CN108457748A - 压缩比可变的内燃机的连杆 - Google Patents

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Abstract

一种压缩比可变的内燃机的连杆(1)，包括调整有效连杆长度(30)的偏心调整装置(2)，偏心调整装置具有与偏心杠杆(3)共同作用且抗转连接的偏心轮(4)。偏心调整装置具有两个分别具有一柱塞(6,7)的缸体(14,15)，柱塞在缸孔(8,9)里可移动地导引并且与支撑杆(10,11)连接。偏心杠杆(3)具有一个或多个偏心杠杆段(29,30)并且与支撑杆铰接。连杆轴承孔(13)和偏心轮(4)具有包括第一端面轮廓(37,38)的第一局部区域(24,25)和包括第二端面轮廓(39,40)的第二局部区域(26,27)。按照本发明，偏心杠杆仅在偏心轮(4)的第一局部区域内包围偏心轮。涉及具有这种连杆的内燃机。

Description

压缩比可变的内燃机的连杆
技术领域
本发明涉及一种压缩比可变的内燃机的连杆，以及一种具有连杆的压缩比可变的内燃机。
背景技术
在内燃机中高压缩比对于内燃机效率起到积极作用。关于压缩比一般理解为压缩前的整个气缸容积与压缩后剩余的气缸容积的比例。但是在具有外源点火的且具有固定压缩比的内燃机、尤其是汽油发动机中只能选择这样高的压缩比，在满负荷运行中避免所谓的内燃机“爆震”。但是对于更频繁出现的内燃机局部负荷范围、在较小的气缸充满度时可以选择较高值的压缩比，而不会出现“爆震”。当可以变化地调整压缩比时，可以改善重要的内燃机局部负荷范围。为了调整压缩比例如已知具有变化的连杆长度的***，所述***借助于液压转换阀操作连杆的偏心调整装置。
公开文献DE 10 2014 100 585 A1描述了一种压缩比可变的内燃机的连杆，所述连杆具有偏心调整装置，在该偏心调整装置中，连杆轴承孔、偏心轮以及偏心杠杆分别具有倾斜的轮廓。
发明内容
本发明的任务是实现一种改进的且成本有利的压缩比可变的内燃机的连杆，它可以工艺可靠地制成。
本发明的另一任务是实现具有这种连杆的压缩比可变的内燃机。
所提出的是一种压缩比可变的内燃机的连杆，所述连杆包括将连杆安置在内燃机曲轴上的曲轴端轴承孔，将连杆安置在内燃机气缸活塞上的连杆轴承孔，以及调整有效连杆长度的偏心调整装置，其中，所述偏心调整装置具有与偏心杠杆共同作用且抗转连接的偏心轮，在偏心轮里面有针对性地容纳气缸活塞的活塞销。所述偏心调整装置具有两个缸体，所述两个缸体分别具有一个柱塞，所述柱塞在缸孔里面可移动地导引并且与支撑杆连接。所述偏心杠杆具有一个或多个偏心杠杆段并且与支撑杆铰接。所述连杆轴承孔和偏心轮具有包括第一端面轮廓的第一局部区域和包括第二端面轮廓的第二局部区域。按照本发明，所述偏心杠杆仅仅在偏心轮的第一局部区域包围偏心轮。
按照本发明的连杆包括具有偏心杠杆的偏心调整装置，该偏心杠杆具有与现有技术相比改进的设计。所述偏心杠杆具有一个或多个偏心杠杆段，它们与偏心轮连接，但是只在第一局部区域局部地包围偏心轮。所述偏心杠杆也不以通常4°的斜面作为调整面。总体上所述偏心杠杆可以工艺可靠地制成，并且比按照现有技术的类似部件更成本有利且更轻。
通过按照本发明的偏心杠杆解决方案可以去掉偏心杠杆的倾斜段，并且所述偏心杠杆可以通过两个偏心杠杆段两件式地构成，由此所述偏心杠杆只具有相互平行的平面的连接段，所述连接段与偏心轮抗转地连接。所述连接段通过半圆形的内表面相应地包围偏心轮和连杆孔的第一局部区域，并且至少局部平面地构成。
通过去掉上部倾斜的偏心杠杆段例如可以有利地在以精细冲压工艺加工连杆时实现更少的废品率。
与现有技术相比可以减小连杆的总质量、尤其是振动的连杆质量。所述偏心轮可以更陡斜地调整并因此变得更轻。这又对于连杆可能的振动和进而以该连杆运行的内燃机燃料消耗产生积极影响。
内燃机活塞中的间隙可以进一步加大。通过增加结构空间可以使用成本更有利的、结构空间优化的缸活塞。
偏心杠杆或其偏心杠杆段与偏心轮焊接。作为焊接工艺最好使用激光焊接工艺。按照本发明，连接偏心杠杆与偏心轮的激光焊接工艺能够在加工连杆时简化，因为整个焊缝位于二维平面中，并且激光射线因此无需以形成三维轮廓的方式游动。通过去掉在倾斜的偏心段里面常见的必需的焊缝，在激光焊接过程时排出更少热量到零部件里面，因为偏心杠杆段只局部地包围偏心轮，由此可以实现更微小的偏心杠杆变形。
按照有利的设计方案，所述第一局部区域可以具有相互平行的端面轮廓并且所述第二局部区域具有倾斜的端面轮廓。通过这种方式可能进一步减小连杆在内燃机气缸里面所需的结构空间，由此可以使用具有对于燃烧更有利的活塞轮廓的气缸活塞。附加地也可以进一步减轻连杆重量，这又降低了内燃机燃料消耗。
按照有利的设计方案，在所述第一端面轮廓与第二端面轮廓之间可以构成至少一台阶，尤其所述第二端面轮廓相互间的距离可以比第一端面轮廓相互间的距离更小。通过连杆轴承孔和偏心轮的台阶形端面轮廓结构可以有利地进一步减小连杆的结构空间。附加地能够减小连杆且尤其是连杆的振动的部件的总质量，这又降低内燃机燃料消耗。
按照有利的设计方案，所述偏心杠杆段可以具有相互平行的连接段，所述连接段与偏心轮抗转地连接。所述偏心杠杆段通常与偏心轮焊接。所述偏心杠杆段的平行的连接段有助于这种焊接工艺，因为预装配过程被简化并且每个偏心杠杆段的焊缝因此位于一个平面内，并且激光射线因此无需以形成三维轮廓的方式游动。
按照有利的设计方案，所述连接段可以具有半圆形的内表面，所述内表面包围第一局部区域。所述连接段的内表面是与偏心轮的交接区，所述交接区例如与偏心轮和连杆轴承孔焊接。因为所述偏心轮具有圆形的外轮廓，所述连接段的半圆形内表面能够特别有利地与偏心轮焊接。所述偏心轮的微小突出还有助于焊接过程，由此可以有利地例如无需附加材料地焊接。
按照有利的设计方案，所述第一局部区域面对曲轴端轴承孔和/或第二局部区域背离曲轴端轴承孔。因为所述偏心杠杆只包围偏心轮和连杆轴承孔的第一局部区域，所述偏心杠杆同样在曲轴端轴承孔一侧上与偏心轮连接。通过燃烧压力施加在连杆上的负荷在偏心轮与偏心杠杆连接的面对曲轴端轴承孔的一侧上最大。利用这种按照本发明的偏心轮与偏心杠杆的布置可以有利地承受这种负荷。
按照有利的设计方案，分界线可以在第一局部区域与第二局部区域之间延伸通过偏心轴线。通过在第一局部区域与第二局部区域之间的这种分界线布置不仅能够有利地构成连杆所需的结构空间，而且能够有利地构成连杆重量，这能够实现有利的气缸活塞形状和有利的内燃机油耗值。
按照有利的设计方案，所述连接段至少局部平面地构成。所述偏心杠杆段通常与偏心轮焊接。所述偏心杠杆段的连接段的平面表面有助于这种焊接过程，因为预装配过程被简化，并且每个偏心杠杆段的焊缝位于一个平面内，并且激光射线因此无需以形成三维轮廓的方式游动。
按照有利的设计方案，所述偏心杠杆可以由精铸钢构成。通过这种方式能够特别成本有利且工艺可靠地制成偏心杠杆段。
按照有利的设计方案，所述偏心杠杆利用金属压铸工艺制成。替代地，为了得到成本有利且工艺可靠制成的零部件，利用金属压铸工艺在所谓的金属注射模型(MIM)工艺中加工偏心杠杆段也是有利的。
按照有利的设计方案，所述支撑杆利用连接销与偏心杠杆铰接。通过利用连接销将支撑杆安置在偏心杠杆上能够有利地实现偏心调整装置的大的运动间隙空间。也可以有利地实现这种连杆的装配。
按照有利的设计方案，所述支撑杆利用球头连接与偏心杠杆铰接。替代地，利用球头连接将支撑杆安置在偏心杠杆上也是有利的，因为非常有利地得到偏心杠杆与支撑杆相互间相应的运动间隙空间。由此更容易为了有利的燃烧过程来优化气缸活塞的几何尺寸。
按照有利的设计方案，所述偏心杠杆与偏心轮焊接。针对内燃机的要求特别高的可调整连杆，焊接工艺也可以在零部件、即偏心杠杆段与偏心轮之间建立特别可靠的连接。尤其这种焊接工艺保证只在连杆轴承孔和偏心轮的第一局部区域内工艺可靠地连接偏心杠杆段与偏心轮。
按照有利的设计方案，所述偏心杠杆沿着内表面与偏心轮焊接。所述连接段的内表面是与偏心轮的交接区，所述交接区例如与偏心轮和连杆轴承孔焊接。因为所述偏心轮具有圆形的外轮廓，所述连接段的半圆形内表面能够特别有利地与偏心轮焊接。偏心轮的微小突出还有助于焊接过程，由此有利地例如可以无需附加材料地焊接。
按照本发明的另一方面提出的是一种具有至少一连杆的内燃机。在此可以有利地使用如上所述的连杆，用于以有利的方式实现偏心调整装置以及实现有利的燃烧过程和进而实现有利的内燃机油耗。
附图说明
由下面的附图描述给出其它优点。在附图中简示出本发明的实施例。
其中：
图1示出按照本发明的连杆在第一位置的侧视图，标出剖切面A-A；
图2示出按照图1的连杆的正视图；
图3示出按照图1的连杆在剖切面A-A的纵向剖面图；
图4示出按照图1的连杆的立体图；
图5示出偏心杠杆与连接的按照图1的连杆支撑杆的立体图；
图6示出按照本发明的连杆在第二位置的侧视图，标出剖切面A-A；
图7示出按照图6的连杆的正视图；
图8示出按照图6的连杆在剖切面A-A的纵向剖面图；
图9示出按照图6的连杆的立体图，和
图10示出偏心杠杆与连接的按照图6的连杆支撑杆的立体图。
具体实施方式
图1至图4以示意图示出按照本发明的用于压缩比可变的内燃机的在高压缩的第一位置的连杆1，所述连杆具有调整有效连杆长度偏心调整装置2，所述有效连杆长度定义为曲轴端轴承孔12的中心轴线与偏心轮4的孔的中心轴线的距离。图6至图9示出在低压缩的第二位置的连杆1。
图1示出按照本发明的在高压缩的第一位置的连杆1，并且标出剖切面A-A。图2示出按照图1的连杆1的正视图，而图3示出连杆1在按照图1的连杆剖切面A-A中的纵向剖面图，图4示出按照图1的连杆1的立体图。偏心调整装置2的位置对应于内燃机的高压缩。在此，有效的连杆长度、即在曲轴端轴承孔中心轴线与偏心轮4的孔的中心轴线、偏心轮轴线L之间的距离具有最大值。
如同在图1至图4中看到的那样，偏心调整装置2具有与一件式或多件式偏心杠杆3共同作用的偏心轮4，在所述偏心轮中可以容纳未示出的气缸活塞的活塞销。偏心调整装置2的调整行程可以利用转换阀5调整。
通过内燃发动机的惯性力和负荷力的作用启动可调整的偏心调整装置2的旋转，这些力在内燃发动机的工作周期内作用于偏心调整装置2。在工作周期期间作用于偏心调整装置2上的力的作用方向连续地变化。旋转运动或调整运动通过一个或多个以液压液体、尤其是以发动机油加载的、集成在连杆1内的柱塞6,7辅助支持，或者说，柱塞6,7防止由于作用于偏心调整装置2上的力的变化的力作用方向引起的偏心调整装置2的复位。
柱塞6,7分别在连杆1的缸体14,15的缸孔8,9里面可移动地导引，并且与支撑杆10,11连接，所述支撑杆本身与偏心杠杆3铰接。
连杆1具有曲轴端轴承孔12和连杆轴承孔13，所述曲轴端轴承孔用于将连杆1连接在内燃机曲轴上，所述连杆轴承孔用于将连杆1连接在内燃机的缸活塞上。
柱塞6,7在构造为液压室的缸体14,15的缸孔8,9里面可移动地布置并且通过源自曲轴端轴承孔12的入口16,17以液压液体、例如发动机油通过止回阀18,19加载。在此，止回阀防止液压液体从液压室14,15流回到入口16,17，但是能够再抽吸液压液体到液压室14,15里面。
液压室14,15还通过未示出的出口与转换阀5连接并且通过排出管22与曲轴端轴承孔12连接，所述转换阀可以构造为液压阀或者机械阀。
如同由图3看到的那样，连杆1具有连杆体20和固定在其上的连杆盖21。
在曲轴端轴承孔12的圆周上在连杆体20的区域内设有槽23，入口16,17以及排出管22通到槽里面。槽23只布置在一部分曲轴端轴承孔12圆周上，由此尽可能不影响轴承在曲轴端轴承孔12里面的承载能力。
只示例地示出所述连杆1的构造，并且按照本发明的偏心杠杆连接也可以应用于具有偏心调整装置的连杆的其它实施方式变型中。例如能够将转换阀5布置在连杆盖21的区域内。此外，所述止回阀18,19可以集成到转换阀5里面。液压室14,15的液压供给也可以不同于所述结构。
一件式或多件式的偏心杠杆3与偏心轮4共同作用并且抗转地与所述偏心轮连接。与支撑杆10,11铰接的偏心杠杆3在图5中示出用于连杆1的高压缩位置，而在图10中示出用于低压缩的位置。
已知的连杆具有连杆轴承孔、偏心轮以及偏心杠杆，分别具有在局部区域中倾斜的轮廓，用于减轻重量以及减少加工和装配费用。此外可以减小所需的偏心调整装置结构空间并且改善其旋转性。
为了实现在成本和重量方面进一步改进的压缩比可变的内燃机连杆，所述连杆还可以工艺可靠地制成，按照本发明规定，连杆轴承孔13和偏心轮4在第一局部区域24,25中具有第一端面轮廓37,38并且在第二局部区域26,27中具有第二端面轮廓39,40，并且偏心杠杆3仅仅在偏心轮4的第一局部区域24,25内包围偏心轮4。
如同由图2和图3看到的那样，第一局部区域24,25面对曲轴端轴承孔12，第二局部区域26,27背离曲轴端轴承孔12。在此，将第一与第二局部区域24,25,26,27分开的分界线可以不同地定位。偏心轮4的分界线28可在图2中看到并且穿过偏心轮轴线L延伸。在图1至图10中所示的实施例中，第一端面轮廓37,38相互平行，并且第二端面轮廓39,40分别倾斜地构成。
在替代的实施方式中，也可以在第一端面轮廓37,38与第二端面轮廓39,40之间构成至少一台阶，尤其第二端面轮廓39,40相互间的距离具有比第一端面轮廓37,38相互间的距离更小。通过这个实施方式也能够节省连杆1的结构空间。
通过按照本发明的偏心杠杆3解决方案可以废除偏心杠杆3的倾斜段。因此，在图5中所示的结构中通过两个偏心杠杆段29,30两件式地构成的偏心杠杆3只具有平面的、相互平行的连接段31,32，所述连接段与偏心轮4抗转连接。连接段31,32分别通过半圆形内表面33,34包围偏心轮4的第一局部区域24,25，如同由图4看到的那样，并且所述连接段至少局部平面地构成。
偏心杠杆段29,30最好由精铸钢构成并且利用精细冲压过程加工。平面的连接段31,32能够实现简化的且改善的加工过程，所述加工过程具有微小的废品率。替代地，可以利用金属压铸工艺在所谓的金属注射模型(MIM)工艺中制成偏心杠杆3。
此外由此可以减小连杆1的总质量、尤其是振动的连杆质量。偏心轮4可以更陡斜地调整并因此变得更轻。这又对于连杆1可能的振动和以所述连杆1运行的内燃机的燃料消耗起到积极作用。
可以进一步增加在气缸活塞里面的间隙，由此可以使用更加成本有利的、结构空间优化的燃烧活塞。
偏心杠杆3或其偏心杠杆段29,30与偏心轮4焊接。作为焊接工艺最好使用激光焊接工艺。所述激光焊接工艺按照本发明被简化，因为整个焊缝位于二维平面里面并且所使用的激光头无需以形成三维轮廓的方式游动。偏心杠杆3最好沿着偏心杠杆段29,30的内表面33,34与偏心轮4焊接。
通过去掉在倾斜的偏心轮段里面的焊缝，在激光焊接过程中排出很少热量到零部件里面，由此可以实现更小的变形。
支撑杆10,11按照所示实施例利用连接销35,36、最好是圆柱滚轴与偏心杠杆3铰接。
替代地在本发明的范围内也可以设想球头连接，它最好应用于未示出的一件式构成的偏心杠杆3。通过一件式地加工偏心杠杆3省去费事地装配多个偏心杠杆段，因此装配不准确并不重要。对于所述加工来说，只有铸造过程的总公差和随后的最后加工(例如烧结)期间的由于工艺而非常高的尺寸稳定性是重要的。在烧结过程中发生的收缩可作为加工余量考虑到模具中。偏心杠杆3的几何形状也可以是多种多样的。
一件式偏心杠杆3具有两个偏心杠杆段，它们连接在直径布置的端区域上。支撑杆10,11可以在偏心杠杆3里面通过至少一个保险元件支承并由此防止从偏心杠杆3里面掉下来或遗失。为此，偏心杠杆3为了支承支撑杆10,11的球头具有球头容纳部形式的容纳区域，其中在容纳区域上为了防止球头从容纳区域滑出来设有保险元件。在容纳区域中，保险元件例如径向向内突出地布置，所述保险元件可以从将球头导入到容纳区域的第一位置运动到确保球头在容纳区域内的径向向内突出的位置。保险元件运动到径向向内突出的位置可以在偏心杠杆3装配在连杆1中之前或之后进行。保险元件可以构造为一个或多个连接板，它们在弯曲后部分地围卡支撑杆10,11的球头。由此能够使支撑杆10,11在尽可能大的角度范围里面相对于偏心杠杆3运动。
图6还示出按照本发明的在低压缩的第二位置的连杆1的侧视图，并且标出剖切面A-A。图7示出按照图6的连杆1的正视图，而图8示出连杆1在按照图6的连杆剖切面A-A的纵剖面图，图9示出按照图6的连杆1的立体图。偏心调整装置2的位置对应于内燃机的低压缩。在此，有效的连杆长度、即在曲轴端轴承孔的中心轴线与偏心轮4的孔的中心轴线、偏心轮轴线L之间的距离具有最小值。
在图10中以对应于按照图6至图9的低压缩的位置示出与支撑杆10,11连接的偏心杠杆3。

Claims (16)

1.一种压缩比可变的内燃机的连杆(1)，包括
将连杆(1)安置在内燃机曲轴上的曲轴端轴承孔(12)，
将所述连杆(1)安置在内燃机气缸活塞上的连杆轴承孔(13)，
调整有效连杆长度(30)的偏心调整装置(2)，其中，所述偏心调整装置(2)具有与偏心杠杆(3)共同作用且抗转连接的偏心轮(4)，在偏心轮里面有针对性地容纳气缸活塞的活塞销，
其中，所述偏心调整装置(2)具有两个缸体(14,15)，所述两个缸体分别具有一个柱塞(6,7)，所述柱塞在缸孔(8,9)里面可移动地导引并且与支撑杆(10,11)连接，
其中，所述偏心杠杆(3)具有一个或多个偏心杠杆段(29,30)并且与支撑杆(10,11)铰接，
其中，所述连杆轴承孔(13)和偏心轮(4)具有包括第一端面轮廓(37,38)的第一局部区域(24,25)和包括第二端面轮廓(39,40)的第二局部区域(26,27)，
其特征在于，所述偏心杠杆(3)仅仅在偏心轮(4)的第一局部区域(24,25)内包围偏心轮(4)。
2.如权利要求1所述的连杆，其特征在于，所述第一局部区域(24,25)具有相互平行的端面轮廓(37,38)并且所述第二局部区域(26,27)具有倾斜的端面轮廓(39,40)。
3.如权利要求1或2所述的连杆，其特征在于，在所述第一端面轮廓(37,38)与第二端面轮廓(39,40)之间构成至少一台阶，尤其所述第二端面轮廓(39,40)相互间的距离比第一端面轮廓(37,38)相互间的距离更小。
4.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其特征在于，所述偏心杠杆段(29,30)具有相互平行的连接段(31,32)，所述连接段与偏心轮(4)抗转地连接。
5.如权利要求4所述的连杆，其特征在于，所述连接段(31,32)具有半圆形的内表面(33,34)，所述内表面包围第一局部区域(24,25)。
6.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其特征在于，所述第一局部区域(24,25)面对曲轴端轴承孔(12)和/或第二局部区域(26,27)背离曲轴端轴承孔(12)。
7.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其中，分界线(28)在第一局部区域(24,25)与第二局部区域(26,27)之间延伸通过偏心轮轴线(L)。
8.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其特征在于，所述连接段(31,32)至少局部平面地构成。
9.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其中，所述偏心杠杆(3)由精铸钢构成。
10.如权利要求1至8中任一项所述的连杆，其特征在于，所述偏心杠杆(3)利用金属压铸工艺制成。
11.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其特征在于，所述偏心杠杆(3)和偏心杠杆段(29,30)一体地构成。
12.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其特征在于，所述支撑杆(10,11)利用连接销(35,36)与偏心杠杆(3)铰接。
13.如权利要求1至11中任一项所述的连杆，其特征在于，所述支撑杆(10,11)利用球头连接与偏心杠杆(3)铰接。
14.如上述权利要求中任一项所述的连杆，其中，所述偏心杠杆(3)与偏心轮(4)焊接。
15.如权利要求14所述的连杆，其中，所述偏心杠杆(3)沿着内表面(33,34)与偏心轮(4)焊接。
16.内燃机，其具有如上述权利要求中任一项所述的连杆(1)。
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