31 внутреннего зацепления в первом варианте осуществления. Поскольку крутящий момент затяжки второй шестерни 34 внутреннего зацепления, в которой с большой вероятностью возникает защемление, задается относительно высоким, деформация фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления может подавляться. В силу этого можно не только увеличивать крутящий момент защемления, но также и подавлять повреждение и поверхностный износ зубьев шестерни, вызываемые посредством концентрации локальных механических напряжений вследствие плохого зацепления между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 32 внешнего зацепления.

[0047] Поскольку число первых крепежных болтов 36, за счет которых первая шестерня 31 внутреннего зацепления закрепляется на крышке 25 электромотора, задается относительно небольшим в первом варианте осуществления, можно обеспечивать пространство для размещения компонентов электромотора 21 во внутренней части электромотора 21 для снижения размера/веса электромотора 21.

[0048] С другой стороны, можно легко задавать высокий крутящий момент затяжки между второй шестерней 34 внутреннего зацепления и фланцевой частью 23a выходного вала 23, поскольку число вторых крепежных болтов 43, за счет которых вторая шестерня 34 внутреннего зацепления закрепляется на фланцевой части 23a выходного вала 23, задается относительно большим в первом варианте осуществления.

[0049] В зависимости от задания передаточного отношения редуктора, число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления может становиться слишком большим. Глубина зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне задается меньшей на величину, на которую число зубьев становится большим. Это приводит к большой вероятности возникновения защемления, что вызывает неточное совмещение при зацеплении между фрагментом 42 шестерни на выходной стороне второй шестерни 34 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 38 шестерни шестерни 34 внешнего зацепления. В таком случае, целесообразно увеличивать крутящий момент защемления и предотвращать защемление посредством задания жесткости фланцевой части 23a выходного вала 23, на которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления, выше жесткости части крышки 25 электромотора, на которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления. Например, толщина крышки 25 электромотора в позиции, в которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления, задается меньше толщины фланцевой части 23a выходного вала 23 в позиции, в которой закрепляется вторая шестерня 34 внутреннего зацепления.

[0050] В случае, если число зубьев фрагмента 42 шестерни на выходной стороне задается больше числа зубьев фрагмента 35 закрепленной шестерни, и одновременно, жесткость фланцевой части 23a выходного вала 23 задана выше жесткости крышки электромотора 23 в позиции, в которой закрепляется первая шестерня 31 внутреннего зацепления, это является невыгодным с точки зрения защемления. Тем не менее, когда крутящий момент защемления задается существенно выше максимального крутящего момента нагрузки, нет необходимости рассматривать крутящий момент защемления. Достаточно рассматривать поверхностную износостойкость (механическое напряжение внизу зубьев и поверхностный износ зубьев) зубьев шестерни, когда нет необходимости рассматривать крутящий момент защемления.

[0051] В качестве зубчатого редуктора для уменьшения вращения электромотора 21, целесообразно использовать любой тип зубчатого редуктора, отличный от волнового зубчатого редуктора 22. Например, парадоксальный планетарный зубчатый редуктор 51 по фиг. 4 или гипоциклоидный зубчатый редуктор 61 по фиг. 5 может быть использован в качестве зубчатого редуктора.

[0052] Ниже приводится пояснение второго варианта осуществления настоящего изобретения, в котором парадоксальный планетарный зубчатый редуктор 51 используется в качестве зубчатого редуктора, и третьего варианта осуществления настоящего изобретения, в котором гипоциклоидный зубчатый редуктор 61 используется в качестве зубчатого редуктора. Второй и третий варианты осуществления являются конструктивно идентичными вышеуказанному первому варианту осуществления, за исключением конфигурации зубчатого редуктора.

[0053] Во втором варианте осуществления, парадоксальный планетарный зубчатый редуктор 51, в общем, включает в себя: первую шестерню 52 внутреннего зацепления в качестве закрепленного элемента, изготовленного из железа и закрепленного на крышке 25 электромотора; множество планетарных шестерен 53 в качестве промежуточного элемента, изготовленного из железа; вторую шестерню 54 внутреннего зацепления в качестве элемента на выходной стороне, изготовленного из железа и закрепленного на выходном валу 23; и солнечную шестерню 55 в качестве элемента на входной стороне, изготовленного из железа и закрепленного на вращательном валу 39 электромотора 21.

[0054] Солнечная шестерня 55 имеет фрагмент 56 солнечной шестерни с числом Z1 зубьев на внешней периферической стороне и размещается в первой шестерне 52 внутреннего зацепления и второй шестерне 54 внутреннего зацепления. Первая шестерня 52 внутреннего зацепления имеет фрагмент 58 закрепленной шестерни с числом Z3 зубьев на внутренней периферийной стороне. Вторая шестерня 54 внутреннего зацепления имеет фрагмент 59 шестерни на выходной стороне с числом Z4 зубьев на внутренней периферийной стороне. Планетарная шестерня 53 имеет фрагмент 57 планетарной шестерни с числом Z2 зубьев на внешней периферической стороне и размещается между первой и второй шестернями 52 и 54 внутреннего зацепления и солнечной шестерней 55.

[0055] Фрагменты 57 планетарной шестерни планетарных шестерен 53 входят в зацепление с фрагментом 58 закрепленной шестерни первой шестерни 52 внутреннего зацепления, фрагментом 59 шестерни на выходной стороне второй шестерни 54 внутреннего зацепления и фрагментом 56 солнечной шестерни солнечной шестерни 55. А именно, фрагменты 57 планетарной шестерни соответствуют первым и вторым фрагментам шестерни промежуточного элемента.

[0056] В этом парадоксальном планетарном зубчатом редукторе 51, отношение числа зубьев фрагмента 58 закрепленной шестерни к числу зубьев фрагмента 57 планетарной шестерни задается выше отношения числа зубьев фрагмента 59 шестерни на выходной стороне к числу зубьев фрагмента 57 планетарной шестерни. Другими словами, число Z4 зубьев фрагмента 59 шестерни на выходной стороне второй шестерни 54 внутреннего зацепления задается выше числа Z3 зубьев фрагмента 58 закрепленной шестерни первой шестерни 52 внутреннего зацепления.

[0057] Даже посредством использования такого парадоксального планетарного зубчатого редуктора 51, можно получать преимущества, практически идентичные преимуществам в первом варианте осуществления.

[0058] В парадоксальном планетарном зубчатом редукторе 51, вторая шестерня 54 внутреннего зацепления имеет относительно большое число зубьев и низкую прочность зубьев, так что имеется вероятность плохого зацепления шестерней за счет деформации зубьев шестерни в зацепляющей части между фрагментом 59 шестерни на выходной стороне второй шестерни 54 внутреннего зацепления и фрагментом 57 планетарной шестерни планетарной шестерни 53. Тем не менее, такое плохое зацепление шестерней может подавляться посредством задания жесткости второй шестерни 54 внутреннего зацепления высокой. В силу этого можно подавлять повреждение и износ зубьев шестерни, вызываемые посредством концентрации локальных механических напряжений в зацепляющей части между фрагментом 59 шестерни на выходной стороне второй шестерни 54 внутреннего зацепления и фрагментом 57 планетарной шестерни планетарной шестерни 53.

[0059] В третьем варианте осуществления, гипоциклоидный зубчатый редуктор 61, в общем, включает в себя: первую шестерню 62 внутреннего зацепления в качестве закрепленного элемента, изготовленного из железа и закрепленного на крышке 25 электромотора; шестерню 63 внешнего зацепления в качестве промежуточного элемента изготовленного из железа; вторую шестерню 64 внутреннего зацепления в качестве элемента на выходной стороне, изготовленного из железа и закрепленного на выходном валу 23; и элемент 65 на входной стороне, изготовленный из железа и закрепленный на вращательном валу 30 электромотора 21.

[0060] Шестерня 63 внешнего зацепления имеет первый фрагмент 67 шестерни с числом Z1 зубьев и второй фрагмент 68 шестерни с числом Z2 зубьев и поддерживается с возможностью вращения на части 66 эксцентрикового вала элемента 65 на входной стороне, которая смещается относительно вращательного вала 39 электромотора 21. Первая шестерня 62 внутреннего зацепления имеет фрагмент 69 закрепленной шестерни с числом Z3 зубьев на внутренней периферийной стороне и размещается на наружной стороне первого фрагмента 67 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления. Вторая шестерня 64 внутреннего зацепления имеет фрагмент 70 шестерни на выходной стороне с числом Z4 зубьев на внутренней периферийной стороне и размещается на наружной стороне второго фрагмента 68 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления.

[0061] Первый фрагмент 67 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления входит в зацепление с фрагментом 69 закрепленной шестерни первой шестерни 62 внутреннего зацепления. Второй фрагмент 68 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления входит в зацепление с фрагментом 70 шестерни на выходной стороне второй шестерни 64 внутреннего зацепления.

[0062] По мере того, как шестерня 63 внешнего зацепления смещается относительно вращательного вала 39 электромотора 21, первый фрагмент 67 шестерни и второй фрагмент 68 шестерни зацепляются с фрагментом 69 закрепленной шестерни первой шестерни 62 внутреннего зацепления и фрагментом 70 шестерни на выходной стороне второй шестерни 64 внутреннего зацепления, соответственно, на стороне смещения шестерни 63 внешнего зацепления (на которой расположена часть 66 эксцентрикового вала) относительно вращательного вала 39.

[0063] В этом гипоциклоидном зубчатом редукторе 61, отношение числа зубьев фрагмента 69 закрепленной шестерни к числу зубьев первого фрагмента 67 шестерни задается выше отношения числа зубьев фрагмента 70 шестерни на выходной стороне к числу зубьев второго фрагмента 68 шестерни. Другими словами, число Z3 зубьев фрагмента 69 шестерни на выходной стороне первой шестерни 62 внутреннего зацепления задается меньше числа Z4 зубьев фрагмента 70 шестерни на выходной стороне второй шестерни 64 внутреннего зацепления; и число Z1 зубьев первого фрагмента 67 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления задается меньше числа Z2 зубьев второго фрагмента 68 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления.

[0064] Даже посредством использования такого гипоциклоидного зубчатого редуктора 61, можно получать преимущества, практически идентичные преимуществам в первом варианте осуществления.

[0065] В гипоциклоидном зубчатом редукторе 61, вторая шестерня 64 внутреннего зацепления имеет относительно большое число зубьев и низкую прочность зубьев, так что имеется вероятность плохого зацепления шестерней посредством деформации зубьев шестерни в зацепляющей части между фрагментом 70 шестерни на выходной стороне второй шестерни 64 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 68 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления. Тем не менее, такое плохое зацепление шестерней может подавляться посредством задания жесткости второй шестерни 64 внутреннего зацепления высокой. В силу этого можно подавлять повреждение и износ зубьев шестерни, вызываемые посредством концентрации локальных механических напряжений в зацепляющей части между фрагментом 70 шестерни на выходной стороне второй шестерни 64 внутреннего зацепления и вторым фрагментом 68 шестерни шестерни 63 внешнего зацепления.

Изобретение относится к механизму регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания. Раскрыт механизм (5) регулирования степени сжатия, в котором управляющий вал (10) вращается и приводится в действие посредством электромотора (21) через волновой зубчатый редуктор (22). Волновой зубчатый редуктор (22) включает в себя: первую шестерню (31) внутреннего зацепления; шестерню (32) внешнего зацепления, размещаемую концентрически в шестерне (31) внутреннего зацепления; генератор (33) волн, имеющий овальную внешнюю форму и размещаемый в шестерне (32) внешнего зацепления; и вторую шестерню (34) внутреннего зацепления, при этом отношение числа зубьев фрагмента (35) закрепленной шестерни первой шестерни (31) внутреннего зацепления к числу зубьев первого фрагмента (37) шестерни (32) внешнего зацепления задается превышающим отношение числа зубьев фрагмента (42) шестерни на выходной стороне второй шестерни (34) внутреннего зацепления к числу зубьев второго фрагмента (38) шестерни (32) внешнего зацепления. Техническим результатом является уменьшение нагрузки в расчете на зуб шестерни. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий зубчатый редуктор, который уменьшает и передает вращение актуатора в качестве крутящего момента приведения в движение на управляющий вал таким образом, чтобы изменять позицию вращения управляющего вала и в силу этого варьировать степень сжатия двигателя для двигателя внутреннего сгорания,

- при этом зубчатый редуктор содержит:

- элемент на входной стороне, соединенный с вращательным валом актуатора;

- элемент на выходной стороне, который передает уменьшенное вращение актуатора на управляющий вал;

- закрепленный элемент, закрепленный на кожухе актуатора; и

- промежуточный элемент, который передает крутящий момент из элемента на входной стороне к элементу на выходной стороне и закрепленному элементу,

- при этом промежуточный элемент имеет первый фрагмент шестерни, приводимый в зацепление с фрагментом закрепленной шестерни закрепленного элемента, и второй фрагмент шестерни, приводимый в зацепление с фрагментом шестерни на выходной стороне элемента на выходной стороне,

- при этом отношение числа зубьев фрагмента закрепленной шестерни к числу зубьев первого фрагмента шестерни задано выше отношения числа зубьев фрагмента шестерни на выходной стороне к числу зубьев второго фрагмента шестерни, и

- при этом число зубьев первого фрагмента шестерни отличается от числа зубьев второго фрагмента шестерни.

2. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, дополнительно содержащий выходной вал, на котором элемент на выходной стороне закреплен таким образом, что крутящий момент приведения в движение актуатора передается на управляющий вал через выходной вал,

- при этом жесткость фланцевой части выходного вала, на котором закреплен элемент на выходной стороне, выше жесткости кожуха, на котором закреплен закрепленный элемент.

3. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, дополнительно содержащий выходной вал, на котором элемент на выходной стороне закреплен таким образом, что крутящий момент приведения в движение актуатора передается на управляющий вал через выходной вал,

- при этом толщина кожуха в позиции, в которой закреплен закрепленный элемент, превышает толщину фланцевой части выходного вала, на котором закреплен элемент на выходной стороне.

4. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п. 1, дополнительно содержащий выходной вал, на котором элемент на выходной стороне закреплен таким образом, что крутящий момент приведения в движение актуатора передается на управляющий вал через выходной вал,

- при этом коэффициент теплового расширения выходного вала, на котором закреплен элемент на выходной стороне, ниже коэффициента теплового расширения кожуха, на котором закреплен закрепленный элемент.

5. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащий выходной вал, на котором элемент на выходной стороне закреплен таким образом, что крутящий момент приведения в движение актуатора передается на управляющий вал через выходной вал,

- при этом крутящий момент затяжки между элементом на выходной стороне и выходным валом выше крутящего момента затяжки между кожухом и закрепленным элементом.

6. Механизм регулирования степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий выходной вал, на котором элемент на выходной стороне закреплен таким образом, что крутящий момент приведения в движение актуатора передается на управляющий вал через выходной вал,

- при этом число болтов, за счет которых элемент на выходной стороне закреплен на выходном валу, превышает число болтов, за счет которых закрепленный элемент закреплен на кожухе.