CN109563777B - 用于可变压缩比发动机的燃烧活塞的轴承引导装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可变压缩比发动机的燃烧活塞的轴承引导装置。所述燃烧活塞从上止点到下止点的移动驱使由圆柱形主体和小齿轮(44)组成的同步滚轮相对于第一齿条(46)和第二齿条(37)从第一位置移动到第二位置。根据本发明，所述第一齿条(46)和/或所述第二齿条(37)的模数与所述小齿轮(44)的模数不同，从而使得只有当所述小齿轮(44)处于所述第一位置或所述第二位置时所述小齿轮(44)的齿的齿腹才与所述第一齿条(46)和所述第二齿条(37)的齿的齿腹接合。

Description

用于可变压缩比发动机的燃烧活塞的轴承引导装置

技术领域

本发明涉及一种用于可变压缩比发动机的燃烧活塞的轴承引导装置。

背景技术

如图1和图2中所示出的，可变压缩比发动机的已知传动装置1包括与由连接杆6和曲轴9组成的组合件相关联的齿轮5。

齿轮5一侧与控制装置7相互作用并且另一侧与传动组合件3相互作用，所述齿轮的齿是大尺寸的。为此，传动单元3和控制装置7配备有用于接收轮5的大尺寸齿的齿条。

传动单元3与燃烧活塞2形成一体件，所述燃烧活塞2受汽缸10中主要方向上的平移运动引导和驱动。齿轮5在曲轴9与燃烧活塞2之间传动移动。

控制装置7被固定到控制装置(附图中未示出，但在例如申请FR9804601中进行描述)。此装置可以沿主要方向调节发动机组中的控制单元7的位置。因此，此装置可以调节活塞2的上止点和下止点，从而使发动机的压缩比可变且可控。

为了确保汽缸10中活塞2的平移运动，传动装置还包括轴承引导装置4。

此装置4包括同步板41，所述同步板41与发动机组形成一体件并且由第一沟道48和第一齿条46组成，如图1和图2中所示出的，所述第一齿条46以两部分安置在沟道48的两侧。

轴承引导装置4还包括第二齿条37和第二滚动轨道38，所述第二齿条37和第二滚动轨道38布置在与轮5的大尺寸齿相互作用的齿条相对的传动单元3的一侧上。

最后，轴承引导装置4包括同步滚轮40，所述同步滚轮40由圆柱形主体42和小齿轮44组成，所述圆柱形主体42和所述小齿轮44彼此一体，无任何自由度。同步滚轮40可以由单个部分组成。在图1和图2所示出的实例中，小齿轮由安置在圆柱形主体42的两侧上的两个部分形成。

置于同步板41与传动单元3之间的同步滚轮40的圆柱形主体42与第一沟道38和第二沟道48接触。小齿轮44的齿进而由第一齿条37和第二齿条46接收。

在工作条件下，燃烧活塞2在汽缸10中从其上止点到其下止点的移动使同步滚轮40通过在同步板41的轨道48和控制单元3的轨道38上滚动来移动，所述同步滚轮40保持抵靠所述同步板41和所述控制单元38。

具体地，小齿轮44相对于第一齿条46和第二齿条37从与活塞2的上止点相对应的第一位置移动到与活塞2的下止点相对应的第二位置。图3a和图3b分别示出了处于所述第一位置和所述第二位置的轴承引导装置4的视图。

轴承引导装置4通过阻挡和释放某些移动方向来引导传动单元3和燃烧活塞2。为此，滚轮40、同步板41和控制单元3可以设置有彼此接合的凹槽和/或肋(如板41的肋49以及如图1所示出的滚轮40的凹槽43)以仅允许控制单元和燃烧活塞2沿主要方向平移运动。

轴承引导装置4还使同步滚轮40沿主要方向的移动同步。为了实现这一点，圆柱形主体42的直径被选择成使得其对应于小齿轮44的节圆直径。第一齿条37和第二齿条44还被设计成使得它们具有与小齿轮44相同的模数(其反映齿距)。这确保小齿轮44与齿条37、46的适当啮合，以及圆柱形主体42在同步板41和控制单元3的第一沟道46和第二沟道37上的无滑动的滚动。换句话说，圆柱形主体42在沟道46、37上的附着移动与小齿轮44的齿在齿条37、46上的障碍移动协作。

最后，轴承引导装置4的功能是接管横向负载(也就是说，沿垂直于燃烧活塞2的线性运动的轴线和垂直于曲轴9的轴线的方向)，在发动机运行时所述横向负载可能在传动装置1中产生。

在这方面，可以参考文献EP1740810和EP1979591以及FR3027051，这些文献呈现各种各样的导致静态力或动态力施加在传动装置1以及具体地轴承引导装置4上的解决方案，以便确保在装置1的移动部件自身之间接触并且与发动机组接触。

有时在刚刚已经描述的已知轴承引导装置4中观察到组成小齿轮44和齿条37、46的齿的过早磨损或甚至它们的不期望的机械损坏。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种至少部分地修复此缺点的轴承引导装置。

为了实现这些目的之一，本发明的目的是提出一种用于可变压缩比发动机的燃烧活塞的轴承引导装置。所述装置包括同步滚轮，所述同步滚轮由圆柱形主体和小齿轮组成，当所述发动机运行时，所述圆柱形主体的有效直径可能因为径向负载而变化。所述同步滚轮与以下相互作用：

-一方面，与同步板相互作用，所述同步板与发动机组形成一体件、包括用于接收所述圆柱形主体的第一沟道和用于接收所述小齿轮的第一齿条；

-另一方面，与传动单元相互作用，所述传动单元与所述燃烧活塞形成一体件、包括用于接收所述圆柱形主体的第二沟道和用于接收所述小齿轮的第二齿条；

所述燃烧活塞从上止点到下止点的移动使所述小齿轮相对于所述第一齿条和所述第二齿条从第一位置移动到第二位置。

根据本发明，所述第一齿条和/或所述第二齿条的模数与所述小齿轮的模数不同，从而使得只有当所述小齿轮处于所述第一位置或所述第二位置时所述小齿轮的齿的齿腹才与所述第一齿条和所述第二齿条的齿的齿腹接合。

因此，根据本发明，所述齿条37、46中的至少一个的模数被选择成使得所述小齿轮44通过滚动在此齿条上行进并且不产生任何可能造成齿过早磨损或机械劣化的接触。

根据本发明的其它优点和非详尽特征，单独或与任何技术可行组合一起考虑：

·当所述发动机运行时，所述圆柱形主体的所述有效直径始终小于或始终大于所述小齿轮的节圆直径；

·当所述发动机运行时，所述圆柱形主体的所述有效直径始终小于所述小齿轮的节圆直径；并且所述第一齿条和/或所述第二齿条的模数小于所述小齿轮的模数；替代性地，

○所述第一齿条的模数小于所述小齿轮的模数；所述第二齿条的模数等于所述小齿轮的模数，并且所述第二齿条的两个齿之间的间隙大于齿的厚度；

○所述第一齿条和所述第二齿条的模数小于所述小齿轮的模数；

·当所述发动机运行时，所述圆柱形主体的所述有效直径始终大于所述小齿轮的节圆直径；并且所述第一齿条和/或所述第二齿条的模数大于所述小齿轮的模数；替代性地，

○所述第二齿条的模数大于所述小齿轮的模数；所述第一齿条的模数等于所述小齿轮的模数；并且所述第一齿条的齿的齿槽的宽度比齿的厚度大得多；

○所述第一齿条和所述第二齿条的模数大于所述小齿轮的模数；

·所述圆柱形主体具有弯曲轮廓。

附图说明

参照附图，本发明的其它特征和优点将从以下对本发明的详细描述中变得明显，在附图中：

·图1和图2示出了根据现有技术的可变压缩比发动机的传动装置的两个视图；

·图3a和图3b分别示出了处于第一位置和第二位置的引导装置的视图。

·图4示出了在发动机循环期间施加到同步滚轮的惯性力和摩擦力的强度；

·图5a示出了当圆柱形主体的直径精确等于小齿轮的节圆直径时小齿轮在其第一位置在第一齿条和第二齿条上啮合；

·图5b示出了当圆柱形主体的直径精确等于小齿轮的节圆直径时小齿轮在其第二位置在第一齿条和第二齿条上啮合；

·图5c示出了当圆柱形主体的直径小于小齿轮的节圆直径时并且当齿条模数与小齿轮的模数相同时小齿轮在其第二位置在第一齿条和第二齿条上啮合。

·图6a、图6b和图6c示出了当同步板的齿条的模数小于小齿轮的模数时并且当控制单元的齿条的间隙增大时小齿轮与第一齿条和第二齿条啮合。

具体实施方式

为了简化下面描述，相同的附图标记用于相同的元件或用于在本发明的不同形式的实施方案中或根据现有技术执行相同的功能的元件。

初步评论

通过研究刚刚已经呈现的现有技术的引导装置4的某些元件的过早磨损的起源，本申请的诸位发明人发表以下评论。

图4以实线示出了在发动机循环期间施加到同步滚轮40的惯性力的强度；x轴对应于曲轴的角位置(以度为单位)，并且y轴对应于惯性力的强度(以牛顿为单位)。应注意，力具有彼此相差约90°的四个极大值，这四个极大值对应于通过燃烧活塞2的上止点和下止点。这些惯性力的极大值分别被图4上的PMH和PMB表示。它们对应于同步滚轮40的旋转和平移运动的方向的变化。

在根据现有技术的引导装置5a中，图5a示出了小齿轮44在其第一位置(对应于图3a的活塞2的上止点的位置)在同步板41和传动单元3的第一齿条46和第二齿条37上啮合。圆柱形主体42的直径精确等于小齿轮44的节圆直径。这个齿轮44、第一齿条46和第二齿条37各自模数为1并具有24个齿。按照惯例，还在小齿轮44的齿中提供了第一齿条46与第二齿条37的足够间隙以允许啮合有效地操作。小齿轮44和传动单元3上的箭头指示就在达到附图中所示出的上止点之后这些元件的运动方向。A1和B1还被指示为与传动单元3的第二齿条37啮合或将与所述第二齿条37啮合的小齿轮44的第一对齿。

A2和B2还被指示为与同步板41的第一齿条46啮合或将与所述第一齿条46啮合的小齿轮44的第二对齿。

如图5a中所示出的，在上止点处施加到同步滚轮40上的相当大的惯性力导致将滚轮40置于相对于齿条的第一位置。

注意，在此第一位置中，图5a中表示为f1的在传动单元3的第二齿条37中啮合的小齿轮44的齿A1的齿腹与此齿条37的齿的侧壁延伸接触。还应注意，这个齿腹f1是齿对(A1，B1)的内齿腹，也就是说，啮合齿A1的齿腹f1面向要啮合的齿B1。

在同步板41的一侧，观察到啮合齿A2的齿腹f2与第一齿条46的齿的齿腹延伸接触。这个齿腹f2是齿对(A2，B2)的外齿腹，也就是说，啮合齿A2的齿腹f2不与要啮合的齿B2的齿腹面对面。

因此应观察到，在第一同步滚轮位置40中，同步板41的一侧和传动控制单元3的一侧两者上存在接触不对称。

图5b示出了针对与如图5a中示出的引导装置相同的引导装置4的小齿轮44在其第二位置(对应于活塞2的下止点位置)啮合。在此图示中，圆柱形主体42的直径精确等于小齿轮44的节圆直径。在所述图5b中，由箭头指示就在到达所示出的第二位置之前移动部分的移动。我们观察到小齿轮44的齿在第一齿条46的齿和第二齿条37的齿中的完美啮合。

在图5a和图5b的图示中，同步滚轮40的圆柱形主体42的设计直径精确地对应于小齿轮44的节圆直径。然而，本申请的诸位发明人观察到，圆柱形主体42的有效直径总体上不符合此设计直径。一方面，不准确性或制造公差不可能产生直径精确地等于设计直径的圆柱形主体42。另一方面，在发动机运行时施加到控制装置1和引导装置4的横向负载通过挤压使圆柱形主体42变形。这两个现象导致建立圆柱形主体42，所述圆柱形主体的有效直径与其设计直径不同，并且因此与小齿轮44的节圆直径不同。

在描述的此阶段应该注意到，能够使圆柱形主体42变形的横向负载在发动机运行时是可变的。它们源自于通过压力机构施加到传动装置1的用于防止或限制装置1的横向移动的力(如本申请的引言中所提醒的)；以及曲轴9上的连接杆6的支承力。由于这些负载，圆柱形主体42因此有可能变形并且具有随时间可变的有效直径。

圆柱形主体42的有效直径与小齿轮44的节圆直径之间的这种差异寻求使第一齿条46和第二齿条37中的小齿轮44的支承与沟道48、38上的圆柱形主体42的移动不同步。然而，这个不同步是不可能的，因为同步滚轮40由单个部分或彼此一体的部分组成。为了保持这个部分的完整性或防止其脱接合，必要的是，圆柱形主体40能够在第一沟道48和第二沟道38上滑动。当圆柱形主体42的直径小于小齿轮44的节圆直径时，这种滑动可以是在主轴的线性运动中滑动；或者如果圆柱形主体42的有效直径大于节圆直径，则在汽缸的轴线旋转中滑动。

为了允许这种滑动，需要小齿轮44的齿产生滑动力，所述滑动力与施加到同步滚轮40的惯性力组合而大于圆柱形主体42在第一沟道48和第二沟道38上的摩擦力。

与惯性力和可能的滑动力相对的这些摩擦力的强度与在引导装置4上可变施加的横向负载基本上成比例。摩擦力的强度与横向负载的强度通过摩擦系数相关。图4以虚线示出了在发动机循环期间施加的典型摩擦力的强度。

应注意，在对应于上止点和下止点的角位置处，摩擦力的强度比施加到滚轮的惯性力的强度低。

因此，圆柱形主体42自由滑动，尤其使得同步滚轮40齿腹到齿腹地占据关于图5a和图5b中已呈现的第一位置和第二位置。

还应观察到，在图3中圈出的某些其它角位置中，摩擦力的强度大于惯性力的强度。如果小齿轮44的齿不提供所需的额外工作，这使得圆柱形主体42无法滑动。

在无法自行滑动的这些阶段中，小齿轮44的齿与第一齿条46和第二齿条37的啮合不再完美协作。齿的边缘或顶部然后可能被迫与相对齿的突出或退后齿腹接触。这个现象是所观察的过早磨损的起源。这在图5c中更详细地示出。

这个图对应于与图5b的构型类似的构型，并且表示当燃烧活塞2从图5a的上止点移动到下止点时的引导装置4。然而，在图5c的图示中，圆柱形主体42的直径小于小齿轮44的节圆直径。然后，可以注意到所确保的啮合的缺陷，尤其是在图5c中标记为C1和C2的接触区域处的不连贯性。齿的边缘、顶部或齿腹之间的这些接触区域导致上述磨损机制的效应。

当圆柱形主体42的有效直径大于小齿轮44的节圆直径时，可以在此情况下作出类似观察。

改进的引导装置

本申请的诸位发明人依赖于刚刚作出的细微观察来提供可以帮助降低磨损机制效应的改进的轴承引导装置4。

本申请的原理在于配置引导装置4以有利于圆柱形主体42在沟道48、38上的滚动运动并且因此防止其滑动。

为此，传动单元3的第二齿条37和/或同步板41的第一齿条46的模数被调节成确保在第一位置和第二位置之外啮合的齿的齿腹与顶部或边缘之间不存在强迫接触。换句话说，所述齿条37、46中的至少一个的模数被选择成使得小齿轮44通过滚动在此齿条上行进并且不产生任何可能造成齿过早磨损或机械劣化的接触。然后，仅当小齿轮44占据第一位置或第二位置时，小齿轮44的齿的齿腹抵靠第一齿条46和/或第二齿条37的齿的齿腹。

这个设计选择导致第一齿条46和第二齿条37中的至少一个形成为使得它应该具有与小齿轮44的模数不同的模数。

待采取的用于获得可能导致加速磨损的非接触支承结果的措施必须基于圆柱形主体42的有效直径是大于还是小于小齿轮44的节圆直径而不同。

因此，圆柱形主体42被设计成在发动机运作期间具有始终小于或始终大于小齿轮44的节圆直径的有效直径。了解了可以施加到引导装置4的最大制造公差和横向负载(可以从所述最大制造公差和所述横向负载推断出圆柱形主体42的最大形变)，可以确定确保符合此要求的圆柱形主体42的设计直径。

因此并且根据第一种方法，圆柱形主体42的直径被选择成使得当发动机运行时其有效直径始终小于小齿轮44的节圆直径。

在这种情况下，同步板41的第一齿条46的模数小于小齿轮44的模数。这个模数被选择成使得在第一位置和第二位置(对应地上止点和下止点)获得齿条46中的啮合齿的“齿腹到齿腹”构型。这确保除了支承小齿轮44所需的那些接触之外，第一位置与第二位置之间不存在对齿的齿腹的强迫接触。

还在这种情况下并且为了进一步限制磨损机制的效应，可以通过减小或替代性地增大其齿的间隙来适配置于控制单元3上的第二齿条37的模数，也就是说，确保齿条37的齿的齿槽的宽度显著大于小齿轮的齿的宽度。换句话说，这个齿条37的两个齿之间的间隙大于小齿轮的齿的厚度。

这些构型中的任一个确保在齿条37中支承小齿轮44，而不使齿的侧面、边缘或顶部彼此接触。

应注意，由于第二齿条37与小齿轮44之间的接触在啮合的内齿腹上，因此可以无区别地适配第二齿条37的模数或工作间隙以获得这些结果。

因此，图6a到图6c示出了这种与本发明一致的构型，根据这种构型，圆柱形主体42的直径已经被选择成总是小于小齿轮44的节圆直径。此外，同步板41的第一齿条46的模数间距已经被选择成小于小齿轮44的模数间距，并且已经增大了传动单元3的第二齿条37的齿隙。

在图6a中，小齿轮44处于与活塞2的上止点位置相对应的第一位置。移动部件上的箭头指示就在其通过此点之后的移动。

在图6b中，小齿轮44处于燃烧活塞2的上止点位置与下止点位置之间的中途位置。

在图6c中，小齿轮44处于与活塞2的下止点相对应的第二位置。移动部件上的箭头指示就在其通过此点之前的移动。

在图6a的小齿轮44的第一位置、图6c的小齿轮44的第二位置或图6b的中间位置均未观察到啮合不一致。相反，应观察到，在第一齿条46和第二齿条37处进行的调节可以确保这两个位置中的啮合齿的“齿腹到齿腹”布置。

根据第二种方法，圆柱形主体42的直径被选择成使得当发动机运行时其有效直径始终大于小齿轮44的节圆直径。

在这种情况下，置于传动单元3上的第二齿条37的模数大于小齿轮44的模数。这确保除了支承小齿轮44所需的那些接触之外，齿的齿腹上不存在强迫接触。

在此第二种方法中，可以选择适配同步板41的第一齿条46的模数或替代性地增大其间隙。所以，这确保在齿条中支承小齿轮42，而不使齿的侧面、边缘或顶部彼此接触。

在可以无区别地应用于刚刚已经呈现的方法中的任一种方法的变体中，圆柱形主体42具有凸形形状。这个形状的优点在于，它提供与第一沟道48和第二沟道38的更好的滚动接触，尤其在存在对凸形形状具有挤压效应并且使表面彼此直线接触的负载的情况下。

当确定圆柱形主体42的设计直径时将考虑此效应，使得取决于所选择的方法，当发动机运行时有效直径始终低于或高于小齿轮44的节圆直径。

当然，本发明不限于所描述的实施方案，并且可以在不脱离如权利要求所限定的本发明的范围的情况下作出改变。

Claims (9)

1.一种用于可变压缩比发动机的燃烧活塞(2)的轴承引导装置(4)，所述装置包括由圆柱形主体(42)和小齿轮(44)组成的同步滚轮(40)，所述圆柱形主体(42)具有有效直径，当所述发动机运行时，所述有效直径能够由于径向负载而变化，所述同步滚轮(40)：

一方面，与同步板(41)协作，所述同步板与发动机组(48)形成一体件、包括用于接收所述圆柱形主体(42)的第一沟道和用于接收所述小齿轮(44)的第一齿条(46)，

另一方面，与传动单元(3)协作，所述传动单元与所述燃烧活塞(2)形成一体件、包括用于接收所述圆柱形主体(42)的第二沟道(38)和用于接收所述小齿轮(44)的第二齿条(37)；

所述燃烧活塞(2)从上止点到下止点的移动使所述小齿轮(44)相对于所述第一齿条(46)和所述第二齿条(37)从第一位置移动到第二位置；所述引导装置(4)的特征在于，所述第一齿条(46)和/或所述第二齿条(37)的模数与所述小齿轮(44)的模数不同，从而使得只有当所述小齿轮(44)处于所述第一位置或所述第二位置时所述小齿轮(44)的齿的齿腹才接合到所述第一齿条(46)和/或所述第二齿条(37)的齿的齿腹上。

2.根据权利要求1所述的装置(4)，其中当所述发动机运行时，所述圆柱形主体(42)的所述有效直径始终小于或始终大于所述小齿轮(44)的节圆直径。

3.根据权利要求1或2所述的装置(4)，其中当所述发动机运行时，所述圆柱形主体(42)的所述有效直径始终小于所述小齿轮(44)的节圆直径；并且所述第一齿条(46)和/或所述第二齿条(37)的模数小于所述小齿轮(44)的模数。

4.根据权利要求3所述的装置(4)，其中所述第一齿条(46)的模数小于所述小齿轮(44)的模数；所述第二齿条(37)的模数等于所述小齿轮的模数，并且所述第二齿条(37)的两个齿之间的间隙大于小齿轮的齿的厚度。

5.根据权利要求3所述的装置(4)，其中所述第一齿条(46)和所述第二齿条(37)的模数小于所述小齿轮(44)的模数。

6.根据权利要求1或2所述的装置(4)，其中当所述发动机运行时，所述圆柱形主体的所述有效直径始终大于所述小齿轮(44)的节圆直径，并且其中所述第一齿条(46)和/或所述第二齿条(37)的模数大于所述小齿轮(44)的模数。

7.根据权利要求6所述的装置(4)，其中所述第二齿条(37)的模数大于所述小齿轮(44)的模数，其中所述第一齿条(46)的模数等于所述小齿轮的模数，并且其中所述第一齿条(46)的齿的齿槽的宽度大于齿的厚度。

8.根据权利要求6所述的装置(4)，其中所述第一齿条(46)和所述第二齿条(37)的模数大于所述小齿轮(44)的模数。

9.根据权利要求1或2所述的装置(4)，其中所述圆柱形主体(42)具有弯曲轮廓。

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