CN105612329A - 用于改变内燃机中的压缩比的调节装置 - Google Patents

Abstract

一种用于改变内燃机中的压缩比的调节装置(1)，其包括驱动机构(2)、至少一个连接在驱动机构(2)下游的传动装置(5)以及连接在传动装置(5)下游的从动轴(7)，其中传动装置(5)在0和100％的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线。

Description

用于改变内燃机中的压缩比的调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于改变内燃机中的压缩比的调节装置，其包括驱动机构、至少一个连接在驱动机构下游的传动装置以及连接在传动装置下游的从动轴。

背景技术

相应的调节装置是已知的并且用于调整或改变内燃机、尤其汽油发动机中的压缩比，以便实现内燃机的尽可能有效的运行。相应的调节装置在从动轴侧典型地与内燃机耦联，即例如直接地联接在内燃机的曲轴传动装置上，使得能够改变活塞与内燃机的气缸的相对位置，以便调整由相应的活塞和分配给其的气缸所限界的体积或活塞行程。

在此，相应的调节装置必须针对高频负荷设计，所述高频负荷尤其能够归因于高的运动质量以及作用于活塞上的气体力。此外，相应的调节装置必须确保压缩比的精确和顺畅的变化，以便实现具有均匀的转矩形成的平稳的发动机运行。

从现有技术中已知的调节装置通常基于(电子)液压或气动作用原理。关于此不利的例如是：调节装置的运行典型地直接耦联于内燃机的运行，这引起：仅能够在内燃机运行时改变压缩比。相同地，相应的调节装置的调节特性强烈地与液压的或气动的介质的与内燃机运行关联的特性相关。此外，相应的调节装置通常不能实现所设定的压缩比的令人满意的固定，这需要相对高的调节或控制需求以及能量需求。此外，通常存在结构空间技术方面还有制造技术方面的缺点。

发明内容

本发明的所基于的目的是提供相对于此改进的调节装置。

为了实现该目的，在开始提出类型的调节装置中根据本发明提出：传动装置在0和100％的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线。

本发明基于如下思想：调节装置配设有具有非线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置或传动装置级。相反于具有线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置，属于根据本发明的调节装置的传动装置的传动装置刚度因此在0和100％的传动装置专有的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线。原则上，传动装置因此在至少两个、分别位于0和100％的额定负荷极限之间的不同的额定负荷区域中具有不同的传动装置刚度或传动装置刚度变化曲线。因此，属于根据本发明的调节装置的传动装置能够称作为具有弹性啮合的传动装置或弹性传动装置。这尤其基于：传动装置尤其在特定的额定负荷范围中、尤其在低的额定负荷范围中、即在作用于传动装置上的负荷小的情况下具有带有典型相对较小的传动装置刚度的无间隙的啮合。

通过传动装置在0和100％的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线，得到非线性的传动装置刚度变化曲线。典型地，传动装置在位于0和100％的额定负荷极限之间的低的额定负荷范围中、即在作用于传动装置上的负荷相对小的情况下具有比在位于0和100％的额定负荷极限之间的高的额定负荷范围中、即在作用于传动装置上的负荷高的情况下或最大允许作用于传动装置上的负荷的情况下相对更小的传动装置刚度。

传动装置例如能够在0和30％额定负荷之间的范围中、尤其在0和20％额定负荷之间的范围中、优选在0和10％额定负荷之间的范围中具有比在除其之外的额定负荷范围更平坦的传动装置刚度变化曲线。0和30％额定负荷之间的额定负荷范围能够视作为低的额定负荷范围，将相应的除其之外的额定负荷范围分别相应地视作为高的额定负荷范围。优选地，相应的传动装置刚度变化曲线自10％额定负荷起彼此不同，使得在10％额定负荷之下存在相对平坦的传动装置刚度变化曲线并且在10％的额定负荷之上存在相对陡的传动装置刚度变化曲线。

因此，尤其至少两个传动装置刚度变化曲线的斜率能够不同。至少两个传动装置刚度变化曲线分别关于0和100％额定负荷极限之内的特定的额定负荷范围优选是线性的，即在该特定的额定负荷范围中具有恒定的刚度变化曲线。较平坦的传动装置刚度变化曲线的斜率能够为较陡的传动装置刚度变化曲线的斜率的70％、尤其为50％、优选小于较陡的传动装置刚度变化曲线的斜率的30％。至少两个传动装置刚度变化曲线的各斜率因此能够在量值方面显著地彼此区分。这尤其能够根据相应的、关于位移或角度(x轴)绘制力或力矩(y轴)的表示传动装置刚度的图表来说明。

在0和100％的额定负荷极限之内具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线的传动装置的根据本发明提出的构成方案为相应的调节装置的结构空间、功能和成本优化的解决方案。此外，存在在更换设备时在具有交替方向的转矩负荷的情况下降低噪声的可行性。

属于根据本发明的调节装置的传动装置通常能够理解为用于转变(改变)运动变量、尤其结合转动运动的转变、即用于转变转速、转动方向、转矩和力的设备。因此，属于该设备的是全部传动装置结构形式，即例如正齿轮传动装置、行星齿轮传动装置和波传动装置(Wellgetriebe)。还属于此的是均匀或不均匀转变的杠杆机构。

根据本发明的调节装置的基本结构包括产生转矩的驱动机构，其典型为电动机的形式，所述电动机在从动侧与驱动轴耦联。因此，调节装置能够在驱动机构构成为电动机时理解为电动机械的执行器。驱动轴在传动装置驱动侧安置在连接在驱动机构下游的至少一个传动装置上或者在传动装置驱动侧与其耦联。从动轴在从动侧从(最后的)传动装置伸出，所述从动轴与内燃机、即属于内燃机的构件、例如曲轴耦联，使得能够改变或调整内燃机的压缩比。如果将另一传动装置在从动侧连接在该传动装置下游，那么在从动侧从该另一传动装置伸出的从动轴与内燃机、即属于该内燃机的构件、例如曲轴耦联，使得能够改变或调整内燃机的压缩比。

所述传动装置或必要时存在的另一传动装置能够对应于上述传动装置构成，即同样在0和100％的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线，进而具有非线性的传动装置刚度变化曲线。当调节装置遭受具有尤其显著交替的激励的负荷情况时，使用多个弹性传动装置、即多个具有非线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置是尤其适当的。替选地，所述传动装置或必要时存在的另一传动装置能够在0和100％的额定负荷极限之间具有线性的传动装置刚度变化曲线，即在0和100％的额定负荷极限之间不显示出两个不同的传动装置刚度变化曲线。另一传动装置因此能够为具有线性的传动装置刚度变化曲线的常规的传动装置，例如行星齿轮传动装置。

同样地，通过适当地设计两个或更多个依次连接的传动装置进而调节装置可行的是：实现这两个传动装置的自锁。传动装置因此依次连接为，使得由于自锁在内燃机故障的情况下保持当前设定的压缩比。内燃机因此能够在没有严重限制的情况下继续运行，具有该内燃机的机动车能够可靠地运送到修理厂中。自锁例如能够通过如下方式实现：第一传动装置构成为具有线性传动装置刚度变化曲线的行星齿轮传动装置和作为波传动装置的连接在第一传动装置下游的具有非线性传动装置刚度变化曲线的第二传动装置。

此外，描述所属于根据本发明的调节装置的一个或多个传动装置的示例的实施方式，所述一个或多个传动装置分别在0和100％的额定负荷极限之间具有非线性的传动装置刚度变化曲线。该列举不是排他的，更确切地说也能够与下文列举的显示出相应非线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置结构类型不同地设计。

在示例的第一实施方式中，所述传动装置、必要时还有所述另一传动装置是具有齿圈、太阳轮和至少两个行星轮的行星齿轮传动装置，其中至少一个行星轮在行星齿轮传动装置组装的状态下在齿圈和太阳轮之间夹紧或设置，使得所述行星轮经受弹性变形。行星轮的弹性变形例如能够通过如下方式实现：所述行星轮与至少一个配对轮具有负的啮合间隙(接触比)，相反行星齿轮传动装置的其余的部件、即尤其其余的行星轮、太阳轮和齿圈具有标准的啮合间隙。行星轮对于行星齿轮传动装置的具体的结构设计而言能够过大地设计尺寸，使得在使用或组装传动装置时弹性变形或夹紧，其中所述行星齿轮传动装置尤其从齿圈和太阳轮的结构设计方案中得出。例如，具有在未使用的状态下在横截面观察圆形的或略圆的造型的行星轮在使用状态下弹性变形，使得其在横截面观察具有椭圆的或卵形的造型。行星轮的对此所需的可弹性变形性例如能够通过由可弹性变形的材料、例如塑料、尤其弹性体或具有低弹性模量的金属或合金、例如铜或铜合金构成的行星轮的构成方案来实现。行星轮的弹性的变形还能够通过软的齿轮毂几何结构实现。

在示例的第二实施方式中，所述传动装置、必要时还有所述另一传动装置是波传动装置，也称作为谐波驱动传动装置的波传动装置特征性地具有椭圆盘形状的波发生器、安置在波发生器上的、皮带状的、可变形的、设有外齿部的元件和刚性的、设有内齿部的外环。可变形的元件的外齿部典型地具有比外环的内齿部更少的齿。波传动装置能够以所谓的扁平结构形式或罐结构形式存在。波发生器能够浮动地安装。

为了能够检测属于调节装置的从动轴的精确的转动位置、尤其角位置、普遍称作位置，将用于从动轴的转动位置检测的传感器有利地分配给从动轴。传感器提供关于从动轴的当前的转动位置、尤其角位置的相应的传感器信号，基于所述传感器信号能够进行调节装置的控制或调节。从动轴的转动位置能够相对于可在调节装置上原则上任意选择的参考点来确定。尤其有利的是，传感器设置在从动轴上，即例如机械地与从动轴耦联。相应地，在任何时刻，即尤其也在例如调节装置故障的情况下检测从动轴的转动位置、尤其角位置。

在驱动机构和连接在所述驱动机构下游的传动装置之间能够接入离合器、尤其奥德姆离合器(Oldham离合器)。经由离合器能够将始于驱动机构的驱动轴与一个或多个连接在下游的传动装置脱耦。使用奥德姆离合器具有的优点是：调节装置的总结构尽管使用离合器而能够保持较小的结构。这从相应的奥德姆离合器的紧凑的结构上的设计方案中得出。然而原则上也能够使用其他类型的离合器。

本发明还涉及一种用于改变内燃机中的压缩比的设备，其包括至少一个上述调节装置，其中调节装置经由所属于调节装置的从动轴与所属于内燃机的构件、即例如曲轴传动装置或曲轴耦联，并且所述设备包括用于调节或控制调节装置运行的分配给调节装置的控制装置。在根据本发明的设备方面，关于根据本发明的调节装置的全部实施方案以及其可行的实施方式是类似地适用的。

附图说明

在附图中示出本发明的一个实施例并且在下面详细描述。其示出：

图1示出根据本发明的一个实施例的调节装置，

图2示出具有非线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置和具有线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置的传动装置刚度的变化曲线，和

图3示出根据本发明的一个实施例的行星齿轮传动装置的原理图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的调节装置1。调节装置1是用于改变机动车(未示出)的内燃机(未示出)、尤其汽油发动机中的压缩比的设备(未示出)的一部分。因此，调节装置1与内燃机或属于该内燃机的构件、尤其曲轴传动装置的构件、即例如曲轴耦联，使得能够实现调整或改变内燃机的压缩比。此外，用于调节或控制调节装置1的运行的分配给调节装置1的控制装置(未示出)属于该设备。

调节装置1由多个构件或组件构成。此外，仅详细描述调节装置1的对于根据本发明的原理重要的构件或组件。属于此的是电动机形式的驱动机构2。因此，调节装置1能够视作为电动机械的执行器。传递转矩的驱动轴3从驱动机构2伸出，所述驱动轴在驱动侧联接到第一传动装置4或第一传动装置级上。在驱动机构2和第一传动装置4之前能够设有离合器(未示出)、尤其奥德姆离合器。

将第二传动装置5或第二传动装置级连接在第一传动装置4下游。对此，第一传动装置4在从动侧经由轴6与第二传动装置5的驱动侧耦联。在从动侧从第二传动装置5伸出从动轴7，所述从动轴直接地或间接地与内燃机或属于该内燃机的构件耦联。尤其可行的是：第一传动装置4或在从动侧从所述第一传动装置伸出的轴6与第二传动装置5的第一齿轮耦联。在作为弹性的行星齿轮传动装置的第二传动装置5的下面参考图3描述的实施方案中，因此例如能够通过啮合间隙补偿太阳轮14(参见图3)相对于行星轮13(参见图3)的例如由制造引起的定心误差。

这两个传动装置4、5耦联为，使得实现自锁。传动装置4、5因此依次连接，使得在内燃机故障的情况下保持当前借助于调节装置1设定的压缩比。

从动轴7经由轴向凸肩8机械地与转动位置传感器9连接，经由所述转动位置传感器可以检测从动轴7的转动位置、尤其角位置。由转动位置传感器9提供的传感器信号对于调节或控制调节装置1是重要的。

第一传动装置4为具有在0和100％的传动装置专有的额定负荷极限之间的线性的传动装置刚度变化曲线的常规的传动装置(参见图2，曲线10)。第二传动装置5为所谓的弹性传动装置，所述弹性传动装置在0和100％的传动装置专有的额定负荷极限之间具有两个不同的传动装置刚度变化曲线(参见图2，曲线11)。因此，第二传动装置5显示出非线性的传动装置刚度变化曲线。如从图2的下面的描述中得出：能够将弹性传动装置理解为在较小负荷范围中具有相对较小的传动装置刚度的传动装置。

图2示出具有非线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置、即第二传动装置5和具有线性的传动装置刚度变化曲线的传动装置、即第一传动装置4的传动装置刚度的变化曲线。在图2中一般性地示出根据角位置(x-轴)施加在相应的传动装置4、5上的转矩(y-轴)的线图。在y轴上附加地绘制0和100％(NL0，NL100)的额定负荷极限以及断裂负荷(BL)。在此，上方的额定负荷极限100％对应于断裂负荷的大约70％。y轴左侧的区域显示出负的负载方向，y轴右侧的区域示出正的负载方向。在轴交点中转矩为0Nm。

首先，应观察常规的第一传动装置4的传动装置刚度变化曲线(参见曲线10)。明显地，在此，在角位置和转矩之间存在线性关联，即转矩在NL0和NL100的额定负载极限之间与角位置成比例地线性增加。代表第一传动装置4的传动装置刚度变化曲线的曲线10整体上、即也在NL0和NL100的额定负载极限之间具有(基本上)恒定的斜率。

在代表第二传动装置5的传动装置刚度变化曲线的曲线11中表现得不同。可见地，曲线11具有不同的斜率，即具有不同斜率的曲线部段11a、11b。相反于曲线10在此在NL0和NL100的额定负载极限之间不存在或仅分部段地存在或局部地存在(基本上)恒定的斜率。

第二传动装置5的传动装置刚度在小的额定负载(参见曲线部段11a)的区域中、即在10％额定负载(NL10)之下的区域中与大的负载的区域(参见曲线部段11b)、即10％额定负载(NL10)之上的区域相比具有明显更小的斜率进而具有明显更平坦的变化。第二传动装置5的传动装置刚度在小的额定负载的区域中、即尤其在小于10％的额定负载之下的范围中小于第二传动装置5在高的额定负载的区域中、即尤其在大于10％的额定负载之上的区域中的传动装置刚度的三分之一。要注意的是：传动装置刚度的平坦的或陡的变化本身观察为是线性的(参见曲线部段11a、11b的相应的线性变化)。

虽然在图1中示出具有传动装置刚度的线性变化的第一传动装置4和具有传动装置刚度的非线性变化的第二传动装置5作为调节装置1的一部分示出，而同样可行的是：第一传动装置4以传动装置刚度的非线性变化构成、即对应于第二传动装置5构成。也能够考虑的是：第二传动装置5连接在第一传动装置4上游。

第一传动装置4能够为常规的行星齿轮传动装置。第二传动装置5例如能够为必要时具有波发生器的浮动支承的扁平结构形式或罐结构形式的波传动装置，或者为专门修改的行星齿轮传动装置。

图3示出根据本发明的一个实施例的这种修改的行星齿轮传动装置的原理图。行星齿轮传动装置具有设有内齿部的齿圈12、居中地设置在齿圈12中的设有外齿部的太阳轮13和三个分别设有外齿部的行星轮14作为通常的部件。行星轮14的外齿部与太阳轮13的外齿部啮合以及与齿圈12的内齿部啮合。太阳轮13抗转动地支承在轴上。同样地，行星轮14可转动地支承。参考图1，太阳轮抗转动地支承在轴6上。齿圈12固定地、即不可转动地支承。

第二传动装置5的传动装置刚度的尤其结合图2阐述的特别的变化能够在其作为行星齿轮传动装置的实施方案中通过如下方式实现：行星轮14，即在图3中上方的行星轮14与其余的行星轮14相比更大地设计尺寸并且由可弹性变形的材料、例如弹性体形成。为了将该行星轮14在齿圈12和太阳轮13之间装入到传动装置5中，行星轮14因此必须弹性变形。行星轮14的弹性变形引起行星轮14的图3中示出的椭圆的形状。变形的行星轮14与啮合配对轮、即例如太阳轮13具有负的啮合间隙(接触比)。行星齿轮传动装置的全部其他轮相反具有标准的啮合间隙。行星轮14的弹性变形同样能经由相应的软的齿轮毂几何结构实现。

整体上，由于根据本发明构成的在0和100％的传动装置专有的额定负荷极限之内具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线的传动装置5，调节装置1为结构空间、成本和功能优化的解决方案。附加地得到在设备更换时在具有交替方向的转矩负荷时降低噪声的可能性。

附图标记列表

1调节装置

2驱动机构

3驱动轴

4传动装置

5传动装置

6轴

7从动轴

8凸肩

9转动位置传感器

10曲线

11曲线

11a曲线部段

11b曲线部段

12齿圈

13太阳轮

14行星轮

Claims (10)

1.一种用于改变内燃机中的压缩比的调节装置(1)，其包括驱动机构(2)、至少一个连接在所述驱动机构(2)下游的传动装置(5)以及连接在所述传动装置(5)下游的从动轴(7)，

其特征在于，所述传动装置(5)在0和100％的额定负荷极限之间具有至少两个不同的传动装置刚度变化曲线。

2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，所述传动装置(5)在0和30％额定负荷之间的范围中、尤其在0和20％额定负荷之间的范围中、优选在0和10％额定负荷之间的范围中具有比在除其之外的额定负荷范围更平坦的传动装置刚度变化曲线。

3.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，所述至少两个刚度变化曲线的斜率不同。

4.根据权利要求3所述的调节装置，其特征在于，较平的刚度变化曲线的斜率为较陡的刚度变化曲线的斜率的70％、尤其50％、优选小于较陡的刚度变化曲线的斜率的30％。

5.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，将另一传动装置(4)连接在所述传动装置(5)上游或下游，所述另一传动装置在0和100％的额定负荷极限之间具有线性的传动装置刚度变化曲线。

6.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述传动装置(5)、必要时还有所述另一传动装置(4)是具有齿圈(12)、太阳轮(13)和至少两个行星轮(14)的行星齿轮传动装置，其中至少一个行星轮(14)在所述行星齿轮传动装置组装的状态下夹紧在所述齿圈(12)和所述太阳轮(13)之间，使得所述行星轮经受弹性变形。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的调节装置，其特征在于，所述传动装置(5)、必要时还有所述另一传动装置(4)是波传动装置。

8.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，将用于所述从动轴(7)的转动位置检测的传感器(9)分配给所述从动轴(7)，所述传感器尤其设置在所述从动轴(7)上。

9.根据上述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，在所述驱动机构(2)和连接在所述驱动机构下游的传动装置(4，5)之间接入离合器、尤其奥德姆离合器。

10.一种用于改变内燃机中的压缩比的设备，其包括至少一个根据上述权利要求中任一项所述的调节装置(1)，其中所述调节装置(1)经由属于所述调节装置的从动轴(7)与属于所述内燃机的构件耦联或能够耦联，并且所述设备包括用于控制所述调节装置(1)运行的分配给所述调节装置(1)的控制装置。