CN109113861A - 用于具有可变压缩比的内燃机的连杆 - Google Patents

用于具有可变压缩比的内燃机的连杆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于具有可变压缩比的内燃机的连杆(1)，其包括用于将连杆接合到内燃机曲轴上的连杆大端轴承孔(12)，用于将连杆接合到内燃机的气缸活塞的连杆小端轴承孔(13)，用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置(2)，其中，偏心轮调节装置具有与偏心轮杠杆(3)配合作用的并且不可转动地连接的偏心轮(4)，在所述偏心轮中可容纳气缸活塞的活塞销。偏心轮调节装置具有两个各带一个柱塞(6、7)的液压室(14、15)，所述柱塞在缸膛(8、9)中可移动地引导并且与支撑杆(10、11)相连接，所述支撑杆在另一端上与偏心轮杠杆连接。支撑杆(10)构造为多件式的。此外，本发明涉及一种用于制造连杆(1)的方法。

Description

用于具有可变压缩比的内燃机的连杆
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的具有偏心轮调节装置的连杆以及一种具有这样的连杆的具有可调节的压缩比的内燃机，所述偏心轮调节装置用于调节有效的连杆长度。
背景技术
在内燃机中，高的压缩比对内燃机的效率产生积极影响。一般而言，压缩比是指压缩前整个气缸空间与压缩后剩余的气缸空间的比例。然而，在具有外源点火装置的、具有固定的压缩比的内燃机、特别是汽油机中，只能这样高地选择压缩比，使得在全负载运行中避免内燃机的所谓的“爆震”。然而，对于内燃机的出现频率高得多的部分负载范围、即在气缸填充少的情况下，选择具有较高数值的压缩比，而不出现“爆震”。如果能够可变地调节压缩比，则可以改善内燃机的重要的部分负载范围。为了调节压缩比，例如已知具有可变的连杆长度的***。
从DE 10 2015 103 463 A1中已知所述类型的连杆。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于具有可变压缩比的内燃机的改善的、成本低廉的以及针对批量过程优化的连杆，所述连杆能过程安全地制造。
另一个任务在于，提供一种具有这样的连杆的具有可变压缩比的内燃机。
根据本发明的一方面，提出一种用于具有可变压缩比的内燃机的连杆，所述连杆包括用于将连杆接合到内燃机曲轴上的连杆大端轴承孔、用于将连杆接合到内燃机的气缸活塞上的连杆小端轴承孔、用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置，其中，偏心轮调节装置具有与偏心轮杠杆配合作用的并且不可转动地相连接的偏心轮，在所述偏心轮中可容纳气缸活塞的活塞销。偏心轮调节装置具有两个各带一个柱塞的液压室，所述柱塞在缸膛中可移动地引导并且与支撑杆相连接，所述支撑杆在另一个端部上与偏心轮杠杆相连接。支撑杆构造为多件式的。
因此，有利的是，可以制造更有利的、更轻的、更稳固的以及针对批量过程优化的支撑杆或者支撑杆-柱塞组件并且以此呈现改善的连杆。
按照本发明，能够实现支撑杆的有利的几何形状。代替由实心材料制成的车削-铣削件，支撑杆由三个构件组装：铰接件、杆件和柱塞连接件，所述柱塞连接件按照目的可以构造为球体，以便在支撑杆与柱塞的连接中实现尽可能大的可运动性。在此，球体可以借助于焊接工艺、特别是通过摩擦焊接或者其它的适宜的焊接工艺与杆件相连接。接着，铰接件可以通过适宜的焊接工艺、例如激光焊接与杆件相连接。然而，装配顺序也可以相反。铰接件也可以通过球连接形成。杆件可以由实心材料构造或者构造为空心的轴套或者管。为此也可以使用标准化的管或者圆钢。杆件的横截面同样可以与如在简单的圆形材料中存在的圆形不同，并且所述杆件可以具有多边形的形状或者其它轮廓，这些轮廓具有有利地在弯曲刚度方面优化的面积矩。按照另一种实施例，支撑杆也可以是两件式的并且包括铰接件和球杆，其中，球体可以构造为柱塞连接件并且杆件可以构造为单个的车削件。
在与组合式的支撑杆的连接中可以使用无挡圈的支撑柱塞，从而支撑杆组件可以具有两件式的柱塞。
因此，支撑杆的构件(柱塞连接件、铰接件、杆件)以及支撑柱塞的构件(球型座和柱塞)可以有利地构造为车削件或者标准件，从而可以成本低廉地制造整个组件。
摩擦焊接工艺、特别是对于具有高件数的批量过程来说是成本低廉的接合工艺。因此，可以在自动化的批量装配过程中特别好地制造连杆的柱塞。
通过结构设计上无挡圈的实施方式可以省去“***挡圈”的装配步骤和挡圈构件。在支撑柱塞的几何形状中，底切部同样不是必需的。因此，可以在批量生产中完整和无损害地测量支撑柱塞，由此可以确保可靠的质量保证。
通过使用具有较高的面积矩的杆轮廓，可以在弯曲刚度方面更稳固地并且总体更轻地构造支撑杆。因为重量下降了,这对内燃机中振动质量产生积极的影响。
有利的是，在液压介质的传递力最大时，两件式的柱塞与支撑杆可以过程可靠地连接、例如通过激光焊接连接，因为对柱塞面的压力完全转化成沿杆件方向的线性力。
由套筒式柱塞和顶盖组成的两件式的柱塞能使用具有低弹性的密封圈，例如金属圈或者由高温稳定的热塑性塑料如聚醚醚酮(PEEK)制成的圈，从而可以提高柱塞密封性。
作为柱塞连接件的球体例如可以由淬火钢制成，杆件可以由调质钢制成并与淬火的球体焊接。在此，有利地可以在焊接时保护球体的淬火区域免受焊接中高温导致的回火，其方式为，例如选择性地冷却所述区域。
铰接件可以构造为具有压入的、例如由青铜制成的轴套。在另一个实施例中，青铜轴套也可以直接与杆件相连接。
按照一种有利的设计方案，支撑杆可以构造为组合式的支撑杆。支撑杆可以以这种方式有利地由简单的构件模块化地组装而成，而不是在耗费的过程中制造为车削件/铣削件。可以以有利的方式针对构件、即铰接件、杆件和柱塞连接件设置适宜的材料，接着可以通过不同的适宜的连接过程以低耗费连接这些构件。
按照一种有利的设计方案，支撑杆可以包括杆件，在所述杆件的一个端部上设置铰接件并且在所述杆件的另一个端部上设置柱塞连接件，其中，杆件可以与铰接件和/或柱塞连接件借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺互相连接。可以有利地使用摩擦焊接工艺，以便连接由不同材料制成的构件。摩擦焊接是成本低廉的接合工艺，这种接合工艺适合用于连接具有不同的几何形状的构件。
按照一种有利的设计方案，柱塞连接件可以构造为球体。球体确保在接合柱塞时的高的几何自由度。由此，在之后的运行中可以以适宜的方式补偿制造公差。特别是，球体可以完全或者至少部分地在有利于避免可能的磨损的位置淬火。
按照一种有利的设计方案，铰接件可以构造为球体。作为铰接件的球体是在支撑杆与偏心轮杠杆之间的适宜的并且成本低廉的连接部件。以这种方式也可以在偏心轮杠杆运动中时确保高的几何自由度。可以有利地补偿制造公差。
铰接件以及柱塞连接件可以有利地构造为球体，所述球体与杆件的两个端部例如通过摩擦焊接工艺相连接。所述实施方案特别是能够有利地呈现与一件式的偏心轮杠杆的连接，以金属射出成型工艺(metal injection molding＝MIM)或者精铸工艺制造所述偏心轮杠杆。
按照一种有利的设计方案，铰接件可以构造为套筒，所述套筒的纵轴线构造为垂直于杆件的纵轴线。在此，铰接件特别是可以包括压入的轴套。通过铰接件的这样的实施方式，在支撑杆与偏心轮杠杆之间的连接可以以适宜的方式构造为低摩擦的并且因此保证连杆的持续运行。套筒特别是可以由青铜制成和/或具有滑动涂层。
按照一种有利的设计方案，杆件可以构造为管。管是成本非常低廉的构件，因为其可作为标准件提供。此外，与由实心材料制成的构件相比，管作为杆件在弯曲刚度高的同时还具有更有利的重量。
按照一种有利的设计方案，杆件的横截面可以构造为多边形的。以这种方式，杆件能够以有利的方式呈现为具有在弯曲刚度方面有利地构造的面积矩。可以根据强度要求适当地选择多边形的形状。不同的几何形状同样可作为标准件提供。
按照一种有利的设计方案，可以利用挡圈防止柱塞连接件从柱塞中滑出。以这种方式能够建立在柱塞连接件与柱塞之间的安全的连接，所述连接方式在持续运行中同样可以保证安全的连接。
按照一种有利的设计方案，柱塞可以具有底切部，由此防止柱塞连接件滑出。在此，柱塞连接件可以利用顶盖在柱塞中固定。这样的备选实施方案省下挡圈。此外，柱塞的这样的实施方式可以保证在柱塞与支撑杆之间的持续的连接，所述连接方式也避免挡圈的通常可能的磨损以及可能的连接失效。
按照一种有利的设计方案，顶盖可以通过焊接或者卷边或者压入与柱塞相连接。因此，顶盖可以以相对简单而同时可靠的方式与柱塞相连接并且以这种方式保证在柱塞与支撑杆之间的可靠且持续的连接。
按照一种有利的设计方案，杆件与铰接件可以构造为一体式的。这样的支撑杆是具有直接一体成型的铰接件的有利的备选方案。在此，铰接件特别是可以构造为球体，从而可以为此使用球杆。
根据本发明的另一个方面，提出一种用于制造连杆的方法，至少包括以下步骤：-以铰接件、杆件以及柱塞连接件制造支撑杆,-至少将铰接件或者至少将柱塞连接件安装在带有柱塞连接件或者铰接件的杆件的至少一个端部上，并且-以此建立固定的连接。支撑杆可以以这种方式构造为组合式的支撑杆。因此，支撑杆可以有利地由简单的构件模块化地组装而成，而不是在耗费的过程中制造为车削/铣削件。可以以有利的方式针对构件、即铰接件、杆件和柱塞连接件选择适宜的材料，接着可以通过不同的适宜的连接过程以低耗费连接这些构件。
支撑杆的构件(柱塞连接件、铰接件、杆件)以及支撑柱塞(球型座和柱塞)可以有利地构造为车削件或者标准件，从而可以成本低廉地制造整个组件。
按照一种有利的设计方案，可以借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺将支撑杆至少与铰接件和/或至少与柱塞连接件相连接。摩擦焊接工艺、特别是对于具有高件数的批量过程来说是成本低廉的接合工艺。因此，可以在自动化的批量装配过程中特别好地制造连杆的柱塞。
按照一种有利的设计方案，杆件与铰接件或者柱塞连接件可以制成为一件式的和/或柱塞连接件或者铰接件作为单独的构件与杆件相连接。以这种方式能够适宜地简化支撑杆的装配过程，并且至少部分组合式的支撑杆的优点仍然是有利的。在优化过程中，可以适宜地选择具有希望的特性的单独的构件。
按照一种有利的设计方案，在完成杆件之前可以将柱塞推到杆件上并且利用杆件将柱塞连接件与推上的柱塞相连接。之后可以将柱塞利用顶盖封闭、例如与顶盖焊接。以这种方式可以在简单的制造过程中将杆件与柱塞相连接。通过柱塞连接件与柱塞的随后的连接同样可以实现用于支撑杆的安全的并且持续的连接。以这种方式能够省下柱塞中单独的挡圈。
根据本发明的另一个方面，提出具有至少一个连杆的内燃机。在此可能的是，使用如前文所述的连杆，所述连杆具有多件式的并且由此更有利的、更轻的、更稳固的并且针对批量过程优化的支撑杆或者支撑杆-柱塞组件。由此可以在内燃机中实现有利的燃烧过程并进而实现更低的燃料消耗。
附图说明
其它优点从以下附图说明中得出。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书以组合的方式包含多个特征。本领域技术人员也以符合目的的方式单独考虑各特征并且将这些特征组合成其它合理的组合。
图中示例性地：
图1示出按照本发明的连杆的第一实施例的前视图；
图2示出具有画出的剖面A-A的、按照图1的连杆的侧视图；
图3示出沿着按照图2的沿剖面A-A的连杆的剖面；
图4示出按照图3的连杆的放大的局部Z；
图5在纵剖面图中示出按照图1的连杆的支撑杆；
图6在纵剖面图中示出具有相连接的柱塞的第二实施例的支撑杆；
图7在纵剖面图中示出具有相连接的柱塞的第三实施例的支撑杆；
图8在纵剖面图中示出具有相连接的柱塞的第四实施例的支撑杆；
图9在等轴视图中示出另一实施例的支撑杆；以及
图10在纵剖面图中示出按照图9的支撑杆。
具体实施方式
在附图中用相同的附图标记表示相同的或者同类的组件。附图仅示出示例并且不作限制性的理解。
图1至图4在示意性的视图中示出按照本发明的用于具有可变压缩比的内燃机的连杆1，该连杆具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置2，所述有效的连杆长度定义为从偏心轮4的孔的中轴线到连杆大端轴承孔12的中轴线的间距。连杆1可以占据两个状态，即用于高压缩比εhigh的状态和用于低压缩比εlow的状态。
连杆1包括用于将连杆1接合到内燃机的曲轴上的连杆大端轴承孔12、用于将连杆1接合到内燃机的气缸活塞上的连杆小端轴承孔13、用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置2。
偏心轮调节装置2具有与一件式的或者多件式的偏心轮杠杆3配合作用的偏心轮4，在运行中在所述偏心轮中容纳有气缸活塞的未示出的活塞销。可借助于转换阀5调节偏心轮调节装置2的调节行程。
通过内燃机的惯性力(在低压缩比εlow时)和燃气加载力(在高压缩比εhigh时)的作用可以引起可调节的偏心轮调节装置2的扭转，所述惯性力和燃气加载力在内燃机的工作周期中作用到偏心轮调节装置2上。在工作周期期间，作用到偏心轮调节装置2上的力的作用方向持续改变。通过一个或者多个利用液压流体、特别是机油加载的、在连杆1中集成的柱塞6、7支持旋转运动或者调节运动，或者柱塞6、7基于作用到偏心轮调节装置2上的力的力作用方向变化而防止偏心轮调节装置2的复位。
柱塞6、7分别在连杆1的液压缸的缸膛8、9可移动地引导并且与支撑杆10、11相连接，所述支撑杆本身与偏心轮杠杆3铰接地连接。
连杆1具有用于将连杆1接合到内燃机的曲轴上的连杆大端轴承孔12以及用于将连杆1接合到内燃机的气缸活塞上的连杆小端轴承孔13。
柱塞6、7可移动地设置在由缸膛8、9形成的液压室14、15中并且通过进口16、17从连杆大端轴承孔12中经由止回阀18、19以液压流体、例如机油加载。在此，所述止回阀防止液压流体从液压室14、15回流到进口16、17中，然而能实现将液压流体重复抽吸到液压室14、15中。
此外，液压室14、15通过未示出的出口与转换阀5相连接，所述转换阀可以构造为液压阀或者机械阀并且通过排流管22与连杆大端轴承孔12相连接。
如从图3中可见，连杆1具有连杆主体20以及紧固在所述连杆主体上的连杆顶盖21。
在连杆大端轴承孔12的周面上，在连杆主体20的区域中设置有槽23，进口16、17以及排流管22通入到所述槽中。通过将槽23仅设置在连杆大端轴承孔12的部分周面上的方式，也尽可能少地损害在连杆大端轴承孔12中的轴承的承载能力。
仅示例性地示出所述的连杆1的结构并且按照本发明的偏心轮杠杆的连接方式也可以在具有偏心轮调节装置的连杆的其它实施变型方案中得到应用。因此，例如可以将转换阀5设置在连杆顶盖21的区域中。此外，所述的止回阀18、19可以集成地设置在转换阀5中。液压室14、15的液压的供给也可以与所述的实施方式不同。
在图4中放大地示出了具有优化的、在图5中单个示出的在连杆1的气力侧(GKS)上的支撑杆10的连杆1的第一实施例。借助于该GKS支撑杆10示例性地说明本发明。在此，连杆1处于用于高压缩比εhigh的状态中。所述实施方式不局限于GKS支撑杆10，而是原则上可以以相同的方式设计两个支撑杆10、11。
支撑杆10构造为多件式的并且构造为组合式的支撑杆。支撑杆10具有如下构件：铰接件24、杆件25以及柱塞连接件26。杆件25在一个端部上与铰接件24连接并且在另一个端部上与柱塞连接件26连接。至少两个所述构件借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺互相连接。柱塞连接件26构造为球体。
铰接件24构造为套筒，所述套筒的纵轴线构造为垂直于杆件25的纵轴线。在此，铰接件24特别是可以包括压入的轴套。
如在图4中可看出，杆件25构成为管。备选地，也可以为了在弯曲刚度方面优化的面积矩而使用具有多边形的横截面的或者其它轮廓的杆件。备选地，杆件25可以由实心材料制成。
构造为球体的柱塞连接件26***到柱塞中。在此，通过挡圈27防止支撑杆10从容纳部33中滑出，所述挡圈通过设置在柱塞6中的切口33处的底切部34保持。挡圈27也可以部分地在其周面上构造为敞开的或者开有槽缝的。挡圈27可以以符合目的的方式作为有弹性的环向径向外部支撑在柱塞6的切口33上。
因此，用于制造连杆1的方法至少包括以下步骤，
-以铰接件24、杆件25以及柱塞连接件26制造支撑杆10、11,
-至少将铰接件24或者至少将柱塞连接件26安装到带有柱塞连接件26或者铰接件24的杆件25的至少一个端部上并且
-以此建立固定的连接。
在此，支撑杆10、11借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺与铰接件24和/或柱塞连接件26相连接。
备选地，杆件25也可以与铰接件24或者柱塞连接件26制成为一件式的和/或柱塞连接件26或者铰接件24作为单独的构件与杆件25相连接。
在图6至图8中示出三个无挡圈的支撑杆组件。
图6示出具有压入的球型座28的支撑杆10的另一种实施方案。球型座28构造在顶盖29中，所述顶盖压入到柱塞6中。在此，首先将球体26焊接到杆件25上。将该组件推到柱塞6中，所述柱塞在此构造为套筒式柱塞。柱塞6具有底切部32，由此防止柱塞连接件26滑出。柱塞连接件26利用顶盖29在柱塞6中固定。
在完成杆件25之前将柱塞6推到杆件25上并且利用杆件25将柱塞连接件26与推上的柱塞6相连接。
在图6示出的实施方案中，带有球型座28的顶盖29被压入到柱塞6中。以这种方式可以在柱塞6与顶盖29之间建立固定的连接，在持续运行中同样可靠地保持所述连接。最后焊接铰接件24。
与按照图6的实施方式不同，按照图7的另一种实施方案示出被卷边的柱塞6，在所述柱塞中，顶盖29通过柱塞6或者套筒式柱塞的卷边30紧固。
按照图8的实施方案规定，将顶盖29压入到套筒式柱塞中并且紧接着利用环绕的焊缝31焊接在套筒式柱塞上。
此外，在图9和图10中示出的实施方案中，支撑杆10具有球体以作为铰接件24以及柱塞连接件26，所述球体与杆件25的相应的端部相连接。该变型方案可以特别好地实现与以MIM方法或者精铸工艺制造的一件式的偏心轮杠杆3的连接。有利地，可以将标准元件、如淬火的球体用于铰接件24和柱塞连接件26并且将杆或者管用于杆件25。

Claims (17)

1.用于具有可变压缩比的内燃机的连杆(1)，所述连杆包括:
用于将连杆(1)接合到内燃机的曲轴上的连杆大端轴承孔(12)；用于将连杆(1)接合到内燃机的气缸活塞上的连杆小端轴承孔(13)；
用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置(2)；
其中，偏心轮调节装置(2)具有与偏心轮杠杆(3)配合作用的并不可转动地相连接的偏心轮(4)，在所述偏心轮中能容纳气缸活塞的活塞销，其中，偏心轮调节装置(2)还具有两个各带一个柱塞(6、7)的液压室(14、15)，所述柱塞在缸膛(8、9)中可移动地引导并与支撑杆(10、11)相连接，所述支撑杆在另一端上与偏心轮杠杆(3)相连接，
其中，支撑杆(10)构造为多件式的。
2.根据权利要求1所述的连杆，其中，支撑杆(10)构造为组合式的支撑杆。
3.根据权利要求1或2所述的连杆，其中，支撑杆(10)包括杆件(25)，在所述杆件的一端上设置有铰接件(24)并在所述杆件的另一端上设置有柱塞连接件(26)，其中，杆件(25)借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺与铰接件(24)和/或柱塞连接件(26)相连接。
4.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，柱塞连接件(26)构造为球体。
5.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，铰接件(24)构造为球体。
6.根据权利要求1至4之一所述的连杆，其中，铰接件(24)构造为套筒，所述套筒的纵轴线构造为垂直于杆件(25)的纵轴线，其中，铰接件(24)特别是包括压入的轴套。
7.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，杆件(25)构造为管。
8.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，杆件(25)的横截面构造为多边形的。
9.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，利用挡圈(27)防止柱塞连接件(26)从柱塞(6、7)中滑出。
10.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，柱塞(6、7)具有底切部(32)，由此防止柱塞连接件(26)滑出，并且，利用顶盖(29)将柱塞连接件(26)固定在柱塞(6、7)中。
11.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，顶盖(29)通过焊接或者卷边或者压入与柱塞(6、7)相连接。
12.根据上述权利要求之一所述的连杆，其中，杆件(25)与铰接件(24)构造为一件式的。
13.用于制造根据上述权利要求之一所述的连杆(1)的方法，所述方法至少包括以下步骤，
-以铰接件(24)、杆件(25)以及柱塞连接件(26)制造支撑杆(10、11)，
-至少将铰接件(24)或者至少将柱塞连接件(26)安装到带有柱塞连接件(26)或者铰接件(24)的杆件(25)的至少一个端部上并且
-以此建立固定的连接。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，支撑杆(10、11)借助于焊接工艺、特别是摩擦焊接工艺至少与铰接件(24)和/或至少与柱塞连接件(26)相连接。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，杆件(25)与铰接件(24)或者柱塞连接件(26)制成为一体式的和/或柱塞连接件(26)或者铰接件(24)作为单独的构件与杆件(25)相连接。
16.根据权利要求13至15之一所述的方法，其中，在完成杆件(25)之前将柱塞(6、7)推到杆件(25)上并且利用杆件(25)将柱塞连接件(26)与推上的柱塞(6、7)连接。
17.具有可调节的压缩比的内燃机，其具有至少一个根据权利要求1至12之一所述的连杆(1)。
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