CN105745418A - 内燃机的多联杆曲柄传动机构以及相应的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)的多联杆曲柄传动机构(2)，具有至少一个以能围绕耦合件转动轴线(12)转动的方式支承在曲轴(14)的连杆轴颈(13)上的耦合件(8)以及至少一个以能围绕偏心转动轴线(18)转动的方式支承在偏心轴(20)的连杆轴颈(19)上的铰接连杆(16)，耦合件(8)以能围绕活塞连杆转动轴线(9)摆动的方式与内燃机(1)的活塞(4)的活塞连杆(6)连接并且以能围绕铰接连杆转动轴线(17)摆动的方式与铰接连杆(16)连接，偏心轴(20)的转动轴线(21)位于包含曲轴(14)转动轴线(15)并且与至少一个气缸纵向中轴线(5)垂直的平面(22)的上方。在此提出，以活塞的总活塞冲程为基准：活塞转动轴线(7)和活塞连杆转动轴线(9)之间的间距(l1)最少为1.41并且最高为1.61；活塞连杆转动轴线(9)和耦合件转动轴线(12)之间的间距(l2)最少为0.38并且最高为0.58；耦合件转动轴线(12)和铰接连杆转动轴线(17)之间的间距(l3)最少为0.82并且最高为1.02；铰接连杆转动轴线(17)和偏心转动轴线(18)之间的间距(l1)最少为1.63并且最高为1.83。本发明还涉及具有多联杆曲柄传动机构(2)的内燃机(1)。

Description

内燃机的多联杆曲柄传动机构以及相应的内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机的多联杆曲柄传动机构，具有至少一个以能围绕耦合件转动轴线转动的方式支承在曲轴的连杆轴颈上的耦合件以及至少一个以能围绕偏心转动轴线转动的方式支承在偏心轴的连杆轴颈上的铰接连杆，耦合件以能围绕活塞连杆转动轴线摆动的方式与内燃机的活塞的活塞连杆连接并且以能围绕铰接连杆转动轴线摆动的方式与铰接连杆连接，偏心轴的转动轴线位于包含曲轴转动轴线并且与至少一个气缸纵向中轴线垂直的平面的上方。本发明此外涉及具有多联杆曲柄传动机构的内燃机。
背景技术
开头提到的类型的多联杆曲柄传动机构例如是内燃机的组成部分，然而也能够在其它领域得到应用。所述多联杆曲柄传动机构包括偏心轴，所述偏心轴的转动角度能够优选借助于调节机构、尤其根据内燃机的运行点被调节。替代地，所述偏心轴也可以与内燃机的曲轴作用连接并且以该方式而能由所述内燃机的曲轴驱动。
所述多联杆曲柄传动机构具有耦合件，尤其具有相应于所述内燃机的活塞的数目的耦合件的数目。所述耦合件分别能够转动地支承在所述曲轴的相应地连杆轴颈上。优选所述耦合件具有两个朝着相反的侧面突出所述曲轴的臂，所述臂在端部处分别设有枢转关节。所述耦合件围绕所述曲轴的或者说围绕所述曲轴的连杆轴颈的转动轴线被称作耦合件转动轴线。
所述枢转关节中的一个用于能够摆动地与活塞连杆连接，所述活塞连杆使得内燃机的活塞中的一个通过所述耦合件与所述曲轴连接。该枢转关节的转动轴线被称作活塞连杆转动轴线。由于耦合件的能摆动，所以活塞连杆的转动轴线不是位置固定的，而是与耦合件一起移动或者摆动。枢转关节中另一个用于能够摆动地与所谓的铰接连杆连接，所述铰接连杆以其另外的、対置于耦合件的端部能够转动地支承在偏心轴的连杆轴颈上。该枢转关节的转动轴线被称作铰接连杆转动轴线，而铰接连杆在偏心轴的连杆轴颈上的转动轴线在进一步的延展下作为偏心体转动轴线延伸。
为了形成枢转关节，铰接连杆优选具有两个连杆孔。第一连杆孔是枢转关节的组成部分，铰接连杆通过第一连杆孔与耦合件共同作用。第一连杆孔在此例如包围保持在耦合件处的耦合销或者支承栓。第二连杆孔与其类似地是枢转关节的组成部分，铰接连杆通过第二连杆孔与偏心轴连接。特别地，第二连杆孔至少局部地围卡偏心轴的连杆轴颈。
借助于多联杆曲柄传动机构能够调节在与各活塞对应的气缸中达到的压缩比，尤其根据内燃机的运行点和/或存在的作功冲程。为了调节压缩比，偏心轴被置入到确定的、相应于期望的压缩比的转动角度位置中或者偏心轴和曲轴之间的相位被调节到确定的值上。
由现有技术例如已知描述了具有可变的压缩比和汽缸工作容积的内燃机的文件DE60109342T2。文件DE102012007465A1还示出如下的内燃机，其中在曲轴旋转轴线和第三铰点之间的侧向距离与活塞的最大冲程之比最少为-1.0。
已知的多联杆曲柄传动机构通常构造空间优化地进行设计。由此导致：多联杆曲柄传动机构的运动学上的有效长度相比于活塞的活塞冲程是很小的。这种多联杆曲柄传动机构的摆动轴承中的力相对较大并且必须走过大的摆动角度以及由此相应长的距离。由力和距离的乘积表示的并且转化为热量的摩擦功因此是同样高的。
发明内容
现在，本发明的目的是：提出一种内燃机的多联杆曲柄传动机构，其相对于已知的多联杆曲柄传动机构通过以下方法有利地构造，尤其是其减少了多联杆曲柄传动机构的摩擦以及/或者施加在内燃机曲轴上的扭矩载荷。
根据本发明，该目的利用具有权利要求1的特征的多联杆曲柄传动机构实现。在此规定，以活塞的总活塞冲程为基准：活塞转动轴线和活塞连杆转动轴线之间的间距最少为1.41并且最高为1.61；活塞连杆转动轴线和耦合件转动轴线之间的间距最少为0.38并且最高为0.58；耦合件转动轴线和铰接连杆转动轴线之间的间距最少为0.82并且最高为1.02；铰接连杆转动轴线和偏心转动轴线之间的间距最少为1.63并且最高为1.83。
当然可以替代地规定：仅仅实现上述的、活塞转动轴线和活塞连杆转动轴线之间的间距或者仅仅实现上述的、活塞连杆转动轴线和耦合件转动轴线之间的间距或者仅仅实现上述的、耦合件转动轴线和铰接连杆转动轴线之间的间距或者仅仅实现上述的、铰接连杆转动轴线和偏心转动轴线之间的间距。也可以设置上述的间距的任意的组合。例如，实现上述的间距的至少两个、尤其刚好两个或者上述的间距的至少三个、尤其刚好三个。
原则上，偏心轴的转动轴线应该位于包含曲轴转动轴线并且与至少一个气缸纵向中轴线垂直的平面的上方。该平面因此由曲轴的转动轴线和气缸纵向中轴线共同地限定。沿着内燃机的纵向方向，关于曲轴的转动轴线，该平面具有与转动轴线相同的位置以及方向。同时，平面应该垂直于至少一个气缸纵向中轴线，从而气缸纵向中轴线沿着平面的法线方向存在。气缸纵向中轴线配属于内燃机的气缸并且沿着其纵向方向延伸。气缸纵向中轴线在此例如在气缸中点跨越气缸的纵向尺寸。
当然，该平面也可以垂直于内燃机的多个气缸的多个气缸纵向中轴线，特别优选地垂直于内燃机的所有气缸的气缸纵向中轴线。偏心轴现在应该如下地布置，使得其转动轴线布置在所述平面的上方。特别优选地，整个偏心轴，即不仅仅是其转动轴线，存在于平面的上方。例如，偏心轴的转动轴线直接相邻于平面，即与平面交界。替代地，这对于整个偏心轴是这样的情况。然而，也可以规定，偏心轴的转动轴线或者整个偏心轴布置在平面的上方并且额外地与平面间隔开。
现在，偏心轴因此关于内燃机的气缸不再位于下方，而是同铰接连杆一起向上转动。由此优选实现，活塞连杆和铰接连杆从耦合件出发基本上朝着相同的方向指示，即朝着活塞的或者气缸的方向。因此并不是如下设置：铰接连杆从耦合杆出发远离气缸或者活塞指向或者关于耦合杆对置于活塞。
借助于转动轴线之间上述的间距，令人意外地，最大的惯性力的相位以及在该时间点存在的曲轴力臂能够如下地得到改善，使得惯性力引起的在曲轴中的扭矩明显地降低，尤其降低了至少10％、至少20％或者至少30％。额外地或者替代地，在具有转动轴线之间上述的间距的多联杆曲柄传动机构的情况下，关节的摆动角度相比于其它构造更小。这在活塞的总活塞冲程相同的情况下实现减小的摩擦。
虽然会出现如下的情况，即多联杆曲柄传动机构的各个元件，例如耦合件、铰接连杆以及/或者活塞连杆构造得比在多联杆曲柄传动机构的构造空间优化地设计的其它实施方式的情况下更大。更大的并且由此更重的元件尤其在转速较高时虽然产生更大的惯性力，然而这-至少在摩擦方面-会由摆动角度的减小的优点得到补偿。
当然，以总活塞冲程为基准，活塞转动轴线和活塞连杆转动轴线之间的间距可以最少为1.46并且最高为1.56或者最少为1.49并且最高为1.53、特别优选1.51。
额外地或者替代地，以总活塞冲程为基准，活塞连杆转动轴线和耦合件转动轴线之间的间距可以最少为0.43并且最高为0.53，尤其最少为0.46并且最高为0.50、特别优选0.48。
在另外的构造方案中，此外能够规定，以总活塞冲程为基准，耦合件转动轴线和铰接连杆转动轴线之间的间距最少为0.87并且最高为0.97，尤其最少为0.90并且最高为0.94、特别优选0.92。
最后能够规定，以总活塞冲程为基准，铰接连杆转动轴线和偏心转动轴线之间的间距最少为1.68并且最高为1.78或者最高为1.81，尤其最少为1.71并且最高为1.75或者最少为1.75并且最高为1.81、特别优选1.73或者1.78。
本发明的另外的构造方案规定，以总活塞冲程为基准，偏心轴的转动轴线和曲轴的转动轴线之间的水平的间距——参照总活塞冲程——最少为0.64并且最高为0.84。水平的间距在此例如沿着垂直于气缸纵向中轴线的方向存在。给出的值在此要理解为绝对值。例如，上述的间距最少为0.69并且最高为0.79，尤其最少为0.72并且最高为0.76或者最少为0.71并且最高为0.75，特别优选0.74或者0.73。
本发明的另外的构造方案规定，以总活塞冲程为基准，偏心轴的转动轴线和曲轴的转动轴线之间的竖直的间距最少为1.67并且最高为2.07。竖直的间距优选沿着平行于气缸纵向中轴线的方向存在。此处给出的值也要理解为绝对值。特别优选地，偏心轴的转动轴线然而位于曲轴的转动轴线上方，即从曲轴出发朝着活塞或者气缸的方向。上述的间距分别以总活塞冲程为基准优选最少为1.72并且最高为2.02、尤其最少为1.85并且最高为1.89或者最少为1.91并且最高为1.95，特别优选为1.87或者1.93。
本发明的改进方案规定，以总活塞冲程为基准，耦合件转动轴线和曲轴的转动轴线之间的间距最少为0.23并且最高为0.43。上述的间距相应于曲轴的曲柄半径，即曲轴的连杆轴颈和曲轴的转动轴线之间的间距。上述的间距优选最少为0.28并且最高为0.38、尤其最少为0.31并且最高为0.35、特别优选0.33。
在本发明的特别优选的实施方式中规定，以总活塞冲程为基准，偏置量最少为0.11并且最高为0.31。偏置量应理解为：曲轴的转动轴线距气缸纵向中轴线或者活塞纵向中轴线的水平距离。曲轴的转动轴线因此在偏置量为0时落到气缸纵向中轴线或者活塞纵向中轴线上。在偏置量大于0时，曲轴的转动轴线相反与气缸纵向中轴线或者活塞纵向中轴线间隔开。偏置量优选最少为0.16并且最高为0.26、尤其最少为0.19并且最高为0.23，特别优选0.21。
在此可以规定，偏置量朝着背压侧存在，尤其因此曲轴的转动轴线布置在活塞纵向中轴线的面向偏心轴的一侧。原则上，存在如下的可行方案，即偏置量或者朝着压力侧设置或者朝着背压侧设置。当然，在本发明的范围中，两个实施方式都能够实现。然而，特别优选的是偏置量朝着背压侧实施。
本发明的特别优选的实施方式规定，经过耦合件转动轴线和铰接连杆转动轴线的假想直线与经过耦合件转动轴线和活塞连杆转动轴线的假想直线之间所形成的耦合角度最少为140度并且最高为180度。耦合角度基本上描述了耦合件的两个臂彼此的斜角度化。第一臂在此使耦合件转动轴线与铰接连杆转动轴线连接，而另一臂使耦合件转动轴线和活塞连杆转动轴线相互连接。
耦合角度通过两个假想直线表征，其中，这两个假想直线分别通过两个上述的转动轴线延伸，即一方面耦合件转动轴线和铰接连杆转动轴线以及另一方面耦合件转动轴线和活塞连杆转动轴线。耦合角度特别优选地最少为150度并且最高为170度，尤其最少为155度并且最高为165度，特别优选刚好160度。对于减少摆动角度重要的是：此处描述的大的耦合角度结合相对长的铰接连杆以及同样相对长的活塞连杆。
本发明的另外的有利的构造方案规定，以总活塞冲程为基准，偏心轴的转动轴线和偏心转动轴线之间的间距最少为0.045并且最高为0.065。该间距就此表征偏心轴的曲柄半径，即偏心轴的连杆轴颈和偏心轴的转动轴线之间的间距。上述的间距例如最少为0.050并且最高为0.060，尤其是0.051并且最高0.057。其特别优选地为0.055。
最后能够规定，总活塞冲程最少为70mm并且最高为120mm。当然，总活塞冲程原则上能够任意地构造并且根据内燃机的想要的功率进行选择。例如，其然而在上述的值之间(分别包含上述的值)或者最少为80mm并且最高为110mm，尤其最少为90mm并且最高为100mm。其然而也可以最少为91mm并且最高为95mm，特别优选93.5mm。
本发明此外涉及具有多联杆曲柄传动机构的内燃机。在此规定，多联杆曲柄传动机构根据在此的实施方案构造。已经表明了多联杆曲柄传动机构的或者内燃机的这种构造方案的优点。不仅内燃机，而且还有多联杆曲柄传动机构都能够根据在此的实施方案被改进，从而在这方面对其进行参考。
附图说明
接下来根据在附图中示出的实施方式更详细地解释本发明，而不对本发明进行限制。在此，唯一的附图示出：
图是具有多联杆曲柄传动机构的内燃机的示意性的图示。
具体实施方式
图示出具有多联杆曲柄传动机构2的内燃机1的局部。内燃机1此外具有至少一个在气缸3中可纵向运动地布置的活塞4。气缸3和活塞4具有纵向中轴线5。活塞连杆6连接在活塞4上，活塞连杆在活塞4处以能围绕活塞转动轴线7转动的方式得到支承。活塞转动轴线7在此优选位于气缸3的纵向中轴线5上。
活塞连杆6在其背对活塞4的一侧与耦合件8连接。在此，活塞连杆6在耦合件8处以能围绕活塞连杆转动轴线9转动的方式得到支承。活塞连杆6尤其连接在耦合件8的第一臂10上。该第一臂与第二臂11彼此刚性连接并形成一角度α。角度α在此围绕耦合件转动轴线12存在。也就是说，两个臂10和11在耦合件转动轴线12中彼此相接。耦合件8以能围绕耦合件转动轴线12转动的方式支承在曲轴14的连杆轴颈13上。连杆轴颈13或者耦合件转动轴线12在此相对于曲轴14的转动轴线15偏心地布置。
在耦合件8的背对活塞连杆6的一侧上，铰接连杆16连接在耦合件8上，尤其连接在第二臂11上。在此，铰接连杆16以能围绕铰接连杆转动轴线17转动的方式支承在耦合件8上。在铰接连杆16的背对耦合件8的一侧上，铰接连杆16以能围绕偏心转动轴线18转动的方式支承在偏心轴20的连杆轴颈19上。偏心轴20又具有转动轴线21。连杆轴颈19或者偏心转动轴线18相对于偏心轴20的转动轴线21偏心地设置。
在此规定，偏心轴20的转动轴线21布置在平面22上方，该平面包含曲轴15的转动轴线15并且垂直于气缸纵向中轴线5。该布置被称作为“上置的偏心轴”。
现在，在图中，在活塞转动轴线7和活塞连杆转动轴线9之间的间距用l1表示。活塞连杆转动轴线9和耦合件转动轴线12之间的间距用l2表示。耦合件转动轴线12和铰接连杆转动轴线17之间的间距用l3表示，并且铰接连杆转动轴线17和偏心转动轴线18之间的间距用l4表示。现在，特别有利地，所述间距满足以下条件：
1.41≤l1≤1.61，
0.38≤l2≤0.58，
0.82≤l3≤1.02，以及
1.63≤l4≤1.83。
上述值在此涉及的是如下的活塞4的总活塞冲程：其例如最小为70mm并且最高为120mm。
此外可以规定，偏心轴20转动轴线21和曲轴14转动轴线15之间的水平的间距dx关于活塞4的总活塞冲程最小为0.64并且最高为0.84。额外地或者替代地，偏心轴20转动轴线21和曲轴14转动轴线15之间的竖直间距dy关于总活塞冲程最小为1.64并且最高为2.07。
此外可以规定，关于曲轴14的曲柄半径的总曲柄冲程，耦合件转动轴线12和曲轴14转动轴线15之间的间距最少为0.23并且最高为0.43。在此，曲柄半径表示为r1。偏心轴20也具有冲程，其被表示为r2并且被限定为偏心转动轴线18和偏心轴20的转动轴线21之间的间距。偏心轴20的曲柄半径r2关于总活塞冲程例如最少为0.045并且最高为0.065。
额外地，对于此处说明的多联杆曲柄传动机构2，能够规定偏置量s，偏置量就此被限定为在曲轴14转动轴线15和气缸纵向中轴线5之间的水平间距。偏置量s关于总活塞冲程例如最少为0.11并且最高为0.31。在此，偏置量s朝着背压侧存在。也就是说，相对于纵向中轴线5，曲轴14的转动轴线15布置在与偏心轴20的转动轴线21相同的一侧。
上述耦合角度α通过经耦合件转动轴线12和铰接连杆转动轴线17延伸的假想直线与经耦合件转动轴线12和活塞连杆转动轴线9延伸的假想直线之间的交角来限定。耦合角度α例如最少为140度并且最高为180度，然而原则上当然能够任意地进行选择。
此处示出的内燃机1当然优选具有多个气缸3以及因此多个活塞3。相应地，多联杆曲柄传动机构2具有多个相应的元件，尤其对于每个活塞4的活塞连杆6、耦合件8以及铰接连杆16。上述元件分别根据上述实施方案构造。原则上，内燃机1的气缸3和活塞4的数目能够任意地选择。其尤其为2、3、4、5、6、8或者12。如果内燃机1配备有4个气缸，那么曲轴14的曲拐角度优选为180度。
附图标记列表
1内燃机
2多联杆曲柄传动机构
3气缸
4活塞
5纵向中轴线
6活塞连杆
7活塞转动轴线
8耦合件
9活塞连杆转动轴线
10第一臂
11第二臂
12耦合件转动轴线
13连杆轴颈
14曲轴
15转动轴线
16铰接连杆
17铰接连杆转动轴线
18偏心转动轴线
19连杆轴颈
20偏心轴
21转动轴线
22平面。

Claims (10)

1.一种内燃机(1)的多联杆曲柄传动机构(2)，具有至少一个以能围绕耦合件转动轴线(12)转动的方式支承在曲轴(14)的连杆轴颈(13)上的耦合件(8)以及至少一个以能围绕偏心转动轴线(18)转动的方式支承在偏心轴(20)的连杆轴颈(19)上的铰接连杆(16)，耦合件(8)以能围绕活塞连杆转动轴线(9)摆动的方式与内燃机(1)的活塞(4)的活塞连杆(6)连接并且以能围绕铰接连杆转动轴线(17)摆动的方式与铰接连杆(16)连接，偏心轴(20)的转动轴线(21)位于包含曲轴(14)转动轴线(15)并且与至少一个气缸纵向中轴线(5)垂直的平面(22)的上方，其特征在于，以活塞的总活塞冲程为基准：
-活塞转动轴线(7)和活塞连杆转动轴线(9)之间的间距(l1)最少为1.41并且最高为1.61，
-活塞连杆转动轴线(9)和耦合件转动轴线(12)之间的间距(l2)最少为0.38并且最高为0.58，
-耦合件转动轴线(12)和铰接连杆转动轴线(17)之间的间距(l3)最少为0.82并且最高为1.02，
-铰接连杆转动轴线(17)和偏心转动轴线(18)之间的间距(l4)最少为1.63并且最高为1.83。
2.按权利要求1的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，以总活塞冲程为基准，偏心轴(20)的转动轴线(21)和曲轴(14)的转动轴线(15)之间的水平的间距(dx)最小为0.64并且最高为0.84。
3.按前述权利要求的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，以总活塞冲程为基准，偏心轴(20)的转动轴线(21)和曲轴(14)的转动轴线(15)之间的竖直的间距(dy)最小为1.67并且最高为2.07。
4.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，以总活塞冲程为基准，耦合件转动轴线(12)和曲轴(14)的转动轴线(15)之间的间距(r1)最少为0.23并且最高为0.43。
5.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，以总活塞冲程为基准，偏置量(s)最少为0.11并且最高为0.31。
6.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，偏置量(s)存在于背压侧。
7.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，在经过耦合件转动轴线(12)以及铰接连杆转动轴线(17)的假想直线与经过耦合件转动轴线(12)和活塞连杆转动轴线(9)的假想直线之间的耦合角度(α)最少为140度并且最高为180度。
8.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，以总活塞冲程为基准，偏心轴(20)的转动轴线(21)和偏心转动轴线(18)之间的间距(r2)最少为0.045并且最高为0.065。
9.按前述权利要求中任一项的多联杆曲柄传动机构，其特征在于，总活塞冲程最少为70mm并且最高为120mm。
10.一种内燃机(1)，其特征在于，具有根据前述权利要求中任一项或者多项的多联杆曲柄传动机构(2)。
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