CN103874836A - 用于可变地调节内燃发动机的燃烧室的压缩比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可变地调节内燃发动机的燃烧室尤其是气缸的压缩比的方法，根据本发明，所述压缩比借助于活塞（14）的装置（36）进行调节，所述活塞与所述燃烧室相关联并且所述活塞通过对应的耦合区域（22、24）耦合到用于将所述活塞（14）连接到所述内燃发动机的连接杆（16）上的活塞销（10）上。根据本发明，为了调节所述压缩比，使与所述装置（36）相关联的所述活塞销（10）相对于所述活塞旋转，所述活塞销包含至少一个偏心元件（23），所述偏心元件关于所述活塞销（10）的所述耦合区域（22）偏心地布置，以将所述活塞销（10）连接到所述连接杆（16）上。

Description

用于可变地调节内燃发动机的燃烧室的压缩比的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的用于可变地调节内燃发动机的燃烧室的压缩比的方法。

背景技术

DE102009045172A1揭示了一种具有可变压缩比的内燃发动机的活塞，所述活塞包含第一活塞零件和第二活塞零件。活塞零件彼此耦合以便相对于彼此是可移动的，由此形成至少一个第一腔室，所述第一腔室可以利用压力媒介—尤其是压力流体—进行加压，并且所述第一腔室就其容积来说是可改变的。至少一个可切换的阀门装置被布置在活塞的活塞裙内部上，借助于所述阀门装置，第一腔室中的压力媒介的体积可以进行调节。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种用于可变地调节内燃发动机的燃烧室的压缩比的方法，借助于该方法能实现压缩比的特别简单的调节或再调节。

此目标通过具有权利要求1的特征的方法实现。本发明的具有可实行且非平凡改进的有利配置在其余权利要求中得到详细说明。

在用于可变地调节内燃发动机的燃烧室—尤其是气缸—的压缩比的此方法的情况下，压缩比借助于与燃烧室相关联的活塞的一装置进行调节或再调节，所述内燃发动机例如配置为往复活塞发动机。活塞通过对应的耦合区域耦合（联接）到活塞销上。活塞可以通过活塞销连接内燃发动机的连接杆。

在对应的耦合区域中，活塞销被接纳例如在活塞中。同样地，活塞销在至少某些区域中被接纳在连接杆中。由于活塞通过活塞销铰接耦合到连接杆上，活塞可以以铰接方式耦合到内燃发动机的曲轴上，所述曲轴安装在曲柄箱中以相对于曲柄箱围绕旋转轴可旋转。因此，燃烧室中的活塞相对于燃烧室的平移运动可以转换成曲轴围绕旋转轴的旋转运动。

根据本发明提出，为了调节压缩比，进行与装置相关联的活塞销的旋转。为此，活塞销具有至少一个偏心元件，该偏心元件关于活塞销的至少一个耦合区域偏心地布置并且活塞销通过所述偏心元件连接到连接杆上。

如果至少被接纳在连接杆中的某些区域中并且具有至少大体上笔直圆柱体形状的偏心元件相对于连接杆围绕其纵向中心轴旋转，并且如果至少部分地接纳在活塞销和活塞的耦合区域中的活塞中的活塞销相对于活塞围绕活塞销的耦合区域的纵向中心轴旋转—所述耦合区域具有至少大体上笔直圆柱体的形状，那么，由于偏心元件相对于活塞销的耦合区域的偏心布置，活塞距曲轴的旋转轴的距离以及活塞在连接杆的纵向长度的方向上距燃烧室的燃烧室顶部的距离发生变化。这伴随着燃烧室的压缩比的改变。因此，根据本发明的方法实现了压缩比的简单的、不复杂的以及有成本效益的和节省安装空间的调节。此外，在调节或再调节压缩比时可以避免产生不希望的噪声。因此，活塞显示出特别有利的噪声特性（NVH特性）。

此外，可以提供一种常规的内燃发动机，其中不可能以简单且有成本效益的方式利用该装置调节压缩比并且可以将不具有常规内燃发动机的活塞变化或仅具有常规内燃发动机的活塞的微小变化的常规内燃发动机转换成具有可变压缩比的内燃发动机，其中可以执行根据本发明的方法。同时，具有可变压缩比的内燃发动机具有与常规的内燃发动机相同的特别高的零件百分比。

根据本发明的方法还实现了压缩比的极快速调节，因此压缩比可以在非常短的时间内适应内燃发动机的不同操作点。因此，内部燃烧可以以适当的压缩比在特别长的时段内进行操作，这有益于仅具有低排放的内燃发动机的有效和低燃料操作。

优选地，为了实现旋转，装置的至少一个锁紧元件相对于活塞销并且相对于活塞从阻止旋转的锁紧位置移动到实现旋转的释放位置，所述锁紧元件固持在活塞销处。因此，活塞销相对于活塞的旋转由于在燃烧室中移动的活塞的离心和/或惯性力、和/或由于在燃烧室中的压力而发生。这意味着，不设置且不需要用于使活塞销相对于活塞旋转的主动致动器。而是，活塞销相对于活塞的旋转被动地发生。以此方式，内燃发动机的重量和复杂性保持较低，因此后者具有特别高的功能可靠性。

为了支持活塞相对于连接杆的此被动调节并且因此为了支持压缩比的调节，有利地，曲柄箱的曲柄腔室借助于至少一个致动器元件相对于曲柄箱的至少一个另外腔室—尤其是曲柄腔室—进行密封，所述曲柄腔室与燃烧室和活塞相关联，所述另外腔室连接到曲柄腔室上。这样执行此密封，即，使得致动器元件从第一位置移位到第二位置中，相比于第一位置，所述第二位置相对于另外腔室密封曲柄腔室。通过相对于另外腔室密封曲柄腔室，曲柄腔室中存在的压力增加，这导致活塞相对于连接杆的移位。

例如，致动器元件为曲柄腔室中的润滑油导流件（导流板，偏转器）。该润滑油导流件可以进行切换并且为至少大体上气密的，因此润滑油导流件能够至少大体上密封曲柄腔室。

此外，可以设想，借助于致动器元件，曲柄腔室的至少一个通风开口可以大体上封闭并且在另一方面可以不封闭。在致动器元件的第二位置中，通风开口相对于致动器元件的第一位置封闭并且因此被切换到至少大体上气密的位置中，从而导致第一位置的曲柄腔室中的压力增加。

在本发明的另一实施例中，当曲柄腔室中的压力超过阈值时，致动器元件自动地从第二位置移位到第一位置中。以此方式，可以避免在曲柄腔室中累积的不希望的高压。

致动器元件的自动调节例如这样实施，即，设置与致动器元件相互作用的弹簧元件。此处，致动器元件在弹簧元件作用的弹簧力下保持在第二位置中。如果曲柄腔室中的压力达到或超过可预定的阈值，那么致动器元件通过所述压力抵抗着弹簧元件作用的弹簧力从第二位置移位到第一位置中。在第一位置中，曲柄腔室可以进行通风，因此曲柄腔室中的压力被释放。一旦曲柄腔室中的压力下降到阈值以下，致动器元件就在弹簧元件作用的弹簧力下移位返回到其位置中，与第一位置相比，在所述位置中，曲柄腔室相对于另外腔室进行密封。

通过在致动器元件上最少地移位，曲柄腔室中的压力可以适当地进行调适和控制、尤其是反馈控制，以用于压缩比的调节或再调节。

在另一有利的实施例中，将内燃发动机的平衡轴，尤其是用于兰彻斯特（Lanchester）平衡的平衡轴用作切换筒（控制筒，Schaltwalze），以避免曲柄腔室中不希望的高压。这也实现了曲柄腔室中的压力的适当调节。

附图说明

从以下优选的示例性实施例的描述中并且从附图中，本发明的其他优点、特征和细节是显而易见的。所述描述中的上述特征和特征组合以及以下附图的描述中详细说明的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以用于对应所提到的组合中，而且在不脱离本发明的上下文的情况下还可以用于其他组合或单独地使用。

在附图中：

图1示出了具有锁紧元件的活塞销以及图3中示出的活塞布置的活塞销衬套的示意性透视图；

图2示出了根据图1的活塞销的示意性透视图；

图3示出了具有明显抽出的活塞的用于具有可变压缩比的往复活塞发动机的气缸的活塞布置的部分示意侧视图，所述活塞通过根据图1和2的活塞销以铰接方式耦合到活塞布置的连接杆上，其中活塞布置包含一种装置，借助于所述装置可以调节压缩比；

图4示出了根据图3的活塞的示意侧视图，其中装置的控制元件处于第一位置中；

图5示出了根据图4的活塞的另一示意侧视图；

图6示出了根据图4和5的活塞的另一示意侧视图，其中控制元件处于其第二位置中；

图7示出了根据图6的活塞的另一示意侧视图；

图8a-e分别示出了在气缸中的一个冲程运动期间根据图3的活塞布置的示意侧视图，其中压缩比被调节；

图9示出了根据图3的活塞的部分示意性透视图；

图10示出了根据图9的活塞的另一部分示意性透视图；

图11示出了根据图9和10的活塞的示意性透视图，其中活塞以透明图示示出；以及

图12示出了根据图11的活塞的部分示意性透视图，其中活塞以透明图示示出。

具体实施方式

图1和2示出了活塞布置（装置）12（图3）的活塞销10，通过所述活塞销，活塞布置的活塞14将以铰接方式耦合到实施为往复活塞发动机的内燃发动机的连接杆16上。如结合图8a-e可见的，内燃发动机包含曲轴18，所述曲轴安装在曲柄箱中以便能相对于曲柄箱围绕旋转轴20旋转。曲轴18包含曲柄销，连接杆16通过连接杆的大端孔以铰接方式安装在所述曲柄销处。连接杆16进一步包含小端孔，在所述小端孔中，活塞销10被接纳在某些区域中。

活塞销10通过对应的耦合区域22耦合到活塞14上。活塞销10的耦合区域22由活塞销10的外圆周上的表面壳体形成，其中耦合区域至少大体上以笔直圆柱体的形式形成。为了将活塞销10耦合到活塞14上，耦合区域22至少被接纳在活塞14的对应接收开口26中的某些区域中，在本情况下，所述接收开口形成为通口。

参考图2的图像平面，活塞销10通过活塞销10的右耦合区域22间接连接到活塞14上。如从图1中可以见到，活塞布置12包含活塞销衬套28，活塞销10的右耦合区域22布置在所述活塞销衬套中。活塞销衬套28被接纳在对应的接收开口26中。此处活塞销衬套28充当活塞10的止动器并且实现活塞销10在活塞14处或该活塞中的简单安装。

活塞销10具有偏心元件23，所述偏心元件至少大体上以笔直圆柱体的形式形成并且关于耦合区域22偏心地布置。这意味着偏心元件的纵向中心轴相对于耦合区域22的对应的纵向中心轴垂直地偏移，所述纵向中心轴彼此同轴布置。活塞销10通过偏心元件23以铰接方式连接到连接杆16上，所述偏心元件至少被接纳在连接杆16的小端孔中的某些区域中。因此，活塞14以铰接方式耦合到连接杆16上。作为此铰接耦合的结果，接纳在内燃发动机的气缸中的活塞14相对于气缸的平移相对运动可以转换成曲轴18围绕旋转轴的旋转运动。

如从图2中尤其显而易见，具有通过方向箭头30指示的纵向长度的活塞销10具有例如形成为通口的接收开口32。接收开口32至少大体上垂直于活塞销10的纵向长度（方向箭头30）而延伸。

在接收开口32中，接纳锁紧销34形式的锁紧元件。在接收开口32中，锁紧销34可以以垂直于活塞销10的纵向长度被引导的方式相对于活塞销10移动。结合图3，显而易见的是，至少活塞销10和锁紧销34与活塞布置12的装置36相关联。借助于装置36，可以可变地调节与活塞布置12相关联的内燃发动机气缸的压缩比。

出于此目的，装置36还包含控制滑块38形式的控制元件。控制滑块38固持在活塞14处并且可以相对于活塞14以及相对于活塞销10在两个位置之间移动。控制滑块38可以仅在所述两个位置之间移动。控制滑块38因此为所谓的双稳态控制活塞。

在图4和5中具体示出的控制滑块38的第一位置中，控制滑块借助于第一磁体进行固持。第一磁体布置在活塞14上。在图3、6和7中具体示出的第二位置中，控制滑块38借助于第二磁体进行固持，所述第二磁体也被固持在活塞14上。图9具体示出了装置36的套筒44，在所述套筒中，控制滑块38以可移位的方式被接纳。

通过至少大体上垂直于活塞销10的纵向长度在其两个位置之间使控制滑块38移位，锁紧销34在锁紧销34的释放位置与锁紧位置之间的运动可以实现、或可以被阻止或锁止。使控制滑块38在其两个位置之间移位可以再次借助于致动器例如电磁铁、或借助于油压来执行。在本情况下，控制滑块38借助于油压进行移位。

如从图9到12中显而易见，活塞14在其活塞裙40中具有彼此相对定位的两个通口42。通口42完全穿过活塞裙40并且因此穿过活塞14的外圆周上的表面壳体。凹槽43邻接通口，所述凹槽在活塞14的轴向方向上延伸并且连接到通口42上。换句话说，凹槽43在通口中结束。

压缩比的再调节可以在图8a-e中具体见到。当活塞14在气缸中移动时，通过致动元件46、例如注油喷嘴，内燃发动机的润滑油被注入到凹槽43中并且进入通口42中。由此，通过润滑油在控制滑块38的一个正面处对其进行作用，尤其是加压。使用润滑油的致动通过曲轴18的150o的曲柄角在此处发生，其中加压—即控制滑块38的致动—在根据图8b的曲轴18的旋转位置处开始并且在根据图8e的曲轴18的另一旋转位置处结束。在每一种情况下与利用润滑油进行作用的正面相对定位的控制滑块38的对应另一正面并不利用润滑油进行作用，这例如通过相互锁紧的控制阀门来确保。通过作用在控制滑块38的一个正面上，控制滑块38在未利用润滑油进行作用的另一正面的方向上移位。图8a-e还示出注油喷嘴47，借助于所述注油喷嘴，润滑油可以喷射到活塞14上，因此活塞可被冷却。

此处致动元件46布置在气缸的气缸壁中。换句话说，控制滑块38的加压或致动通过气缸壁从活塞14的外侧执行并因此从活塞14的外侧开始。

还可以形成为长孔的凹槽43用于通过曲轴18的旋转并且因此通过气缸中的活塞14的平移运动接收润滑油，并且将润滑油供应到通口42并从通口供应到控制滑块38。

控制滑块38用于内燃发动机的润滑油的所谓的先导控制，借助于所述先导控制，锁紧销34在锁紧销34的至少一个释放位置与至少一个锁紧位置之间移动。

用于使锁紧销34移位的润滑油通过在曲柄箱处的曲轴18的轴承座供应到曲轴18，并且通过对应的通道传递到连接杆16上。润滑油从连接杆16流动到活塞销10的第一凹槽48中，所述第一凹槽沿圆周方向在所述活塞销的整个外圆周上延伸。润滑油从第一凹槽48通过至少一个对应的连接通道流动到活塞销10的第二凹槽50中，所述第二凹槽同样地沿活塞销10的圆周方向在其整个外圆周上延伸。润滑油可以从第二凹槽50流动到活塞14中的对应通道56、58中。根据控制滑块38的位置，润滑油可以流过第一通道56或流过第二通道58、可以到达锁紧销34并且可以使之移动。通道56、58直接整合到活塞14中，也就是说，由活塞14的壁形成或与其毗邻。通过通口42在控制滑块38处流出的油在切换期间可以用于冷却。凹槽48、50的连接通道必须确保锁定销的下游累积的压力并且从而应不具有任何向外部的不必要泄漏。

图5示出了处于其第一位置中的控制滑块38。在第一实例中，锁紧销34处于其锁紧位置中，参考图5的图像平面，在所述锁紧位置中锁紧销与活塞14在右凹槽43的侧面上相互作用并且阻止活塞销10相对于活塞14旋转。这意味着活塞销10仅可以在连接杆16的小端孔中围绕偏心元件23的纵向中心轴相对于连接杆16旋转，以使活塞14通过活塞销10以铰接方式耦合到连接杆16上。出于此目的，锁紧销34被接纳在接收开口32中的某些区域中以及活塞14中的第一插孔中的某些区域中，所述插孔布置在右凹槽43的侧面上。

在控制滑块38的第一位置中，可以将润滑油供应给活塞14中的第一通道56。通过控制滑块38阻止将润滑油供应给活塞14中的第二通道58。如从图5中显而易见，润滑油在控制滑块38的第一位置中通过凹槽48、50从连接杆16流动到右第一通道56中并且从此处进一步流动到锁紧销34的第一正面52处，所述第一正面在此位置中在活塞销10的右侧面上。这意味着通过润滑油对第一正面52进行作用。润滑油现在沿活塞销10的径向方向将锁紧销34推入接收开口32中，并且因此从其锁紧位置推动到其释放位置中。

在接收位置32中，可以布置弹簧元件，通过所述弹簧元件，锁紧销34在弹簧力的作用下支撑在活塞10上。弹簧力沿活塞销10的径向方向向外定向。这意味着润滑油随后抵抗着弹簧力将锁紧销34推动到接收开口32中并且推出第一插孔。一旦锁紧销34已经完全移出第一插孔，锁紧销就处于其释放位置中。在释放位置中，锁紧销34可以不再阻止活塞销10相对于活塞14的旋转。活塞销10随后可以在连接杆16的小端孔中围绕偏心元件23的纵向中心轴相对于连接杆16旋转，并且可以在接收开口26中围绕耦合区域22的对应的纵向中心轴相对于活塞14旋转。

此相对旋转例如通过惯性和/或离心力、或通过存在于气缸中并且由于偏心元件23相对于耦合区域22的偏心布置而作用在活塞14上的压力实现。在活塞14的压缩冲程期间，活塞14沿旋转轴20的方向被推动。由于偏心元件23相对于耦合区域22的偏心布置，活塞14与旋转轴之间的间距减小，或对应地活塞14与气缸的燃烧室顶部之间的间距增加，其结果是压缩比（ε）减小。在进气冲程期间，通过将活塞14拉离旋转轴，活塞14与旋转轴20之间的间距增加。由此，设置了相应更高的压缩比。当锁紧销34处于其释放位置中时，通过活塞14到活塞销10上的耦合来推动和拉动该活塞，实现了活塞销10相对于活塞14和/或相对于连接杆16的旋转。

在本情况下，参考图5的图像平面，活塞销10向左—因此为逆时针—旋转180度。如果接收开口32形成为通口，那么润滑油通过第一右通道56作用在锁紧销34的第二正面54上，所述第二正面背朝第一正面52并且与弹簧元件的弹簧力一起沿径向方向向外推动锁紧销34并将其推出接收开口32。因此，锁紧销34再次从其释放位置移动到其锁紧位置中。随后，参考图5的图像平面，锁紧销34与活塞14在左凹槽43的侧面上相互作用，因此随后活塞销10相对于活塞14的旋转再次被阻止。活塞销10被锁紧。

为此目的，例如，锁紧销34被接纳在接收开口32中的某些区域中并且被接纳在活塞14中的第二插孔中的某些区域中，所述第二插孔被布置在左凹槽43的侧面上。润滑油不仅可以用于移动锁紧销34，而且用于将锁紧销封闭在锁紧位置中并且因此还实现了封闭功能。如果基于此控制滑块38移动（移位）到其第二位置中，那么润滑油向右第一通道56的供应被终止。随后，将润滑油供应给左第二通道58。润滑油随后可以通过凹槽48、50从活塞16流动到左第二通道58中并且从此处流动到第一正面52处，所述第一正面在当前位置在活塞销的左侧上。这意味着现在再次利用润滑油对第一正面52（不再是第二正面54）进行作用。润滑油再次将锁紧销34推动到其释放位置中。

活塞销现在可以再次旋转180度，但这次向右，因此为顺时针。反过来，这并不通过主动致动器元件来实现，而是通过离心力和/或惯性力和/或压力来大体上被动地实现。

如从图7中显而易见，随后，在向右旋转之后，利用润滑油对第二正面54进行作用，但这次通过第二通道58。由此，连同弹簧力，锁紧销34在右凹槽43的侧面上被推动到其锁紧位置中并且借助于润滑油进行封闭。活塞销10再次被锁紧。

这意味着根据控制滑块38的位置和在接收开口26中活塞销10的旋转位置，利用润滑油对第一正面52或第二正面54作用并且因此锁紧销可以移动（移位）、或锁紧销34被封闭，其结果是活塞销10被锁紧在活塞14的死点。

可以看出，借助于一个控制滑块38，活塞销10的两个位置并且因此气缸的两个不同压缩比可以借助于活塞布置12来获得。可以提供诸如控制滑块38的至少一个附加控制滑块，因此借助于该附加控制滑块，可以获得活塞销10的两个另外位置并且因此两个另外压缩比。例如，为了获得两个另外的压缩比，活塞销10通过***对应的偏心衬套经由其耦合区域22耦合到活塞上。这意味着活塞14通过偏心衬套安装在活塞销10上。类似于通过使控制滑块38移位实现的活塞销10相对于活塞14的旋转，偏心衬套相对于活塞14的旋转随后可以借助于该附加控制滑块来实现，因此活塞14相对于旋转轴20并且相对于燃烧室顶部进行移位。

Claims (6)

1.一种用于可变地调节内燃发动机的燃烧室，尤其是气缸，的压缩比的方法，其中所述压缩比借助于活塞（14）的一装置（36）进行调节，所述活塞与所述燃烧室相关联并且所述活塞通过对应的耦合区域（22、24）耦合到用于将所述活塞（14）连接到所述内燃发动机的连接杆（16）上的活塞销（10）上，

其特征在于

为了调节所述压缩比，使与所述装置（36）相关联的所述活塞销（10）相对于所述活塞旋转，所述活塞销包含至少一个偏心元件（23），所述偏心元件关于所述活塞销（10）的所述耦合区域（22）偏心地布置，以将所述活塞销（10）连接到所述连接杆（16）上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了实现所述旋转，使所述装置（36）的至少一个锁紧元件（34）相对于所述活塞销（10）并且相对于所述活塞（14）从阻止所述旋转的锁紧位置向允许所述旋转的释放位置移动，由此作为在燃烧室中移动的所述活塞（14）的离心和/或惯性力的结果和/或作为燃烧室中的压力的结果，所述活塞销（10）相对于所述活塞（14）的旋转发生。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，曲柄箱的曲柄腔室借助于至少一个致动器元件相对于至少一个另外的曲柄箱曲柄腔室进行密封，所述曲柄腔室与所述燃烧室并且与所述活塞（14）相关联，在所述曲柄箱中曲轴至少布置在某些区域中，所述至少一个另外的曲柄箱曲柄腔室通过将所述致动器元件从第一位置移位到第二位置中而连接到所述曲柄腔室上，关于所述第一位置，所述第二位置相对于该另外的腔室密封所述曲柄腔室。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，作为所述致动器元件，所述曲柄腔室中的润滑油导流件被移位。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，作为所述致动器元件，一阀门元件被移位，该阀门元件在所述第一位置中至少在某些区域中打开所述曲柄腔室的通风开口，并且在所述第二位置中至少在某些区域中相对于所述第一位置关闭所述通风开口。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，当所述曲柄腔室中的压力超过阈值时，所述致动器元件自动地，尤其是在借助于至少一个弹簧元件施加的弹簧力的作用下，从所述第二位置移动到所述第一位置。

Images