本发明涉及一种往复式活塞发动机，尤其是内燃机，其具有至少一个与曲柄轴的曲柄销连接的、长度可调节的连杆，其中所述连杆具有至少一个可电动切换的和可感性操作的控制阀。
背景技术：
为了为内燃机关于排放和消耗方面进行优化，越来越多地尝试具有可变压缩比的变型方案。通过改变内燃机的压缩可以以较低的压缩比运行全负荷，以提高的比例运行部分负荷和起动。在此，在部分负荷范围中改善消耗，在起动时随着提高的压缩比提高压缩压力并且在高功率时随着降低的比例减小喷射压力以及防止爆震。
为此公开了不同的解决方案，其尤其以不同的方式解决控制压缩比的控制的问题。在DE 10 2007 040 699 A1中在气缸中活塞设置有执行器，所述执行器由磁致伸缩的材料构成并且设置在活塞销与活塞底部之间。通过设置在气缸之外的用于产生不同磁场的装置实现执行器的长度改变。缺点尤其在于，磁致伸缩的材料易磨损并且并不确保在较长的时长上可再现的特性。
在AT 514 071 B1中公开了具有长度可调节的连杆的解决方案，在该解决方案中经由选择性地填充高压腔室实现长度调整。选择性填充在此经由设置在连杆中的控制阀来进行。在一个实施变型方案中，在此控制阀具有调节活塞，该调节活塞可以电磁方式通过设置在曲柄壳体中的电感线圈来操作。DE 102 30 427 A1描述了类似的解决方案。在此，在较长的运行时间上会在电感性能量传输时出现困难，例如因在传输路程中的污物等等引起。此外，已知的解决方案费空间和制造费事。
技术实现要素：
因此，本发明的任务是避免现有技术的缺点并且以尽可能简单且节约位置和可靠的方式实现灵活的压缩比的改变。
根据本发明，本发明的特征在于，连杆具有至少一个感应装置，所述感应装置在构成在所述连杆中的、从所述连杆的至少一个端侧开始的并且以曲柄销间距远离于所述曲柄销的纵轴线地设置的位置中优选在凹进部中设置在所述连杆的大的连杆孔的区域中，其中所述感应装置与所述控制阀能够电连接或电连接并且在所述感应装置中在曲柄轴的转动运动中借助至少一个相对于曲柄轴固定的激励装置能感应电流。由此，在例如通过设置在曲柄轴壳体中的控制单元电感性操作控制阀时可以快速且简单地切换内燃机的压缩比，内燃机可以持续且非常低磨损地运行。尤其是，本发明实现对压缩比与工作点无关地主动切换，这能够实现排放和消耗优点的转化。
感应装置在此理解为如下元件，在所述元件中在曲柄轴转动时感生电压。激励装置是如下元件，其引起磁通量的改变并且因此实现在感应装置中形成电场。
感应装置和激励装置设置为使得在其之间在轴向方向上即在沿着曲柄轴轴线的方向上构成限定小的气隙。激励装置设置在曲柄轴的与连杆相邻的曲柄臂的朝向感应装置的侧面中。
在本发明的一个实施变型方案中设计为，感应装置具有围绕由磁传导的材料的芯设置的线圈装置，其中优选芯和线圈装置防丢失地设置在凹进部中。磁传导的材料例如可以是铁氧体、软铁或永磁铁或永磁性的材料如钢、铝镍钴磁体或稀土磁体(钕铁硼或钐钴)。防丢失的布置例如可以通过粘合、旋接、可松脱的搭扣连接等进行。
由线圈装置和芯构成的感应装置可以直接插入连杆的侧向凹进部中，其中凹进部可以设置在连杆轴承的轴承盖中。对此可替选地，感应装置也可以设置在被插入到凹进部中的、在连杆的端侧的那侧上敞开构成的壳体中。该壳体在此例如可以杯状地构成并且连带感应装置插入凹进部中并且防丢失地固定。
为了防止或减小在连杆轴承盖中形成涡流，连杆的或连杆轴承盖的至少一个与凹进部相邻的区域由具有特定的导电性σ的材料和/或由具有至少1000(更有利地在1000与3000之间)的导磁率μr，和/或具有最大140000(更有利地在50000到140000之间)的导磁率μr的抑制磁力线的表面涂层。连杆轴承盖或至少连杆围绕感应装置(多个感应装置)的区域即由能良好磁传导的但导电差的材料制造。由此，防止磁力线侵入到连杆轴承盖并且由此防止形成涡流，所述涡流会导致连杆中的热形成并且由此引起效率降低。
优选地，激励装置具有至少一个与曲柄轴牢固地连接的磁体元件、优选永磁体元件，其以曲柄销间距远离于曲柄销的纵轴线地设置。在此，激励装置也可以具有多个与曲柄轴牢固地连接的磁体元件，所述磁体元件在径向方向上以曲柄轴销间距远离于曲柄销的纵轴线地设置，其中优选每两个相邻的磁体元件在连杆的端侧的那侧上具有不同磁极性。通过曲柄轴旋转由此在感应装置中产生可变的磁通量并且感生电压。对多个磁体元件替选地，激励装置可以通过与曲柄轴的曲柄臂的在曲柄销侧的侧面牢固连接的或一件式构成的、至少部分围绕曲柄销的纵轴线的环形元件构成。
环形元件在此可以构成为如下组中的至少一个：磁体环，其具有至少等于曲柄销间距的半径，其中优选至少两个相邻的朝向所述连杆的端侧定向的极分段具有不同的磁极性；分段环，其具有至少等于曲柄销间距的半径，所述分段环具有至少一个凹部和至少一个与之相邻的突出部，其中所述凹部和所述突出部沿着径向方向伸展地定向；齿环，所述齿环具有至少等于曲柄销间距的半径，所述齿环具有至少一个凹部和至少一个与之相邻的突出部，其中所述凹部和突出部沿着轴向方向平行于所述曲柄销的纵轴线伸展地、朝向所述连杆的端侧地限定；限定的波浪形区域，其具有在径向方向上或环周方向上交替的突出部和凹部，所述突出部和凹部相对于法向平面构成，所述法向平面相对于所述曲柄销的纵轴线法向地在曲柄销侧的侧面中伸展。
环形元件的不同的变型方案在磁体环的情况下实现可变化的磁场，在其余情况下在感应装置与激励装置之间的气隙在曲柄轴转动时变化，由此引起磁通量的改变并且因此形成电场，这导致在感应装置中感生电压。
在本发明的一个简单的实施变型方案中，在连杆轴承盖中设置唯一的感应装置。如果需要更高的电功率，则在连杆轴承盖中也可以设置多个、优选两个或三个感应装置，其纵轴线平行于曲柄销的纵轴线设置。感应装置距所述曲柄销的纵轴线分别至少以曲柄销间距设置。
在凹进部的区域中，连杆或连杆轴承盖优选构成有与在连杆轴承盖和连杆轴承孔的其余区域中更大的厚度，在连杆与曲柄臂之间构成尽可能小的气隙，用于实现尽可能好的效果。大的连杆孔的其余区域距相邻的曲柄臂具有更大的间距，因此在这些区域中的涡流引起的不利的影响略微小。因此，原则上足够的是，上文所述的措施设置在连杆轴承盖的与凹进部相邻的区域中，在所述区域中连杆轴承盖具有其最大厚度。
在本发明的改进方案中设计为，在连杆中设置至少一个储能装置，所述储能装置与感应装置和控制阀电连接或可连接。借助储能装置可以存储经由感应生成的能量，并且在需要时提供所述能量。作为储能单元例如可以使用电池、蓄电池、超级电容等等。由此，可以确保例如双稳态的控制阀的切换功能以便对连杆中的通道进行增大或减小控制(aufsteuern oder zusteuern)。
根据本发明的实施变型方案具有所有优点：所述实施变型方案在结构上和制造方式上简单地且节约位置地构成并且能够以可靠的方式实现灵活地改变压缩比。根据内燃机的和曲柄轴的转速可以提供在1W和高达5W之间的功率(在大约3000U/min时)，所述功率能够实现可靠地切换控制阀。
附图说明
在下文中参照非限制性的实施例详细地描述了本发明，这些实施例示出在附图中。附图示意性地示出：
图1以侧视图示出了在第一实施形式中的根据本发明的往复式活塞发动机的连杆连带所标明的控制阀，
图2以侧视图示出了根据第一实施形式的另一连杆，
图3以沿着图2中的线III-III的剖面示出了图2中的连杆，
图4以侧视图示出了图2的连杆连带曲柄轴和激励装置，
图5以沿着图4中的线V-V的剖面示出了图4中的连杆，
图6以侧视图示出了在第二实施形式中的根据本发明的往复式活塞发动机的连杆，
图7以主视图示出了图6中的连杆，
图8以沿着图6中的线VIII-VIII的剖面示出了图6中的连杆，
图9以侧视图示出了图6的连杆连带部分的曲柄轴和激励装置，
图10以主视图示出了图9中的连杆，
图11以沿着图9中的线XI-XI的剖面示出了图9中的连杆，
图12以类似图5的剖面示出了在一个变型方案中的连杆连带曲柄轴，
图13以类似图5的剖面示出了在一个变型方案中的连杆连带曲柄轴，
图14以侧视图示出了在本发明的第三实施形式中的根据本发明的往复式活塞发动机的连杆以及激励装置，
图15以沿着图14中的线XV-XV的剖面示出了连杆轴承盖连带激励装置，
图16以沿着图14中的线XVI-XVI的剖面示出了连杆轴承盖连带激励装置，
图17以主视图示出了连杆轴承盖连带激励装置，
图18以立体斜视图示出了图14中的连杆轴承盖连带激励装置，
图19以立体斜视图示出了图18中所示的连杆轴承盖的感应装置的极靴，
图20以水平剖视图示出了极靴，以及
图21以纵向剖面示出了在根据本发明的第四实施变型方案中的根据本发明的往复式活塞发动机的连杆的感应装置。
具体实施方式
功能相同的部分在实施变型方案的视图中设置有相同的附图标记。
这些图示出了往复式活塞发动机尤其内燃机的两件式连杆1，其具有：上部的第一杆件2，该第一杆件具有用于与未进一步示出的活塞连接的小的连杆孔3；和具有下部的第二连杆件4，其具有用于与例如在图5、图12或图13中可见的曲柄轴20连接的构成连杆轴承5a的大的连杆孔5。用附图标记3a表示小的连杆孔3的与未示出的活塞销轴线重合的旋转对称轴线。第一杆件2相对于第二杆件4在拉出的位置与推入的位置之间围绕通过未进一步看到的端部止挡限定的调节范围沿着连杆1的纵轴线1a可调节。为此，设置在图1中所示的长度调节设备6，所述长度调节设备可以任意地构成，如例如在本申请人的AT 514 071 B中所描述的那样。
于是，长度调节可以如在AT 514 071 B中所示的那样借助固定在上部的第一杆件2中的活塞元件进行，所述活塞元件在连杆1的下部的第二杆件4的引导缸中可轴向(沿着连杆1的纵轴线1a)移动地引导，其中在活塞元件的朝向大的连杆孔5的第一端面与第二杆件4或引导缸之间展成高压腔，所述高压腔经由油通道与构成为切换阀的控制阀7连接，所述控制阀可选地可以对高压腔加载油压。图1于是示出了借助长度调节设备6和控制阀7可长度调节的连杆1。长度调节设备6可以以不同的方式构成并且不是本发明的一部分。
为了对控制阀7进行控制(即为了选择性地对高压腔加载油压或为了长度调节设备6的分别不同的操纵)，设置控制单元8，所述控制单元例如经由设置在曲柄箱中的、在这些图中未示出的发送/接收单元获得控制信号。控制阀7形成连杆1的流体操纵的装置10。用附图标记9表示设置在连杆1中的储能装置，所述储能装置与控制单元8连接。储能装置9例如可以是电池、蓄电池、超级电容(即用于储存电能的超或超级电容器)等等。
控制阀7经由电线路19与至少一个感应装置11电连接或可连接，所述感应装置设置在连杆1的大的连杆孔5的区域中或设置在连杆轴承盖12的腿部区域12a或连杆腿部中。在感应装置11中，在连杆1的至少一个位置中或在曲柄轴20旋转运动中借助至少一个相对于曲柄轴固定的激励装置14可以感应电流。感应装置11具有至少一个线圈装置15并且设置在连杆1的或连杆轴承5a的连杆轴承盖12的从连杆1的至少一个端侧13开始的凹进部16中，所述凹进部16以曲柄销间距a(轴线间距)远离曲柄轴20的曲柄销21的纵轴线21a地设置。原则上，也可以设置两个或更多的感应装置11，其分别以曲柄销间距a设置。曲柄销间距a在此假定为在纵轴线21a与凹进部16的中点之间沿径向方向的间距。
激励装置14设置在曲柄轴20的曲柄臂23的在曲柄销侧的侧面(Flanke)22上或其中，并且可以以不同的方式构成，如在下文中进一步阐述的那样。
线圈装置15例如构成为导电材料的被绕制的线圈并且围绕例如柱形的芯17设置，所述芯固定地插入在凹进部16中(参见图2至图5、图13)。芯17在所示的实施例中由导磁的材料如例如铁氧体或软铁构成或者由永磁体或永磁性的材料如钢、铝镍钴磁体或稀土磁体(例如钕铁硼、钐钴或其他)构成。芯17的直径在此为包围该芯的线圈装置15的外直径的大约80％。至少一个导线19从感应装置11引导到控制阀7，而未示出的第二线路可以接地，其中连杆1可以用作参考电势。
为了避免感应装置11的无意的脱开，所述感应装置可以粘入、挤入或旋入凹进部16中或以其他方式防丢失地设置。被线圈装置15包围的芯17在此可以直接插入凹进部中。对此替选地，也可能的是，芯17连带线圈装置15作为结构单元预先安装到在连杆1的端侧的13的那侧敞开地构成的壳体18中，并且将该结构单元作为整体防丢失地插入到凹进部16中，所述壳体具有“杯形”的外观。
在所示的实施形式的第一变型方案中，相对于曲柄轴固定的激励装置14具有至少一个与曲柄轴20牢固连接的磁体元件24，例如永磁体，所述磁体元件以曲柄销间距a远离于曲柄销21的纵轴线21a地设置。在此，磁体元件24的中点或中心距曲柄销21的纵轴线21a具有曲柄销间距a。激励装置14在此可以通过一个或多个单独构成为永磁体的磁体元件24形成。
在多个(例如十个，参见图4)环形围绕曲柄销21的纵轴线21a设置的各个构成为永磁体的磁体元件24的情况下，相邻的永磁体在连杆1的端侧13的那侧上分别具有不同的磁极性。
在往复式活塞发动机或内燃机运行时曲柄轴20旋转的情况下，磁体元件24运动经过导磁的芯17并且通过改变的磁通量在感应装置11中感应电压，该电压可以用于运行控制阀7。
为了提高该设备的效率，根据本发明的一个变型方案可以采取如下措施：所述措施要减小或防止在连杆中感应涡流。为此设计为，连杆1和/或连杆盖12至少在与凹进部16相邻的区域中(在此其例如也可以是杯形的壳体18)但有利地完全在由激励装置14扫过的区域中由具有确定的导电性σ的材料构成(在考虑在导磁性和导电性之间所需的协调的情况下，所述导磁性和导电性根据材料会波动数个十次方)，和/或由导磁率μr为最小1000到3000的材料构成，和/或具有导磁率μr为最大50000到140000的抑制磁力线的表面涂层。通过这种材料譬如铁氧体或其他烧结的原料，其具有良好的导磁性但导电性差，在连杆1中流动的电流并且由此因涡流引起的热损耗被阻止。具有抑制磁力线的材料如Mu金属的涂层防止磁力线进入并且感应涡流。
与凹进部16相邻的区域的伸展与不同的特征有关，例如与所使用的磁体/或导磁的材料的选择、凹进部深度M1(参见图5)、极间隔、连杆1的材料的导磁性和其他有关。有利地，凹进部16的周围部分如上文所描述的那样构成，其尺寸(在圆形的凹进部16理解为从凹进部边缘16的径向延伸的情况下)对应于气隙宽度M2除以凹进部深度M1的商。
对构成为各个永磁体的磁体元件24替选地，也可以使用关于曲柄销21的纵轴线21a同心地设置的、至少部分包围曲柄销21的纵轴线21a的环形元件25、26、27，所述环形元件固定在曲柄轴20的曲柄臂23的侧面22中或上并且与其连接或一件式构成。
各个磁体元件24的间距或环形元件25的半径在此等于距纵轴线21a的曲柄销间距a，即与感应装置11一样距纵轴线21a同样远。环形元件25、26、27可以设置在曲柄臂23的侧面22的铣削的或腐蚀的槽22a中(图12)，或固定在侧面22上(图13)。
在图12和图13中示出了环形元件的第一变型方案。环形元件在这里构成为(平均的)半径等于曲柄销间距a的磁体环25，其中磁体环25设置在曲柄臂23的朝向连杆1的端侧13的侧面22中或处。磁体环25由磁性材料的极分段构成，其中每两个相邻的极分段朝向连杆1的端侧13定向地具有不同的磁极性。
在曲柄轴20转动时，通过磁体元件24或磁体环25在连杆1的感应装置11中感应电压，该电压可以用于对控制阀7进行电流供给或用于为储能单元9馈电。
在图9至图11或图15至图20中示出了环形元件的另一变型方案，在那里激励装置14通过与曲柄轴20的曲柄臂23的在曲柄销侧的侧面22牢固连接的分段环26(图9-11)或齿环27(图15-20)形成，所述分段环或齿环具有至少一个限定的轴向自由位置或凹部28和至少一个限定的轴向的突起部29，其中自由位置或凹部28和突起部29至少以曲柄轴间距a远离于曲柄销21的纵轴线21a地设置。在该变型方案中，感应装置11的芯17作为永磁体制造或由永磁性的材料制造。
分段环26根据图9具有并排设置的凹部28和突起部29，其在径向方向上伸展，这意味着：分段环26的半径在突出部29的区域中比在凹部28的区域中大，其中平均的半径大致对应于曲柄销间距a。由此，分段环26的径向延伸在突出部29的区域中比曲柄销间距大，与在凹部28的区域中相比小。由此实现的是，在曲柄轴20转动时，感应装置11在连杆1中被分段环26仅在其突出部29的区域中扫过，但分段环26在凹部28的区域中并不与感应装置11交叠。
在曲柄轴20的转动运动中，因此磁通量在感应装置11中改变，由此在感应装置15中感应电压，其可以用于运行控制阀7。
齿环27，尤其是根据图15、16和18，在轴向方向上即平行于曲柄销21的纵轴线21a具有凹部28和突出部29。凹部28和突出部29在此在齿环27的朝向连杆1的端侧13的那侧上构成并且形成“齿部”。通过齿部在曲柄轴20转动时在感应装置11中同样引起交变的磁通量，该磁通量感应电压。如在图14和图18中所示的那样，齿环27具有径向的槽口31，用以减小在运行期间出现的涡流。由此防止了，由于涡流在齿环27中出现热形成。
在环形元件的另一变型方案中，激励装置14通过在曲柄臂23的在曲柄销侧的侧面22中的限定的波浪形区域32连带彼此交变的相对于对曲柄销21的纵向轴线21a法向伸展的法向平面构成的凹部28和突出部29形成，如图21所示。突出部29和凹部28在此可以彼此在径向方向上或在环周方向上交替。通过在曲柄轴20运行或转动期间感应装置(多个感应装置)11的扫过，形成变化的磁场，该磁场在设置有构成为永磁体或由磁性材料构成的芯17的感应装置11中感应电压。
在本发明的另一变型方案中，感应装置11的芯17具有带有齿的极靴30，如在图19和图20中所示。在芯17的永磁体上的带有齿的极靴30类似于齿环27地构成并且用于提高磁通量的变化率并且由此提高所传输的功率。
在曲柄轴20的转动运动中，通过呈凹部28和突出部29形式的可变的气隙改变一个或多个芯17的永磁体或导磁的材料的磁通量，由此在线圈装置15中感应电压。磁通量的改变因此通过在感应装置11与激励装置14之间的可变的气隙33来进行。
如在上文中所描述的那样，即在图4的变型方案中(呈设置在曲柄臂22中的磁体元件24形式的激励装置14，其构成为永磁体)和在图12和图13的变型方案中(作为具有交替的极分段的磁体环25的环形元件)感应装置11的芯17由导磁的材料制成，而在其余变型方案中芯17构成为永磁体或由永磁性的材料构成。
通过根据本发明的解决方案在其描述的变型方案中可以通过感应装置11在曲柄轴20空转中(大约700U/min)实现大约1W的功率(有效值)，其在较高转速(例如，大约3000U/min)时可以升高到5W。由此良好地实现控制阀7的可靠的切换。此外，储能装置9可以充分供给能量，以便在低转速的时间点实现切换。