CN110821667A - 具有用于调节有效连杆长度的偏心轮调节装置的用于内燃机的连杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的连杆(1)，所述连杆具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置(2)，包括至少一个具有在支撑杆(10、11)上设置的球头(26)的球窝接头(24)，所述球头安置在柱塞(6、7)的球头容纳部(25)中，其中，所述球头容纳部(25)至少局部地具有圆锥形状(27)，所述圆锥形状具有背离支撑杆(10、11)指向的圆锥顶。在球头容纳部(25)内构造有球台形状的接触段(28)，其中，球头(26)以其外表面贴靠在所述接触段(28)上。本发明还涉及内燃机，所述内燃机具有可调节的压缩比和至少一个这样的连杆(1)。

Description

具有用于调节有效连杆长度的偏心轮调节装置的用于内燃机 的连杆

技术领域

本发明涉及具有用于调节有效连杆长度的偏心轮调节装置的用于内燃机的连杆和具有这样的连杆的、具有可调节的压缩比的内燃机。

背景技术

在内燃机中，高压缩比对内燃机的效率起积极作用。压缩比通常理解为压缩前的总汽缸容积与压缩后的剩余汽缸容积的比例。然而在具有外源点火的内燃机、尤其是具有固定的压缩比的内燃机中，所述压缩比仅能允许选择为如此高，即在全负荷运行中避免所谓的内燃机的“爆震”。然而对于频繁得多地出现的内燃机的部分负荷区域、亦即在更少的汽缸充填的情况下，所述压缩比可选择为具有更高值，而不会出现“爆震”。若能可变地调节所述压缩比，就可改进内燃机的重要的部分负荷区域。为了调节所述压缩比例如已知可变连杆长度的系统。

由DE102005055199A1已知一种连杆，其中在连杆小头轴承孔中装入可转动的杠杆，在所述杠杆的中心开口中装入偏心轮。所述偏心轮用于容纳活塞销。所述杠杆与偏心轮形成轴毂连接。由于所述连接在连杆的运行中高负载，因此对连接配套件的制造公差的要求较高。安置在上方的连杆小头轴承孔处的支撑杆借助于球窝接头安置在球头容纳部中并且在那里用横销旋紧。

发明内容

本发明的任务在于获得一种具有球窝接头的连杆，所述球窝接头可简单地装配和承受高负载。

本发明的另一任务是说明具有这样的连杆的内燃机。

前述任务借助于独立权利要求的特征来解决。

本发明的有利的设计方案和优点由其他权利要求、说明书和附图得出。

根据本发明的一个观点，推荐了一种具有用于调节有效连杆长度的偏心轮调节装置的用于内燃机的连杆，所述连杆包括至少一个具有在支撑杆上设置的球头的球窝接头，所述球头安置在柱塞的球头容纳部中。所述球头容纳部至少局部地具有圆锥形状，所述圆锥形状包括背离所述支撑杆指向的圆锥顶。此外，在球头容纳部中，接触段构造为球台形状，其中，球头以其外表面贴靠在接触段内。

根据本发明的用于具有可变压缩比的内燃机的连杆具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置，所述连杆长度定义为从偏心轮的孔的中轴线到连杆大头轴承孔的中轴线的间距。偏心轮调节装置具有和一件式的或多件式的偏心杠杆共同作用的偏心轮，在所述偏心轮中可容纳气缸活塞的活塞销。所述偏心轮调节装置的调节路径可借助于机械的或液压的转换阀调节。连杆的液压缸的柱塞总是在缸孔中可移动地引导并且与支撑杆连接，所述支撑杆在其一侧与偏心杠杆铰接。

可调节的偏心轮调节装置的扭转可通过在内燃机的惯性力侧(MKS)的惯性力(在低压缩比ε_low时)和在内燃机燃气力侧(GKS)的燃气力(在高压缩比ε_high时)的作用启动，所述惯性力和燃气力在内燃机的工作节拍内作用在偏心轮调节装置上。在一个工作节拍中，作用在偏心轮调节装置上的力的作用方向连续地改变。转动运动或调节运动由一个或多个加载以液压流体、尤其是机油的集成在连杆内的柱塞支持，或者柱塞阻止偏心轮调节装置由于作用在偏心轮调节装置上的力的变化的作用方向而复位。

所述支撑杆总是通过球头安置在柱塞的球头容纳部中并且与柱塞连接。通过所述球窝接头，能够确保所述支撑杆免于遭遇球头从球头容纳部的一敞开的端部滑脱的情况。

根据本发明，柱塞的球头容纳部具有圆锥形的几何形状，所述圆锥形的几何形状与前述压印、优选球形压印相结合。

GKS-柱塞的任务是接收由连杆的高偏心轮转矩(燃气力)导致的力，所述偏心轮转矩通过支撑杆和偏心杠杆传递到连杆上。为了有效利用内燃机有限的结构空间和实现所述连杆的调节运动，将球窝接头应用在柱塞和支撑杆之间。由此导出下述任务，即简单地并且成本合适地可生产地构造在传递高的力时支撑杆和柱塞之间的摩擦学意义下的接触副。这里介绍的发明使所述柱塞的易于制造的内部几何形状、即具有大公差带的圆锥形状，和通过预先对锥形座的冲压、例如借助冷作硬化和轻微的所谓的赫兹压力的摩擦接触的提高的强度相协调，所述赫兹压力通过冲压的平坦的接触层调整。

以此，相对于以通常的方式制造的球头可以获得显著优点，在通常制造的球头中，对于球状体位于球冠内的情形，仅能够以线接触中微小的赫兹压力传递高的力。然而，由于高的形状公差使球冠的制造变得成本高昂。通常，必须高度准确地制造支撑杆的球头和作为球头容纳部的球冠，其中，球头容纳部相较于球头必须具有更大一点的半径，以便能够调节用于最佳力传递的正确角度。在此必须遵守所述微小的公差。此外，氮化对于摩擦接触是必要的，以便在微小的表面硬度下阻止对所述接触副的可能的耗损。

与此相对，具有球冠部分事后冲压的所述圆锥形状的球头容纳部的根据本发明的解决方案展示了一种能够简单加工的并且成本合适的用于安置球头的解决方案。

所述球座的冲压可以有利地通过冲压工具实现，所述冲压工具有利地实施为球形或硬球体。方便地，这样选择圆锥形状的开口角，使得圆锥侧面作为已验证的几何形状与在球冠形的球头容纳部中存在的线接触的切线相适。柱塞的材料能够有利地具有足够的延展性，以便允许冲压出希望的质量。原则上，可以使用不同的压花几何形状，所述压花几何形状可以根据接触副的几何形状有利地选择。

球头容纳部的冲压的平面可以附加地设置有摩擦涂层，例如氮化涂层。附加地，球头容纳部的冲压后的表面可以通过局部的材料硬化、例如激光硬化或电子束硬化加固。

根据一有利的设计方案，圆锥形状在接触段内构造为球头的贴靠区域中所述球头外表面的切平面。方便地，这样选择所述圆锥形状的开口角，使得圆锥侧面与在通常的球冠形的球头容纳部内存在的支撑杆的球状体和球头容纳部之间的线接触的切线相适，因为所述几何形状已经证明了其对这样的应用情况是有利的。

根据一种有利的设计方案，所述接触段可以构造为冲压到圆锥形状中。将接触段冲压到已经存在的球头容纳部的圆锥形中使所述柱塞的易于制造的内部几何形状、即具有大公差带的圆锥形状，和通过预先对锥形座的冲压、例如借助冷作硬化和轻微的所谓的赫兹压力的摩擦接触的提高的强度相协调，所述赫兹压力通过冲压的平坦的接触层调整。

根据一有利的设计方案，可以借助冲压工具和/或通过借助球状体的冲压制造接触段。有利地，可以使用合适的具有一适配于所述球头的球面几何形状的冲压工具。备选地，所述冲压也能够有利地使用球状体，所述球状体在半径上与支撑杆的球头相等。

根据一有利的设计方案，圆锥形状至少在接触段区域内设有表面涂层，所述表面涂层硬于圆锥形状的其他区域。所述球头容纳部的经过冲压的表面、即接触段，例如可设有摩擦涂层、例如氮化涂层。由此，得到两个摩擦副、即球头和球头容纳部的有利关系，这能以有利的方式延长连杆的寿命。所述涂层仅限于接触区域，这减小连杆制造过程的时间和费用。

根据一有利的设计方案，所述圆锥形状可至少在接触段区域设有一摩擦涂层，尤其是经过氮化的。所述球头容纳部被冲压的表面，即接触段，可额外地设有一摩擦涂层，例如氮化涂层。借此得到两个摩擦副、即球头和球头容纳部的有利关系，这能以有利的方式延长连杆的寿命。所述涂层仅限于接触区域，这减小连杆制造过程的时间与费用。

根据一有利的设计方案，圆锥形状可以至少在接触段区域局部硬化。有利地，球头容纳部的经过冲压的表面可以有利地通过局部的材料硬化、例如激光硬化或电子束固化加固。由此，得到两个摩擦副、即球头和球头容纳部的有利关系，这能以有利的方式延长连杆的寿命。所述涂层仅限于接触区域，这减小连杆制造过程的时间和费用。

根据一有利的设计方案，至少所述接触段可以是激光硬化或电子束硬化的。两个过程均经过验证并且能够以有利的方式延长具有摩擦接触点的所述两个部件的使用寿命。

根据一有利的设计方案，可以这样选择所述圆锥形状的开口角，使得圆锥侧面与圆锥形状和球头之间的线接触的切线相适。方便地，这样选择所述圆锥形状的开口角，使得圆锥侧面与在通常的球冠形的球头容纳部内存在的支撑杆的球状体和球头容纳部之间的线接触的切线相适，因为所述几何形状已经证明了其对这样的应用情况是有利的。

根据一有利的设计方案，柱塞可以借助一锁止元件固定在支撑杆上，所述锁止元件设置在柱塞和球头的穿通的横孔中。以该方式，可以获得一种柱塞在支撑杆上的简单防脱落的设置，例如通过用保险销以合适的方式连接所述两个部件、即球头和柱塞，其中，可以将所述保险销方便地压入到柱塞中或者可通过与柱塞的焊接附加地确保不会出现脱落。

根据本发明的另外的观点提出一种具有至少一个连杆的、具有可调节的压缩比的内燃机。在此，可以有利地使用具有至少一个如上所述的球窝接头的连杆，以便能够以有利的方式实现偏心轮调节装置以及实施有利的燃烧过程和借此在内燃机中的燃料消耗。

附图说明

其它优点由下述附图说明得出。本发明的实施例在附图中示出。所述附图、说明书和权利要求书包括很多特征组合。对于这些特征，本领域技术人员也可得当地单独考虑并概括出合理的其它各种组合。

其中：

图1在纵剖图中示出根据本发明的实施例的一具有两个球窝接头的连杆；

图2在侧视图中示出具有根据本发明的连杆的柱塞的支撑杆；

图3在放大的纵剖图中示出根据图2的具有支撑杆的球头的柱塞；

图4在截面等距视图中示出根据图3的柱塞；并且

图5以纵剖图示出根据本发明的另外的实施例的柱塞。

具体实施方式

在附图中用相同的附图标记表示相同或同类的部件。所述附图仅示出示例而不应限制性地理解。

图1在示意性的视图中示例性地示出根据本发明的具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置2的、用于具有可变压缩比的内燃机的连杆1，所述连杆长度定义为从偏心轮4的孔的中轴线到连杆大头轴承孔12的中轴线的间距。偏心轮调节装置2具有与一件式的或多件式的偏心杠杆3共同作用的偏心轮4，在所述偏心轮中可容纳未示出的气缸活塞的活塞销。偏心轮调节装置2的调节路径可借助于机械的或液压的转换阀5调节。

可调节的偏心轮调节装置2的扭转通过内燃机的惯性力(在低压缩比ε_low下)和燃气力(在高压缩比ε_high下)的作用启动，所述惯性力和燃气力在内燃机的工作节拍内作用在偏心轮调节装置2上。在一个工作节拍内，作用在偏心轮调节装置2上的力的作用方向连续地改变。转动运动或调节运动由一个或多个加载液压流体的、尤其是机油的集成在连杆1内的柱塞6、7支持，或者柱塞6、7阻止偏心轮调节装置2由于作用在偏心轮调节装置2上的力的变化的作用方向而复位。

所述柱塞6、7总是在连杆1的液压缸14、15的缸孔8、9中可移动地引导并且与支撑杆10、11连接，所述支撑杆在其一侧与偏心杠杆3铰接。例如，偏心轮调节装置2的支撑杆10、11通过圆柱滚子46、47与偏心杠杆3连接。所述柱塞6、7总是通过球窝接头24与支撑杆10、11连接。

所述连杆1具有用于将连杆1连接到内燃机曲轴上的连杆大头轴承孔12以及用于将所述连杆1连接到内燃机的气缸活塞上的连杆小头轴承孔13。

所述柱塞6、7可移动地设置在通过缸孔8、9形成的作为液压室的压力缸14、15中并且通过进口16、17从连杆大头轴承孔12出来以液压流体、例如机油作用在止回阀18、19上。此外，这阻止了液压流体从液压室14、15回流到进口16、17中，然而能实现所述液压流体到液压室14、15中的重吸。

所述液压室14、15另外通过未示出的出口与转换阀5连接，所述转换阀可以构造为液压阀或机械阀门并且通过排出管路22与连杆大头轴承孔12连接。

正如所看到的，连杆1具有连杆主体20和在其上固定的连杆盖21。

在连杆大头轴承孔12的周面上，在连杆主体20区域内设置有凹槽23，进口16、17以及排出管路22汇入所述凹槽中。通过将所述凹槽23仅设置在连杆大头轴承孔12的周面的一部分上，也尽量少地损害了在连杆大头轴承孔12中轴承的承载能力。

仅示例性地示出了所述连杆1的构造并且根据本发明的偏心杠杆连接也可以在具有偏心轮调节装置的连杆的其他的实施变形方案中找到。因此，例如可能的是，将转换阀5设置在连杆盖21的区域内。此外，可以将所描述的止回阀18、19集成地设置在转换阀5内。液压室14、15的液压供给也可以与所描述的实施方式不同。

图2在侧面视图中示出具有根据本发明的连杆的柱塞6的支撑杆10，而图3在放大的纵剖图中示出具有支撑杆10的球头26的柱塞6。

在支撑杆10上设置的球头26通过球窝接头24安置在柱塞6的球头容纳部25中，其中，所述球头容纳部25至少局部地具有圆锥形状27，所述圆锥形状包括背离支撑杆10指向的圆锥顶。在所述球头容纳部25中，以球台形状构造有接触段28，其中，球头26以其外表面贴靠在所述接触段28内。

正如特别在图3中所看到的，在接触段28中，所述圆锥形状27作为球头26的外表面的切平面构造于所述球头26的接触区域内。此外，这样选择圆锥形状27的开口角，使得圆锥侧面与圆锥形状27和球头26之间的线接触的切线相适。

接触段28构造为冲压到圆锥形状27中并且例如可以借助冲压工具和/或通过借助球状体的冲压制造。所述圆锥形状27可以至少在接触段28区域内设置有表面涂层，所述涂层硬于圆锥形状27的其他区域。特别地，圆锥形状27至少在接触段28区域内设置有摩擦涂层，特别是氮化涂层。附加地，所述圆锥形状27可以至少在接触段28的区域内局部硬化。这样，至少可以激光硬化或电子束硬化地构造所述接触段28。

所述柱塞6、7可以借助一(未示出的)锁止元件固定在支撑杆10、11上，所述锁止元件设置在柱塞和球头26的穿通的横孔29、30中。以该方式，可以获得一种柱塞6在支撑杆10上的简单防脱落的设置，例如通过用保险销以合适的方式连接两个部件，即球头26和柱塞6，其中，可以将所述保险销方便地压入到柱塞6中或者可通过与柱塞6的焊接附加地确保不会出现脱落。

图4在剖面的等距视图中示出根据图3的柱塞6。可明显地看出圆锥形状27用于容纳球头26。所述球头26可如此简单地装入到球头容纳部25中。也可以看到接触段28的环形的压印，在所述压印中球头26到达具有球冠形的狭窄的接触区域，所述球冠形适配于球头的外部的球体形状。以这样的方式，所述球头26以有利的方式安置在柱塞6中并且同时柱塞6和支撑杆10在连杆工作时以合规的方式彼此相对地运动。

在图5中，在纵剖图中示出根据本发明的另一实施例的柱塞6。所述柱塞6与到目前为止的实施例的区别在于，在所述柱塞6中没有安装用于容纳锁止元件的横孔。相反地，(未示出的)球头例如可以借助套在支撑杆上的保险环防止滑出，所述保险环可以通过柱塞6张紧。

Claims (11)

1.用于内燃机的连杆(1)，所述连杆具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置(2)，包括至少一个具有在支撑杆(10、11)上设置的球头(26)的球窝接头(24)，所述球头安置在柱塞(6、7)的球头容纳部(25)中，其中，所述球头容纳部(25)至少局部地具有圆锥形状(27)，所述圆锥形状具有背离支撑杆(10、11)指向的圆锥顶，其中，在球头容纳部(25)内构造有球台形状的接触段(28)，其中，球头(26)以其外表面贴靠在所述接触段(28)内。

2.根据权利要求1所述的连杆，其中，所述圆锥形状(27)在接触段(28)内构造为在球头(26)的贴靠区域中所述球头(26)外表面的切平面。

3.根据权利要求1或2所述的连杆，其中，所述接触段(28)构造为压入到圆锥形状(27)中。

4.根据权利要求3所述的连杆，其中，借助冲压工具和/或通过借助球状体的冲压制造所述接触段(28)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的连杆，其中，所述圆锥形状(27)至少在接触段(28)区域内设有表面涂层，所述表面涂层硬于圆锥形状(27)的其他区域。

6.根据权利要求5所述的连杆，其中，所述圆锥形状(27)至少在接触段(28)区域内设有摩擦涂层、特别是经氮化的涂层。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的连杆，其中，所述圆锥形状(27)至少在接触段(28)区域内局部硬化。

8.根据权利要求7所述的连杆，其中，至少激光硬化或电子束硬化所述接触段(28)。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的连杆，其中，这样选择圆锥形状(27)的开口角，使得圆锥侧面与圆锥形状(27)和球头(26)之间的线接触的切线相适。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的连杆，其中，柱塞(6、7)借助一锁止元件固定在支撑杆(10、11)上，所述锁止元件设置在柱塞和球头(26)的穿通的横孔(29、30)中。

11.一种具有可调节压缩比的内燃机，其具有根据至少一个前述权利要求所述的至少一个连杆(1)。

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