CN112639265B - 受控可变压缩比发动机的曲轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种受控可变压缩比发动机的曲轴(100)，具有限定纵向轴线的旋转轴线，并且包括至少一个曲柄销(2)、通过连接件(4)连接的至少一个轴颈(3)、以及至少一个控制元件(50)，所述控制元件(50)能够沿着所述纵向轴线(y)平移移动，以便与系统的致动器配合，用于调节连杆的长度。所述曲轴(100)的特征在于：·位于所述连接件(4)上的所述控制元件(50)包括与所述曲柄销(2)同轴的环形部件(51)，无论所述曲轴(100)的角位置如何，所述环形部件(51)都能够与系统的所述致动器建立连续的接触，用于调节所述连杆的长度，·所述曲轴(100)包括流体控制回路，用于使所述控制元件(50)沿着所述纵向轴线(y)移动。

Description

受控可变压缩比发动机的曲轴

技术领域

本发明涉及可变压缩比发动机领域，并涉及一种其长度受到控制的连杆。本发明尤其涉及一种曲轴，该曲轴构造成控制变长连杆的致动器。

背景技术

使得发动机的压缩比可变的已知解决方案包括使用连杆的方案，该连杆的中心距离(即，连杆的长度)可以进行控制。当连杆具有第一长度时，发动机构造成具有第一压缩比。当连杆具有第二长度时，发动机构造成具有第二压缩比。

连杆可以是伸缩型或偏心型的。通常，连杆设有通常为液压机械性质的系统，从而允许调节其长度。

无论选择哪种类型，连杆都可以构造成允许在其第一长度与第二长度之间连续调节所述连杆的长度，以便连续地调节发动机压缩比。替代地，连杆可描述为是“双稳态的”：则这样只有其第一长度和第二长度形成稳定的位置，使得可以限定两种发动机工作模式，每个模式对应于确定的压缩比。

连杆的控制在于指示被设计用于调节该连杆的长度的液压机械系统以设定目标长度，以便给予发动机预定的压缩比。

根据例如在文献WO2015193437中公开的第一已知方法，指令的传递是机械式地进行的。在连杆由曲轴驱动的同时，通过调节系统的致动器(例如，液压分配器的阀芯)与固定在发动机缸体上的控制部件之间的碰撞来获得控制。这种碰撞以非常高的速度发生，并且这种通过碰撞的控制要求控制部件在发动机缸体中的极其精确的定位，这使其制造特别复杂且昂贵。此外，该控制模式导致显着的声发射并导致所接触的部件的快速磨损。

根据另一种已知方法，设定点的传递是通过液压装置进行的。因此，文献WO20162047提供了使用连杆轴承润滑回路通过改变油压设定点来作用在连杆长度调节系统的致动器上。这种液压控制的缺点是控制惯性较大，特别是因为润滑系统涉及整个发动机，因此有必要将压力变化施加到整个润滑回路以获得效果；这种液压控制的另一个缺点是对发动机转速敏感，这与惯性对由旋转曲轴驱动的油柱质量的影响有关。

而且，由于润滑回路是曲轴的所有轴承共用的，因此不可能进行选择性的缸到缸的控制。

发明内容

本发明旨在克服所有或部分的上述缺点。本发明涉及一种用于控制受控压缩比发动机的连杆长度的曲轴。

本发明涉及一种受控可变压缩比发动机的曲轴，其具有限定纵向轴线的旋转轴线。所述曲轴包括至少一个曲柄销、通过连接臂连接的至少一个轴颈、以及至少一个控制元件，所述控制元件能够沿着所述纵向轴线平移移动，以便与系统的致动器配合，用于调节连杆的长度。

根据本发明的曲轴的特征在于，位于所述连接臂上的所述控制元件包括与所述曲柄销同轴的环形部件，无论所述曲轴的角位置如何，所述环形部件都能够与系统的所述致动器建立连续的接触，用于调节所述连杆的长度。

所述曲轴进一步包括流体控制回路，用于使所述控制元件沿着所述纵向轴线移动。

环形部件允许控制元件在曲轴的所有角位置处与连杆长度调节系统的致动器接触。因此，根据本发明的曲轴避免了通过碰撞的控制，碰撞控制的缺点在背景技术中提到。

为了使控制元件与致动器接触或远离致动器，控制元件沿着纵向轴线的移动由独立于润滑回路的流体控制回路执行。独立回路具有多个优点。一方面，可以减少传递控制信息所需的流体量，从而减小控制的惯性。另一方面，其可以在与润滑功能无关的压力水平下工作：因此，例如可以使用介于压力与真空之间振荡的控制进行工作，以获得控制返回效果。最后，可以使用除油以外的流体(例如气体)进行工作，这可以克服与曲轴转速相关的惯性影响，其容易干扰控制。

根据本发明的其它有利和非限制性特征，单独进行或以任何技术上可行的组合进行：

·所述控制元件位于在所述曲柄销的一端处的所述连接臂的环形腔中，并且，所述流体回路包括通向所述腔的孔口；

·所述曲轴包括夹持部件，所述夹持部件固定到所述连接臂，以形成所述控制元件的端部止挡件；

·所述控制元件位于所述连接臂上，并且与设置在所述曲柄销的一端或设置在所述连接臂的与所述曲柄销相邻的部分中的两个肩部配合，并且，所述流体回路包括在两个所述肩部之间开口的孔口；

·所述流体控制回路通过流体的压力来控制所述控制元件在第一方向上的平移移动；

·所述流体控制回路通过真空来控制所述控制元件在与所述第一方向相反的第二方向上的平移移动；

·所述流体是气体或液体；

·所述曲轴包括复位构件，所述复位构件用于在与所述第一方向相反的第二方向上沿着所述纵向轴线平移移动所述控制元件；

·所述流体控制回路由所述曲轴中的钻孔形成，所述钻孔从所述曲轴的端部在其整个长度上连通；

·所述曲轴包括控制元件，所述控制元件在每个曲柄销的任一侧上并位于每个所述连接臂处；

·位于所述曲柄销的任一侧上的两个所述控制元件由两个单独的流体控制回路控制；

·位于所述曲柄销的任一侧上的两个所述控制元件由同一个流体控制回路控制；

·所述流体控制回路包括至少一个流体分配器，用于根据所述流体回路中的压力水平来打开或关闭与两个所述控制元件中的一个或另一个的流体连通；

·曲柄销构造成容纳两个连杆。

本发明还涉及一种受控可变压缩比发动机，包括：

·发动机缸体；

·上述的曲轴，其位于所述发动机缸体中；

·至少一个可变长度连杆，其与所述曲轴的曲柄销相关联，所述连杆包括长度调节系统和所述长度调节系统的致动器，所述致动器位于所述连杆大端的一侧。

根据本发明的其它有利和非限制性特征，单独进行或以任何技术上可行的组合进行：

·所述曲轴通过密封的旋转连接而连接到至少一个外部控制系统，所述外部控制系统构造成承载所述曲轴的所述流体控制回路中的流体，并且由发动机控制单元控制；

·所述连杆是两速率、三速率或连续速率并为伸缩式的或偏心式的；

·所述受控可变压缩比发动机包括多个可变长度连杆，并且所述曲轴的所述流体控制回路是为所述连杆共用的；

·所述受控可变压缩比发动机包括多个可变长度连杆，并且，所述曲轴包括为每个所述连杆专用的至少一个流体控制回路。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从参考附图对本发明的详细描述中得出，在附图中：

-图1示出了根据本发明的曲轴的一部分；

-图2示出了安装在根据本发明的曲轴上的连杆的截面图；

-图3示出了根据本发明的曲轴的一部分；

-图4a至图4d示出了根据本发明的第一实施方案的曲轴；

-图5a和图5c示出了根据本发明第二实施方案的曲轴；

-图5b示出了根据本发明第二实施方案的曲轴控制元件；

-图5d、图5e示出了在根据本发明的曲轴中，当两个控制元件位于曲柄销的任一侧时流体控制回路的不同构造；

-图6示出了根据本发明的曲轴和与所述曲轴的曲柄销相关联的两个连杆；

-图7示出了根据本发明的受控压缩比发动机。

附图中相同的附图标记可用于相同类型的元件。

具体实施方式

本发明涉及一种曲轴100，其构造成控制可变压缩比发动机中的连杆长度。如背景技术中提到的，在这种发动机中，连杆包括用于调节其长度的系统和位于连杆大端一侧的致动器。

曲轴100具有限定纵向轴线y的旋转轴线，并且包括至少一个曲柄销2和至少一个通过连接臂4连接的轴颈3。在图1的示例中，曲轴1包括四个曲柄销2，曲柄销2的两端分别连接到连接臂4。

如图2中示意性所示，曲轴100还包括至少一个控制元件50。控制元件50能够沿着纵向轴线y平移移动，以便与系统的致动器11配合，用于调节与曲柄销2相关联的连杆10的长度。

优选地，取决于构造和实施方案，控制元件50的总行程在大约1mm至2mm之间变化。

控制元件50在曲柄销2的一端处设置在连接臂4处。其包括环形部件51，该环形部件51的平坦表面52在垂直于纵向轴线y的平面(x，z)中延伸。环形部件51与曲柄销2同轴，并且无论曲轴1的角位置如何，环形部件51都能够经由其平坦表面52而与连杆10长度调节系统的致动器11建立连续的接触。这种构造的优点在于，机械地传递了连杆长度调节设定点而不会产生碰撞。

曲轴100还包括流体控制回路60，该流体控制回路60构造成使控制元件50沿着纵向轴线y移动。流体回路60包括至少一个孔口61，该孔口旨在使流体与控制元件50的后表面(与平坦表面52相对)连通。流体可以是气体或液体。与液态流体相比，气态流体由于其非常低的密度而具有受曲轴旋转影响较小的优点。

根据第一有利变体形式，流体是气体，例如压缩空气，并且所述流体的加压控制所述控制元件50在第一方向Y1上的平移移动(图2)；优选地，将设置止挡件以限制所述控制元件50的平移移动(端部止挡件-未示出)。控制元件50在与第一方向Y1相反的第二方向Y2上的平移移动可通过对流体回路60减压来操作。

根据第二变体形式，曲轴100包括至少一个复位构件(未示出)，用于在第二方向Y2上沿着纵向轴线y平移移动控制元件50。复位构件可以由连杆或曲轴100承载，并且例如包括弹簧系统。

替代地，曲轴100具有两个上述变体形式(至少一个复位构件和对流体回路60的减压)的组合，以便在第二方向Y2上沿着纵向轴线y平移移动控制元件50。

举例来说，在流体控制回路60中用来控制控制元件50在第一方向Y1上的平移移动的流体压力大约为几巴，通常小于5巴。

有利地，从曲轴100的一个端部1到与该端部相对的最后一个曲柄销2(图3)，流体控制回路60由沿曲轴100的整个长度上钻出的管道62形成。这些不同的钻孔62在(至少一个)曲柄销和(至少一个)轴颈处相交。如前所述，流体回路60具有至少一个位于连接臂4处的用于流体的出口，以便与控制元件50的后表面连通。

曲轴100中的钻孔62独立于连接曲柄销2和轴颈3的用于润滑管道20的孔，因此被制造成避开所述润滑管道20。管道62的直径例如可以为大约4mm。

独立的流体回路60具有多个优点。一方面，可以减少传递控制信息所需的流体量，从而减小控制的惯性。另一方面，其可以在与润滑功能无关的压力水平下工作：因此，例如可以使用介于压力与真空之间振荡的控制下进行工作，以获得控制返回效果。最后，可以使用除油以外的流体(例如气体)进行工作，这可以克服与曲轴转速相关的惯性影响，其容易干扰控制。

对流体控制回路60的密封通过在每个钻孔62的到曲轴1外部的出口处的一系列塞子63来确保(图3、图4d和图5c)。

根据本发明的第一实施方案，在连接臂4中在曲柄销2的一端处(图4a)布置有环形腔40。该腔旨在形成环形活塞的缸体，其本身由控制元件50形成。流体控制回路60的流体出口61通向腔40中。控制臂连杆4还包括一个外部定心部41，该外部定心部41与曲柄销2以及两个凸耳壳体42同轴，其功能将在后面详述。应当注意，上述特性构成可以通过对标准曲轴进行机加工来进行的修改。

根据该第一实施方案，控制元件50包括例如具有H形轮廓的两个半体框架53(图4b)，该两个半体框架53旨在围绕曲柄销2组装，然后被定位在环形腔40中。有利地，半体框架53是金属的。在组装两个半体框架53之后，设置销以对准并固定两个半体框架53。

当将每个半体框架53放置在环形腔40中时，将用于确保控制元件50的后表面55与平坦表面52之间的密封的弹性体54包覆成型在每个半体框架53上。

根据该第一实施方案，曲轴100包括夹持部件45，该夹持部件45在外部定心部41处居中并且直接在凸耳壳体42处卡扣到连接臂4上。当控制元件50在第一方向Y1上沿着纵向轴线y移动时，夹持部件45形成控制元件50的端部止挡件。优选地，夹持部件45具有环形段，从而可以使抵靠在控制元件50的环形部件51上的端部止挡件标准化。

有利地，夹持部件45还可以用作连杆10的大端的侧部止挡件。

如图4c和图4d所示，控制元件50的环形部件51(形成环形活塞)具有平坦表面52，其能够与关联于曲柄销2的连杆10的长度调节系统的致动器11建立连续的接触。当控制元件50在第一方向Y1上移动时，可以建立与致动器11的接触。该移动是由在控制元件50的后表面55上施加流体压力引起的。流体通过流体控制回路60的导管62被引导到环形腔40(位于控制元件50的后部处)。

流体回路60的降压引起控制元件50在第二方向Y2上的移动，并因此中断与连杆10的调节系统的致动器11的接触。可替代地，可以设置复位构件，以使得当其后表面55上的流体压力降到阈值以下时，将控制元件50推回。

根据本发明的第二实施方案，曲轴100包括两个肩部46、47，该两个肩部46、47形成两个直径不同并且垂直于曲柄销2的轴线的圆环(图5a)。这些肩部46、47设置在曲柄销2的一端处。这些肩部46、47位于曲柄销2上或位于连接臂4的与曲柄销2邻接的部分上。流体控制回路60的流体出口61在两个肩部46、47之间打开。

在该第二实施方案中，应当注意，上述特性构成可以通过对标准曲轴进行机加工来进行的修改。

根据该第二实施方案，控制元件50包括两个半体壳部件53’(图5a、图5b)，该两个半体壳部件53’旨在组装在一起并与两个肩部46、47配合。因此，为了与肩部配合，半体壳部件53’的组件具有不同的前表面直径d1和后表面直径d2，并且被定义为分别围绕肩部46、47。

优选地，半体壳部件53’是金属的。在将两个半体壳部件53’安装在连接臂4上之后，设置定心部和固定件56以对准和固定两个半体壳部件53’。也可以设想使用钉装系统的变体形式，以将半体壳部件53’彼此固定。

为了确保密封，将弹性体类型的材料54’放置在每个半体壳部件53’中的合适的凹槽中(图5b)。弹性体54’在前表面直径d1处在半体壳部件53’的组件与较小直径的肩部46之间提供密封。另一弹性体54’在后表面直径d2处在半体壳部件53’的组件与较大直径的肩部47之间提供密封。最后，弹性体54’在两个半体壳部件53’之间提供密封。与控制元件50的内表面55’(半体壳部件53’的组件的内表面)连通的流体控制回路60的流体密封地保持在所述内表面55’与连接臂4之间的空间中。

半体壳部件53’的组件包围两个肩部46、47，并提供密封，同时保持沿纵向轴线y平移移动的能力。

还需要止挡件来限制控制元件50在第一方向Y1上的行程，还限制在连杆10的侧面上的过度摩擦。例如，销48横向地安置在连接臂4中，并且呈凸耳形状的轮廓57被集成到半体壳部件53’中的一个中，以与销48配合(图5a)。

如图5a和图5c所示，控制元件50的环形部件51具有基本上平坦的旋转表面52，该旋转表面52能够与关联于曲柄销2的连杆10的长度调节系统的致动器11建立连续的接触。当控制元件50在第一方向Y1上移动时，能够建立接触。该移动是由在控制元件50的内表面55’上施加流体压力所引起的。流体通过流体控制回路60的导管被引导到所述后表面55’。

流体回路60的减压引起控制元件50在第二方向Y2上的移动，并因此中断与连杆10调节系统的致动器的接触。可替代地，可以设置复位构件，以使得当其后表面55’上的流体压力降到阈值以下时，将控制元件50推回。

根据变体形式，可应用于本发明的各个实施方案，例如，如图5a所示，控制元件50位于曲轴100的每个曲柄销2的两侧上的每个连接臂4处。

这样的构造可以允许控制包括两个致动器的三速率连杆10，每个致动器均位于靠近连杆大端的一侧。当曲柄销2精确地构造成容纳两个连杆10时(图6)，这样的构造还允许控制两个连杆10。

无论寻求哪种控制方式，位于同一曲柄销2两侧的两个控制元件50均可由两个单独的流体回路60a、60b控制：图5d示意性地显示了这两个回路60a、60b，每个回路都提供一个环形腔40a、40b，控制元件50的内表面55’(未示出)将定位在该环形腔40a、40b的前面。实施两个单独的流体回路60a、60b则使得可以彼此独立地控制每个控制元件50。

可替代地，位于同一曲柄销2的任一侧上的两个控制元件50可以由同一个流体回路60(图5e)控制。

在这种情况下，根据第一选择(未示出)，在供应第二环形腔40b的管道中布置有预装载阀。对于流体回路60中的第一压力水平，将对第一环形腔40a供应，因此，将仅移动连接到该第一腔40a的控制元件50。对于第二压力水平，预装载阀将允许流体流到第二环形腔40b，这将导致连接到第二腔40b的控制元件50移动。

根据图5e所示的第二选择，包括在流体回路60中的流体分配器64使得可以根据回路60中的压力水平来控制朝向环形腔40a、40b中的一个或另一个(控制元件50的内表面55’将定位该环形腔的前面)的流体打开或关闭。因此，根据压力水平，将使一个或另一个控制元件50移动，以便与连杆的致动器11配合。

本发明还涉及具有受控可变压缩比的发动机150。图7示出了根据本发明的具有V形架构的发动机150。可选地，其当然可以具有直列式结构。

发动机150包括发动机缸体110和位于发动机缸体110中的如上所述的曲轴100。发动机150还包括至少一个与曲轴100的曲柄销2相关联的可变长度连杆10。

连杆10包括长度调节系统和位于连杆10大端侧的致动器11。特别地，由曲轴100承载的控制元件50的位置和尺寸设置成与致动器11相对。在根据本发明的发动机中，可以使用以连续速率、两速率或三速率操作的现有技术中任何类型的伸缩或偏心连杆10。

曲轴100的流体控制回路60通过曲轴100的端部1连接到外部。该端部1被设计成容纳旋转密封件，该旋转密封件允许在旋转部件(曲轴)与固定部件(发动机缸体)之间进行连接，从而允许控制回路60与位于发动机缸体110外部的外部控制系统进行流体连接。应该注意，流体连接可以是轴向的，也就是说，沿着曲轴100的纵向轴线，或者流体连接可以是径向，即在垂直于纵向轴线y的平面上，例如在曲轴100的轴颈3处。

外部控制系统构造成将流体引导到控制回路60中。当流体为压缩空气时，外部控制系统尤其包括压力源，例如空气压缩机。为了使控制回路60减压(并控制控制元件50在第二方向Y2上的移动)，外部控制系统还可包括专用或共享的真空泵。根据发动机转速和负载，外部控制系统由发动机控制单元(ECU)控制。

当然，本发明不限于所公开的实施方案，并且可以在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下提供变化的实施方案。

Claims (19)

1.一种受控可变压缩比发动机(150)的曲轴(100)，其具有限定纵向轴线(y)的旋转轴线，并且包括至少一个曲柄销(2)、通过连接臂(4)连接的至少一个轴颈(3)、以及至少一个控制元件(50)，所述控制元件(50)能够沿着所述纵向轴线(y)平移移动，以便与系统的致动器(11)配合，用于调节连杆(10)的长度，所述曲轴(100)的特征在于：

·位于所述连接臂(4)处的所述控制元件(50)包括与所述曲柄销(2)同轴的环形部件(51)，所述环形部件(51)能够与系统的所述致动器(11)建立连续的接触以用于调节所述连杆(10)的长度，而无论所述曲轴(100)的角位置如何，

·所述曲轴(100)包括流体控制回路(60)，用于使所述控制元件(50)沿着所述纵向轴线(y)移动。

2.根据权利要求1所述的曲轴(100)，其中，所述控制元件(50)位于处在所述曲柄销(2)的一端处的所述连接臂(4)的环形腔(40)中，并且其中，所述流体控制回路(60)包括通向所述环形腔(40)的孔口(61)。

3.根据权利要求2所述的曲轴(100)，包括夹持部件(45)，所述夹持部件(45)固定到所述连接臂(4)，以形成所述控制元件(50)的端部止挡件。

4.根据权利要求1所述的曲轴(100)，其中，所述控制元件(50)位于所述连接臂(4)上，并且与设置在所述曲柄销(2)的一端处的或设置在所述连接臂(4)的与所述曲柄销(2)相邻的部分中的两个肩部(46、47)配合，并且其中，所述流体控制回路(60)包括在两个所述肩部(46、47)之间开口的孔口(61)。

5.根据权利要求1所述的曲轴(100)，其中，所述流体控制回路(60)通过流体的压力来控制所述控制元件(50)在第一方向(Y1)上的平移移动。

6.根据权利要求5所述的曲轴(100)，其中，所述流体控制回路(60)通过真空来控制所述控制元件(50)在与所述第一方向(Y1)相反的第二方向(Y2)上的平移移动。

7.根据权利要求5或6所述的曲轴(100)，其中，所述流体是气体或液体。

8.根据权利要求5或6所述的曲轴(100)，包括复位构件，所述复位构件用于在与所述第一方向(Y1)相反的第二方向(Y2)上沿着所述纵向轴线(y)平移移动所述控制元件(50)。

9.根据权利要求1所述的曲轴(100)，其中，所述流体控制回路(60)由所述曲轴(100)中的钻孔(62)形成，所述钻孔(62)从所述曲轴(100)的端部(1)在其整个长度上连通。

10.根据权利要求1所述的曲轴(100)，其中，控制元件(50)位于每个所述连接臂(4)处并在每个曲柄销(2)任一侧上。

11.根据权利要求10所述的曲轴(100)，其中，位于所述曲柄销(2)的任一侧上的两个所述控制元件(50)由两个单独的流体控制回路(60)控制。

12.根据权利要求10所述的曲轴(100)，其中，位于所述曲柄销(2)的任一侧上的两个所述控制元件(50)由相同的流体控制回路(60)控制。

13.根据权利要求12所述的曲轴(100)，其中，所述流体控制回路(60)包括至少一个流体分配器，用于根据所述流体控制回路(60)中的压力水平来打开或关闭与两个所述控制元件(50)中的一个或另一个的流体连通。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的曲轴(100)，其中，曲柄销(2)构造成容纳两个连杆(10)。

15.一种受控可变压缩比发动机(150)，包括：

·发动机缸体(110)；

·根据前述权利要求中任一项所述的曲轴(100)，其位于所述发动机缸体(110)中；

·至少一个长度可变连杆(10)，其与所述曲轴(100)的曲柄销(2)相关联，所述长度可变连杆(10)包括长度调节系统和所述长度调节系统的致动器(11)，所述致动器(11)位于所述长度可变连杆(10)大端的一侧。

16.根据权利要求15所述的受控可变压缩比发动机(150)，其中，所述曲轴(100)通过密封的旋转连接而连接到至少一个外部控制系统，所述外部控制系统构造成引导所述曲轴(100)的所述流体控制回路(60)中的流体，并且由发动机控制单元控制。

17.根据权利要求15所述的受控可变压缩比发动机(150)，其中，所述长度可变连杆(10)是两速率、三速率或连续速率，并为伸缩式的或偏心式的。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的受控可变压缩比发动机(150)，包括多个长度可变连杆(10)，并且其中，所述曲轴(100)的所述流体控制回路(60)是为所述长度可变连杆(10)所共用的。

19.根据权利要求15至17中任一项所述的受控可变压缩比发动机(150)，包括多个长度可变连杆(10)，并且其中，所述曲轴(100)包括为每个所述长度可变连杆(10)专用的至少一个流体控制回路(60)。

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