CN106062338A - 用于多连杆曲柄机构的耦联元件以及多连杆曲柄机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机(1)的多连杆曲柄机构(8)的耦联元件(9)，具有耦联杆(26)和支承盖(27)，所述耦联杆(26)包括用于曲柄机构(8)的活塞连杆(10)的第一孔眼(19)、用于曲柄机构(8)的铰接杆(12)的第二孔眼(20)并且与支承盖(27)一起形成用于曲轴(2)的连杆轴颈(6)的第三孔眼(21)，耦联杆(26)和支承盖(27)在第三孔眼(21)的外周上在通过第三孔眼(21)的中心(36)延伸的分隔平面(T)中彼此对接并且通过两个螺栓(28、29)相互螺纹连接。根据本发明提出：所述两个螺栓(28、29)具有平行的纵向中轴线(32、33)，分隔平面(T)关于穿过孔眼(36)的中心延伸并且相对于所述两个螺栓(28、29)的纵向中轴线(32、33)垂直的平面(E)以一锐角(α)倾斜。

Description

用于多连杆曲柄机构的耦联元件以及多连杆曲柄机构

技术领域

本发明涉及用于内燃机的多连杆曲柄机构的耦联元件，具有耦联杆和支承盖，所述耦联杆包括用于曲柄机构的活塞连杆的第一孔眼、用于曲柄机构的铰接杆的第二孔眼并且与支承盖一起形成用于曲轴的连杆轴颈的第三孔眼，耦联杆和支承盖在第三孔眼的外周上在通过第三孔眼的中心延伸的分隔平面中彼此对接并且通过两个螺栓相互螺纹连接，所述两个螺栓具有平行的纵向中轴线。本发明此外涉及具有多个这种耦联元件的内燃机多连杆曲柄机构。

背景技术

开头提到的类型的耦联元件在内燃机的多连杆曲柄机构中是在与活塞连接的活塞连杆、曲轴的相关连杆轴颈和与偏心轴连接的相应铰接杆之间的连接元件。借助于该多连杆曲柄机构，内燃机的活塞的作功行程能够被调节，从而在内燃机的不同的作功冲程中得出活塞的不同的作功行程。在此，作功行程应理解活塞的上止点与下止点之间的距离，即活塞在作功冲程中经过的最大行程。替代地或者额外地，借助于多连杆曲柄机构也能够调节与活塞相应的气缸实现的压缩比，尤其依赖于内燃机的工况以及/或者气缸的作功冲程。

由申请人的DE 10 2011 116 609 A1已知耦联元件和多连杆曲柄机构。已知的耦联元件具有分体的第三孔眼并且由耦联杆和通过两个螺栓与该耦联杆连接的支承盖构成，耦联杆和支承盖分别形成第三孔眼的一半。耦联杆和支承盖在第三孔眼的外周上沿着两个接触线彼此对接，所述两个接触线张成经过分体第三孔眼的中心延伸的分隔平面。为了在耦联元件的质量较小的情况下负责高的强度，耦联杆和支承盖通过两个螺栓相互连接，其纵向中轴线不是彼此平行地定向而是“弯曲”地定向。

由现有技术此外已知文件EP 1 247 960 A2、EP 1 914 405 A2以及JP 2004-124775 A。

已经示出了，具有耦联元件(其中耦联杆和支承盖通过这种“弯曲的”螺栓相互连接)的多连杆曲柄机构在大批量生产中不能够以要求的螺栓成套以及监控方法实现。

因此，寻求如下的解决方案，利用其在耦联元件中，所述耦联元件的螺栓具有平行的纵向中轴线，能够实现尽管耦联元件质量较小然而同样强度较高。这尤其当第三孔眼和第一孔眼之间的间距尽可能小地保持并且因此用于布置在第一孔眼的一侧上的螺栓的螺栓孔不再如由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中那样应该在第一孔眼和第三孔眼之间延伸穿过时遇到困难。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，改善开头提到的类型的耦联元件和多连杆曲柄机构，使得能够在耦联杆和支承盖之间不设置“弯曲”的螺栓的情况下实现小质量、高强度的耦联元件。

这根据本发明通过以下方式实现：分隔平面关于穿过孔眼的中心延伸并且相对于所述两个螺栓的纵向中轴线垂直的平面以一锐角倾斜，耦联杆和支承盖的、与第三孔眼的外周紧邻的、成对对置的贴靠面在第三孔眼两侧相对于所述两个螺栓的纵向中轴线是垂直的。

如果分隔平面在第一孔眼的一侧上朝着远离第一孔眼的方向倾斜，那么通过根据本发明的特征、耦联杆能够在第一孔眼的一侧上围绕螺栓孔变厚几毫米并且由此螺栓孔能够加深或者延长几毫米。这允许，在第一孔眼的一侧上的螺栓孔不如同在由DE 10 2011116 609 A1已知的耦联元件中那样在第一孔眼和第三孔眼之间穿过，而是布置在第一孔眼“下方”，也就是说在第一孔眼和支承盖之间。由此第一孔眼和第三孔眼之间的间距又能够保持得非常小，这有助于耦联元件的质量的减少。

此外，根据本发明的优选的设计方案，与在由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中不同地，耦联元件的由第一孔眼穿过的举臂能够构造为叉形臂。通过具有两侧的叉形臂的耦联元件的实施方案，也就是不仅在具有第一孔眼的举臂的一侧上并且在具有第二孔眼的耦联臂的一侧上，实现高的复杂性和与此关联的高的处理耗费仅仅在一个构件处、即耦联杆处发生，而其它构件、即在第一孔眼处与举臂连接的活塞连杆和在第二孔眼处与耦联臂连接的铰接杆能够较简单地构造。

在构造为叉形臂的举臂中，耦联杆在第一孔眼的一侧上的螺栓孔能够适宜地构造为通孔，其通入在叉形臂的两个支臂之间并且容纳两个螺栓中的一个。在第一孔眼的一侧上的该螺栓接下来也被称作为第一螺栓，而在第二孔眼的一侧上的螺栓接下来也被称作为第二螺栓。

为了尽管分隔平面关于通过第三孔眼的中心相对于两个螺栓的纵向中轴线垂直的平面倾斜却还能在装配耦联元件时还使得耦联杆和支承盖的接合变得容易，耦联杆和支承盖在第三孔眼的两侧具有直接地邻接于第三孔眼的外周的、对置的贴靠面，其根据本发明的另外的优选的设计方案是垂直于两个螺栓的纵向中轴线的。

如在由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中那样，两个螺栓有利地不同地设计尺寸，其中，这两个螺栓不仅具有不同的直径而且也具有显著不同的长度。在此，第一螺栓适宜地是较薄的并且有利地也显著地比第二螺栓短。两个螺栓适宜地是膨胀螺栓，其也能够承受弯曲载荷。

如在由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中那样，耦联杆和支承盖在第三孔眼的周缘的两侧形状配合地彼此贴靠，在该处分别设有互补的、彼此嵌接的齿部。耦联杆和支承盖在第一孔眼的一侧的或者说围绕第一螺栓的齿部接下来称作为第一齿部，而在第二孔眼的一侧的或者说围绕第二螺栓的齿部被称作为第二齿部。

两个互补的齿部分别沿着分平面延伸，该分平面通过耦联杆的齿部的齿的齿顶限定。如在由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中那样，两个分平面交叉或者说围成不等于180度的角度。耦联杆的第一齿部的分平面接下来称作为第一分平面，而耦联杆的第二齿部的分平面接下里被称作为第二分平面。

与在由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件中不同地，两个齿部的分平面在第三孔眼的左侧和右侧也与通过孔眼的中心延伸的并且垂直于两个螺栓的纵向中轴线的平面围成不同大小的角度，从而其不是在通过第三孔眼的中心垂直于该平面的平面中相交。换言之，第一分平面和第二分平面的交点更靠近第二螺栓。

这样，在第二齿部的背对第三孔眼的端部处的、第二齿部的最后的齿可以以进一步远离耦联杆的上侧面的方式被向下设置并且由此在该区域中，弯曲横截面的高度以及由此耦联杆的弯曲强度能够被增大。这因此尤其是有利的，因为当分隔平面关于通过第三孔眼的中心垂直于两个螺栓的纵向中轴线的平面朝着第一螺栓的螺栓孔的延长部倾斜时，如之前说明的那样，在第二孔眼的一侧上的弯曲横截面的高度减小有利于第一孔眼的一侧上更高的横截面。

有利地，第一齿部的分平面和通过第三孔眼的中心垂直于两个螺栓的纵向中轴线的平面之间的第一角度比该平面与第二齿部的分平面之间的第二角度小，其中，该第一角度适宜地大约为15度并且该第二角度适宜地为大约20度。这样，能够在第二孔眼一侧上弯曲横截面的足够高度与第一孔眼一侧上螺栓孔的足够长度之间实现折衷。

第一分平面适宜地大约通过第三孔眼的中心延伸，而第二分平面适宜地相对于第三孔眼的中心具有侧向的错位并且适宜地通过第一孔眼、有利地大约通过第一孔眼的中心延伸。

如由DE 10 2011 116 609 A1已知的耦联元件那样，第一齿部的和第二齿部的齿具有齿侧面，所述齿侧面关于相应的分平面偏角不同，用以增大沿着两个齿部的接触面并且确保可装配性。

附图说明

接下来根据附图所示的实施例更详细地解释本发明，而不对本发明造成限制。在此：

图1示出具有多连杆曲柄机构的内燃机的局部的示意性的剖视图；

图2示出多连杆曲柄机构的耦联元件和活塞连杆的透视图；

图3示出具有耦联杆和盖部件的耦联元件的侧视图；

图4示出耦联杆的局部剖开的侧视图。

具体实施方式

图1所示的内燃机1为直列式内燃机、更确切地说是四冲程直列四气缸内燃机。内燃机1具有曲轴2和四个活塞3(仅仅示出一个)，这些活塞分别在气缸4中是可往复运动的。曲轴2以能够转动的方式被支承在气缸体曲轴箱5的轴承(未示出)中并且包括五个用于支承的中心的轴颈(不可见)以及四个连杆轴颈或者曲柄销6(仅仅示出一个)，连杆轴颈或者曲柄销的纵向中轴线以不同的角度定向平行于曲轴2的转动轴线延伸并且关于该转动轴线以不同的角度定向布置。内燃机1此外包括偏心轴7，其具有与曲轴2的转动轴线平行的转动轴线，偏心轴在曲轴2旁并且略微在曲轴2的下方以能够转动的方式支承在气缸体曲轴箱5中，内燃机还包括具有四个耦联元件9的多连杆曲柄机构8，这些耦联元件分别以能够转动的方式支承在曲轴2的连杆轴颈6上，其中，这些耦联元件在曲轴2的一侧上通过活塞连杆10与活塞3中的一个连接并且在曲轴2的另一侧上通过铰接杆12与偏心轴7连接。

每个耦联元件9包括较短的举臂13，其通过摆动铰接件14以能够摆动的方式与活塞连杆10中的一个的下端部连接。相应的活塞连杆10的上端部通过另外的摆动铰接件15铰接在相应的活塞3上。因此，总共四个活塞3中的每一个通过相应的活塞连杆10和相应的耦联元件9与曲轴2连接。

此外，每个耦联元件9包括较长的耦联臂16，其通过摆动铰接件17以能够摆动的方式与铰接杆12中的一个的上端部连接。相应的铰接杆12的下端部通过另外的摆动铰接件18铰接在偏心轴7上。

铰接杆12大约平行于活塞连杆10地定向并且沿着曲轴2和偏心轴7的轴向方向相应地布置在大约与相应的活塞连杆10相同的平面中。

借助于多连杆曲柄机构8能够改变内燃机1的压缩比并且在曲轴2转动期间能够减小活塞连杆10关于相应气缸4的气缸轴线的倾斜，这引起活塞侧面力的减小以及由此活塞3和气缸4的气缸壁之间的摩擦力的减小。

如在图2、3和4中最佳示出的那样，每个耦联元件9具有第一孔眼19、第二孔眼20和第三孔眼21。第一孔眼19穿过举臂13的两个叉腿22延伸并且与相应的支承栓23一起形成用于活塞连杆10的下端部的摆动铰接件14。第二孔眼20耦联臂16的两个叉腿24穿过并且与相应支承栓25一起形成用于铰接杆12的上端部的摆动铰接件17。第三孔眼21布置在第一孔眼和第二孔眼19或20之间，具有较大的直径并且用于容纳连杆轴颈6。

为了使所述耦联元件9能够被安置在连杆轴颈6上，第三孔眼21是分体的孔眼。为了该目的，耦联元件9包括耦联杆26和支承盖27，它们通过两个螺栓28、29在孔眼21的两侧固定地相互连接。如图4最佳示出的那样，两个螺栓28、29、耦联杆12中的相应的内螺纹孔或者螺栓孔30、31以及支承盖27中的通孔(不可见)具有平行的纵向中轴线32、33。

在第一孔眼19方面的第一螺栓28是短的M9螺栓，而在第二孔眼20方面的第二螺栓29是较长的M11螺栓。这两个螺栓28、29实施为膨胀螺栓，从而其能够更好地忍受弯曲载荷。

耦联杆26和支承盖27分别围绕孔眼21的外周延伸180度并且在孔眼21的外周上具有两对对置的、平坦的贴靠面34、35。贴靠面34、35的、直接与孔眼21的外周邻接的内端部张成一分隔平面T，该分隔平面通过孔眼21的中心36或者通过在孔眼21中支承的连杆轴颈6的中轴线延伸。

如最好地在图4中示出的那样，分隔平面T关于通过第三孔眼21的中心36的垂直于螺栓28、29的纵向中轴线32、33的平面E倾斜5度的锐的角度α。由此螺栓28、29的纵向中轴线32、33也不垂直于分隔平面T定向。如下地选择分隔平面T的倾斜的方向，使得其在第一孔眼19的一侧上距离第一孔眼19的中心的间距比平面E大。由此举臂13能够在第一孔眼19下方变得更厚并且由此螺栓孔30的长度能够如下地变大，使得其不再如在由DE 10 2011 116609 A1的耦联元件中那样必须在第一孔眼19和第三孔眼21之间穿过，而是能够完全地布置在第一孔眼19的下方。

由此与在由DE 10 2011 116 609 A1的耦联元件中不同地也可行的是，不仅仅耦联臂16而且举臂13也构造为具有两个叉腿24和22的叉形臂。由此，耦联元件9的质量能够减少并且活塞连杆10能够在摆动铰接件14的区域中无叉结构地实施，由此一方面活塞连杆10的质量和以其在气缸中可上下运动的质量减少并且另一方面活塞连杆10的结构方式得到简化并且由此用于制造其的成本能够减少。摆动轴承14不被供给压力油，因为由活塞3向下返回到气缸体曲轴箱5中的冷却油在此负责足够的润滑。

如从图4中可见的那样，螺栓孔30此外能够构造为通孔，其通入到举臂13的两个叉腿22之间的中间空间中。

由与DE 10 2011 116 609 A1中已知的耦联元件进行比较可知，还可以使两个孔眼19、21的中心间距减小，这允许耦联元件9的质量的进一步的减少并且改善了总体曲柄机构运动学的设计可行性。

耦联杆26和支承盖27在孔眼21的两侧形状配合地彼此贴靠。此外，耦联杆26围绕第一螺栓28的螺栓孔30的口设有第一齿部37并且围绕第二螺栓29的螺栓孔31的口设有第二齿部38。在装配耦联元件10之后，第一齿部37和第二齿部38分别形状配合地与支承盖27的对置的互补的第一齿部37和第二齿部38相啮合，如最好地在图3中示出的那样。两个贴靠面34、35分别形成齿部37、38的邻接于孔眼21的部分。

耦联杆26和支承盖27之间通过两个形状配合的齿部37、38的连接实现高强度的并且由此不会破裂/热裂的调质钢的使用，利用其相比于耦联元件9的会破裂/热裂的实施方案同样实现了质量减少。

如最好地在图4中示出的那样，耦联杆26的第一齿部37的齿的尖端张成第一分平面39并且耦联杆26的第二齿部38的齿的尖端张成第二分平面40。这两个分平面39、40不仅相对于分隔平面T的倾斜角度β不同，而且相对于平面E的倾斜角度β不同。第一分平面39和平面E之间的倾斜角度β1为20度，而第二分平面40和平面E之间的倾斜角度β2较小并且仅仅为15度。由此，在图3中通过双箭头示出的、耦联臂26的上侧面和第二齿部38的背对孔眼21的端部之间的弯曲横截面的高度H以及由此耦联元件9在该部位处的弯曲强度能够被增大，用以例如补偿由于分隔平面T关于平面E的倾斜或者转动引起的弯曲横截面的较低的高度。

如最好地在图4中示出的那样，第一分平面39通过第三孔眼21的中心36或者说通过在第三孔眼21中支承的连杆轴颈6的中轴线延伸。而第二分平面40或者说其延长部大约通过第一孔眼19的中心延伸并且相对于第三孔眼21的中心36具有侧向错位。两个分平面39、40虽然在第三孔眼21的内部相交，然而不在两个螺栓28、29之间的中心相交，而是更靠近第二螺栓29，其中，交点与第一螺栓28的纵向中轴线32的间距为与第二螺栓29的纵向中轴线33的间距的3倍至4倍。

如DE 10 2011 116 609 A1的耦联元件那样，不仅在第一齿部37中而且也在第二齿部38中，每个齿的两个齿侧面相对于相应第一分平面39或第二分平面40具有不同的偏角。

附图标记列表

1 内燃机

2 曲轴

3 活塞

4 气缸

5 气缸体曲轴箱

6 连杆轴颈

7 偏心轴

8 多连杆曲柄机构

9 耦联元件

10 活塞连杆

11 -

12 铰接杆

13 举臂

14 摆动轴承

15 摆动轴承

16 耦联臂

17 摆动轴承

18 摆动轴承

19 第一孔眼

20 第二孔眼

21 第三孔眼

22 举臂的叉腿

23 支承栓

24 耦联臂的叉腿

25 支承栓

26 耦联杆

27 支承盖

28 第一螺栓

29 第二螺栓

30 第一螺栓孔

31 第二螺栓孔

32 纵向中轴线

33 纵向中轴线

34 贴靠面

35 贴靠面

36 第三孔眼的中心

37 第一齿部

38 第二齿部

39 第一分平面

40 第二分平面

T 分隔平面

E 平面。

Claims (11)

1.用于内燃机(1)的多连杆曲柄机构(8)的耦联元件(9)，具有耦联杆(26)和支承盖(27)，所述耦联杆(26)包括用于曲柄机构(8)的活塞连杆(10)的第一孔眼(19)、用于曲柄机构(8)的铰接杆(12)的第二孔眼(20)并且与支承盖(27)一起形成用于曲轴(2)的连杆轴颈(6)的第三孔眼(21)，耦联杆(26)和支承盖(27)在第三孔眼(21)的外周上在通过第三孔眼(21)的中心(36)延伸的分隔平面(T)中彼此对接并且通过两个螺栓(28、29)相互螺纹连接，所述两个螺栓(28、29)具有平行的纵向中轴线(32、33)，其特征在于，分隔平面(T)关于穿过孔眼的中心(36)延伸并且相对于所述两个螺栓(28、29)的纵向中轴线(32、33)垂直的平面(E)以一锐角(α)倾斜，耦联杆(26)和支承盖(27)的、与第三孔眼(21)的外周紧邻的、成对对置的贴靠面(34、35)在第三孔眼(21)两侧相对于所述两个螺栓(28、29)的纵向中轴线(32、33)是垂直的。

2.按权利要求1所述的耦联元件，其特征在于，分隔平面(T)在第一孔眼(10)的一侧上朝着远离第一孔眼(19)的方向倾斜。

3.按权利要求1或2所述的耦联元件，其特征在于，布置在所述第一孔眼(19)的一侧上的第一螺栓(28)的纵向中轴线(32)穿过所述第一孔眼(19、21)延伸。

4.按前述权利要求中任一项所述的耦联元件，其特征在于，耦联元件(9)的被第一孔眼(19)穿过的举臂(13)构造为具有两个叉腿(22)的叉形臂。

5.按权利要求3和4所述的耦联元件，其特征在于，螺栓孔(30)是通入所述叉腿(22)之间的通孔。

6.按前述权利要求中任一项所述的耦联元件，其特征在于，螺栓(28、29)是膨胀螺栓。

7.按前述权利要求中任一项所述的耦联元件，其特征在于，耦联杆(26)和支承盖(27)在第三孔眼(21)的周缘两侧分别以互补的齿部(37、38)形状配合地彼此贴靠。

8.按权利要求7所述的耦联元件，其特征在于，由耦联杆(26)的齿部(37、38)的齿的齿顶形成的两个分平面(39、40)与所述平面(E)围成的角度(β1、β2)大小不同。

9.按权利要求7或8所述的耦联元件(9)，其特征在于，两个齿部(37、38)的每个齿的两个齿侧面相对于相应的第一分平面(39)或第二分平面(40)的偏角大小不同。

10.按权利要求7至9中任一项所述的耦联元件(9)，其特征在于，耦联杆(26)的两个齿部(37、38)的齿朝着两个螺栓(28、29)的纵向中轴线(32、33)的方向不具有沉割部。

11.内燃机的多连杆曲柄机构(8)，其特征在于，设置有多个根据前述权利要求中任一项所述的耦联元件(9)。