CN102132021B - 用于可变压缩比发动机的螺杆式球升降设备 - Google Patents
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Abstract
用于可变压缩比发动机的螺杆式球升降设备包括液压双动控制致动器(8)，所述控制致动器(8)包括上腔(121)和下腔(122)以及连接到控制齿条(7)的至少一个致动器活塞(13)，所述球升降设备包括：至少两个球(401，402)或开闭件，所述球或开闭件各自搁置在位子(403，404)上并分别关闭连接所述控制致动器(8)的上腔(121)和下腔(122)的传送通道(405)的一端，所述球(401，402)藉由弹簧(408，409)保持在各自的位子(403，404)上时用作单向阀，以允许液压液仅在一个方向上通过；以及升降装置(410)，所述升降装置包括至少一个电动机(480)，该电动机设计成转动至少一条螺杆(481，482)，以允许至少一个球(401，402)自其位子(403，404)升起或放回到所述位子上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备，该设备包括至少一个转动电动机，该电动机设计成使至少一条螺杆转动，以使控制致动器的至少一个球或阀元件自其位子升起或放在其位子上，从而控制所述可变压缩比发动机的压缩比。
所述球设计成用来关闭连接控制致动器的上腔和下腔的传送通道的一端或另一端，当所述球由弹簧搁置在其位子上时用作单向阀元件，以允许液压液只在一个方向上通过。
背景技术
本申请人的国际专利申请WO98/51911，WO00/31377，WO03/008783，公开了用于可变排量发动机的各种机械装置。
注意到，本申请人的国际专利申请WO98/51911公开了一种装置，该装置用于通过在运转时调节它们的有效排量和/或容积比来提高在可变的负荷和速度下使用的内燃活塞式发动机的效率。本领域的技术人员已经知道这种类型的发动机称为“可变压缩比发动机”，因此，下文将采用该名称。
按照本申请人的国际专利申请WO00/31377，已经知道，可变压缩比发动机的机械传动装置包括燃烧活塞，该活塞的下部固定到传动件上，该传动件一方面与滚动引导装置相互配合，另一方面与固定到连接杆上的齿轮相互配合，使得可在所述活塞和所述连接杆之间传递运动。
注意到，按照本申请人的国际专利申请WO03/008783，可变压缩比发动机的机械传动装置包括至少一个汽缸，燃烧活塞在该汽缸中移动，所述燃烧活塞的下部固定到也称为“活塞式齿条”的传动件上，该传动件一方面通过小型齿条与滚动引导装置相互配合，另一方面通过另外的大型齿条与固定到连接杆上的齿轮相互配合。所述可变压缩比发动机的机械传动装置还包括与齿轮相互配合的至少一个控制齿条，将燃烧活塞附着到提供夹持预应力的传动件上的装置，可使齿条的齿部增强的连接装置，以及使齿轮结构增强和减轻的装置。
注意到，大型齿条的齿部和那些齿轮的齿部之间的最小工作间隙通过在所述大型齿条和所述齿轮上形成的轴承表面的位置来固定。
注意到，按照专利申请FR2896544，可变压缩比发动机包括共用汽缸盖，该汽缸盖与曲轴箱相互配合，是为了一方面关闭发动机燃烧室处的至少一个汽缸的端部，另一方面关闭所述发动机在所述致动器上腔处的控制致动器的至少一个汽缸的端部，所述曲轴箱包含该可变压缩比发动机的活动联轴节的所有部件。
注意到，按照专利申请FR2896539，可变压缩比发动机具有至少一个升降致动器，该升降致动器允许滚动表面保持永久性地相互接触，这是为了控制所述发动机的声发射以及增加其曲轴箱的制造公差，所述可变压缩比发动机具有与升降致动器和控制致动器一样多的汽缸。
还注意到，按照专利WO98/51911和FR2896539，可变压缩比发动机的控制齿条的竖直位置由控制致动器控制，所述控制致动器包括加压的液压液的进口，这是为了补偿所述控制致动器的可能泄漏，也是为了提供预充压力，所述预充压力设计成通过减低油的压缩性效应来提高维护所述控制致动器的竖直位置设定点的精度，以及设计成防止所述致动器的腔室内部出现任何气蚀现象。
应注意到，在国际专利申请WO98/51911中，控制致动器包括下腔和上腔，由于致动器主轴扩展器，上腔的排量保持与下腔的排量相同。按照国际专利申请WO98/51911，控制致动器还包括致动器活塞，由弹簧保持在位的阀，以及控制杆，所述致动器的上端由汽缸盖关闭，所述致动器包括一方面位于所述汽缸盖和所述上致动器杆之间，另一方面位于所述汽缸盖和所述控制杆之间的密封装置。
如本申请人的法国专利申请FR2896539和FR07/05237所要求的，可变压缩比发动机包括液压动力单元，所述液压动力单元设置成一方面为其升降致动器供给工作所需的液压，另一方面为其控制致动器供给为补偿可能的液压泄漏以及为增加其精度所需的液压。应注意到，所述液压动力单元由可变压缩比发动机的润滑回路经高压泵供油，所述高压泵能够由所述可变压缩比发动机的任意一个凸轮轴驱动，所述液压动力单元则为所述发动机的控制致动器和升降致动器补给。
应注意到，按照本申请人的法国专利申请FR2896539和WO2007/085739，在设计成增加可变压缩比发动机的容积比的工作期间，供给控制致动器的液压也可用于提高所述控制致动器的移动速度。按照该变型，通过所述致动器的汽缸盖内形成的腔室，将所述液压供给控制致动器的上杆件的上表面。
应注意到，在本申请以及本申请人的专利中，通过与至少一个传感器相合的电磁阀可以有利地替换控制杆，以简化用于控制可变压缩比发动机的压缩比的***的制造。
但是，由于制造电磁阀时在可靠性、经济性以及与可变压缩比发动机的润滑油中所含的杂质和微粒的可兼容性方面存在困难，因此在本申请人的法国专利申请FR08/03589中建议用球升降式压缩比调节装置来取代所述电磁阀，所述调节装置包括至少两个球或阀元件，它们各自搁置在位子上并分别关闭连接控制致动器的上腔和下腔的传送通道的一端及另一端，当所述球由弹簧保持在位时用作单向阀元件，以允许液压液仅在一个方向上通过。
由此专利申请可见，藉由升降设备可使所述球从它们的位子升起，以允许液压液在两个方向上通过，所述升降设备通过圆柱形升降器来升降所述球。按照此专利申请，升降设备可由电机致动器构成，可以按照不同的变型制造该致动器，其中的两个致动器为所述球提供自它们的位子升起的两种高度，而其它的致动器则提供增量的提升。在所述专利申请中，还要求保护使用压电部件的两种变型和包括活塞以使圆柱形升降器以纵向滑移方式移动的分级式变型，所述活塞通过电磁阀能够使用可变压缩比发动机的液压动力单元内的压力，以便使球自其位子升起。
可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备设计成用来解决与以上引用的本申请人的法国专利申请FR08/03589中所描述的球升降式压缩比调节装置相关的一组问题，所述问题如下：
-具有两种球升降高度的变型不可能改变所述球的升起高度超出所述两种升降高度，除非向该专利申请中所建议的电磁吸盘供给变化的电压(例如在开式工作循环中)，但在此情况下所述球的真实高度存在不确定性；
-建议增量提升的变型利用存在于圆柱形升降器和金属止回条之间与它们相互作用的摩擦力，其缺点在于，因为所述升降器和所述止回条的磨损而难以确保其耐用性和可靠性；
-基于压电迭层的变型的缺点是，小程度升降行程没有很大的空间需求，而提出基于“H”形的压电电动机的困难在于(与增量提升的变型的情况相同)，因为有所述“H”形的压电电动机在其间移动的壁的磨损而不能确保可重复和精确的运动；
-基于能够通过电磁阀使用可变压缩比发动机的液压动力单元内的压力以便使球自其位子升起的活塞的变型的缺点是，不能控制球的升降高度。
发明内容
为了解决与引用作为参考的本申请人的法国专利申请FR08/03589中可变压缩比发动机的球升降式压缩比调节装置相关的各种问题，用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备建议如下：
●以高精度连续控制球的升降高度；
●防止影响所述球升降高度的精度和可重复性的任何磨损现象。
按照本发明，用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括液压双动控制致动器，所述控制致动器包括上腔和下腔以及与控制齿条连接的至少一个致动器活塞，所述球升降设备包括：
●至少两个球或阀元件，所述球或阀元件各自搁置在位子上并分别关闭与控制致动器的上腔和下腔相连接的传送通道的一端和另一端，当所述球藉由弹簧保持在各自的位子上时用作单向阀元件，以允许液压液仅在一个方向上通过；以及
●升降装置，所述升降装置包括至少一个电动机，所述电动机设计成用来转动至少一条螺杆，使得可以将至少一个球自其位子升起或放回到所述位子。
本发明的可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括：
●控制致动器，所述控制致动器的致动器活塞用锁定螺钉附着到所述控制齿条上；以及
●至少一个互补单向阀元件，所述互补单向阀元件允许液压液从所述传送通道出来，以返回到所述可变压缩比发动机的液压动力单元，所述发动机包含所述液体的加压储备，但防止所述液体回到所述传送通道。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括升降装置，所述升降装置由装在所述传送通道内的圆柱形升降器以及至少一个电动机组成，所述电动机设计成用来转动至少一条螺杆，可以使所述圆柱形升降器以纵向滑移方式移动，使得所述圆柱形升降器的端部将至少一个球自其位子升起或放回到所述位子。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机通过机械传动装置使所述螺杆转动。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机同时转动两条螺杆，允许每一条螺杆将一个球或阀元件自其位子升起或放回到其位子，第一条螺杆在第二条螺杆远离第二个球移动时向第一个球行进，反之亦然，但不能够使所述球从它们的位子同时升起。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机藉由至少一个将所述电动机连接到所述螺杆上的齿轮来同时转动两条螺杆。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机藉由至少一个正时皮带来同时转动两条螺杆。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机藉由至少一链条来同时转动两条螺杆。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括两条螺杆，该两条螺杆以相同的方向转动，第一条螺杆的螺距与第二条螺杆的螺矩相反。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括两条螺杆，该两条螺杆以相互相反的方向转动，当第一条螺杆旋入时第二条螺杆则旋出，反之亦然。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括转动电动机，所述转动电动机配置角位置传感器。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括所述液压双动控制致动器的致动器活塞，所述致动器活塞包括确定所述致动器活塞的最大行程的两个弹性行程终端桥台，当所述第一弹性桥台与所述可变压缩比发动机的曲轴箱接触时，所述第一弹性桥台可以限制所述发动机的最大压缩比，当所述第二弹性桥台与可变压缩比发动机的控制致动器的汽缸盖接触时，所述第二弹性桥台可以限制所述发动机的最小压缩比。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括附着到所述控制齿条上的所述液压双动控制致动器的致动器活塞，该致动器活塞包括位于所述活塞的下表面和所述控制齿条的下致动器杆之间的调节垫圈，所述调节垫圈可以相对于所述齿条调节所述活塞的位置，以致于当所述两个弹性行程终端桥台中的一个或另一个与所述可变压缩比发动机的曲轴箱接触(是所述第一桥台)或是与所述发动机的控制致动器的汽缸盖接触(是所述第二桥台)时，所述调节垫圈能够调节所述发动机的压缩比。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括致动器活塞，该致动器活塞包括活塞式减压管道，所述活塞式减压管道连接所述液压双动控制致动器的下腔和上腔，所述活塞式减压管道允许能够在在所述下腔中形成气袋的空气流通到所述上腔内。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括活塞式减压管道，该管道由所述致动器活塞和所述锁定螺钉之间留下的空间构成，计算该空间以得到在所述液压双动控制致动器的下腔和上腔之间限制液压液流速的压力损失。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括致动器活塞的活塞式减压管道，该管道包括在所述致动器活塞和所述锁定螺钉之间留下的很大空间，所述空间允许液压液经由夹在所述锁定螺钉和所述致动器活塞之间的减压垫圈的下表面上形成的凹槽在液压双动控制致动器的下腔和上腔之间流通。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括减压垫圈的凹槽，该凹槽呈螺旋形，是为了具有较大的长度，所述螺旋形的开头通向所述垫圈的中心孔，而所述螺旋形的末尾通向所述垫圈的***。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括活塞式减压管道，所述活塞式减压管道由形成在所述锁定螺钉上或装配在所述锁定螺钉中的减压毛细管道组成，使得可以将所述致动器活塞附着到所述控制齿条上，计算所述减压毛细管道的剖面、横截面和长度，得到在所述控制致动器的下腔和上腔之间限制液压液流通的压力损失。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括液压双动控制致动器，所述液压双动控制致动器包括致动器减压管道，所述致动器减压管道的进口定位在所述上腔的最高点处，而所述致动器减压管道的出口则通向所述可变压缩比发动机的任意点，藉由减压电磁阀能够关闭或打开所述致动器减压管道。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括控制致动器的上腔，所述上腔包括再补给单向阀元件，所述再补给单向阀元件允许加压的液压液从所述可变压缩比发动机的液压动力单元进入所述上腔，但不会离开所述上腔。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括控制致动器的下腔，所述下腔包括再补给单向阀元件，所述再补给单向阀元件允许加压的液压液从所述可变压缩比发动机的液压动力单元进入所述下腔，但不会离开所述下腔。
本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备包括装配在形成有所述传送通道的所述可变压缩比发动机的曲轴箱上的板块，所述板块包括所述球的升降装置以及在所述传送通道和结合到所述曲轴箱中的管道之间提供密封的密封装置。
附图说明
下面将参照以非限制性实施例方式给出的附图进行描述，这将更易于理解本发明、本发明所提出的特征以及本发明能够提供的优点。
图1为根据本发明的用于可变压缩比发动机的带有螺杆的球升降设备的主要部件以及它们在可变压缩比发动机中的位置的示意图。
图2为用于驱动本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备的装置的截面图，其中，该装置例如通过至少一个转动电动机制成，该转动电动机设计成使至少一条螺杆转动，从而可使至少一个球或阀件自其位子升起或移动。
图3为本发明的用于驱动可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备的装置的分解透视图。
图4至6为本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备的工作原理图。
图7示出可变压缩比发动机的发动机组的分解透视图，并示出在所述发动机组上的本发明的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备的位置。
具体实施方式
图1示出用于调节可变压缩比发动机的压缩比的设备400，该设备包括：用于关闭连接液压双动控制致动器8的上腔121和下腔122的至少一条管道的装置，以及可使所述关闭装置自其位子升起或放到其位子上以允许液压液在两个方向上通过的升降装置。
按照属于本申请人的各专利申请和专利，可变压缩比发动机包括机械传动装置1，该传动装置包括，在燃烧活塞2的下部，固定到所述活塞上称为“活塞式齿条”的传动件3，该传动件一方面与滚动引导装置4相互配合，另一方面与齿轮5相互配合。
固定到燃烧活塞2上的传动件或活塞式齿条3设置成：在该传动件或活塞式齿条3的其中一表面上具有第一大型齿条35，该大型齿条的齿部34与齿轮5的齿部51相互配合。
传动件或活塞式齿条3包括，在第一齿条35的另一面上，其第二齿条37的小型齿部38与滚动引导装置4的滚子40的齿部相互配合。
曲轴箱100固定到支承件41上，该支承件包括使滚动引导装置4的滚子40与燃烧活塞2同步运动的齿条46。
齿轮5与连接到机轴9上的连接杆6相互配合，以在燃烧活塞2和所述机轴9之间传递运动。
齿轮5在传动件或活塞式齿条3的另一侧上与控制齿条7相互配合，控制齿条7相对于曲轴箱100的竖直位置由控制装置12以及致动器活塞13驱动，该控制装置包括控制致动器8，所述致动器活塞在曲轴箱100内形成的致动器汽缸112内受引导。
控制致动器8包括：致动器活塞13之上和之下的上腔121和下腔122，对于致动器活塞13的同一行程，所述两腔的位移互不相同。
控制致动器8由固定到控制齿条7上的下致动器杆16和锁定螺钉132组成，使得锁定螺钉可将致动器活塞13附着到控制齿条7的所述下致动器杆16上。
锁定螺钉132包括装在控制致动器8的上腔121中的锁定头部139。
液压双动控制致动器8的致动器活塞13可以包括两个弹性行程终端桥台130，131，所述桥台确定所述致动器活塞的最大行程。
当第一桥台131与可变压缩比发动机的曲轴箱100接触时，它可以限制所述发动机的最大压缩比，当第二桥台130与可变压缩比发动机的控制致动器8的汽缸盖300接触时，它可以限制所述发动机的最小压缩比。
液压双动控制致动器8的致动器活塞13包括位于所述活塞13的下表面和控制齿条7的下致动器杆16之间的调节垫圈135，该垫圈可以相对于所述齿条7调节所述活塞13的位置。
当两个弹性行程终端桥台130，131中的一个或另一个与可变压缩比发动机的曲轴箱100接触(是第一桥台131)或是与所述发动机的控制致动器8的汽缸盖300接触(是第二桥台130)时，调节垫圈135可以调节所述发动机的压缩比。
致动器活塞13包括活塞式减压管道133，所述管道连接液压双动控制致动器8的下腔122和上腔121。活塞式减压管道133允许在下腔122中形成气袋的空气通过并进入上腔121内。
活塞式减压管道133可以由在致动器活塞13和锁定螺钉132之间留下的空间构成，计算该空间以得出在液压双动控制致动器8的下腔122和上腔121之间限制液压液的流速的压力损失。
致动器活塞13的活塞式减压管道133可以包括在致动器活塞13和锁定螺钉132之间留下的很大空间，所述空间允许液压液经由夹持在所述锁定螺钉132和所述致动器活塞13之间的减压垫圈136的下表面上形成的凹槽从液压双动控制致动器8的下腔122流动到上腔121。
计算该凹槽的剖面、横截面和长度，得到在液压双动控制致动器8的锁定螺钉132和致动器活塞13之间限制所述液体流通的压力损失。
在减压垫圈136中形成的凹槽可以呈螺旋形，以具有较大的长度，所述螺旋形的开头通向所述垫圈的中心孔，而所述螺旋形的末尾通向所述垫圈的***。
致动器活塞13的活塞式减压管道133与形成或装配在锁定螺钉132的本体中的减压毛细管道134联通。计算减压毛细管道134的剖面、横截面和长度，得到在液压双动控制致动器8的下腔122和上腔121之间限制液压液流通的压力损失。
液压双动控制致动器8可以包括致动器减压管道137，该管道的进口位于上腔121的最高点处，而其出口则通向可变压缩比发动机的任意点。
致动器减压管道137的出口直接或间接通到所述发动机的润滑油槽500内。该致动器减压管道137可以由减压电磁阀138关闭或打开。
可变压缩比发动机可以包括至少一个位置传感器95，该传感器可测量控制齿条7的竖直位置。
可变压缩比发动机可以包括用于检测活塞式齿条3的通道的至少一个传感器，从而在考虑机轴9于所处的已经检测了活塞式齿条3的通道处的角位置后能够推断所述发动机的压缩比。
可变压缩比发动机可以包括至少一个压力传感器，图中未示，它可以测量液压双动控制致动器8的上腔121中的压力。
可变压缩比发动机可以包括至少一个压力传感器，图中未示，它可以测量可变压缩比发动机的燃烧室中的压力。
可变压缩比发动机可以包括至少一个机轴角位置传感器93和至少一台计算器94。
按照本发明用于调节压缩比的设备400包括关闭装置，该关闭装置由至少两个搁置在各自的位子403，404上并分别关闭传送通道405的一端和另一端的球401，402或阀元件组成，所述传送通道405通过结合到曲轴箱100中的管道406，407连接液压双动控制致动器8的上腔121和下腔122。
当球401，402由弹簧408，409保持在它们的位子403，404上时，它们用作单向阀元件，从而允许液压液仅在一个方向上通过。
按照本发明用于调节压缩比的设备400包括升降装置410，该升降装置可以使至少一个球401，402或阀元件自其位子403，404上升起或放到其位子上。
用于调节压缩比的设备400包括至少一个互补单向阀元件411，允许液压液从传送通道405出去，以回到可变压缩比发动机的液压动力单元200，该液压动力单元包含所述液体的加压储备251，但防止所述液体回到所述传送通道405。
用于调节压缩比的设备400的升降装置410由装在传送通道405中用于每个球401，402的圆柱形升降器412组成。
图2和3示出压缩比调节设备400的一个非限制性的示例性实施方案，该压缩比调节装置包括电动机480，使得可以驱动至少一条螺杆481，482。
升降装置410由至少一个转动电动机480构成，该转动电动机转动至少一条螺杆481，482，使得可以纵向滑移方式移动至少一个圆柱形升降器412，以致于该圆柱形升降器的其中一端与相应的球401，402接触，然后将该球推离或放回其位子403，404。
升降装置410由至少一个转动电动机480构成，该转动电动机设计成通过机械传动装置483转动至少一条螺杆481，482，使得可以借助于圆柱形升降器483将至少一个球401，402推离或放回其位子403，404。
转动电动机480同时转动两条螺杆481，482，使每条螺杆可以将一个球401，402或阀元件升起或放置在其位子403，404上，当第二条螺杆482移动远离第二个球402时，第一条螺杆481则向第一个球402行进，反之亦然，不能够同时将所述球401，402从它们的位子升起。
通过将转动电动机480与两条螺杆481，482连接的至少一个齿轮484，所述转动电动机可同时转动所述两条螺杆。
转动电动机480通过至少一条正时皮带(图中未示)可同时转动两条螺杆481，482。
转动电动机480通过至少一条链条(图中未示)可同时转动两条螺杆481，482。
两条螺杆481，482以相同的方向转动，第一螺杆481的螺距与第二螺杆482的螺距反向。
两条螺杆481，482以相互相反的方向同时转动，第一螺杆481旋入时，第二螺杆482则旋出，反之亦然。
本发明的转动电动机480装有角位置传感器，图中未示。所述电动机本身也可以是一种公知的步进式电动机。
同样，按照本发明用于调节压缩比的设备400包括单向阀元件428，该单向阀元件可以向液压双动控制致动器8的上腔121再供给。该再供给单向阀元件428允许来自可变压缩比发动机的液压动力单元200的加压液压液进入上腔121，但不会离开该上腔。
按照本发明用于调节压缩比的球升降设备400包括单向阀元件429，该单向阀元件允许再补给液压双动控制致动器8的下腔122。该再补给单向阀元件429允许来自可变压缩比发动机的液压动力单元200的加压液压液进入下腔122，但不会离开该下腔。
图7所示为用于调节压缩比的设备400，该设备包括装配到可变压缩比发动机的曲轴箱100上的板块460，传送通道405形成在该板块中。
同样，该板块460支承用于使设备400的球401，402升降的装置410，以便通过螺杆481，482调节压缩比。板块460包括在传送通道405和结合到曲轴箱100中的管道406，407之间确保密封的装置，所述传送通道405与所述管道406，407联通。
操作
按照一个具体实施方案，用于可变压缩比发动机的带螺杆481，482的球升降设备400的操作如下：
可变压缩比发动机的球升降设备400包括被设计成用于转动至少一条螺杆481，482的至少一个转动电动机480。该转动电动机480可以使控制致动器8的至少一个球401，402或阀元件升起或放回其位子403，404，所述致动器可以控制可变压缩比发动机的压缩比(图4至6)。
当在给定压缩比以及在所述压缩比没有任何变化的情况下使用可变压缩比发动机时，搁置在各自位子403，404上的两个球401，402可以分别允许液压液从控制致动器8的上腔121去到下腔122，反之亦然。
在此情况下，所述液压液既不会从上腔121流到下腔122，也不会从下腔流到上腔，其作用是保持可变压缩比发动机的控制致动器8的位置处于确定值，并使所述发动机的压缩比保持不变。
考虑到可变压缩比发动机的操作条件，通常需要调整其压缩比。视情况而定，利用所述发动机的压缩比的这种变化使所述发动机的性能或效能优化，或者是改进其三元催化转化器的操作。
考虑到这些不同的需求，如果可变压缩比发动机的计算器94(ECU)必须增加所述发动机的压缩比，所述计算器94会发送电流到转动电动机480，以使位于面向下部致动器腔122的球402的螺杆482旋入，作用是通过其圆柱形升降器412使所述球402自其位子404升起。
因此，球402自其位子404升起，可使液压液离开控制致动器8的下腔122并经由传送管道405进入上腔121，控制致动器8的上腔121的球401则允许液压液进入所述上腔121，但由于它的单向阀效果而不允许该液压液再次离开。
由图1可见，不需要用液压泵来移动致动器活塞13。
所述移动实际上是通过传递到所述致动器活塞13上的交变作用力提供的，而所述力是由附着所述活塞的可变压缩比发动机的控制齿条7传递的，所述齿条7本身经受由发动器的燃烧室中所含气体的压力所导致的力，和/或经受由所述发动机的主移动部件的惯性所导致的力，所述主移动部件为：齿轮5，燃烧活塞2，活塞式齿条3及其滚动引导装置4。
观查图1可以容易地推断出，控制致动器8的致动器活塞13朝向下腔122的移动导致上腔121的容积增大，上腔121增大的容积大于下腔122减少的容积，这是由于缺少上致动器杆(它被锁定螺钉132取代)导致的。
因此，当致动器活塞13朝向下腔122移动时，上腔121的压力减小，而上腔121的再补给单向阀元件428则允许来自可变压缩比发动机的液压动力单元200的加压液压液进入所述上腔121。
相反，当可变压缩比发动机的计算器94(ECU)必须要减小所述发动机的压缩比时，它会发送电流到转动电动机480，以使位于面向上部致动器腔121的球401的螺杆481旋入，其作用是通过其圆柱形升降器412使所述球401自其位子403升起。
因此，球401自其位子403升起，可使液压液离开控制致动器8的上腔121并经由传送通道405进入控制致动器8的下腔122，而控制致动器8的下腔122的球402则允许液压液进入所述下腔122，但由于所述球的单向阀效果而不允许该液压液再次离开。
观查图1可以容易地推断出，控制致动器8的致动器活塞13朝向上腔121的移动导致下腔122的容积增大，下腔122增大的容积小于上腔121减少的容积，这是由于缺少上致动器杆(它被锁定螺钉132取代)导致的。
因此，当致动器活塞13朝向上腔121移动时，两腔室121，122中以及传送通道405中的压力变得大于液压动力单元200中的压力。结果，互补单向阀元件411(其出口经管道280通到液压动力单元200中)允许来自上腔121的加压液压液经由传送通道405朝向所述液压动力单元流动。
在此情况下应注意到，由控制致动器8经由互补单向阀元件411排到液压动力单元200的液压液的量大约等于在由致动器活塞13进行的移动操作期间由所述活塞扫刮的上腔121的量和由所述活塞13同步扫刮的下腔122的量之间的差，所述操作设计成减小可变压缩比发动机的的压缩比。
可见，球401，402的组合作用以及由可变压缩比发动机的其它移动部件施加到致动器活塞13的交变作用力的组合作用限定了类似于止回棘轮的操作，在球401，402由它们螺杆481，482保持打开情况中，所述活塞13能够在腔室121或122的方向上移动，但不是在相反的方向上。
不管是涉及设计成增加可变压缩比发动机的压缩比的移动，还是另外的设计成减小压缩比的移动，在由其螺杆481，482保持升起的相应的球401，402被放回到其位子403，404时的能率(moment)，由可变压缩比发动机的计算器94(ECU)来确定。
由所述计算器94(ECU)基于控制齿条7的位置推断所述能率，控制齿条7通过与其相互配合的位置传感器95返回所述位置，所述传感器永久性测量所述齿条7的竖直位置。
因此，当所述控制齿条7已到达相应于所要求的压缩比的位置时，计算器94(ECU)可将球401，402重新放置到其位子403，404上。
如图4至6所示，不可能由电动机480藉由螺杆481，482将两个球401，402自它们的位子403，404同时升起。
计算器94(ECU)和控制齿条7的位置传感器95之间的相互作用也可以补偿可能因各种泄漏造成的所述控制齿条7的位置漂移，不管是涉及控制致动器8的上腔121和下腔122之间由致动器活塞13的垫圈的密封缺陷造成的泄漏，还是涉及所述腔室121，122中任何一个和控制致动器8外部之间的泄漏。
在此情况下，计算器94(ECU)可以指示腔室的球401，402在与致动器活塞13的漂移相反的方向上暂时升起，直到所述活塞回到要求的位置。
此外，计算器94(ECU)也可以指示腔室的球401，402在与致动器活塞13的漂移相反的方向上部分升起，以补偿所述漂移。
当任何一个腔室(上腔121和/或下腔122)和控制致动器8的外部之间发生泄漏，通过上腔121的再补给单向阀元件428直接由上腔，或者当上腔121的球401打开或稍微打开时间接经由所述上腔和传送通道405(包括下腔122)，为所述致动器再补给液压液。
按照本发明的可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备400的一个具体实施方案，除了由位置传感器95将控制齿条7的位置固定不变地传递到计算器94(ECU)之外，还可由可变压缩比发动机本身所知的机轴角度传感器93将所述发动机的机轴9的角位置通知所述计算器。
按照此实施方案，当上腔121的球401和下腔122的球402搁置在它们的位子403，404上时，对于相应于可变压缩比发动机不同的速度点和负荷点的所述机轴9的不同角位置，所述球401，402的上游和下游之间的压力差已经预先记录在计算器94(ECU)的内存中。
在处于所述发动器的每个速度点和负荷点以及在机轴9的每个角位置时，这些预先记录的值允许计算器94(ECU)减小在控制致动器8的上腔121和下腔122的球401，402的上游和下游之间的压力差。
按照此实施方案，计算器94(ECU)可以在机轴9处于相应于所述球401，402的上游和下游之间的轻微压力差的角度时，开始升降控制致动器8的上腔121和下腔122的球401，402，以允许由螺杆481，482将所述球401，402自其位子403，404升起，而不需要用转动电动机来产生高功率和/或转矩。
此外，按照此实施方案，计算器94(ECU)可以具有良好精确度地预测控制致动器8的状态，因为所述计算器94(ECU)具有预知机轴9的旋转度数所需的信息，这些旋转度数是为了让大量的液压液在控制致动器8的上腔121或下腔122的球401，402和所述球的位子403，404之间通过所需要的，以允许致动器活塞13到达其新的位置设定点。
计算器94(ECU)因此能够推断球401，402自其位子403，404升起的高度和持续时间，这是致动器活塞13到达其新的位置设定点所需要的。
应注意到，球401，402的高度和升起以及持续时间可以通过计算器94(ECU)作为液压液粘度的函数而被校正，以增加致动器活塞13的定位精度。所述粘度特别可由计算器94(ECU)基于液压液的温度推断，所述温度是由传感器(图中未示)传送的。
应注意到，带螺杆481，482的球升降设备400可以将控制致动器8的上腔121或下腔122的球401，402从它们的位子403，404在零高度和最大高度之间升起任意的高度，当所述球401，402与其位子403，404接触时高度为零，而当所述球与其最大升降桥台接触时高度为最大。
对于由控制齿条7施加到控制致动器8的致动器活塞13上的特定力而言，大程度的升降高度可以获得所述活塞的高速移动，而小程度的升降高度则可以获得所述活塞的低速移动。
所述高速可以使致动器活塞13从远离设定点位置的一个位置快速地移到邻近所述设定点位置的另一个位置，而所述低速则可以使致动器活塞从邻近所述设定点位置的所述位置移到所述设定点位置。
所述低速也可用于补偿因可能的泄漏而引起致动器活塞13的缓慢漂移，或者是当所述位置靠近另一个位置时，从一个设定点位置去到另一个设定点位置。
此外，应该理解，以上的叙述仅以示例方式给出，而不是以任何方式限定本发明的范围，在不脱离本发明保护范围的情况下，可以用任何其它等同物代替所述的实施细节。
Claims (20)
1.用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,包括液压双动控制致动器(8),所述液压双动控制致动器(8)包括上腔(121)和下腔(122)以及连接到控制齿条(7)的至少一个致动器活塞(13),其特征在于,所述球升降设备包括:
·至少两个球(401,402)或阀元件,每个所述球或阀元件各自搁置在位子(403,404)上并分别关闭用于连接所述液压双动控制致动器(8)的上腔(121)和下腔(122)的传送通道(405)的一端和另一端,当所述球(401,402)藉由弹簧(408,409)保持在各自的位子(403,404)上时用作单向阀元件,以允许液压液仅在一个方向上通过;以及
·升降装置(410),所述升降装置包括至少一个转动电动机(480),所述转动电动机配置有角位置传感器并被设计成通过机械传动装置(483)转动至少一条螺杆(481,482),以便将至少一个球(401,402)自其位子(403,404)升起或放回所述位子。
2.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述球升降设备包括:
·控制致动器(8),所述控制致动器的致动器活塞(13)通过锁定螺钉(132)附着到所述控制齿条(7)上;以及
·至少一个互补单向阀元件(411),所述互补单向阀元件允许液压液从所述传送通道(405)出来,以回到容纳所述液压液的加压储备(251)的所述可变压缩比发动机的液压动力单元(200),但防止所述液压液回到所述传送通道。
3.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述升降装置(410)由装在所述传送通道(405)内的圆柱形升降器(412)以及至少一个转动电动机(480)组成,所述转动电动机设计成用来转动至少一条螺杆(481,482),以便将所述圆柱形升降器(412)以纵向滑移方式移动,使得所述圆柱形升降器的端部将至少一个球(401,402)自其位子(403,404)升起或放回所述位子。
4.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述转动电动机(480)同时转动两条螺杆(481,482),允许每一条螺杆将一个球(401,402)或阀元件自其位子(403,404)升起或放回到其位子,第一条螺杆(481)在第二条螺杆(482)远离第二个球(402)移动时向第一个球行进,反之亦然,但不能够使所述球(401,402)从它们的位子(403,404)同时升起。
5.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述转动电动机(480)藉由至少一个将所述转动电动机连接到所述螺杆上的齿轮(484)来同时转动两条螺杆(481,482)。
6.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述转动电动机(480)藉由至少一个正时皮带来同时转动两条螺杆(481,482)。
7.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述转动电动机(480)藉由至少一链条来同时转动两条螺杆(481,482)。
8.如权利要求4所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述两条螺杆(481,482)以相同的方向转动,所述第一条螺杆的螺距与所述第二条螺杆的螺距相反。
9.如权利要求4所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述两条螺杆(481,482)以相反的方向转动,当所述第一条螺杆旋入时所述第二条螺杆则旋出,反之亦然。
10.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述液压双动控制致动器(8)的致动器活塞(13)包括确定所述致动器活塞的最大行程的两个弹性行程终端桥台(130,131),当第一弹性行程终端桥台(131)与所述可变压缩比发动机的曲轴箱(100)接触时,所述第一弹性行程终端桥台(131)限制所述发动机的最大压缩比,当第二弹性行程终端桥台(130)与可变压缩比发动机的液压双动控制致动器(8)的汽缸盖(300)接触时,所述第二弹性行程终端桥台(130)限制所述发动机的最小压缩比。
11.如权利要求10所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,附着到所述控制齿条(7)上的所述液压双动控制致动器(8)的致动器活塞(13)包括位于所述活塞(13)的下表面和所述控制齿条(7)的下致动器杆(16)之间的调节垫圈(135),所述调节垫圈(135)相对于所述齿条调节所述活塞的位置,以致于当所述两个弹性行程终端桥台(130,131)中的一个或另一个与所述可变压缩比发动机的曲轴箱(100)接触或是与所述发动机的液压双动控制致动器(8)的汽缸盖(300)接触时,所述调节垫圈(135)能够调节所述发动机的压缩比。
12.如权利要求2所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述致动器活塞(13)包括活塞式减压管道(133),所述活塞式减压管道(133)连接所述液压双动控制致动器(8)的下腔(122)和上腔(121),所述活塞式减压管道允许在所述下腔(122)中可形成气袋的空气流通到所述上腔(121)内。
13.如权利要求12所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述活塞式减压管道(133)由在所述致动器活塞(13)和所述锁定螺钉(132)之间留下的空间构成,计算该空间以得到在所述液压双动控制致动器(8)的下腔(122)和上腔(121)之间限制液压液流速的压力损失。
14.如权利要求12所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述致动器活塞(13)的所述活塞式减压管道(133)包括在所述致动器活塞(13)和所述锁定螺钉(132)之间留下的很大空间,所述空间允许液压液经由夹在所述锁定螺钉(132)和所述致动器活塞(13)之间的减压垫圈(136)的下表面上形成的凹槽从所述液压双动控制致动器(8)的下腔(122)流动到上腔(121)。
15.如权利要求14所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述减压垫圈(136)所含的凹槽呈螺旋形,这是为了具有较大的长度,所述螺旋形的开头通向所述垫圈的中心孔,而所述螺旋形的末尾通向所述垫圈的***。
16.如权利要求12所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述活塞式减压管道(133)由形成在所述锁定螺钉(132)上或装配在所述锁定螺钉(132)中的减压毛细管道(134)组成,以便将所述致动器活塞(13)附着到所述控制齿条(7)上,计算所述减压毛细管道(134)的剖面、横截面和长度,以得到在所述控制致动器(8)的下腔(122)和上腔(121)之间限制液压液流通的压力损失。
17.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述液压双动控制致动器(8)包括致动器减压管道(137),所述致动器减压管道(137)的进口定位在所述上腔(121)的最高点处,而所述致动器减压管道(137)的出口则通向所述可变压缩比发动机的任意点,藉由减压电磁阀(138)能够关闭或打开所述致动器减压管道(137)。
18.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述液压双动控制致动器(8)的上腔(121)包括再补给单向阀元件(428),所述再补给单向阀元件允许加压的液压液从所述可变压缩比发动机的液压动力单元(200)进入所述上腔(121),但不会离开所述上腔。
19.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述液压双动控制致动器(8)的下腔(122)包括再补给单向阀元件(429),所述再补给单向阀元件允许加压的液压液从所述可变压缩比发动机的液压动力单元(200)进入所述下腔(121),但不会离开所述下腔。
20.如权利要求1所述的用于可变压缩比发动机的带螺杆的球升降设备,其特征在于,所述球升降设备包括装配在形成有所述传送通道(405)的所述可变压缩比发动机的曲轴箱(100)上的板块(460),所述板块(460)包括用于升降所述球(401,402)的升降装置(410)以及在所述传送通道(405)和被结合到所述曲轴箱(100)中的管道(406,407)之间提供密封的密封装置。
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