CN107110015A - 用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备，所述补偿设备包括：传动设备(1)，所述传动设备(1)可能在发动机循环的过程中在发动机体(100)中横向移动；挤压设备(10)，所述挤压设备(10)在传动设备(1)上施加保持力。根据本发明，根据发动机体(100)中的传动设备(1)的横向移动的瞬间速度来调节保持力。

Description

用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备

技术领域

本发明涉及用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备，特别涉及可变压缩比发动机。

背景技术

发动机传动设备包括一组移动元件，所述移动元件保证或参与将汽缸中的燃烧活塞的平移传递成曲柄轴的旋转。

现有技术已知的发动机包括传动设备，所述传动设备可能在发动机体中横向(即在垂直于燃烧活塞的平移轴线的方向上)移动。该移动源自传动设备的移动元件之间存在的运行间隙。所述运行间隙特别由如下因素造成：移动元件的制造公差和组装公差，移动元件在负荷下的磨损和变形，以及经受不同温度或由具有不同膨胀系数的材料制成的发动机部件的差异膨胀。

应当完美地控制运行间隙。如果运行间隙过大，其造成发动机在工作时发出过多声音，加速例如由于脱离移动元件造成的发动机元件的恶化或甚至是发动机元件的损坏。如果运行间隙过小、为零或甚至为负值，其造成移动元件之间的过多摩擦，因此造成降低的发动机性能、发动机卡塞或甚至是发动机损坏。

文献US2010/206270、EP1740810和EP1979591公开了用于调节传动设备的移动元件之间存在的运行间隙的设备，所述设备包括弹簧或液压千斤顶，所述弹簧或液压千斤顶与发动机体一体并且施加保持传动设备的横向力从而使传动设备与发动机体的相反壁保持接触。

所述文献提出在传动设备上施加静态负荷。静态负荷表示发动机循环过程中的恒定力。以一定方式调整静态力从而抵抗施加至传动设备的最大力，特别是对于产生最大力的发动机工作条件(速度、负荷)。静态负荷保证设备的移动元件之间的持久接触。其因此相对重要。

应注意的是，这些文献提出的实施方案能够根据发动机工作条件控制例如通过液压千斤顶施加的力。然而在该实施方案中，当发动机在负荷条件下以不变速度工作时，由液压千斤顶施加的力不受影响。

所述相对巨大和持久的力造成传动设备内的摩擦，所述摩擦影响发动机性能，并且需要传动部件、壳体和液压动力源具有合适尺寸。

因此，有时选择将静态保持力调整至低于施加至传动设备的最大力的水平，但是仍然足以覆盖一部分发动机工作范围的水平。然而，这种解决方案不令人满意，因为一旦移动变得过大时，其需要使用机械止动件来限制运行间隙。

在组装时，所述止动件需要针对与发动机汽缸关联的每个子设备进行精细调节。在工业规模中，出于成本的原因，该工作是特别不希望的。

此外，止动件的经调节位置还具有如下缺点：固定、不能补偿与壳体和传动元件之间的差别膨胀相关的现象，也不能补偿例如与部件磨损相关的偏移。

当部件在工作中偏离时，冲击直接传递至马达壳体，造成受冲击部件的过大和加速的磨损，并且造成增加的噪声水平。

引用的现有技术文献中所述的可变压缩比发动机特别需要调整保持力，根据所述可变压缩比发动机，在控制齿条的一侧上施加静态保持力，所述控制齿条的纵向位移保证压缩比的控制。事实上，在该情况下特别重要的是限制保持力的静态值，因此不会特别通过相对于发动机体壁的滑动而阻碍或限制控制齿条的移动能力。

发明目的

本发明的一个目的是提供消除上述缺点的用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备。

发明内容

为了实现该目的，本发明的主题提供用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备，所述补偿设备包括：

-传动设备，所述传动设备可能在发动机循环的过程中在发动机体中横向移动

-挤压设备，所述挤压设备在传动设备上施加保持力。

补偿设备的特征在于，根据发动机体中的传动设备的横向位移的瞬间速度来调节保持力。

通过在这些运动过程中施加中等保持力，补偿设备因此允许传动设备的缓慢运动。其与传动设备的迅速移动相反，通过在这些移动的过程中施加高的保持力，所述迅速移动主要对应于与汽缸中的混合物燃烧相关的力峰值。

通过在发动机循环的过程中施加中等的平均保持力，根据本发明的补偿设备因此能够控制传动设备的移动构件之间存在的运行间隙而无需使用机械止动件。

根据另一个不限制本发明的其他有利特征(单独或组合)：

·传动设备包括：

-支撑引导设备，所述支撑引导设备被发动机体的壁支撑；

-传动构件，所述传动构件与燃烧活塞一体，一方面与支撑引导设备合作另一方面与齿轮的第一侧合作；

-控制齿条，所述控制齿条与齿轮的第二侧合作并且适合于在发动机体的相反壁上沿纵向移动；

-连杆，所述连杆与齿轮合作并且连接至发动机的曲柄轴。

·挤压设备与发动机体一体。

·挤压设备在控制齿条上施加保持力。

·保持力具有阈值。

·挤压设备包括弹簧。

·挤压设备包括：

-活塞，所述活塞在腔体中工作，所述腔体填充有流体并且具有至少一个经校准的排流口；

-压力源，所述压力源连接至腔体；

-和止回阀，所述止回阀位于源和腔体之间。

·经校准的排流口与压力源流体相通。

·腔体、汽缸和止回阀集成到独立的气密性隔膜。

·经校准的排流口在活塞的暴露表面上打开。

·挤压设备与液压单元流体相通。

附图说明

通过阅读如下具体实施方案的描述并且参考附图将更好地理解本发明，所述具体实施方案不限制本发明，在附图中：

-图1显示了补偿设备的具体构造的整体截面示意图；

-图2显示了挤压设备的具体构造的截面图；

-图3为根据现有技术的可变压缩比发动机的发动机循环过程中的某些参数的演变的图表。

-图4为根据本发明的可变压缩比发动机的发动机循环过程中的某些参数的演变的图表。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的用于补偿发动机的运行间隙并且在可变压缩比发动机的情况下应用的设备的整体截面示意图。

在图1中，发动机体100包括至少一个汽缸110，其中通过传动设备1使得曲柄轴9旋转的燃烧活塞2平移移动。

传动设备1包括传动构件3，所述传动构件3与燃烧活塞2一体并且一方面与被发动机体100的壁支撑的支撑引导设备4合作另一方面与齿轮5的第一侧合作。

传动构件3的一个表面上设置有第一大尺寸齿条，所述第一大尺寸齿条的齿与齿轮5的齿合作。传动构件3与第一齿条相反地还设置有另一个齿条，所述另一个齿条的齿具有小尺寸并且和与发动机体100一体的支撑引导设备4的滚轴40的齿合作。

齿轮5与连接至曲柄轴9的杆6合作从而保证移动的传递。

齿轮5在与传动构件3相反的第二侧上与控制齿条7合作，所述控制齿条7适合于沿着发动机体100的相反壁沿纵向移动并且被具有致动汽缸的控制设备12驱动，所述致动汽缸的汽缸活塞在发动机体100的汽缸壳体112中被引导。

控制齿条7的齿与齿轮5的齿合作并且可以具有与齿轮5的滚动轨道合作的滚动轨道。在图1所示的具体构造中，控制齿条7在其相反侧上还包括支撑表面76，在所述支撑表面76上施加与发动机体100一体的挤压设备10的保持力。

正如下文更详细说明的，挤压设备(10)被构造成根据传动设备(1)在发动机体(100)中横向位移的瞬间速度来调节保持力。

控制齿条7和控制设备12与挤压设备10合作从而允许至少控制齿条在竖直方向上的平移。

在图1所示的本发明的具体实施方案中，挤压设备10与发动机体100一体并且在传动设备1上施加保持压力，其主要元件已经进行了介绍。

在一个替代性实施方案中，挤压设备10可以并入传动设备1(例如控制齿条7或支撑引导设备4)，并且在发动机体100的一个壁上施加力。

根据本发明，可以根据传动设备1在发动机体100中的横向位移的瞬间速度来调节保持力。

在发动机循环的过程中，根据两种模式各种现象造成传动设备1的横向位移：

-第一缓慢运动模式，所述第一缓慢运动模式与部件的几何形状或实际位置与最佳几何形状之间存在的差异相关，并且所述差异可能与负荷下的变形、制造公差、不均匀的膨胀现象和磨损相关。所述移动的周期等于曲柄轴9的一次旋转。

-第二快速运动模式，所述第二快速运动模式主要源自对应于汽缸中的混合物燃烧的峰值力，并且还源自传动设备1的移动构件在运动中的惯性。

通过根据传动设备的运动速度来调节保持力，本发明因此能够容忍正确发动机工作所需的第一模式的缓慢运动，并且能够有效地抵抗正确发动机工作相对或降低其性能的第二模式的快速运动。

因此不同于现有技术的已知的解决方案，保持力不是静态的。保持力不特别取决于传动设备1在发动机体100中的位置。

在马达循环的过程中，缓慢运动模式是主要的，使得在发动机循环的过程中施加至传动设备的平均力相对较小；并且比现有技术的解决方案中施加的平均力小得多。因此，可移动元件之间的平均摩擦力减小，马达性能得以改进，并且传动设备1、马达单元100和液压动力源的元件的尺寸可以减小。

另一方面，在快速模式的工作时间(其在发动机循环的过程中不是主要的)之外，由挤压设备10施加至控制齿条7的保持力造成的摩擦较小。控制齿条的移动不受限制。

经调节的保持力表示施加的力是可以根据传动设备1的瞬间速度的大小和/或方向而变化的。

当传动设备1具有朝向挤压设备10定向的瞬间横向速度时(其可能例如源自施加至传动设备1并且进一步施加至汽缸中的混合物燃烧的力)，保持力具有第一数值。

在不存在位移的情况下或者对于较低的位移瞬间速度的情况下，保持力将具有低于第一数值的第二数值。

第二数值优选大于挤压设备在任何情况下施加至传动设备1的非零力阈值。保持力的阈值保证传动设备1的移动元件的内聚和合作，并且在不存在施加至传动设备1的峰值力的情况下被发动机体100的相反壁支撑。

“内聚和合作”表示传动装置10的移动元件接触或者具有不会影响发动机工作的受控的间隙。

保持力可以随着传动设备1的横向瞬间速度而增加并且连续演变。其还可以在相同速度下例如逐步增加和不连续演变。

如果施加峰值力，确定保持力的第一数值从而保证传动设备1的移动元件的内聚和合作。该第一数值可以随着运动速度而变化。其还可以根据发动机负荷或运行速度进行调节。

图2显示了根据本发明的用于施加保持力的挤压设备10的具体实施方案。

挤压设备10可以由例如圆柱形的腔体21组成，所述腔体21接合在设置在发动机体100中的孔中。挤压设备10通过紧固装置22组装在发动机体中，例如包括与设备一体的凸缘和旋拧至发动机体100的螺栓。

腔体21设置有活塞23，所述活塞23限制腔体21中的流体并且可以在所述腔体中平移。通过活塞头23将保持力施加至传动设备1。在汽缸和活塞23之间设置保证密封的装置27。

活塞23包括中央突出部分24，所述中央突出部分24与活塞套筒23的内表面限定环形空间，因此能够容纳弹簧25，正如下文更详细说明的。

活塞头23具有暴露表面20，所述暴露表面20适合与支撑控制齿条7的表面76合作。

腔体21填充有流体，例如油、水或气体。其可以例如是发动机润滑油。其优选为液压流体。

腔体21还设置有至少一个经校准的排流口28。特别是当通过活塞向流体施加压力时，排流口28允许流体流出腔体。

通过例如储液器的压力源(图2中未显示)向腔体21供应流体，所述压力源例如通过供应装置(例如设置在腔体21中的导管和/或通道30和通向腔体21的供应区域31的开口)与腔体21流体相通。

设置在腔体和压力源之间的止回阀32维持腔体内的流体的持久最小压力(所述持久最小压力与源中的压力相同)，并且当由于施加至活塞23的力造成腔体中的流体压力超过源中的流体压力时停止供应。

正如本身公知的，止回阀32可以包括球33，所述球33设置在腔体21的孔中并且当腔体中的流体压力推动球使其与通道邻接时关闭来自供应区域31的供应通道。

在填充有流体并且具有至少一个经校准的排流口28的腔体21中工作的活塞23和连接至腔体21的压力源以及源和腔体21之间的止回阀32的组合设置使得设备能够供应根据活塞23运动速度进行调节的力。在较低速度下，腔体21中包含的流体流动通过经校准的排流口而不会在腔体中产生任何过大超压；并且活塞23施加基本上与其预载阈值相同的较低阻力。在较高速度下，腔体中包含的流体不能充分流动并且压力升高，并且活塞23施加远高于预加阈值的较高阻力。

可以例如通过调节腔体21的经校准的排流口28的尺寸从而调整力对速度的比例。

腔体21还有利地设置有例如螺旋弹簧25，如图2所示。其还可以是“蝶型”弹簧。弹簧25可以设置在中央部分24和活塞套筒23的内表面之间形成的环形空间中，如图2所示，但是也可以设置在腔体外部。

无论其选择的位置如何，由挤压设备10的液压部件施加的压力补充由弹簧25施加的压力。液压部件则可以具有更小尺寸并且特别具有降低的流体静态压力。例如，可以选择弹簧25从而为由挤压设备10施加的阈值力贡献20％至40％。优选选择33％的贡献。在补油阶段的过程中，弹簧25的存在还提供从挤压设备10的更好的响应，然而在所述过程中活塞23必须在控制齿条7上迅速施加压力。最后，在挤压设备10的液压部件故障的情况下，弹簧25的存在使发动机能够在恶化模式下工作，同时在有限的发动机工作范围上保证挤压设备10的功能。

挤压设备10可以包括与压力源流体相通的经校准的排流口28。如果压力源较远，可以通过导管提供所述连接，或者经校准的排流口28可以直接供应压力源的容器。

腔体21、活塞23和止回阀31可以有利地并入独立的气密性隔膜从而形成独立的挤压设备10。

如果压力源较远，其可以与发动机的挤压设备10的组件流体相通用于液压单元的集中控制。

当腔体21的流体由发动机润滑油组成时，经校准的排流口28可以设置在活塞23本身中并且在暴露表面23上开口，特别是从而润滑控制齿条7和挤压设备10的接触表面。

可以设置液压单元的泵从而调节压力源中的流体静态压力，因此调节挤压设备10中的流体的静态压力。可以根据发动机负荷和运行速度确定该调节。出于该目的，液压单元可以包括连接至传感器的计算机，所述传感器适合于测量特别是负荷水平和速度。计算机确定目标静态压力并且控制泵从而使得储液器的静态压力达到目标静态压力。

图2所示的挤压设备10的具体构造具有单个经校准的排流口28；但是也可以设置额外的经校准的排流口。

图2续显示了根据本发明的用于施加保持力的挤压设备10的另一个实施方案。

该图还显示了之前实施方案的活塞23、腔体21和弹簧25。在该新实施方案中，挤压设备10与由容器34组成的压力源33相关联，所述槽34具有限制源槽34中的流体的密封隔膜。源开口36能够引入气体从而对容器34中包含的流体进行加压。因此形成集成到紧凑气密性隔膜并且合并有源的压力设备10。

在该实施方案中，经校准的排流口集成到止回阀37。止回阀37包括球38，所述球38设置在与压力源33相通的腔体的孔中。弹簧39设置在孔中，在球38和压力源的壁之间。

当源中的流体压力超过腔体21中的流体压力时，球被朝向汽缸向后推动从而为流体让路并且保证压力平衡。

当腔体21中的流体压力略微超过流体源的压力时，弹簧阻止球的移动并且允许流体流入源，因此形成经校准的排流口29。

当腔体21中的流体压力明显超过源的流体压力时，弹簧压缩使得球完全关闭经校准的排流口29。

因此能够在活塞速度和保持力之间的关系中产生不连续性。当活塞在造成排流口关闭的速度下工作时，由保持设备10的活塞施加的压力达到其正常值。

无论挤压设备10的选择的实施方案如何，其还可以形成传动设备1的机械止动件。例如当活塞套筒23的端部或其中央部分24与腔体21的底部接触时，形成邻接。然而在发动机的正常工作的过程中，所述机械止动件不旨在被偏置，而是可以作为例如在发动机液压系统故障的异常现象的情况下用于防止移动元件与传动设备1脱离的安全装置，并且当存在弹簧时补充弹簧。

参考图3和4描述本发明的优点。图3为在发动机循环的过程中(即在曲柄轴的720°旋转过程中)，4冲程可变压缩比发动机的某些参数的演变的图表。发动机设置有液压汽缸，所述液压汽缸在该发动机的传动设备上施加静态负荷。

图3a显示了汽缸中的压力的演变。可以注意到对应于汽缸中的燃烧混合物爆炸的陡峭的压力峰值。

图3b显示了发动机循环过程中传动设备的位移；并且图3c显示了发动机循环过程中传动设备的速度。这些图中清楚显示了缓慢运动模式，对于大部分发动机循环，所述缓慢运动模式具有较小幅度(约0.1mm)和缓慢的位移。基本上在曲柄轴的360°角位置和420°角位置之间并且对应于汽缸中的压力峰值，还可以清楚看到具有较大幅度(高达0.4mm)和速度(超过+/-100mm/s)的位移的快速运动模式。应当注意的是，在所述峰的过程中，传动设备机械地邻接发动机壁，正如通过图3b中+0.4mm处的位移水平以及图3c中可见的陡峭的速度变化所证实的。

图3d显示了由液压千斤顶施加至传动设备的压力。应当注意的是，其静态水平为约6kN。

图4为可变压缩比发动机的参数的演变的图表，所述可变压缩比发动机包括根据本发明的挤压设备10，因此施加根据传动设备的横向位移的瞬间速度而调节的保持力。

在图4的具体情况下，挤压设备10由独立的气密性隔膜组成，包括在腔体中移动的活塞，所述腔体填充有流体并且具有至少一个经校准的排流口，30-巴压力的外部源连接至腔体，并且止回阀设置在源和腔体之间。

图4a显示了汽缸中的压力的演变，其与现有技术的解决方案中的图3a所示的相似。

图4b和4c分别显示了发动机循环过程中传动设备10的位移和速度。缓慢运动模式的位移幅度与图3b所示的相似，为约0.1mm。然而，应当注意的是在快速运动模式下，传动设备1的位移幅度保持小于0.4mm，这防止其与发动机体100邻接。

该结果非常值得注意，因为除了对应于陡峭的压力峰值的时期之外，由挤压设备10施加至传动设备的力(如图4d所示)与图3c的根据现有技术的解决方案的水平相同。因此，在缓慢运动模式下，该力为约6kN；并且在快速运动模式下，该力大致达到16kN的最大值。因此对于相同的力和在大部分发动机循环的过程中，本发明能够防止传动设备1与发动机体100的壁邻接。

当然，本发明不限于上述实施方案，并且可以应用替代性实施方案而不偏离本发明的由权利要求书限定的范围。

特别地，尽管已经描述通过控制齿条7的挤压设备10施加保持力，然而还很有可能将所述力施加至传动设备1的其它元件而不偏离本发明的范围。也可以在发动机体的壁和支撑引导设备4之间设置挤压设备。

尽管已经公开了参考图2的具体的挤压设备10，出于本发明的完整描述的目的，在一些情况下，在本发明的范围内，使用提供与所述挤压设备相同功能的其它形式的挤压设备也是优选的。因此其可以例如是包括在文献US5495923中公开的粘性或超粘性聚合物基减震装置的设备；或包括在文献US7537097中公开的减震电磁装置的设备。

Claims (15)

1.用于补偿发动机的运行间隙的补偿设备，所述补偿设备包括：

-传动设备(1)，所述传动设备(1)可能在发动机循环的过程中在发动机体(100)中横向移动；

-挤压设备(10)，所述挤压设备(10)在传动设备(1)上施加保持力；

补偿设备的特征在于，根据发动机体(100)中的传动设备(1)的横向移动的瞬间速度来调节保持力。

2.根据权利要求1所述的补偿设备，其中传动设备(1)包括：

-支撑引导设备(4)，所述支撑引导设备(4)被发动机体(100)的壁支撑；

-传动构件(3)，所述传动构件(3)与燃烧活塞一体形成，一方面与支撑引导设备(4)合作另一方面与齿轮(5)的第一侧合作；

-控制齿条(7)，所述控制齿条(7)与齿轮(5)的第二侧合作并且适合于在发动机体(100)的相反壁上沿纵向移动；

-连杆(6)，所述连杆(6)与齿轮(5)合作并且连接至发动机的曲柄轴(9)。

3.根据权利要求2所述的补偿设备，其中挤压设备(10)与发动机体一体。

4.根据权利要求2和3任一项所述的补偿设备，其中挤压设备(10)在控制齿条(7)上施加保持力。

5.根据前述权利要求任一项所述的补偿设备，其中保持力具有阈值。

6.根据前述权利要求任一项所述的补偿设备，其中挤压设备(10)包括：

-活塞(23)，所述活塞(23)在腔体(21)中工作，所述腔体(21)填充有流体并且具有至少一个经校准的排流口(28、29)；

-压力源，所述压力源连接至腔体(21)；

-和止回阀(32、37)，所述止回阀(32、37)位于源和腔体(21)之间。

7.根据前述权利要求任一项所述的补偿设备，其中挤压设备(10)包括弹簧(25)。

8.根据前一权利要求所述的补偿设备，其中弹簧(25)容纳在腔体(21)中。

9.根据权利要求6所述的补偿设备，其中经校准的排流口(29)集成到止回阀(37)。

10.根据权利要求6至9任一项所述的补偿设备，其中经校准的排流口(28、29)与压力源流体相通。

11.根据权利要求6至9任一项所述的补偿设备，其中经校准的排流口(28)在活塞(23)的暴露表面(20)上打开。

12.根据权利要求6至11任一项所述的补偿设备，其中腔体(21)、活塞(23)和止回阀(31)集成到独立的气密性隔膜。

13.根据前一权利要求所述的补偿设备，其中压力源也集成到独立的气密性隔膜。

14.根据权利要求6所述的补偿设备，其中挤压设备(10)与液压单元流体相通。

15.包括根据权利要求l至14任一项所述的补偿设备的可变压缩比发动机。