CN107709733B - 内燃机的可变压缩比机构 - Google Patents

Abstract

可变压缩比机构(5)的控制轴(10)经由波动齿轮减速器(22)而由电动机(21)旋转驱动。波动齿轮减速器(22)具有：第1内齿轮部件(31)；外齿轮部件(32)，其在第1内齿轮部件(31)的内侧以同心状配置；波动发生器(33)，其配置于外齿轮部件(32)的内侧；以及第2内齿轮部件(34)。而且，第1内齿轮部件(31)的固定齿轮部(35)相对于外齿轮部件(32)的第1齿轮部(37)的齿数的比设定为，小于第2内齿轮部件(34)的输出侧齿轮部(42)相对于外齿轮部件(32)的第2齿轮部(38)的齿数的比，将第2内齿轮部件(34)的输出侧齿轮部(42)的齿高相对增高而增大棘轮效应扭矩，抑制棘轮效应。

Description

内燃机的可变压缩比机构

技术领域

本发明涉及一种内燃机的可变压缩比机构。

背景技术

当前已知如下内燃机的可变压缩比机构，即，该可变压缩比机构使用多连杆式活塞曲柄机构，该多连杆式活塞曲柄机构利用经由齿轮减速器而传递的致动器的旋转驱动力使控制轴的旋转位置进行变更，由此能够对内燃机的压缩比进行变更。

例如，在专利文献1、2中，使用利用了差动齿轮原理的减速器，由此增大减速器中所使用的齿轮的模数且确保大减速比，从而不会因减速器中使用的齿轮的模数减小而导致齿轮的强度下降、齿面的磨损。

然而，对于这种可变压缩比机构的齿轮减速器，要求使得布局在有限的车载空间内成立、且要求轻量化、高度耐久化、低音振化，要求进一步的改善。

专利文献1：WO2014/109179号公报

专利文献2：WO2014/27497号公报

发明内容

本发明涉及一种内燃机的可变压缩比机构，其经由对致动器的旋转进行减速的齿轮减速器将驱动扭矩传递至控制轴，通过对该控制轴的旋转位置进行变更而能够变更内燃机的内燃机压缩比，其中，上述齿轮减速器具有：输入侧部件，其与上述致动器的旋转轴连结；输出侧部件，其将减速后的上述致动器的旋转传递至上述控制轴；固定部件，其固定于上述致动器的壳体；以及中间部件，其将来自上述输入侧部件的扭矩传递至上述输出侧部件以及上述固定部件，上述中间部件具有：第1齿轮部，其与形成于上述固定部件的固定齿轮部啮合；以及第2齿轮部，其与形成于上述输出侧部件的输出侧齿轮部啮合，上述固定齿轮部的齿数相对于上述第1齿轮部的齿数的比设定为小于上述输出侧齿轮部的齿数相对于上述第2齿轮部的齿数的比。

根据本发明，通过减少输出侧齿轮部的齿数，从而能够与其相应地将输出侧齿轮部的齿高设定得较高而增大棘轮效应扭矩，能够抑制输出侧齿轮部和第2齿轮部的啮合位置偏移的棘轮效应。

另外，通过将输出侧齿轮部的齿高设定得相对较高，从而能够抑制输出侧齿轮部和第2齿轮部的啮合的恶化，无需将减速器大型化而增大齿轮的模数就能够提高输出侧齿轮部的齿的强度，且抑制齿面磨损。

附图说明

图1是示意性地表示本发明所涉及的内燃机的可变压缩比机构的概略结构的说明图。

图2是表示第1实施例的齿轮减速器的概略的剖面图。

图3是第1实施例的齿轮减速器的分解斜视图。

图4是示意性地表示第2实施例的齿轮减速器的构造的说明图。

图5是示意性地表示第3实施例的齿轮减速器的构造的说明图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。图1是示意性地表示内燃机1的概略结构的说明图。

内燃机1具有可变压缩比机构5，该可变压缩比机构5通过对在气缸体2的气缸3内往返移动的活塞4的上止点位置进行变更而能够变更内燃机压缩比。

可变压缩比机构5利用由多个连杆将活塞4、曲轴6的曲柄销7连接的多连杆式活塞－曲柄机构，具有：下连杆8，其可旋转地安装于曲柄销7；上连杆9，其将上述下连杆8和活塞4连结；控制轴10，其设置有偏心轴部11；以及控制连杆12，其将偏心轴部11和下连杆8连结。

曲轴6具有多个轴颈部13以及曲柄销7。轴颈部13可旋转地支撑于气缸体2与曲柄轴承托架14之间。

上连杆9的一端可旋转地安装于活塞销15，另一端通过第1连结销16而可旋转地与下连杆8连结。控制连杆12的一端通过第2连结销17而可旋转地与下连杆8连结，另一端可旋转地安装于控制轴10的偏心轴部11。

控制轴10配置为与曲轴6平行、且可旋转地支撑于气缸体2。详细而言，控制轴10可旋转地支撑于曲柄轴承托架14与控制轴轴承托架18之间。

而且，该控制轴10由经由后述的波动齿轮减速器22而传递动力的电动机21(参照图2)进行旋转驱动，其旋转位置受到控制。电动机21相当于致动器，基于来自未图示的控制单元的指令而被控制。

利用电动机21对控制轴10的旋转位置进行变更，从而成为控制连杆12的摆动支点的偏心轴部11的位置发生变化。由此使得下连杆8的姿势发生变化，压缩比随着活塞4的活塞运动(行程特性)、即活塞4的上止点位置以及下死点位置的变化而连续地变更。

电动机21的旋转经由图2、图3所示的作为齿轮减速器的波动齿轮减速器22而传递至铁制的输出轴23。

而且，利用固定于输出轴23且沿输出轴半径方向延伸的输出轴侧臂24、固定于控制轴10且沿控制轴半径方向延伸的控制轴侧臂(未图示)、以及一端可旋转地与输出轴侧臂24连结且另一端可旋转地与上述控制轴侧臂连结的连杆部件(未图示)，使得输出轴23的旋转运动作为驱动扭矩(旋转驱动扭矩)而经由上述连杆部件的并行运动传递至控制轴10。

电动机21、波动齿轮减速器22以及输出轴23收容于由成为电动机21的壳体的铝合金制的电机罩25、以及有底筒状的外壳部件26而划分成的空间内。此外，图2中的27是输出轴侧臂24贯通的开口窗部。另外，图2中的28是在外壳部件26内将输出轴23支撑为能够旋转的输出轴支撑轴承。

这里，波动齿轮减速器22大致由如下部件构成：铁制的作为固定部件的第1内齿轮部件31；在第1内齿轮部件31的内侧以同心状配置的铁制的作为中间部件的外齿轮部件32；在外齿轮部件32的内侧配置的外形呈椭圆形轮廓的作为输入侧部件的铁制的波动发生器33；以及圆环状且铁制的作为输出侧部件的第2内齿轮部件34。第1内齿轮部件31和第2内齿轮部件34形成为彼此的内外径大致相同。

第1内齿轮部件31呈圆环状，在内周侧形成有固定齿轮部35。利用多个第1紧固连结螺栓36将该第1内齿轮部件31固定于电机罩25。在本实施例中，利用4根第1紧固连结螺栓36将第1内齿轮部件31固定于电机罩25。

外齿轮部件32呈圆筒状，在外周侧并列地形成有：第1齿轮部37，其与第1内齿轮部件31的固定齿轮部35啮合；以及第2齿轮部38，其与第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42(后述)啮合。该外齿轮部件32与插入于内侧的波动发生器33的椭圆形状相应地在半径方向上发生弹性变形，在该椭圆形状的长轴方向的2个部位，相对于第1内齿轮部件31以及第2内齿轮部件34而啮合。

波动发生器33的中心部分固定于电动机21的旋转轴39。另外，在外齿轮部件32与波动发生器33之间设置有球轴承(未图示)，外齿轮部件32相对于波动发生器33能够进行相对旋转。

此外，图2中的40、41是承受来自波动发生器33的轴向载荷以及径向载荷的球轴承，例如一者为径向轴承且另一者为轴向轴承。

第2内齿轮部件34呈圆环状，在内周侧形成有输出侧齿轮部42。利用多个第2紧固连结螺栓43将该第2内齿轮部件34固定于在输出轴23的端部形成的铁制的凸缘部23a。这里，第2紧固连结螺栓43的根数多于第1紧固连结螺栓36的根数，在本实施例中，利用6根第2紧固连结螺栓43将第2内齿轮部件34固定于输出轴23的凸缘部23a。另外，第2内齿轮部件34相对于输出轴23的凸缘部23a的紧固连结扭矩，设定为大于第2内齿轮部件34相对于电机罩25的紧固连结扭矩。

另外，固定有第1内齿轮部件31的位置处的电机罩25的刚性设定为，低于固定有第2内齿轮部件34的输出轴23的凸缘部23a的刚性。在本实施例中，如图2所示，固定有第1内齿轮部件31的位置处的电机罩25的板厚T1设定为比固定有第2内齿轮部件34的位置处的输出轴23的凸缘部23a的板厚T2更薄。

这里，外齿轮部件32的第1齿轮部37的齿数和第1内齿轮部件31的固定齿轮部35的齿数形成为2个齿的齿数差，如果波动发生器33旋转1圈，则外齿轮部件32和第1内齿轮部件31与该齿数差相应地进行相对旋转。另外，外齿轮部件32的第2齿轮部38的齿数和第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的齿数形成为2个齿的齿数差，如果波动发生器33旋转1圈，则外齿轮部件32和第2内齿轮部件34与该齿数差相应地进行相对旋转。

而且，在本实施例的波动齿轮减速器22中，固定齿轮部35的齿数相对于第1齿轮部37的齿数的比设定为，小于输出侧齿轮部42的齿数相对于第2齿轮部38的齿数的比。即，第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的齿数设定为少于第1内齿轮部件31的固定齿轮部35的齿数。

因此，波动齿轮减速器22能够将伴随着波动发生器33的旋转的外齿轮部件32的旋转、以及伴随着波动发生器33的旋转的第2内齿轮部件34的旋转的旋转数差对输出轴23输出，在电动机21的旋转轴39和输出轴23之间能够实现较大的减速比。

例如，如果将第1内齿轮部件31的固定齿轮部35的齿数设定为302，将第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的齿数设定为202，将外齿轮部件32的第1齿轮部37的齿数设定为300、且将外齿轮部件32的第2齿轮部38的齿数设定为200，则波动齿轮减速器22的减速比约为300。

此外，波动齿轮减速器22例如减速比能够设定为200～400左右，第1内齿轮部件31的齿数以及第2内齿轮部件34的齿数并不限定于上述齿数。

在这种可变压缩比机构5中，输出轴23经由上述连杆部件而与作用有来自内燃机1的扭矩的控制轴10连结，容易受到控制轴10的振动等的影响。因此，在这种输出轴23的凸缘部23a固定的第2内齿轮部件34受到输出轴23的振动(输出轴支撑轴承28内的间隙内的输出轴23的振动)、输出轴23的径向的偏芯、输出轴23的弹性变形等影响，与外齿轮部件32的第2齿轮部38的啮合容易变差，容易降低棘轮效应扭矩，该棘轮效应扭矩是发生第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38的啮合位置偏移的棘轮效应而开始的。

另外，如果第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38的啮合变差，则在输出侧齿轮部42和第2齿轮部38啮合的部分，容易因局部的齿面载荷增大而产生齿的破损、齿面磨损。

因此，在本实施例的可变压缩比机构5中，第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的齿数设定为少于第1内齿轮部件31的固定齿轮部35的齿数。

由此，输出侧齿轮部42能够与齿数减少的量相应地将齿高设定为相对较高而增大上述棘轮效应扭矩，能够抑制上述棘轮效应。

另外，通过将输出侧齿轮部42的齿高设定为相对较高，能够抑制输出侧齿轮部42和第2齿轮部38的啮合变差，并且无需将齿轮减速器大型化而增大齿轮的模数，就能够提高输出侧齿轮部42的齿的强度而抑制齿面磨损。

为了在第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38啮合的部分增大上述棘轮效应扭矩，只要抑制因波动发生器33的中心相对于第2内齿轮部件34的中心的偏芯、波动发生器33相对于第2内齿轮部件34的倒塌等而引起的齿面的啮合的恶化即可。

为了防止上述的偏芯、倒塌而提高输出轴23的凸缘部23a的刚性，由此具有提高第1内齿轮部件31相对于第2内齿轮部件34的错位的追随性的效果。

因此，通过使输出轴23的凸缘部23a的刚性高于电机罩25的刚性，能够增大第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42与外齿轮部件32的第2齿轮部38啮合的部分处的上述棘轮效应扭矩，并且能够抑制第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的变形，能够避免在输出侧齿轮部42产生局部的应力集中、面压增大。

齿轮的齿数越少(齿轮的模数越大)，越能够增大上述棘轮效应扭矩，相应地作用于齿的局部的应力越增大。另外，刚性越高，越能够增大上述棘轮效应扭矩，但齿轮彼此啮合的部分、齿底处的局部的应力有可能会增大。因此，为了抑制上述棘轮效应扭矩、且提高齿的耐久性(防止破损、磨损)，齿数的多少和刚性的高低的相对的弥补关系较为重要。

此外，在第2内齿轮部件34直接固定于控制轴10的端部的情况下，即，在控制轴10兼用作输出轴23的结构中，将第2内齿轮部件34固定的凸缘部形成于控制轴10的一端。在该情况下，只要将电机罩25的刚性设定为低于控制轴10的刚性、即在控制轴10的一端形成的上述凸缘部的刚性即可。

在将外齿轮部件32预先组装于第1内齿轮部件31或者第2内齿轮部件34的情况下，只要是单件部件则容易对准齿的啮合位置而进行组装。然而，并不容易将第1内齿轮部件31或者第2内齿轮部件34的另一者组装于在第1内齿轮部件31或者第2内齿轮部件34的一者组装的副组件状态的外齿轮部件32。

另外，齿数越多，越难以对准齿的啮合位置而进行组装，外齿轮部件32、第1内齿轮部件31以及第2内齿轮部件34的彼此的组装作业性会变差。

因此，在使得第2内齿轮部件34的齿数小于第1内齿轮部件31的齿数的情况下，只要将第2内齿轮部件34组装于在预先固定于电机罩25的第1内齿轮部件31组装的外齿轮部件32，则副组件状态的外齿轮部件32的组装作业变得相对容易。

电机罩25位于由气缸体2和油盘(未图示)划分出的曲柄外壳的外侧，因此散热性比位于上述曲柄外壳内的控制轴10好，温度低于控制轴10的温度。另外，电机罩25与输出轴23相比远离控制轴，与输出轴23相比，来自控制轴10的热更难以传递，温度比输出轴23的温度低。

例如，在配置为控制轴10与油盘内的发动机油接触的情况下、控制轴10内形成有油通路的情况下，如果发动机油变为高温，则控制轴10的温度升高至与油温相同的程度。

因此，通过使位于控制轴10侧、且来自控制轴10的热相对容易传递而容易热膨胀的输出轴23的材质实现低热膨胀率化，能够抑制第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38啮合的部分处的变形而抑制上述棘轮效应的产生。而且，在高温时，能够抑制第2内齿轮部件34因输出轴23的凸缘部23a的热膨胀而扩张，输出侧齿轮部42相对于外齿轮部件32的第2齿轮部38的啮合的高度(深度)减小，能够抑制上述棘轮效应扭矩降低。并且，将输出轴23的凸缘部23a设为低热膨胀率的铁制，从而能够抑制因在输出轴23的凸缘部23a固定的第2内齿轮部件34的热膨胀而引起的变形。

第1内齿轮部件31的固定齿轮部35和外齿轮部件32的第1齿轮部37啮合的部分与第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38啮合的部分相比，难以受到控制轴10的各种影响，相对难以产生上述棘轮效应。因此，对于固定有第1内齿轮部件31的电机罩25，即使是高热膨胀率，只要将其材质设为轻量的铝合金制，则能够抑制上述棘轮效应扭矩的下降、且能够实现轻量化。

第2内齿轮部件34和输出轴23的凸缘部23a的紧固连结扭矩大于电机罩25和第1内齿轮部件31的紧固连结扭矩，容易产生上述棘轮效应的第2内齿轮部件侧的紧固连结扭矩设定为相对较大，因此能够抑制第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的变形而使得上述棘轮效应扭矩增大。

另外，第2内齿轮部件34和输出轴23的凸缘部23a的紧固连结扭矩相对较大，因此能够抑制第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42的变形，能够抑制基于第2内齿轮部件34的输出侧齿轮部42和外齿轮部件32的第2齿轮部38啮合的部分处的啮合率的恶化的局部的应力集中所引起的破损、磨损。

而且，通过相对地减少将第1内齿轮部件31固定于电机罩25的第1紧固连结螺栓36的根数，能够相应地在电动机21的内部确保该电动机21的结构部件的配置空间，总之能够使电动机实现小型化、轻量化。

另外，通过增多将第2内齿轮部件34和输出轴23的凸缘部23a固定的第2紧固连结螺栓43的根数，容易增大第2内齿轮部件34和输出轴23的凸缘部23a的紧固连结扭矩。

作为对电动机21的旋转进行减速的齿轮减速器，还能够应用除了上述波动齿轮减速器22以外的结构。例如，作为齿轮减速器，还可以应用图4所示那样的弗格森行星齿轮(不思議歯車機構；Furgusson's mechanical paradox)减速器51、图5所示那样的内旋轮线减速器61。

下面，对作为齿轮减速器而使用弗格森行星齿轮减速器51的第2实施例、和作为齿轮减速器而使用内旋轮线减速器61的第3实施例进行说明。此外，关于除了齿轮减速器以外的结构，第2、第3实施例与上述第1实施例相同。

在第2实施例中，弗格森行星齿轮减速器51大致由如下部件构成：固定于电机罩25的铁制的作为固定部件的第1内齿轮部件52；铁制的作为中间部件的多个行星齿轮部件53；固定于输出轴23的铁制的作为输出侧部件的第2内齿轮部件54；以及固定于电动机21的旋转轴39的铁制的作为输入侧部件的太阳齿轮部件55。

太阳齿轮部件55在其外周形成有齿数为Z1的太阳齿轮部56，配置于第1内齿轮部件52以及第2内齿轮部件54的内侧。第1内齿轮部件52在其内周侧形成有齿数为Z3的固定齿轮部58。第2内齿轮部件54在其内周侧形成有齿数Z4的输出侧齿轮部59。行星齿轮部件53在其外周形成有齿数为Z2的行星齿轮部57，配置于第1内齿轮部件52以及第2内齿轮部件54与太阳齿轮部件55之间。

行星齿轮部件53的行星齿轮部57与第1内齿轮部件52的固定齿轮部58、第2内齿轮部件54的输出侧齿轮部59、以及太阳齿轮部件55的太阳齿轮部56啮合。即，行星齿轮部57相当于中间部件的第1齿轮部和第2齿轮部。

而且，在该弗格森行星齿轮减速器51中，固定齿轮部58的齿数相对于行星齿轮部57的齿数的比设定为小于输出侧齿轮部59的齿数相对于行星齿轮部57的齿数的比。即，第2内齿轮部件54的输出侧齿轮部59的齿数Z4设定为少于第1内齿轮部件52的固定齿轮部58的齿数Z3。

即使使用这种弗格森行星齿轮减速器51，也能够获得与上述第1实施例大致相同的作用效果。

在第3实施例中，内旋轮线减速器61大致由如下部件构成：固定于电机罩25的铁制的作为固定部件的第1内齿轮部件62；铁制的作为中间部件的外齿轮部件63；固定于输出轴23的铁制的作为输出侧部件的第2内齿轮部件64；以及固定于电动机21的旋转轴39的铁制的输入侧部件65。

在外齿轮部件63形成有齿数为Z1的第1齿轮部67以及齿数为Z2的第2齿轮部68。外齿轮部件63可旋转地支撑于相对于电动机21的旋转轴39偏心的输入侧部件65的偏心轴部66。第1内齿轮部件62在其内周侧形成有齿数为Z3的固定齿轮部69。第1内齿轮部件62配置于外齿轮部件63的第1齿轮部67的外侧。第2内齿轮部件64在其内周侧形成有齿数Z4的输出侧齿轮部70。第2内齿轮部件64配置于外齿轮部件63的第2齿轮部68的外侧。

外齿轮部件63的第1齿轮部67与第1内齿轮部件62的固定齿轮部69啮合。外齿轮部件63的第2齿轮部68与第2内齿轮部件64的输出侧齿轮部70啮合。

此外，外齿轮部件63相对于电动机21的旋转轴39偏心，因此在相对于旋转轴39偏心那一侧(偏心轴部66所处那一侧)，第1齿轮部67与第1内齿轮部件62的固定齿轮部69啮合，第2齿轮部68与第2内齿轮部件64的输出侧齿轮部70啮合。

而且，在该内旋轮线减速器61中，固定齿轮部69的齿数相对于第1齿轮部67的齿数的比设定为小于输出侧齿轮部70的齿数相对于第2齿轮部68的齿数的比。即，第1内齿轮部件62的固定齿轮部69的齿数Z3设定为多于第2内齿轮部件64的输出侧齿轮部70的齿数Z4，外齿轮部件63的第1齿轮部67的齿数Z1设定为多于第2齿轮部68的齿数Z2。

使用这样的内旋轮线减速器61，也能够获得与上述第1实施例大致相同的作用效果。

Claims (6)

1.一种内燃机的可变压缩比机构，其经由对致动器的旋转进行减速的齿轮减速器将驱动扭矩传递至控制轴，通过对该控制轴的旋转位置进行变更而能够变更内燃机的内燃机压缩比，其中，

上述齿轮减速器具有：输入侧部件，其与上述致动器的旋转轴连结；输出侧部件，其将减速后的上述致动器的旋转传递至上述控制轴；固定部件，其固定于上述致动器的壳体；以及中间部件，其将来自上述输入侧部件的扭矩传递至上述输出侧部件以及上述固定部件，

上述中间部件具有：第1齿轮部，其与形成于上述固定部件的固定齿轮部啮合；以及第2齿轮部，其与形成于上述输出侧部件的输出侧齿轮部啮合，

上述固定齿轮部的齿数相对于上述第1齿轮部的齿数的比设定为，小于上述输出侧齿轮部的齿数相对于上述第2齿轮部的齿数的比。

2.根据权利要求1所述的内燃机的可变压缩比机构，其中，

使上述第1齿轮部的齿数和上述第2齿轮部的齿数不同。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的可变压缩比机构，其中，

经由固定于上述输出侧部件的输出轴将上述致动器的驱动扭矩传递至上述控制轴，

固定有上述输出侧部件的输出轴的凸缘部的刚性设定为，高于固定有上述固定部件的上述壳体的刚性。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机的可变压缩比机构，其中，

经由固定于上述输出侧部件的输出轴将上述致动器的驱动扭矩传递至上述控制轴，

固定有上述输出侧部件的输出轴的热膨胀率小于固定有上述固定部件的上述壳体的热膨胀率。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的可变压缩比机构，其中，

经由固定于上述输出侧部件的输出轴将上述致动器的驱动扭矩传递至上述控制轴，

上述输出侧部件和上述输出轴的紧固连结扭矩设定为大于上述壳体和上述固定部件的紧固连结扭矩。

6.根据权利要求1或2所述的内燃机的可变压缩比机构，其中，

经由固定于上述输出侧部件的输出轴将上述致动器的驱动扭矩传递至上述控制轴，

将上述输出侧部件固定于上述输出轴的螺栓的根数多于将上述固定部件固定于上述壳体的螺栓的根数。