CN111691975A - Vcr连杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于设定不同的压缩比的VCR连杆(10)，其包括切换阀，所述切换阀设计为，在第一切换位置中，支撑缸中的第一支撑缸(20)被供应液压流体以切换所述连杆，而第二支撑缸(21)在此被排空。至少在排空第二支撑缸(21)之后将第二支撑缸(21)与液压流体的供给部和/或与第一支撑缸(20)脱耦，使得没有流体能够流入到第二支撑缸(21)中。

Description

VCR连杆

技术领域

本发明涉及一种VCR连杆，即用于“可变压缩比”的连杆，并且涉及一种具有VCR连杆的内燃机。

背景技术

在设计内燃机时已经认识到，在运行期间改变压缩比能够是有意义的。压缩比是与活塞位置相关的、燃烧室的最小容积和最大容积之比。为此已知的是，能够可变地设计连杆的有效长度。这通过如下方式发生：例如活塞在连杆中的支承装置设有偏心轮，使得经由偏心轮的角位的改变，连杆长度从而压缩比是可变的。经由交替填充或排空液压流体的并且与偏心轮耦联的支撑缸，实现所述设定。液压流体经由位于曲轴及其曲柄销中的分配系统提供给连杆。但是，在优选的实施方式中，偏心轮的设定较少地通过支撑缸中的液压力来实现。更确切地说，针对每个燃烧循环，反复产生作用到连杆上的负荷，即由于燃烧在燃气力侧GKS上产生所谓的“燃气力侧的力”并且由于惯性在质量力侧MKS上产生所谓的“质量力侧的力”。这些力引起对偏心轮的调节，并且在支撑缸中的液压流体中的压力形成于是保持相应设定的偏心率。

发明内容

然而，如此产生的液压系统具有一定的弹性，所述弹性无法完全避免。也就是说，如果例如在GKS上的支撑缸被完全填充而在MKS上的支撑缸被完全排空，那么在GKS上的燃气力引起对偏心轮的一定调节，这在另一支撑缸MKS的情况下产生负压从而在该处吸入一些液压流体，所述液压流体必须在燃烧循环的下一个阶段再次排出。本发明的目的是，改进液压系统，使得提高刚性并且避免支撑缸在其原本应该保持为空的条件下以所描述的方式被一定程度地填充。VCR切换的各个组成部分，即主要是偏心轮和支撑缸，(只要不需要切换)与燃烧循环相关地尽可能少地相对移动，因为由此产生磨损。也就是说，如果至少一个支撑缸与燃烧循环相关地被稍微填充，那么该重复的轻微的移动由于机械耦联会进一步耦联到所述的其他部件上。相应的微移动可能导致微摩擦。于是，微摩擦，即以非常低的幅度的重复移动，是成问题的，因为由于所述微摩擦会促使润滑剂离开摩擦区域从而会破坏表面所需的润滑剂润湿。

该目的通过一种用于设定内燃机的不同的压缩比的VCR连杆来实现。优选的改进形式在本文中说明。

用于设定内燃机的不同压缩比的VCR连杆经由曲轴的曲柄销包括液压流体的供给部。为了切换VCR连杆的偏心轮，设有两个与偏心轮耦联的支撑缸，其中切换阀设立为，使得在第一切换位置中，给支撑缸中的第一支撑缸供给液压流体以切换连杆，而第二支撑缸在此被排空。至少在排空第二支撑缸之后，第二支撑缸与液压流体的供给部和/或与第一支撑缸脱耦，使得没有液压流体能够流入第二支撑缸中。在上文中所提及的表述“至少”优选包含：在切换第一切换位置期间(即在排空第二支撑缸期间)在一些实施方式中在第二支撑缸的情况下能够存与液压流体的要么经由曲柄销要么经由第一支撑缸的供给部的连接。连接是指流体连接或流体连通。然而，因为在该时间段中第二支撑缸被排空，所以没有流体相应经由所述连接流入第二支撑缸中。此外，这尤其意味着，在所提到的切换已结束的状态下，产生所述脱耦。优选地(即在填充第二支撑缸期间)不仅相对于第一支撑缸而且相对于新鲜流体的供给部产生上述脱耦。

上述脱耦具有以下优点：首先也产生排空的腔室与连杆轴承的脱耦，使得压力波动不在该处连通。尤其保证在液压流体不应流入支撑缸之一的状态中，也不发生相应的流体流动。这在现有技术中没有排除。这引起不发生干扰性的压力激励并且引起更高的运行安全性。

在VCR连杆的情况下，至少在排空的位置中，能够对至少一个(并且优选这两个)支撑缸进行通风和/或排气。术语通风和排气尤其是指，产生从支撑缸的压力室到连杆周围环境的至少部分地打开或可打开的穿通部。通风和排气优选能够经由唯一的共同的用于通风和排气的通道来实现。由此能够实现，在压力波动或负压的情况下，主要在排空的支撑缸中不抽吸任何液压流体。替代于此，能够抽吸空气。但是，因为空气具有低得多的粘度，所以(与油相比)空气更容易被再次排出。

通过上述这两种方法等价地解决有创造性的问题。在所述方法之一中，在液压侧上，通过所述脱耦防止液压流体流入排空的一个/多个支撑缸中，而在另一方法中，确保空气能够替代液压流体流入支撑缸中。也就是说，有利的是，空气而不是液压流体位于所述区域中，因为空气能够更容易地被再次排出。这两种方法可组合。

尤其有利的是，第一和第二支撑缸的容积是相同大小的并且根据切换阀的位置，在切换时总容积量从第一支撑缸输送到第二支撑缸中或相反地输送。在此，流体体积优选经由止回阀引导。尤其有利的是，止回阀通过切换阀的可移动的切换元件形成或容纳在该处。通过支撑缸的不同的横截面积能够实现不同大小的流体体积。替选地或附加地，这通过改变杆臂即支撑缸/活塞对的运动路径是可行的。以这种方式产生尽可能闭合的系统并且主要仅密封损失必须经由供给部来提供。

替选地，第一和第二支撑缸能够具有不同大小的流体体积，并且对于流体而言，在填充较小的支撑缸时，能够设有流体离开VCR连杆的流出部。尤其从现有技术中(参见图2)中已知的是，多余的液压流体能够被导出到连杆的在曲轴侧的支承装置中。然而，这优选由止回阀16防止，因为流体中的压力波动会影响连杆支承装置。替代于此，所述导出供使用并且输送补充的液压流体通常无需特别的耗费。油从待排空的支撑缸流出到或向下控制到曲轴箱中带来恒定的液压阻力的优点、更好的隔板设计和更高的切换速度。

特别地，第一和第二支撑缸能够在切换阀的第二切换位置中可选地交换功能或者双重地起作用。相应地，于是所述系统在切换系统学方面对于这两个支撑缸是相同的。

在另一替选方案中，第一和第二支撑缸能够具有不同大小的流体体积，并且在填充较大的支撑缸期间，能够设有较小的支撑缸的流体离开VCR连杆的流出部。由此，在排空的支撑缸中存在压力降低的情况下，能够防止在排空的支撑缸中形成真空，这可能导致气蚀。也就是说，能够有利的是，在填充较大的支撑缸期间，较小的支撑缸的流体离开VCR连杆的流出部是可行的和/或在较小的支撑缸已排空的状态下产生液压流体从支撑缸到周围环境的流体导出(例如经由切换阀)。所述导出引起：由此能够防止在较小的支撑缸的出口处的低压直至负压。

替选地，在另一替选方案中，第一和第二支撑缸能够具有不同大小的流体体积，并且在填充较大的支撑缸期间能够在结构上提出，不发生用于较小的支撑缸的流体从VCR连杆流出的通道。由此，能够避免出自VCR连杆的液压流体的损失，所述损失在这种情况下是不必要的，因为较小的支撑缸的液压流体体积能够完全由较大的支撑缸容纳。这也意味着，仅在填充较小的支撑缸时才出现经由到发动机内部空间中的向下控制的连续油损失，进而降低的油耗和提高的连杆轴承的运行安全性。

在所有变型形式中，支撑缸中的至少一个包括从其压力室到VCR连杆10周围环境的通风和/或排气通道22。在此，优选能够不设有根据运行状态打开和关闭通风和排气通道的机构。换言之：该通道在所有时间点或所有切换状态下都保持打开。如果选择足够小的横截面，那么能够防止在所述横截面上出现极其多的液压流体，但是足够有效的空气交换仍然是可行的。通风和排气通道也能够与压力室相邻地设置。所述通风和排气通道优选直接通向VCR连杆的外部。优选地，所述通风和排气通道不经由切换阀引导。

替选地，支撑缸中的至少一个也能够包括从其压力室到VCR连杆的周围环境的通风和/或排气通道，并且能够设有可切换的密封机构，用于根据压力，例如作用到连杆上的压力，打开和/或关闭通风和/或排气通道23。上面提到的通风和/或排气管道优选是直接的通道，例如孔，其被引导穿过支撑缸的壁。和/或所提到的通风和/或排气通道例如以支撑缸的压力室中的孔作为开始。

一种内燃机能够根据往复式活塞原理包括至少一个燃烧室，以及一种相应的VCR连杆。

附图说明

接下来根据优选的实施方式示例性地描述本发明。附图示出：

图1示出贯穿VCR连杆10的剖面，

图2示出根据现有技术的VCR连杆的液压示意图，

图3和4示出在相应不同的切换位置中根据本发明的VCR连杆的第一变型形式，

图5和6示出在相应不同的切换位置中根据本发明的VCR连杆的第二变型形式，

图7和8示出在相应不同的切换位置中VCR连杆的第二变型形式的变化，并且

图9和10分别示出贯穿支撑缸之一的剖面以图解说明排气开口。

具体实施方式

在图1中示出贯穿VCR连杆10即用于改变压缩比的连杆的剖面。在上部区域中示出偏心轮40，所述偏心轮支承螺栓41，所述螺栓就其而言用于支承和引导内燃机的活塞，在所述内燃机中安装有VCR连杆10。在下部区域(未示出)中设有用于曲柄销12的支承装置(见图2)，VCR连杆经由所述支承装置支承和引导并且被供给有液压流体。进入连杆10的入口接下来也称为供给部15。在VCR连杆10的下部的、在侧面位于外部的部段上设有切换开关(未示出)，所述切换开关可经由与设置在发动机室中的导板的接触而进入不同的位置中。切换开关引起切换阀30切换到两个不同的位置中，其线路图在图3至8中示出。通道从切换阀30通向支撑缸20和21，所述支撑缸与偏心轮40耦联。根据分别存在于支撑缸20、21中的压力，作用在活塞上的力能够使偏心轮40运动到不同的位置中。

图2的液压草图示出现有技术的实施方式。在此处所示出的切换阀30的切换位置中，液压流体能够经由曲轴(未示出)和其曲柄销12经由供给部15到达VCR连杆10中。切换阀30根据图2被切换成，使得液压流体不能从支撑缸21中流出。在压力作用到支撑缸20上时，液压流体从所述支撑缸中压出，并且同时所述支撑缸的活塞向下移动，这由于经由偏心轮40的机械耦联引起：支撑缸21的活塞提升并且液压流体经由切换阀30和止回阀21a流入支撑缸21中。当支撑缸20完全排空或支撑缸21被完全填充时，该过程结束。以这种方式，偏心轮40已进入其一个最终位置。在切换阀30被切换时，该过程以镜像方式进行。

如果在到达最终位置后将压力施加到完全填充的支撑缸上，那么所述支撑缸(与其目的相反)由于整个系统的弹性能够稍微移入。相应地，支撑缸20稍微提升并且稍微被填充。在下一次力改变为作用到支撑缸20上的负荷时，该流体再次被排出。因此，在部件内总是存在一定的运动，这引起磨损并且相应地应通过本发明减少或防止。

下面的图3至图8的实施方式的共同之处在于，被排空的支撑缸(分别为20或21)在切换阀30位置不改变时不能被填充。不发生液压油流体从VCR连杆10的其他部段到该支撑缸中的流动。一般而言，有利的是，如果第一支撑缸处于排空情况(不存在切换阀30的切换)，那么没有液压流体能够从另一支撑缸，即第二支撑缸，流入该第一支撑缸中。也能够适用的是，如果第一支撑缸处于排空情况(不存在切换阀30的切换)，那么没有液压流体能够经由供给部15流入该第一支撑缸中。

在图3的视图中，能够从供给部15处经由止回阀16给VCR连杆10供给液压流体。止回阀16确保VCR连杆10内的压力波动不会传递到VCR连杆10的具有曲柄销12的支承装置上。经由切换阀30，流体压力被引导给支撑缸21，所述支撑缸于是在其上没有相应的反压力时移出。虽然存在从支撑缸21经由阀30与支撑缸20的连接，但是包含在切换阀30中的止回阀31确保没有流体能够沿该方向流动。更确切地说，止回阀31的任务是，在切换阀30恰好已被切换并且液压流体仍容纳在支撑缸20中的时间点，该液压流体能够流入支撑缸21中从而引起偏心轮位置的切换。在图3和图4的实施方式中，支撑缸20和21的容积是相同大小的。也就是说，液压流体能够分别完全由另一支撑缸容纳，并且理想情况下能够无流体损失地工作，这意味着无需经由供给部15补充液压流体。但是因为例如经由泄漏总是产生液压流体的损失，所以始终需要供给部15。在将切换阀30切换到其第二位置中时，填充条件被精确地交换，使得支撑缸21被排空而支撑缸20被填充，如在图4中所示。通过这种构造产生被排空的支撑缸的所期望的脱耦。

在图5至图8中示出两个实施方式，其中支撑缸中的一个具有较大的横截面。这是燃气力侧(＝GKS)的支撑缸20，燃烧的力经由(燃烧室)活塞作用到所述支撑缸上，并且所述支撑缸在一些实施方式中能够相应增大地构成。因为此时这两个支撑缸20和21的容积不同，所以在填充另一个支撑缸，即质量力侧(＝MBS)的支撑缸21时，会产生液压流体的过剩。该流体经由流出部50从VCR连杆10中输出给发动机内部空间。因此，在填充GKS支撑缸20时，因为MKS支撑缸21的量不足，所以经由供给部15输送新鲜的液压流体。在图5和6的该实施方式中，液压线路图在很大程度上对应于图3和4的实施方式，但是其中在图5中示出，在从GKS支撑缸20流出进入MKS支撑缸21中时也能够将体积流经由切换阀30输出给周围环境。为了保证不会流出不必要多的液压流体，流出部50设有限制流量的出流节流阀51。在切换阀30的另一切换位置中，MKS支撑缸21被排空，并且其液压流体优选流入GKS支撑缸20中。此外，流出到周围环境是可行的，但是所述流出通过出流节流阀51最小化。当要确保在避免气蚀方面优化液压流时能够优选选择该实施方式。也就是说，如果在图6的切换状态中将力施加到GKS支撑缸20上，那么MKS支撑缸21(如上所述)由于弹性会轻微提升。这会在其缸容积或输送管路中引起负压并且会引起真空气泡形成，所述真空气泡形成在其以气蚀形式瓦解时会导致材料损伤。这能够通过将通道朝向VCR连杆10的外部打开来避免。该路径伸展经过切换阀30和出流节流阀51。

在图7和图8中又在这两个切换位置中示出另一变型形式，其中根据图8的唯一区别在于，在MKS支撑缸21被排空的状态中，不存在到VCR阀的外部的连接。在这种情况下，优选能够使用通风和排气，所述通风和排气将在下文中阐述并且也能够在前述实施方式中使用。

为此，图9和10分别示出支撑缸之一的活塞的图1的细节，其中在此处提到的特征能够在这两个支撑缸20、21中使用。所示出的活塞(没有附图标记)包括密封件25，所述密封件引起相对于缸的密封。孔被设计为通风和排气部22，使得其在活塞中从流体空间引导到从密封件25位于压力外侧的点。孔的公差非常窄并且能够具有例如为0.1mm或0.2mm的直径。由于不同的流动阻力，只有少量的液压流体但是明显更多的空气能够通过所述孔。在已经如上所述的那样形成负压的情况下，空气能够通过通风和排气部22从发动机内部空间进入支撑缸的液压容积中从而减小气蚀倾向。如果给支撑缸加载压力，那么通风和排气部22用作为排气部。通风和排气部22也具有如下普遍任务：防止永久的空气体积积聚在支撑缸中，因为积聚的空气经由所述通风和排气部导出。相应地，排气孔优选能够在竖直地位于上方的点处从流体空间分支出来。并且在图10中示出排气部的一个替选方案。设置在活塞中的孔23通入气体收集室24中，所述气体收集室由支撑缸的连杆26的部段限界。当该支撑缸被加载压力时，连杆26和活塞之间的配合部/密封件封闭出口。由于在活塞中连杆26的支承装置中的间隙，在连杆26卸载时的气体导出是可行的。在上述给连杆26加载压力时，气体收集室24缓慢地由流过狭窄的孔23的气体填充，并且由于可压缩性显著地积聚在气体收集室24中，直到连杆26的压力下降并且气体能够流出为止。

图3至图8的实施方式是相对相似的，并且相关的区别已经在说明书中详细提及。这意味着，为了简洁起见仅在实施方式之一中提到的阐述可以直接应用于其他实施方式，除非这些阐述与其明显矛盾。在相应的实施例上统一地使用附图标记，只要相应的部件基本上实现相应相同的功能。

附图标记列表

10 VCR连杆

12 曲柄销

15 供给部

16 止回阀

20 (燃气力侧的)支撑缸(也是较大的支撑缸)

21 (质量力侧的)支撑缸(也是较小的支撑缸)

20a、21a 止回阀

22、23 分别为通风和排气部，孔

24 气体收集室

25 密封件

26 支撑缸的连杆

30 切换阀

31、32 止回阀

40 偏心轮

41 用于活塞支承装置的孔

50 流出部

51 出流节流阀

Claims (10)

1.一种用于设定内燃机的不同压缩比的VCR连杆(10)，其中所述VCR连杆(10)经由曲轴的曲柄销(12)包括液压流体的供给部(15)，并且为了切换所述VCR连杆(10)的偏心轮(40)设有两个与所述偏心轮(40)耦联的支撑缸(20、21)，

其中切换阀(30)设计为，在第一切换位置中，所述支撑缸中的第一支撑缸(20)被供应液压流体以切换所述连杆，而第二支撑缸(21)在此被排空，

其特征在于，

至少在所述第二支撑缸(21)被排空之后，所述第二支撑缸(21)与液压流体的供给部和/或与所述第一支撑缸(20)脱耦，使得没有液压流体能够流入所述第二支撑缸(21)中。

2.一种用于设定内燃机的不同压缩比的VCR连杆(10)，其中所述VCR连杆(10)经由曲轴的曲柄销(12)包括液压流体的供给部(15)，并且为了切换所述VCR连杆(10)的偏心轮(40)设有两个与所述偏心轮(40)耦联的支撑缸(20、21)，

其中切换阀(30)设计为，在第一切换位置中，所述支撑缸中的第一支撑缸(20)被供应液压流体以切换所述连杆，而第二支撑缸(21)在此被排空，

其特征在于，

对于所述第二支撑缸(21)，至少在被排空的位置中设有通风部和/或排气部(22，23)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的VCR连杆(10)，其中为了相应填充所述第一和第二支撑缸(20、21)所需的流体体积是相同大小的，并且所述流体体积与所述切换阀(30)的位置相关地从所述第一支撑缸(20)被输送到所述第二支撑缸(21)中或者被相反地输送，并且在此所述流体体积沿着止回阀(31、32)被引导，并且特别地，所述止回阀(31、32)通过所述切换阀(30)的可移动的切换元件形成或包含在该处。

4.根据权利要求1或2所述的VCR连杆(10)，其中所述第一和第二支撑缸(20、21)具有不同大小的流体体积，并且对于所述流体而言，在填充较小的支撑缸时设有流体离开所述VCR连杆(10)的流出部。

5.根据上述权利要求中任一项所述的VCR连杆(10)，其中在所述切换阀(30)的第二切换位置中，所述第一和第二支撑缸(20、21)交换功能。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的VCR连杆(10)，其中所述第一和第二支撑缸(20、21)具有不同大小的流体体积，并且在填充较大的支撑缸期间，在结构上不设有所述较小的支撑缸的流体经由为此设有的流出部离开所述VCR连杆(10)的流出部。

7.根据权利要求1、2、4或5所述的VCR连杆(10)，其中所述第一和第二支撑缸(20、21)具有不同大小的流体体积，并且在填充较大的支撑缸期间，能够发生所述较小的支撑缸的流体经由为此设有的流出部(50)从所述VCR连杆(10)中流出。

8.根据上述权利要求中任一项所述的VCR连杆(10)，其特征在于，所述支撑缸中的至少一个包括从其压力室至所述VCR连杆(10)的周围环境的通风和/或排气通道(22)，并且尤其不设有用于与运行状态相关地打开和关闭所述通风和排气通道的机构。

9.根据上述权利要求中任一项所述的VCR连杆(10)，其特征在于，所述支撑缸中的至少一个包括从其压力室至所述VCR连杆(10)的周围环境的通风和/或排气通道(23)并且设有密封机构，用于根据作用于所述连杆的压力打开和/或关闭所述通风和/或排气通道(23)。

10.一种根据往复式活塞原理具有至少一个燃烧室的内燃机，所述内燃机具有根据上述权利要求中任一项所述的VCR连杆(10)。

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