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

Область техники

Настоящее изобретение относится к механизму переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Известен механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, использующий двухрычажный кривошипно-шатунный механизм, способный изменять степень сжатия двигателя внутреннего сгорания за счет изменения углового положения управляющего вала посредством передачи вращательного усилия от приводного устройства к управляющему валу через шестеренчатый редуктор.

Например, в публикациях WO 2014/109179 и WO 2014/27497 раскрывается механизм переменной степени сжатия, имеющий шестеренчатый редуктор, созданный на принципе дифференциальной передачи, чтобы обеспечить не только высокое понижающее передаточное отношение, но также большой модуль зубчатой передачи, не вызывая таким образом снижения прочности и поверхностного износа зубьев шестерен из-за уменьшения модуля зубчатой передачи.

Однако от редуктора указанного механизма переменной степени сжатия требуется достижение малого веса, высокой долговечности и характеристик низкого шума/вибрации при создании компоновки в ограниченном пространстве транспортного средства, так что он по-прежнему нуждается в дополнительных усовершенствованиях.

Краткое описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий шестеренчатый редуктор, понижающий и передающий в качестве крутящего момента вращение от приводного устройства на управляющий вал, чтобы изменить угловое положение управляющего вала и таким образом изменить степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, причем шестеренчатый редуктор содержит: входной элемент, соединенный с валом вращения приводного устройства; выходной элемент, передающий пониженное вращение от приводного устройства на управляющий вал; зафиксированный элемент, закрепленный на корпусе приводного устройства; и промежуточный элемент, передающий крутящий момент от входного зубчатого элемента к выходному и зафиксированному зубчатым элементом, имеющим первый зубчатый участок, входящий в зацепление с зафиксированным зубчатым участком зафиксированного зубчатого элемента, и второй зубчатый участок, входящий в зацепление с выходным зубчатым участком выходного зубчатого элемента, причем отношение числа зубьев зафиксированного зубчатого участка к числу зубьев первого зубчатого участка устанавливают ниже, чем отношение числа зубьев выходного зубчатого участка к числу зубьев второго зубчатого участка.

В настоящем изобретении высота зубьев выходного зубчатого участка сделана большей за счет установки меньшего количества зубьев выходного зубчатого участка. Таким образом, можно достичь более высокого крутящего момента возникновения колебаний и предотвратить угловые колебания, которые вызывают несоосность зацепления между выходным зубчатым участком и вторым зубчатым участком.

Поскольку высота зубьев выходного зубчатого участка сделана относительно большой, можно предотвратить плохое зацепление выходного зубчатого участка со вторым зубчатым участком, повысив прочность зубьев выходного зубчатого участка без необходимости увеличения модуля зубчатой передачи при увеличении размера редуктора, и подавить поверхностный износ зубьев выходного зубчатого участка.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический вид, показывающий устройство механизма переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, к которому применимо настоящее изобретение;

Фиг. 2 - поперечное сечение шестеренчатого редуктора механизма переменной степени сжатия в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - вид в перспективе с пространственным разнесением деталей шестеренчатого редуктора механизма переменной степени сжатия в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - схематический вид шестеренчатого редуктора механизма переменной степени сжатия в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 - схематический вид шестеренчатого редуктора механизма переменной степени сжатия в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже будут описаны в качестве примеров варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 приведен схематический вид, показывающий устройство двигателя 1 внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Двигатель 1 внутреннего сгорания имеет механизм 5 переменной степени сжатия, способный изменять степень сжатия двигателя за счет изменения положения верхней мертвой точки поршня 4, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре 3 блока 2 цилиндров.

Механизм 5 переменной степени сжатия образован двухрычажным кривошипно-шатунным механизмом, в котором поршень 4 и шатунная шейка 7 коленчатого вала 6 соединены множеством рычагов и, в частности, включает в себя: нижний рычаг 8, установленный с возможностью вращения на шатунной шейке 7; верхний рычаг 8, соединяющий нижний рычаг 8 с поршнем 4; управляющий вал 10, имеющий эксцентриковую часть 11 вала; и управляющий рычаг 12, соединяющий эксцентриковую часть 11 вала с нижним рычагом 8.

Коленчатый вал 6 имеет множество коренных шеек 13 и шатунных шеек 7. Коренным шейкам 13 обеспечивается возможность вращения между блоком 2 цилиндров и опорой 14 коренного подшипника коленчатого вала.

Один конец верхнего рычага 9 установлен с возможностью вращения на поршневом пальце 15, а другой его конец - с помощью первого соединительного пальца 16 - соединен, с возможностью вращения, с нижним рычагом 8. Один конец управляющего рычага 12 соединен с возможностью вращения с помощью второго соединительного пальца 17 с нижним рычагом 8, а другой его конец - установлен с возможностью вращения на эксцентриковую часть 11 управляющего вала 10.

Управляющий вал 10 расположен параллельно коленчатому валу 6, причем он установлен с возможностью вращения в блоке 2 цилиндров между опорой 14 коренного подшипника коленчатого вала и опорой 18 подшипника управляющего вала.

Электродвигатель 21 соединен с управляющим валом 10 через вышеупомянутый волновой зубчатый редуктор 22 (см. фиг. 2), чтобы вращать и приводить в действие управляющий вал 10 и таким образом управлять угловым положением управляющего вала 10. Здесь электродвигатель 21 согласовывается с исполнительным механизмом, работающим по командным сигналам от блока управления (не показан).

Положение эксцентриковой части 11 вала, которая служит в качестве центра качания для управляющего рычага 12, изменяется, когда угловое положение управляющего вала 10 сдвигается электродвигателем 21. Вместе с этим изменением положения, меняется ориентация нижнего рычага 8. Как следствие, степень сжатия непрерывно изменяется с изменением движения (характеристик такта) поршня 4, то есть, с изменением положения верхней и нижней мертвых точек поршня 4.

Вращение электродвигателя 21 передается на выходной вал 23, выполненный из железа, через волновой зубчатый редуктор 22, как показано на фиг. 2 и 3.

Рычаг 24 выходного вала закреплен на выходном валу 23, так чтобы выступать в радиальном направлении из выходного вала. Рычаг управляющего вала (не показан) закреплен на управляющем валу 10, так чтобы выступать в радиальном направлении из управляющего вала. Соединительный элемент (не показан) соединен, с возможностью вращения, одним из своих концов с рычагом 24 выходного вала, а другим своим концом - с рычагом управляющего вала. Таким образом, вращение выходного вала 23 преобразуется в поступательное движение соединительного элемента и передается в качестве приводящего крутящего момента (вращательного момента) на управляющий вал 10.

Электродвигатель 21, волновой зубчатый редуктор 22 и выходной вал 23 размещены в пространстве, образованном крышкой 25 двигателя, выполненной из алюминиевого сплава как корпус электродвигателя 21, и цилиндрическим закрытым снизу элементом 26 корпуса. На фиг. 2 ссылочная позиция 27 обозначает область открытого окна, через которую проходит рычаг 24 выходного вала; а ссылочная позиция 28 обозначает опорные подшипники выходного вала, на которых выходной вал 23 удерживается с возможностью вращения в элементе 26 корпуса.

Волновой зубчатый редуктор 22 главным образом включает в себя: первый элемент 31 с внутренним зацеплением, выполненный из железа как зафиксированный элемент; элемент 32 с внешним зацеплением, выполненный из железа, и расположенный концентрически внутри первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением как промежуточный элемент; генератор 33 волн, выполненный из железа, имеющий овальную наружную форму, и расположенный внутри зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением; и второй элемент 34 с внутренним зацеплением в качестве выходного элемента, выполненного из железа в форме кольца, расположенного по окружности. Внутренний и внешний диаметры первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением - по существу такие же, как и у второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением.

Первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением имеет форму кольца, расположенного по окружности, с зафиксированным зубчатым участком 35, выполненным на ее внутренней периферической стороне. Первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением прикреплен к крышке 25 двигателя множество первых крепежных болтов 36. В первом варианте осуществления первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением прикреплен к крышке 25 двигателя четырьмя первыми крепежными болтами 36.

Зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением имеет цилиндрическую форму с первым и вторым зубчатыми участками 37 и 38, выполненными рядом друг с другом на ее внешней периферической стороне, и входящими в зацепление с зафиксированным зубчатым участком 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением и упомянутым выше выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением соответственно. Зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением имеет возможность радиально упруго деформироваться в соответствии с овальной формой размещенного в нем генератора 33 волн, так чтобы входить в зацепление с первым и вторым зубчатыми элементами 31 и 34 с внутренним зацеплением в двух местах вдоль основной оси овала.

Генератор 33 волн имеет центральную часть, закрепленную на валу 39 вращения электродвигателя 21. Шариковый подшипник (не показан) расположен между зубчатым элементом 32 с внешним зацеплением и генератором 33 волн, чтобы обеспечить вращение зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением относительно генератора 33 волн.

На фиг. 2 ссылочные позиции 40 и 41 обозначают шариковые подшипники, воспринимающие осевую нагрузку и радиальную нагрузку от генератора 33 волн. Например, один из этих подшипников выполнен в виде радиального подшипника; а другой - в виде упорного подшипника.

Второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением имеет форму кольца, расположенного по окружности, с выходным зубчатым участком 42, выполненным на его внутренней периферической стороне. Второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением прикреплен к фланцевой части 23a, которая выполнена из железа на концевой части выходного вала 23, с помощью множества вторых крепежных болтов 43. Здесь устанавливается большее количество вторых крепежных болтов 43, чем количество первых крепежных болтов 36. Второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением прикреплен к фланцевой части 23а выходного вала 23 шестью вторыми крепежными болтами 43 - в первом варианте осуществления. Момент затяжки второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением относительно фланцевой части 23а выходного вала 23 также установлен выше, чем момент затяжки второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением относительно крышки 25 двигателя.

Кроме того, жесткость крышки 25 двигателя в том месте, где закреплен первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением - выше, чем жесткость фланцевой части 23а выходного вала 23, к которой прикреплен второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением. В первом варианте осуществления толщина T1 крышки 25 двигателя, к которой прикреплен первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением, установлена большей, чем толщина T2 фланцевой части 23a выходного вала 23, к которой прикреплен второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением.

Количество зубьев первого зубчатого участка 37 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением и количество зубьев зафиксированного зубчатого участка 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением отличаются на два зуба, так что зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением и первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением поворачиваются относительно друг друга соответственно этой разнице чисел зубьев за одно вращение генератора 33 волн. Кроме того, количество зубьев второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением и количество зубьев выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением - отличаются на два зуба, так что зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением и второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением поворачиваются относительно друг друга соответственно этой разнице чисел зубьев за одно вращение генератора 33 волн.

В волновом редукторе 22 по первому варианту осуществления отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка 35 к числу зубьев первого зубчатого участка 37 установлено меньшим, чем отношение числа зубьев выходного зубчатого участка 42 к числу зубьев второго зубчатого участка 38. Другими словами, количество зубьев выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением установлено меньшим, чем количество зубьев зафиксированного зубчатого участка 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением.

Таким образом, волновой редуктор 22 выводит на выходной вал 23 разность между скоростью вращения зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением, вызванного вращением генератора 33 волн, и скоростью вращения второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, вызванного вращением генератора 33 волн, - так чтобы достичь большого понижающего передаточного отношения между валом 39 вращения электродвигателя 21 и выходным валом 23.

Например, понижающее передаточное отношение волнового редуктора 22 составляет около 300 в случае, когда: число зубьев зафиксированного зубчатого участка 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением устанавливают равным 302; число зубьев выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением устанавливают равным 202; число зубьев первого зубчатого участка 37 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением устанавливают равным 300; а количество зубьев второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением устанавливают равным 200.

Понижающее передаточное отношение волнового редуктора 22 может управляться в диапазоне, например, около 200-400; а количество зубьев первого и второго зубчатых элементов 31 и 34 с внутренним зацеплением не ограничены указанными выше.

В выше описанном механизме 5 переменной степени сжатия, выходной вал 23 легко поддается влиянию колебаний управляющего вала 10, поскольку выходной вал 23 соединен рычагом (соединительным элементом) с управляющим валом 10, на который действует крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания 1. Второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением прикреплен к фланцевой части 23a выходного вала 23, и зависит, таким образом, от колебаний выходного вала 23 (т.е. колебаний выходного вала 23 в зазоре внутри опорного подшипника 28 выходного вала), радиальной несоосности выходного вала 23, упругой деформации выходного вала 23 и т. д. Таким образом, есть вероятность того, что: зацепление второго зубчатого элемента 34 со вторым зубчатым участком 38 зубчатого элемента 32 станет неудовлетворительным; и крутящий момент возникновения колебаний, при котором появляются угловые колебания, вызывающие несоосность зацепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 и вторым зубчатым участком 38 зубчатого элемента 32,- будет уменьшаться.

Также есть вероятность того, что, когда зацепление выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением станет неудовлетворительным, возникнут поломка и поверхностный износ зубьев зубчатой передачи в зоне зацепления между выходным зубчатым участком 42 и вторым зубчатым участком 34 из-за локального увеличения поверхностной нагрузки на рабочие поверхности.

Соответственно, механизм 5 переменной степени сжатия по первому варианту осуществления выполнен таким образом, что число зубьев выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением установлено меньшим, чем число зубьев зафиксированного зубчатого участка 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением.

При таком исполнении высота зубьев выходного зубчатого участка 42 сделана относительно большей, поскольку количество зубьев установлено меньшим. Таким образом возможно увеличить крутящий момент возникновения колебаний и предотвратить угловые колебания.

Поскольку высота зубьев выходного зубчатого участка 42 сделана относительно большей, можно предотвратить неудовлетворительное зацепление выходного зубчатого участка 42 со вторым зубчатым участком 38, улучшить прочность зубьев выходного зубчатого участка 42 без необходимости увеличения модуля зубчатой передачи при увеличении зубчатого редуктора, и подавить поверхностный износ зубьев выходного зубчатого участка 42.

Чтобы увеличить крутящий момент возникновения колебаний в зоне зацепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и вторым зубчатым участком 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением, можно подавить неудовлетворительное зацепление, вызванное несоосностью центра генератора 33 волн относительно центра второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, наклоном генератора 33 волн относительно второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и т. д.

Для предотвращения таких межцентровой несоосности и наклона, было бы эффективным повысить способность первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением отслеживать смещение второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением за счет придания большей жесткости фланцевой части 23а выходного вала 23.

Делая жесткость фланцевой части 23а выходного вала 23 выше жесткости крышки 25 двигателя, можно не только увеличить крутящий момент возникновения колебаний в зоне зацепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и вторым зубчатым участком 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением, но также подавить деформацию выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, и избежать локальной концентрации напряжения или увеличения поверхностного давления на выходной зубчатый участок 42.

Чем больше число зубьев зубчатого элемента (т.е. чем больше модуль редуктора), тем выше крутящий момент возникновения колебаний, но тем больше локальное напряжение, оказываемое на зубья зубчатой передачи. Чем выше жесткость зубчатого элемента, тем выше крутящий момент возникновения колебаний, но тем больше локальное напряжение в зоне зацепления между зубчатым элементом или в нижней части зуба зубчатого элемента. По этим причинам важно обеспечить взаимоучитывающее соотношение между количеством зубьев и жесткостью зубчатых элементов с целью повышения долговечности зубьев (для защиты зубьев от поломки и износа) при управлении крутящим моментом возникновения колебаний.

В том случае, когда второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением непосредственно прикреплен к концевой части управляющего вала 10, то есть, когда управляющий вал 10 также служит в качестве выходного вала 23, - фланцевая часть, к которой закреплен второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением сформирована на концевой части управляющего вала 10. В этом случае жесткость крышки 25 двигателя оказывается ниже жесткости управляющего вала 10, то есть ниже жесткости фланцевой части, сформированной на концевом участке управляющего вала 10.

Возможна предварительная подсборка зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением и первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением или второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением. В этом случае зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением и зубчатые элементы 31 или 34 с внутренним зацеплением как один элемент могут быть легко выровнены в правильное положение зацепления и собраны друг с другом. Однако, в состоянии подсборки, где зубчатый элемент 32 с внешним зацеплением был собран с одним из первого или второг зубчатого элемента с внутренним зацеплением 31 и 34, нелегко собрать другую из первого и второго зубчатых элементов с внутренним зацеплением 31 и 34 с зубчатым элементом 32 с внешним зацеплением.

Чем больше число зубьев зубчатого элемента, тем сложнее выровнять и собрать зубчатое зацепление, что приводит к ухудшению возможностей сборки между зубчатым элементом 32 с внешним зацеплением, первым зубчатым элементом 31 с внутренним зацеплением и вторым зубчатым элементом 34 с внутренним зацеплением.

Когда число зубьев второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением установлено меньшим, чем количество зубьев первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением, операция сборки зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением в подсборку может быть относительно облегчена путем сборки второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением с зубчатым элементом 32 с внешним зацеплением после сборки зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением с первым зубчатым элементом 31 с внутренним зацеплением, закрепленной на крышке 25 двигателя.

Поскольку крышка 25 двигателя расположена снаружи картера, который ограничен блоком 2 цилиндров и масляным поддоном (не показан), крышка 25 двигателя показывает более высокую теплоотдачу, чем управляющий вал 10, расположенный внутри картера, так что температура крышки 25 двигателя оказывается ниже, чем температура управляющего вала 10. Кроме того, крышка 25 двигателя расположена дальше от управляющего вала, чем выходной вал 23, и менее подвержена нагреву от управляющего вала 10, чем выходной вал 23, так что температура крышки 25 двигателя оказывается ниже, чем температура выходного вала 23.

В случае, когда управляющий вал 10 расположен рядом с моторным маслом в масляном поддоне или в случае, когда масляный канал образован внутри управляющего вала 10, как пример, температура управляющего вала 10 увеличивается вместе с температурой моторного масла и достигает того же уровня, что температура моторного масла.

Таким образом, материал выходного вала 23, расположенного ближе к управляющему валу 10, восприимчивого к нагреву от управляющего вала 10 и подверженного быстрому тепловому расширению, выполнен с меньшим коэффициентом теплового расширения. Благодаря этому регулированию теплового расширения можно подавить деформацию в зоне зацепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением, и предотвратить возникновение угловых колебаний. Кроме того, можно предотвратить снижение крутящего момента возникновения колебаний уменьшением высоты (глубины) зацепления выходного зубчатого участка 42 относительно второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением из-за расширения второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, вызванного тепловым расширением фланцевой части 23а в условиях высокой температуры. Поскольку фланцевая часть 23а выходного вала 23 выполнена в первом варианте осуществления из железа с низким коэффициентом теплового расширения, можно предотвратить деформацию фланцевой части 23а из-за теплового расширения второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, закрепленной к фланцевой части 34a выходного вала 23.

По сравнению с участком зацепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и второго зубчатого участка 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением, участок зацепления между зафиксированным зубчатым участком 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением и первого зубчатого участка 37 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением – менее восприимчивы к различным воздействиям от управляющего вала 10. Следовательно, угловые колебания относительно маловероятны в зоне зацепления между зафиксированным зубчатым участком 35 первого зубчатого элемента 31 с внутренним зацеплением и первым зубчатым участком 37 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением. Поскольку в первом варианте осуществления крышка 25 двигателя, к которой закреплен первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением, выполнена из алюминиевого сплава, имеющего высокий коэффициент теплового расширения, но малый вес, - можно добиться уменьшения веса, не допуская снижения крутящего момента возникновения колебаний.

Момент затяжки между вторым зубчатым элементом 34 с внутренним зацеплением и фланцевой частью 23а выходного вала 23 установлен выше, чем момент затяжки между крышкой 25 двигателя и первым зубчатым элементом 31 с внутренним зацеплением. Другими словами, момент затяжки второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением, при котором вероятно появление угловых колебаний, устанавливается относительно высоким. Таким образом, возможна деформация выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и увеличение крутящего момента возникновения колебаний.

Поскольку момент затяжки между вторым зубчатым элементом 34 с внутренним зацеплением и фланцевой частью 23а выходного вала 23 установлен относительно большим, можно подавить деформацию выходного зубчатого участка 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и подавить поломку и износ зубьев зубчатой передачи, вызванных локальной концентрацией напряжений из-за плохого сцепления между выходным зубчатым участком 42 второго зубчатого элемента 34 с внутренним зацеплением и вторым зубчатым участком 38 зубчатого элемента 32 с внешним зацеплением.

В первом варианте осуществления число первых крепежных болтов 36, которыми первый зубчатый элемент 31 с внутренним зацеплением крепится к крышке 25 двигателя, установлено относительно небольшим, так что можно обеспечить компоновочное пространство для компонентов электродвигателя 21 в границах внутреннего пространства электродвигателя 21 для уменьшения массы/веса электродвигателя 21.

С другой стороны, количество вторых крепежных болтов 43, которыми второй зубчатый элемент 34 с внутренним зацеплением прикреплен к фланцевой части 23а выходного вала 23, установлено относительно большим, так что можно легко установить высокий момент затяжки между вторым зубчатым элементом 34 с внутренним зацеплением и фланцевой частью 23а выходного вала 23 в первом варианте осуществления.

В качестве шестеренчатого редуктора для понижения вращения электродвигателя 21, можно использовать любой тип шестеренчатого редуктора, отличного от волнового редуктора 22. Например, в качестве редуктора могут использоваться планетарный редуктор 51 Фергюсона согласно фиг. 4 или гипоциклоидный редуктор 61 согласно фиг. 5.

В следующем пояснении будет дан второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором в качестве шестеренчатого редуктора используется планетарный редуктор 51 Фергюсона, и третий вариант осуществления настоящего изобретения, в котором в качестве шестеренчатого редуктора используется гипоциклоидный редуктор 61. Второй и третий варианты осуществления конструктивно сходны с вышеупомянутым первым вариантом осуществления, за исключением исполнения редуктора зубчатой передачи.

Во втором варианте осуществления планетарный редуктор 51 Фергюсона главным образом включает в себя: первый элемент 52 с внутренним зацеплением в качестве зафиксированного элемента, выполненного из железа и закрепленного на крышке 25 двигателя; множество сателлитов 53 в качестве промежуточного элемента, выполненного из железа; второй элемент 54 с внутренним зацеплением в качестве выходного элемента, выполненного из железа и закрепленного на выходному валу 23; и солнечного зубчатого элемента 55 в качестве входного элемента, выполненного из железа и закрепленного на валу 39 вращения электродвигателя 21.

Солнечный зубчатый элемент 55 имеет зубчатый участок 56 солнечного зубчатого элемента с числом Z1 зубьев на его внешней периферической стороне, и расположен внутри первого зубчатого элемента 52 с внутренним зацеплением и второго зубчатого элемента 54 с внутренним зацеплением. Первый зубчатый элемент 52 с внутренним зацеплением имеет зафиксированный зубчатый участок 58 с числом Z3 зубьев на его внутренней периферической стороне. Второй зубчатый элемент 54 с внутренним зацеплением имеет выходной зубчатый участок 59 с числом Z4 зубьев на его внутренней периферической стороне. Сателлит 53 имеет зубчатый участок 57 планетарной передачи с числом Z2 зубьев на его внешней периферической стороне, и расположен между первым и вторым зубчатыми элементами 52 и 54 с внутренним зацеплением и солнечным зубчатым элементом 55.

Планетарный зубчатый участок 57 сателлита 53 входит в зацепление с зафиксированным зубчатым участком 58 первого зубчатого элемента 52 с внутренним зацеплением, выходным зубчатым участком 59 второго зубчатого элемента 54 с внутренним зацеплением и зубчатым участком 56 солнечного зубчатого элемента 55. А именно, планетарный зубчатый участок 57 соответствует первому и второму зубчатым участкам промежуточного зубчатого элемента.

В этом планетарном редукторе 51 Фергюсона отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка 58 к количеству зубцов планетарного зубчатого участка 57 установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка 59 к планетарному зубчатого участку 57. Другими словами, количество Z4 зубьев выходного зубчатого участка 59 второго зубчатого элемента 54 с внутренним зацеплением установлено меньшим, чем количество Z3 зубьев зафиксированного зубчатого участка 58 первого зубчатого элемента 52 с внутренним зацеплением.

В том числе при использовании такого планетарного редуктора 51 Фергюсона можно получить практически те же эффекты, что и в первом варианте осуществления.

В третьем варианте осуществления гипоциклоидный редуктор 61 главным образом включает в себя: первый элемент 62 с внутренним зацеплением в качестве зафиксированного зубчатого элемента, выполненного из железа и закрепленного на крышке 25 двигателя; элемент 63 с внешним зацеплением в качестве промежуточного зубчатого элемента, выполненного из железа; второй элемент 64 с внутренним зацеплением в качестве выходного зубчатого элемента, выполненного из железа и закрепленного на выходном валу 23; и входной элемент 65, выполненный из железа и закрепленный к вращающемуся валу 30 электродвигателя 21.

Зубчатый элемент 63 с внешним зацеплением имеет первый зубчатый участок 67 с количеством Z1 зубьев и второй зубчатый участок 68 с количеством Z2 зубьев, и удерживается с возможностью вращения на эксцентриковой части 66 вала входного зубчатого элемента 65, смещенного относительно вала 39 вращения электродвигателя 21. Первый зубчатый элемент 62 с внутренним зацеплением имеет зафиксированный зубчатый участок 69 с количеством Z3 зубьев на его внутренней периферической стороне, расположенный на внешней стороне первого зубчатого участка 67 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением. Второй зубчатый элемент 64 с внутренним зацеплением имеет выходной зубчатый участок 70 с количеством Z4 зубьев на его внутренней периферической стороне, расположенный на внешней стороне второго зубчатого участка 68 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением.

Первый зубчатый участок 67 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением находится в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком 69 первого зубчатого элемента 62 с внутренним зацеплением. Второй зубчатый участок 68 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением находится в зацеплении с выходным зубчатым участком 70 второго зубчатого элемента 64 с внутренним зацеплением.

Поскольку зубчатый элемент 63 с внешним зацеплением смещен относительно вала 39 вращения электродвигателя 21, первый зубчатый участок 67 и второй зубчатый участок 68 находятся в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком 69 первого зубчатого элемента 62 с внутренним зацеплением и выходным зубчатым участком 70 второго зубчатого элемента 64 с внутренним зацеплением соответственно со стороны смещения зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением (на которой расположена эксцентриковая часть вала 66) относительно вала 39 вращения.

В этом гипоциклоидном редукторе 61 отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка 69 к количеству зубьев первого зубчатого участка 67 установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка 70 к количеству зубьев второго зубчатого участка 68. Другими словами, количество Z3 зубьев выходного зубчатого участка 69 первого зубчатого элемента 62 с внутренним зацеплением установлено большим, чем количество Z4 зубьев выходного зубчатого участка 70 второго зубчатого элемента 64 с внутренним зацеплением; и количество Z1 зубьев первого зубчатого участка 67 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением установлено большим, чем количество Z2 зубьев второго зубчатого участка 68 зубчатого элемента 63 с внешним зацеплением.

В том числе при использовании такого гипоциклоидного редуктора 61 можно получить практически те же эффекты, что и в первом варианте осуществления.

Изобретение относится к механизму (5) переменной степени сжатия, в котором управляющий вал (10) вращается и приводится в действие электродвигателем (21) через волновой редуктор (22). Волновой редуктор (22) включает в себя: первый элемент (31) с внутренним зацеплением; элемент (32) с внешним зацеплением, расположенный концентрически внутри первого зубчатого элемента (31) с внутренним зацеплением; генератор (33) волн, расположенный внутри зубчатого элемента (32) с внешним зацеплением; и второй элемент (34) с внутренним зацеплением, причем отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка (35) первого зубчатого элемента (31) с внутренним зацеплением к количеству зубьев первого зубчатого участка (37) зубчатого элемента (32) с внешним зацеплением устанавливают ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка (42) второго зубчатого элемента (34) с внутренним зацеплением к количеству зубьев второго зубчатого участка (38) зубчатого элемента (32) с внешним зацеплением. Таким образом, высоту зуба выходного зубчатого участка (42) второго зубчатого элемента (34) с внутренним зацеплением выполняют относительно большой, чтобы достичь более высокого крутящего момента возникновения колебаний и предотвратить угловые колебания. Технический результат заключается в увеличении момента возникновения колебаний и предотвращении угловых колебаний. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий шестеренчатый редуктор для понижения и передачи вращения от приводного устройства в качестве крутящего момента на управляющий вал, чтобы изменять угловое положение управляющего вала и, таким образом, изменять степень сжатия двигателя внутреннего сгорания,

причем шестеренчатый редуктор содержит:

входной элемент, соединенный с вращающимся валом приводного устройства;

выходной элемент для передачи пониженного вращения от приводного устройства на управляющий вал;

зафиксированный элемент, закрепленный на корпусе приводного устройства; и

промежуточный элемент для передачи крутящего момента от входного элемента на выходной элемент и зафиксированный элемент,

при этом промежуточный элемент имеет первый зубчатый участок, находящийся в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком зафиксированного элемента, и второй зубчатый участок, находящийся в зацеплении с выходным зубчатым участком выходного элемента,

причем отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка к количеству зубьев первого зубчатого участка установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка к количеству зубьев второго зубчатого участка,

при этом механизм переменной степени сжатия дополнительно содержит выходной вал, на котором выходной элемент закреплен таким образом, что крутящий момент от приводного устройства передается на управляющий вал через выходной вал,

причем жесткость фланцевой части выходного вала, на котором закреплен выходной элемент, превышает жесткость корпуса, на котором закреплен зафиксированный элемент.

2. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п.1, в котором количество зубьев первого зубчатого участка отличается от количества зубьев второго зубчатого участка.

3. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий шестеренчатый редуктор для понижения и передачи вращения от приводного устройства в качестве крутящего момента на управляющий вал, чтобы изменять угловое положение управляющего вала и, таким образом, изменять степень сжатия двигателя внутреннего сгорания,

причем шестеренчатый редуктор содержит:

входной элемент, соединенный с вращающимся валом приводного устройства;

выходной элемент для передачи пониженного вращения от приводного устройства на управляющий вал;

зафиксированный элемент, закрепленный на корпусе приводного устройства; и

промежуточный элемент для передачи крутящего момента от входного элемента на выходной элемент и зафиксированный элемент,

при этом промежуточный элемент имеет первый зубчатый участок, находящийся в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком зафиксированного элемента, и второй зубчатый участок, находящийся в зацеплении с выходным зубчатым участком выходного элемента,

причем отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка к количеству зубьев первого зубчатого участка установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка к количеству зубьев второго зубчатого участка,

при этом механизм переменной степени сжатия дополнительно содержит выходной вал, на котором выходной элемент закреплен таким образом, что крутящий момент от приводного устройства передается на управляющий вал через выходной вал,

причем коэффициент теплового расширения выходного вала, на котором прикреплен выходной элемент, меньше коэффициента теплового расширения корпуса, на котором закреплен зафиксированный элемент.

4. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п.3, в котором количество зубьев первого зубчатого участка отличается от количества зубьев второго зубчатого участка.

5. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий шестеренчатый редуктор для понижения и передачи вращения от приводного устройства в качестве крутящего момента на управляющий вал, чтобы изменять угловое положение управляющего вала и, таким образом, изменять степень сжатия двигателя внутреннего сгорания,

причем шестеренчатый редуктор содержит:

входной элемент, соединенный с вращающимся валом приводного устройства;

выходной элемент для передачи пониженного вращения от приводного устройства на управляющий вал;

зафиксированный элемент, закрепленный на корпусе приводного устройства; и

промежуточный элемент для передачи крутящего момента от входного элемента на выходной элемент и зафиксированный элемент,

при этом промежуточный элемент имеет первый зубчатый участок, находящийся в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком зафиксированного элемента, и второй зубчатый участок, находящийся в зацеплении с выходным зубчатым участком выходного элемента,

причем отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка к количеству зубьев первого зубчатого участка установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка к количеству зубьев второго зубчатого участка,

при этом механизм переменной степени сжатия дополнительно содержит выходной вал, на котором выходной элемент закреплен таким образом, что крутящий момент от приводного устройства передается на управляющий вал через выходной вал,

причем момент затяжки между выходным элементом и выходным валом превышает момент затяжки между корпусом и зафиксированным элементом.

6. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п.5, в котором количество зубьев первого зубчатого участка отличается от количества зубьев второго зубчатого участка.

7. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания, содержащий шестеренчатый редуктор для понижения и передачи вращения от приводного устройства в качестве крутящего момента на управляющий вал, чтобы изменять угловое положение управляющего вала и, таким образом, изменять степень сжатия двигателя внутреннего сгорания,

причем шестеренчатый редуктор содержит:

входной элемент, соединенный с вращающимся валом приводного устройства;

выходной элемент для передачи пониженного вращения от приводного устройства на управляющий вал;

зафиксированный элемент, закрепленный на корпусе приводного устройства; и

промежуточный элемент для передачи крутящего момента от входного элемента на выходной элемент и зафиксированный элемент,

при этом промежуточный элемент имеет первый зубчатый участок, находящийся в зацеплении с зафиксированным зубчатым участком зафиксированного элемента, и второй зубчатый участок, находящийся в зацеплении с выходным зубчатым участком выходного элемента,

причем отношение количества зубьев зафиксированного зубчатого участка к количеству зубьев первого зубчатого участка установлено ниже, чем отношение количества зубьев выходного зубчатого участка к количеству зубьев второго зубчатого участка,

при этом механизм переменной степени сжатия дополнительно содержит выходной вал, на котором выходной элемент закреплен таким образом, что крутящий момент от приводного устройства передается на управляющий вал через выходной вал,

причем количество болтов, которыми выходной элемент прикреплен к выходному валу, превышает количество болтов, которыми зафиксированный элемент прикреплен к корпусу.

8. Механизм переменной степени сжатия для двигателя внутреннего сгорания по п.7, в котором количество зубьев первого зубчатого участка отличается от количества зубьев второго зубчатого участка.