CN108474296B - 配备有改变压缩比的系统的热力发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热力发动机，包括改变所述发动机的压缩比的系统，所述改变压缩比的系统包括：‑可旋转地安装在曲柄销上的至少一个偏心部件(21)，所述偏心部件(21)包括与连杆的一端配合的偏心形状的外表面(25)以及至少一个齿圈(28)，‑所述偏心部件(21)的角位置的控制装置(31)，所述控制装置包括安装在驱动轴(32)上的驱动齿轮(33)，所述控制装置(31)还包括至少一个阶梯式中间齿轮(36)，所述阶梯式中间齿轮包括各自由齿轮(37,38)形成的至少一个第一阶梯和第二阶梯，所述第一阶梯的齿轮(37)与所述驱动齿轮(33)啮合，且所述第二阶梯的齿轮(38)与所述偏心部件的齿圈(28)啮合。

Description

配备有改变压缩比的系统的热力发动机
技术领域
本发明涉及一种包括改变压缩比的系统的热力发动机，该系统配备有阶梯式中间齿轮。
背景技术
文献EP14163870.0教导了根据发动机的运行条件来改变压缩比的系统的实施方式。这种改变压缩比的系统包括安装在曲柄销上的偏心部件的组件，使得每个组件与连杆的一个端部配合。
图1所示的控制装置1可以调节偏心部件2的位置。为此，控制装置1包括驱动轴3和由与驱动轴3和中间齿轮5联接的驱动齿轮4构成的齿轮级联。中间齿轮5一方面与驱动齿轮4啮合，另一方面与联接到偏心部件2的齿圈6啮合。
在运行中并且当驱动轴3相对于基座旋转固定时，系统具有固定压缩比的配置。在压缩比变化期间，偏心部件2的角位置由驱动轴3的角位置控制，并因此变化为新的压缩比点。为此，称为传递轴的轴和称为传递齿轮的齿轮通过曲轴的轴颈将位于驱动轴3一侧的偏心部件2的动力一个接一个地传递到曲轴的其它所有的偏心部件2(图1中不可见)。
然而，这种构造的问题在于：一方面，驱动齿轮4和中间齿轮5之间的啮合平面的偏移，以及另一方面，中间齿轮5和齿圈6之间的啮合平面的偏移需要使曲轴的凸缘(flasque)形成凹部(creuser)，以将驱动齿轮4和中间齿轮5的一部分结合在一起，这局部脆化了曲轴。
另外，曲轴的平衡可能需要削弱相对的凸缘，这也倾向于降低曲轴的机械强度。凸缘中的一个或多个凹部的加工也会产生大量的加工时间，这可能产生许多切屑。
发明内容
本发明旨在通过提出一种尤其是机动车辆的热力发动机来有效地克服这些缺点，所述热力发动机包括改变所述发动机的压缩比的系统，所述改变压缩比的系统包括：
-可旋转地安装在曲柄销上的至少一个偏心部件，所述偏心部件包括与连杆的一端配合的偏心形状的外表面以及至少一个齿圈，
-所述偏心部件的角位置的控制装置，所述控制装置包括安装在驱动轴上的驱动齿轮，
其特征在于，所述控制装置还包括至少一个阶梯式中间齿轮，所述阶梯式中间齿轮包括各自由齿轮形成的至少一个第一阶梯和第二阶梯，所述第一阶梯的齿轮与所述驱动齿轮啮合，且所述第二阶梯的齿轮与所述偏心部件的齿圈啮合。
因此，本发明能够减小在曲轴的凸缘中形成的容置齿轮的凹部的尺寸。这因此改善了曲轴的机械强度，并因此改善了发动机的可实现的性能水平，同时促进了曲轴的平衡。还减少了曲轴的加工时间，这能够减少切屑，从而优化加工过程。在一些情况下，驱动齿轮和/或其中一个阶梯的齿轮可以具有与传递齿轮相同的齿的构造，从而限制系统的成本。
根据本发明的热力发动机还包括曲轴，并且所述控制装置穿过曲轴臂。
根据前述所述的热力发动机，还包括曲轴，并且优选地，各自由齿轮(37,38)形成的两个阶梯位于曲轴臂的同一侧。
根据一个实施例，所述第一阶梯的齿轮的直径小于所述第二阶梯的齿轮的直径。这允许减小对应的驱动齿轮的直径，并因此减少系统的尺寸。
根据一个实施例，所述第一阶梯的齿轮的齿数少于所述第二阶梯的齿轮的齿数。
根据一个实施例，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮相对于彼此具有基本相同的轴向厚度。
根据一个实施例，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮通过夹紧和/或螺纹连接和/或焊接和/或胶合和/或卡扣和/或所述齿轮的花键配合被组装在一起。
根据一个实施例，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮定位在支撑板的两侧上。
根据一个实施例，所述支撑板包括用于被固定到曲轴的凸缘上的固定装置。
根据一个实施例，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮经由例如是滚针轴承的轴承相对于所述支撑板被旋转引导。
根据一个实施例，所述驱动齿轮可旋转地安装在来自所述支撑板的销上。
根据一个实施例，所述驱动齿轮和所述偏心部件的齿圈之间的传动比基本等于0.5。这能够确保偏心部件以向对于曲轴的旋转速度的一半的速度旋转。
附图说明
通过阅读下文的描述并参照附图，将更好地理解本发明。给出这些附图是为了说明而非限制本发明。
已经描述的图1是根据现有技术的中间齿轮的透视图，每个中间齿轮均具有分别与驱动齿轮和偏心部件的齿圈啮合的两个啮合平面；
图2是示出根据本发明的热力发动机的整个改变压缩比的系统沿着曲轴的整个长度的侧视图；
图3是根据本发明的不具有曲轴的热力发动机的改变压缩比的系统的透视图；
图4是集成有根据本发明的阶梯式中间齿轮的改变压缩比的系统的部分的透视图；
图5是根据本发明的阶梯式中间齿轮的分解图；
图6是根据本发明的变型实施的热力发动机的改变压缩比的系统的正视示意图；
图7a和图7b是示出将阶梯式中间齿轮安装在支撑板上的透视图；
图8a和图8b分别是示出将图7a和图7b的支撑板安装在曲轴的凸缘上的透视图和局部剖视图。
图1a和图4a示出了曲轴分别与图1所示的根据现有技术的非阶梯式中间齿轮以及与图4所示的根据本发明的阶梯式齿轮的视图。
在图2至图8a、图8b中，相同、相似或类似的元件在各个附图之间保留相同的附图标记。
具体实施方式
图2是集成有改变压缩比的系统11的曲轴12的侧视图，该系统根据发动机的工况来改变压缩比。因此，系统11可以在低负载的情况下以高压缩比使内燃发动机运行，从而提高其效率。在高负载的工况下，可以降低压缩比以避免工作间歇(à-coup)。
更确切地，X轴上的发动机的曲轴12通过轴台可旋转地安装在发动机壳体上。曲轴12包括由基本垂直于X轴延伸的凸缘17隔开的多个曲柄销13和多个轴颈14。曲轴12还具有与滑轮18可旋转地连接的前端部。惯性飞轮(未示出)可旋转地连接到曲轴12的后端部。
偏心部件21经由形成在每个偏心部件21中的通孔22可旋转地安装在曲柄销13上。如图4中更清楚可见的是，每个偏心部件21包括相对于通孔22及相应的曲轴销13的轴线偏心的外表面25。外表面25用于与连杆26的较大端部配合，连杆26的较小端部与发动机的活塞27可旋转地连接。每个偏心部件21还包括位于外表面25的两侧上的两个齿圈28。
在图3中清楚可见的控制装置31能够调节偏心部件21的角位置。为此，控制装置31包括驱动轴32、安装在驱动轴32上且由驱动齿轮33构成的齿轮级联和阶梯式中间齿轮36。该中间齿轮36包括分别由齿轮37,38形成的第一阶梯和第二阶梯。第一阶梯的齿轮37与驱动齿轮33啮合，第二阶梯的齿轮38与齿圈28啮合。齿轮37和38是同轴的。也可以使用两个或更多个中间齿轮。这取决于实际应用。
为了能够减小驱动齿轮33的直径并因此减小整体的尺寸，第一阶梯的齿轮37的直径小于第二阶梯的齿轮38的直径。另外，第一阶梯的齿轮37的齿数少于第二阶梯的齿轮38的齿数。
第一阶梯和第二阶梯的齿轮37,38相对于彼此具有基本相同的轴向厚度。该厚度基本对应于现有技术的中间齿轮的厚度的一半。
从图5中可以看出，为了确保齿轮37,38之间的组装，两个齿轮中的一个齿轮(在此为齿轮37)包括中央穿孔以允许轴通过的套筒41。该套筒41相对于承载齿轮37的齿的环形部分的端面轴向突出地延伸。
两个齿轮37,38的组装可以通过在套筒41的外轴向圆柱面42与齿轮38的带齿环形部分的内轴向圆柱面43之间的夹紧和/或螺纹连接来实现。面42,43之间还可以通过在整个周边上连续延伸的焊接和/或胶合区域或者通过多个等距的焊点来焊接或胶合在一起。也可以设置布置在齿轮37,38的面42,43中的互补形状的花键(夹紧或不夹紧)。通过卡扣组装齿轮37,38也是可考虑的。可替换地，该组装是相反的，即，齿轮38包括穿入齿轮37的中心通孔内的套筒41。
在图7a至图8b的实施例中，齿轮37和38定位在支撑板46的两侧上。支撑板46包括用于被固定在曲轴的凸缘17上的固定装置47，使得至少一个齿轮的至少一部分——在这种情况下为齿轮37和板46的一部分(参见图8b)容置在凸缘17中的凹部中。在这种情况下，这些固定装置47包括两个螺钉48和第三螺钉48，其中两个螺钉穿过形成在板46的凸边49中的孔，且与布置在凸缘17的厚度中相应的螺纹孔(参见图8a)配合，而第三螺钉穿过形成在板46的相对端一侧的孔，且与在凸缘17的横向面中形成的螺纹孔配合。可变型地，螺钉48可以替换为铆钉或销或适用于实际应用的任何其它固定装置。
齿轮37和38经由轴承52(例如图8b中可见的滚针轴承)相对于支撑板46被旋转引导。为此，滚针轴承52安装在穿过在支撑板46中形成的孔的轴53上。
如图7b所示，驱动齿轮33可旋转地安装在来自支撑板46的销56上。销56可以与支撑板46连接或与其一体形成。因此，要确保对驱动轴32和驱动齿轮33的引导。驱动齿轮33在支撑板46的一侧与齿轮37啮合，而齿轮38在支撑板46另一侧上与偏心部件21的齿圈28啮合(参见图7b和图8a)。
在运行中且当驱动轴32相对于支座旋转固定时，系统具有固定压缩比的配置。在压缩比变化期间，位于皮带轮18一侧的偏心部件21的角位置由驱动轴32的角位置控制，并因此变化为新的压缩比点。为此，可通过例如轮与无头螺钉57的啮合装置(参见图3)或任何其它适于使轴移动的装置来驱动驱动轴32。
驱动齿轮33和偏心部件的齿圈28之间的传动比基本等于0.5。这能够确保偏心部件21以相对于曲轴的旋转速度一半的速度旋转。
另外，如图3所示，称为传递轴的轴58和称为传递齿轮的齿轮59通过曲轴12的轴颈14将位于驱动轴32一侧的偏心部件的相同动力一个接一个地传递到曲轴12的其它所有的偏心部件。为此，安装在轴58上的齿轮59与其它偏心部件的齿圈28啮合。
可变型地，如图6所示，本发明也可以以集成在曲轴12附属的滑轮18内或附近的所谓的“箱式”行星齿轮组的配置中来实现。在这种情况下，一组阶梯式中间齿轮36一方面与驱动齿轮33啮合，另一方面与反向旋转的行星齿轮61啮合。每个行星齿轮61还与传递齿轮59啮合。
图1a和图4a示出了本发明所带来的重要优点：-在根据现有技术的图1a中，曲轴V中凹入有凹座(poche)P以容置非阶梯式中间齿轮。该凹座靠近曲柄销M；-在根据本发明的图4a中，由于中间齿轮的阶梯，曲轴具有较小尺寸的凹座P'。另外，注意到，该凹座离曲柄销更远：凹座P'(腔体)不仅较小，而且其离曲柄销的邻近区域更远，该邻近区域是关于机械强度的重要区域，因此重要的是，保持足够的厚度以精确确保部件的机械强度。
由于两个新的中间齿轮36,37的中间齿轮是阶梯式的，因此可以减少驱动齿轮33的齿数。例如，中间齿轮36与28个齿的偏心部件啮合；中间齿轮37与20个齿的驱动齿轮啮合：驱动齿轮33仅需要15个齿就可以使驱动齿轮和偏心部件之间的传动比为0.5。中间齿轮的齿数在此对传动没有任何影响，传动齿轮的尺寸(直径)减小，曲轴上的凹座也减小，这限制了对该曲轴臂的强度的影响。
相反，在非阶梯式的比较例的情况下(图1和图1a)，例如如果偏心部件2具有42个齿且中间齿轮5是非阶梯式的，则驱动齿轮4必须具有21个齿，以在驱动齿轮和偏心部件之间产生0.5的传动比。

Claims (13)

1.一种热力发动机，包括改变所述发动机的压缩比的系统(11)，所述改变压缩比的系统(11)包括：
-可旋转地安装在曲柄销(13)上的至少一个偏心部件(21)，所述偏心部件(21)包括与连杆(26)的一端配合的偏心形状的外表面(25)以及至少一个齿圈(28)，
-所述偏心部件(21)的角位置的控制装置(31)，所述控制装置包括安装在驱动轴(32)上的驱动齿轮(33)，
其特征在于，所述控制装置(31)还包括至少一个阶梯式中间齿轮(36)，所述阶梯式中间齿轮包括各自由齿轮(37,38)形成的至少一个第一阶梯和第二阶梯，所述第一阶梯的齿轮(37)与所述驱动齿轮(33)啮合，且所述第二阶梯的齿轮(38)与所述偏心部件的齿圈(28)啮合；
并且所述热力发动机还包括曲轴(V)，并且所述控制装置(31)穿过曲轴臂。
2.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述热力发动机是用于机动车辆的。
3.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述热力发动机还包括曲轴(V)，并且各自由齿轮(37,38)形成的两个阶梯位于曲轴臂的同一侧。
4.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯的齿轮(37)的直径小于所述第二阶梯的齿轮(38)的直径。
5.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯的齿轮(37)的齿数少于所述第二阶梯的齿轮(38)的齿数。
6.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮(37,38)相对于彼此具有基本相同的轴向厚度。
7.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮(37,38)通过夹紧和/或螺纹连接和/或焊接和/或胶合和/或卡扣和/或所述齿轮(37,38)的花键配合被组装在一起。
8.根据权利要求1所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮(37,38)定位在支撑板(46)的两侧上。
9.根据前一项权利要求所述的热力发动机，其特征在于，所述支撑板(46)包括用于被固定到曲轴的凸缘(17)上的固定装置(47)。
10.根据权利要求8所述的热力发动机，其特征在于，所述第一阶梯和第二阶梯的所述齿轮(37,38)经由轴承(52)相对于所述支撑板(46)被旋转引导。
11.根据权利要求10所述的热力发动机，所述轴承(52)是滚针轴承。
12.根据权利要求8所述的热力发动机，其特征在于，所述驱动齿轮(33)可旋转地安装在来自所述支撑板(46)的销(56)上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的热力发动机，其特征在于，所述驱动齿轮(33)和所述偏心部件的齿圈(28)之间的传动比基本等于0.5。
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