CN102947619A - 内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机，其包括多个子单元，所述子单元分别具有彼此平行设置的曲轴部件，在所述曲轴部件上分别至少一个活塞借助于一连杆接收在所述曲轴部件的曲柄上，其中，第一子单元在内燃机运行期间永久运行并且至少一个第二子单元能够关停。为了使子单元的曲轴部件无间隙地彼此耦合并且能够在放弃设置在曲轴部件之间的离合器的情况下实施耦合，所述曲轴部件借助于一第一连接杆和一借助于铰接杠杆围绕其旋转轴线以预给定的角度相对于第一连接杆错位设置的第二连接杆相互强制耦合并且所述子单元能够通过曲柄销的移位相对于配置给该曲柄销的曲轴部件的旋转轴线同轴地相互旋转解耦，所述第二连接杆分别可扭转地接收在所述曲轴部件的曲柄销上。

Description

内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机，其包括多个子单元，所述子单元分别具有彼此平行设置的曲轴部件，在所述曲轴部件上分别至少一个活塞借助于一连杆接收在所述曲轴部件的曲柄上，其中，第一子单元在内燃机运行期间永久运行并且至少一个第二子单元能够关停。

背景技术

内燃机通过燃烧燃料中存储的能量将化学能变换成动能，其方式是在一个活塞式内燃机中借助连杆接收在曲轴上的活塞将根据两冲程或四冲程原理在曲轴转动的情况下在缸中进行上升及下降运动。尤其在机动车中，内燃机具有一个宽的功率范围，以便能覆盖如在城市、郊区及高速公路上行驶的不同工作方式的功率要求。在此情况下大多数内燃机对于中等的功率要求有功率余量及因此在变差的效率下工作，这就导致了增高的燃料需求。为了改善部分负载范围中的效率，有人提出关断内燃机的一个缸，这就是说不进行燃烧，其方式是对该缸不进行燃料的输入及打开用于控制气体交换的阀。在这类实施形式中，被关断缸的连杆及活塞必需在相应的能量消耗的情况下继续运行，因此这种内燃机的效率还可改善。

为了进一步提高效率，由DE 3145381A1公知了一种活塞式内燃机，它被分成两个子单元，每个子单元包含内燃机的一部分工作缸，这些工作缸的连杆及活塞与一个曲轴部件连接。这两个子单元的曲轴部件可借助一个离合器相互耦合，以致在全负载及离合器闭合的情况下两个子单元相组合而在部分负载的范围中通过离合器的打开解耦。该解耦借助可解耦的子单元的轴向移动来实现，其中，它的曲轴部件及曲轴的曲颈上的连杆必需支承在轴向动轴承上。在此情况下必需考虑曲轴相对内燃机壳体及该曲轴上的连杆相对在壳体中运行的活塞的精确定位。内燃机的两个子单元的闭合及关断借助一个用于轴向移动的装置来实现，该装置在全负载的情况下必需用附加的能量来驱动，这也使内燃机的效率变差。

此外，由未公开的号码为102010012279.3的德国专利申请公开了一种内燃机，其中，两个子单元构造有曲轴部件，所述曲轴部件能够借助于直线导向装置形状锁合地相互连接。子单元的彼此间解耦由在两个子单元的全负荷运行状态通过需关停的子单元的曲轴部件的径向移位进行，具有曲轴部件的轴向布置和直线导向装置的通过相对于共同的旋转轴线以预给定的行程径向移位的形状锁合。一个曲轴部件相对于另一曲轴部件的移位在一个位置上进行，在该位置中，直线导向装置的形状锁合移位到剩下的被驱动子单元的旋转轴线中，从而使得直线导向装置相对于该旋转轴线的行程为零并且通过该直线导向装置不传递扭矩，因此使得径向移位的子单元关停。该运动学原理不能应用于具有彼此平行设置的曲轴部件的内燃机。

发明内容

本发明的任务在于，建议一种包括多个子单元的内燃机，所述子单元具有平行设置的曲轴部件，在该内燃机中，在放弃使用摩擦离合器的情况下实现两个曲轴部件之间的连接，所述曲轴部件允许至少一个子单元关停。

该任务通过一种内燃机解决，其包括多个子单元，所述子单元分别具有彼此平行设置的曲轴部件，在所述曲轴部件上分别至少一个活塞借助于一连杆接收在所述曲轴部件的曲柄上，其中，第一子单元在内燃机运行期间永久运行并且至少一个第二子单元能够关停，所述曲轴部件借助于一第一连接杆和一借助于铰接杠杆围绕其旋转轴线以预给定的角度相对于第一连接杆错位设置的第二连接杆相互强制耦合并且所述子单元能够通过曲柄销的相对于配置给该曲柄销的曲轴部件的旋转轴线的同轴移位相互旋转解耦，所述第二连接杆可扭转地接收在所述曲轴部件的相应一个曲柄销上。

在曲轴部件方面平行设置的子单元可具有串联或V形的缸布置。在V形的缸布置的情况下，两个连杆设置在曲轴部件的曲柄上。内燃机可按照柴油或奥托原理工作并且具有借助于凸轮轴控制或单个地控制的用于气体交换的阀。每个子单元都可以设置二至六个缸。

通过借助于两个连接杆将曲轴部件耦合，例如与使用齿轮或链条相比实现了曲轴部件之间的特别小的圆周间隙。为了在相对于旋转轴线成直线设置的曲柄销的情况下在仅仅一个设置在曲轴部件之间的连接杆的情况下避免死点和相对于旋转方向不确定的位置，第二连接杆相对于曲轴部件的旋转轴线以角度错位的方式设置，所述旋转轴线在第一连接杆的所述位置的情况下使旋转方向和扭矩传递继续。在此，所述角度错位大于0°。然而由于有利的力杠杆已被证实有利的是，连接杆在圆周方向上围绕旋转轴线以90°错位。在此，第二连接杆的铰接杠杆一方面作用在曲轴部件的曲柄销上并且另一方面分别可扭转地作用在连接杆的一个端部上。铰接杠杆的长度在此确定两个连接杆彼此间的角度错位。

为了使一个子单元解耦或关停，在此将曲轴部件的可移位的曲柄销置于其旋转位置的同轴位置中，从而使得曲柄销不实施连接杆的旋转运动并且从而使得两个通过连接杆强制耦合的子单元彼此解耦。因此可以使得一个子单元继续运行，而另一个子单元关停。为了避免连接杆的传动失真，所述连接杆在曲柄销移位期间在恒定的有效距离上被导向。这意味着，所述曲柄销的移位在围绕另一曲轴部件的旋转轴线延伸的圆形轨道上进行。也就是说，设置在一个曲轴部件上的可移位的曲柄销不是线性地从其与另一曲轴部件的曲柄销在两个子单元运行期间的行程相应的行程位置移位到曲轴部件的旋转轴线的位置中，而是在一围绕所述另一曲轴部件的旋转轴线的圆形轨道上移位。通过这种方式保持获得曲柄销移位期间的有效轴距并且可以在内燃机运行的情况下连续地进行一个子单元的关停。

根据本发明的构思，所述可移动的曲柄销的移位借助于一直线导向装置进行，在所述直线导向装置的情况下，一导向部件固定地接收在曲轴部件上并且一包含该曲柄销的滑移件可直线移位地接收在所述导向部件中。为了在解耦的子单元耦合时利用科里奥利力，所述滑移件在子单元关停时可以具有在其曲轴部件的旋转轴线外部的重心。为此，滑移件在与所述曲柄销相反对置的端部上具有附加质量。在曲柄销从旋转轴线的位置返回到间隔距离的位置中时，在此该滑移件的处于径向外部的附加质量由于直线导向装置的引入的旋转运动进行急转意义上的旋转加速，从而利用曲柄销移位的由于质量部件的减小的半径形成的力矩并且降低移位力例如执行机构力。

曲柄销在直线导向装置中的移位沿着一个圆形轨道进行。为此，曲柄销的移位借助于一个可扭转地接收在一铰接杠杆与所述第二连接杆之间的铰链上的摆动杠杆进行。铰链通过摆动杠杆的圆弧形铰接引起围绕一沿着该圆形轨道移位的旋转点旋转的铰链的相应定向。通过所述铰链在围绕另一曲轴部件的旋转轴线的圆形轨道上的定向，通过两个连接杆、铰接杠杆和曲柄销的在其他情况下固定的运动学情况，可移位的曲柄销通过滑移件在导向部件中的移位而移位。

有利的是，所述曲柄销的移位借助于一执行机构、例如电动或液压执行机构进行。在此摆动杠杆为了实施沿着运行轨道的旋转运动在一导向滑槽中被导向。所述导向滑槽可集成在壳体中或者固定在该壳体上。替代地，也可以将一枢轴承集成在壳体中或固定在该壳体上，所述枢轴承相对于具有不可移位的曲柄销的曲轴部件的旋转轴线同轴地设置。摆动臂可扭转地设置在该枢轴承上并且由所述执行机构在与预给定的圆形轨道上驱动。

为了在一个子单元关停期间避免连接杆运动，已被证实有利的是，将可移位的曲柄销配置给所述第一子单元，因为可移位的曲柄销在该情况下配置给被永久驱动的子单元并且为了关停另外的子单元而相对于其曲轴部件的旋转轴线同轴地移位，所以不再有力矩被传递到连接杆上并且该连接杆同样静止。如果在一个对此替代的实施例中应避免连接杆的质量的加速，其可以在一个或一些子单元关停的情况下被永久地驱动。为此将可移位的曲柄销设置在可关停的子单元上，从而在该曲柄销同轴定向时在该位置处禁止扭矩向可关停的子单元的曲轴部件的旋转轴的传递，而连接杆通过永久运行的曲轴部件的曲柄销保持被驱动。

可以理解的是，前面描述的一个或多个子单元的关停过程以相反的方式也适用于接通过程，其方式是，可移位的曲柄销从其相对于配属的曲轴部件的旋转轴线同轴的位置根据另外的、固定地设置在其曲轴部件上的曲柄销的行程移位到行程位置中。

连接杆可以一件式构成，其方式是，其孔眼设置在一个轴向分离（或者说被划分）的曲轴部件上或至少轴向分离的曲柄销上。替代地，也可以设置分离的连接杆，其在一个或两个孔眼上分离、例如裂开，从而可装配在一件式的曲轴部件或其曲柄销上。

对于大多数应用情况来说，具有两个子单元的内燃机就足够，其中，一个子单元具有可移位的曲柄销，从而使得一个子单元可以在能量节省模式中关停。特别是在具有四个缸的实施例中有利的是，设置多个子单元，其中，一个或多个子单元可关停或者一个或多个子单元永久地运行。例如，三个子单元之一可以永久运行，其中，其具有可移位的曲柄销，在所述曲柄销上分别可扭转地接收一个用于与其间隔距离地设置的子单元。此外，可根据德国专利申请102010012279.3地，一个或多个子单元可具有分离式曲轴部件，其中，一个相应的下部件可相对于一个与连接杆连接的剩余部分径向移位。

附图说明

借助图1和2中所示的实施例来详细地描述本发明。附图中：

图1：是示意性示出的内燃机的斜视图，具有彼此平行设置的子单元，

图2：是图1中内燃机的俯视图。

具体实施方式

图1和2以不同的视角示出内燃机1的示意图，其具有两个子单元2，3。所述子单元2、3被接收在一个公共的壳体4中并且具有彼此平行设置的、有曲柄的曲轴部件5、6，分别两个活塞8借助于连杆7设置在所述曲轴部件上以形成四缸活塞式发动机。

两个曲轴部件5、6借助于耦合装置9强制耦合。为此，耦合装置9具有两个连接杆10、11，其中，连接杆10直接可扭转地设置在分别设置在曲轴部件5、6上的曲柄销14、15上。第二连接杆11借助于铰接杠杆16、17与所述曲柄销14、15铰接地连接。通过铰接杠杆16、17的长度使得连接杆10、11关于曲轴部件5、6的旋转轴线12、13在圆周方向上错位，从而使得所述曲轴部件5、6之间的扭矩传递无死点并且相对于旋转方向是单义的。

为了能够使所述子单元2、3彼此解耦，将配置给曲轴部件5的曲柄销14相对于旋转轴线12可移位地设置。为此设置直线导向装置18，其具有与曲轴部件5固定连接的导向部件19和可相对于该导向部件沿着燕尾形导向装置20直线移位的、接收所述曲柄销14的滑移件21。在此，图1的视图示出子单元3与子单元2解耦的状态。在此，所述曲柄销14相对于所述曲轴部件5的旋转轴线12同轴地设置，从而在所述曲轴部件5扭转时通过所述曲柄销14不会将力矩传递到耦合装置9上，由此使得子单元3与子单元2解耦。因此，两个子单元2、3可以彼此无关地运行，这意味着，这两个子单元2、3之一可以在内燃机1的经济工况中关停。剩下的剩余力矩在此通过永久运行的子单元的曲轴部件传递到变速器上。在所示的实施例中，所述子单元2、3中的每一个都可以是永久运行的子单元。如果例如子单元2被永久驱动并且子单元3关停，则耦合装置9同样停止运转，因为曲柄销14相对于曲轴部件5的旋转轴线12同轴地旋转并且不将力矩传递到耦合装置9上。相反，如果子单元3是被永久驱动的子单元，则由于曲柄销15相对于旋转轴线13的径向间隔，在子单元2停止运转时有扭矩由曲轴部件6传递到耦合装置9上，但是所述耦合装置由于可径向移位的曲柄销相对于旋转轴线12的同轴布置而不将转矩传递到曲轴部件5上。

如果例如在内燃机1的全负荷运行中又应将两个子单元2、3彼此连接，则曲柄销14借助于直线导向装置18径向这样程度地移位，直到两个曲柄销14、15之间相对于配属的旋转轴线12、13的行程相同为止。

曲柄销14的移位通过滑移件21在导向部件19中的移位进行，其中，在滑移件21上与曲柄销14相反对置设置的附加质量22在利用科里奥利力的情况下在滑移件开始扭转时实施旋转运动并且由此加速或支持所述子单元2、3的耦合。在曲柄销14与旋转轴线12之间的距离最大的状态下，通过该曲柄销的位置来补偿所述附加质量的不平衡。

曲柄销14的移位通过摆动杠杆23的运动导入和实施。摆动杠杆23借助于铰接杠杆24可扭转地设置在铰接杠杆16与连接杆11之间的铰链25上，从而使得该摆动杠杆位置固定地被接收并且尽管如此仍可以通过铰链25和铰接杠杆16使曲柄销14移位。

为了避免耦合装置9的传动失真，曲柄销14借助于摆动杠杆23的加载在圆形轨道26上进行，所述圆形轨道以预给定的半径围绕旋转轴线13设置。所述圆形轨道26负责在曲柄销14移位期间保持连接杆10、11的相同轴距并且由此防止耦合装置9卡死。

由未示出的执行机构使摆动杠杆23摆动。在此，摆动杠杆23可被接收在一个设置在壳体4中的导向滑槽中或者可围绕旋转轴线13扭转地设置在壳体4上。具有定心销28的铰接杠杆27可以在壳体中定心以使得耦合装置9稳定并且可扭转地与铰接杠杆27与连接杆11之间的铰链29连接。

附图标记清表

1    内燃机

2    子单元

3    子单元

4    壳体

5    曲轴部件

6    曲轴部件

7    连杆

8     活塞

9     耦合装置

10    连接杆

11    连接杆

12    旋转轴线

13    旋转轴线

14    曲柄销

15    曲柄销

16    铰接杠杆

17    铰接杠杆

18    直线导向装置

19    导向部件

20    燕尾形导向装置

21    滑移件

22    附加质量

23    摆动杠杆

24    铰接杠杆

25    铰链

26    圆形轨道

27    铰接杠杆

28    定心销

29    铰链

Claims (10)

1.一种内燃机（1），其包括多个子单元（2，3），所述子单元分别具有彼此平行设置的曲轴部件（5，6），在所述曲轴部件上分别至少一个活塞（8）借助于一连杆（7）接收在所述曲轴部件（5，6）的曲柄上，其中，第一子单元（2，3）在内燃机（1）运行期间永久运行并且至少一个第二子单元（3，2）能够关停，其特征在于，所述曲轴部件（5，6）借助于一第一连接杆（10）和一借助于铰接杠杆（16，17）围绕其旋转轴线（12，13）以预给定的角度相对于第一连接杆错位设置的第二连接杆（11）相互强制耦合并且所述子单元（2，3）能够通过曲柄销（14）的相对于配置给该曲柄销（14）的曲轴部件（5）的旋转轴线（12）的同轴移位相互旋转解耦，所述第二连接杆可扭转地接收在所述曲轴部件（5，6）的相应一个曲柄销（14，15）上。

2.根据权利要求1的内燃机（1），其特征在于，所述曲柄销（14）的移位在围绕另一曲轴部件（6）的旋转轴线（13）延伸的圆形轨道（26）上进行。

3.根据权利要求2的内燃机（1），其特征在于，所述曲柄销（14）的移位借助于一可扭转地接收在一铰接杠杆（16）与所述第二连接杆（11）之间的铰链（25）上的摆动杠杆（23）进行。

4.根据权利要求1至3中任一项的内燃机（1），其特征在于，所述曲柄销（14）的移位借助于一执行机构进行。

5.根据权利要求1至4中任一项的内燃机（1），其特征在于，为了实施所述摆动杠杆（23）沿着所述圆形轨道（26）的旋转运动，设置一导向滑槽。

6.根据权利要求1至4中任一项的内燃机（1），其特征在于，所述曲柄销（14）围绕一相对于旋转轴线（13）同轴设置的枢轴承摆动。

7.根据权利要求1至6中任一项的内燃机（1），其特征在于，可移位的曲柄销（14）配置给所述第一子单元（2）。

8.根据权利要求1至7中任一项的内燃机（1），其特征在于，所述连接杆（10，11）相对于所述曲轴部件（5，6）的旋转轴线（12，13）在圆周方向上以基本上90°的角度相互错位。

9.根据权利要求1至8中任一项的内燃机（1），其特征在于，可移位的曲柄销（14）设置在一直线导向装置（18）的一相对于与所述曲轴部件（5）固定地接收的导向部件（19）移位的滑移件（21）上。

10.根据权利要求9的内燃机（1），其特征在于，所述滑移件（21）在与所述曲柄销（14）相反对置的端部上具有附加质量（22）。

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