具有可变压缩比的内燃机的、具有偏心轮调节装置的连杆的制作方法

本发明涉及一种用于具有可变压缩比的内燃机的连杆，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。

背景技术：

在内燃机中，高的压缩系数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、具有固定的压缩比的内燃机、尤其是汽油发动机中，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、亦即在汽缸充填较少的情况下，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系数，就可改进内燃机的重要的部分负荷区域。为了调节所述压缩系数已知例如具有可变连杆长度的系统，其借助于可液压或机械操纵的转换阀来操纵连杆的偏心轮调节装置。

连杆在内燃机的曲轴上的连接通过连杆的连杆大头轴承孔实现，其中，在所述连杆大头轴承孔与曲轴轴颈之间定位有轴瓦。在所述轴瓦与曲轴轴颈之间可形成润滑油薄膜。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种改进且简化的连杆。

提出一种用于具有可变压缩比的内燃机的连杆，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，所述连杆包括连杆主体和在所述连杆主体上设置的连杆盖，由此形成连杆大头轴承孔。所述偏心轮调节装置具有至少一个、优选两个液压缸，所述液压缸具有一个或各一个柱塞，所述柱塞在缸膛中可移动地引导并且与支撑杆连接。在此，设有进口以用于将液压流体输送至所述一个或多个液压缸以及设有出口以用于从所述一个或多个液压缸中导出液压流体。

根据本发明，连杆无轴瓦地构造并且连杆大头轴承孔的内周面具有摩擦改善的表面。

用于供给具有可调节的偏心轮的连杆(“vcr-连杆”)的轴瓦和凹槽几何结构的传统组合呈现出技术上的挑战：凹槽几何结构削弱轴承负载能力，而同时所述vcr-连杆作为附加的机油消耗器从轴承抽走机油，这会导致机油不足。此外，轴瓦起到如节流阀的作用，通过所述轴瓦输送机油，这恶化了连杆大头轴承孔和曲柄轴颈之间的支承区域的供给。因此，通过无轴瓦的连杆能实现直接供油。

除了连杆大头轴承孔的摩擦改善的表面之外，为了在连杆大头轴承孔中的支承而有利地使用经过淬火的曲柄轴颈。

有利地减少了组件。改善了供油。在选择凹槽几何结构时得到多个自由度。特别有利的是，连杆大头轴承孔的高负荷区域被空出。同样，在曲柄轴颈中钻孔时，可以获得更大的自由。可以通过打开和关闭曲柄轴颈中的供给孔减小油柱的推进。可以省去轴瓦的费时的分类。

根据一种有利的设计方案，连杆可以具有至少一个用于将进口与液压流体回路连接的凹槽，其中，所述凹槽在连杆大头轴承孔的内周面的至少一局部区域上延伸。在此，所述凹槽理论上占据从大于0°至360°大小的局部区域。

根据一种有利的设计方案，特别有利的是，所述凹槽这样设置，使得连杆大头轴承孔的高负荷区域被空出。所述高负荷区域是连杆大头轴承孔的上部部分，该上部部分由于内燃机的燃气力而是特别高负荷的。

所述凹槽优选在连杆主体的区域中具有至少两个局部凹槽并且在连杆盖的区域中具有连接槽。通常，液压流体至设置用于通过支撑杆操纵偏心轮调节装置的液压缸的进口或出口从液压缸的面向连杆大头轴承孔的下端引导离开，从而以液压流体对液压缸的供给至连杆大头轴承孔的上部的最短连接在连杆主体的区域中延伸。然而，所述连杆大头轴承孔的这个部分由于内燃机的燃气压力而是尤其高负荷的。因此，在连杆大头轴承孔的设置于连杆主体中的这个部分内有利地设置有两个用于以液压流体供给进口的局部凹槽，所述局部凹槽绕连杆的纵轴线位于连杆大头轴承孔的高负荷区域的两侧，以便在这个高负荷区域内通过连杆主体更好地支撑所述连杆大头轴承孔。所述两个局部凹槽在连杆大头轴承孔的高负荷区域的纵轴线之外延伸、优选地远离所述纵轴线延伸。因此，有利地避免了连杆大头轴承孔由于凹槽恰好布置在连杆大头轴承孔的高负荷区域中而具有过少的材料，以便能有效地支撑连杆大头轴承孔。

然而，在内燃机的连杆运行期间可发生下述情况，即在曲轴的不利位置中，连杆大头轴承孔中的两个局部凹槽中的仅一个局部凹槽供给有液压流体。然而，在根据本发明的连杆中，当两个进口具有交叉位置从而在所述两个进口之间具有流体连接时，两个液压缸仍可供给有液压流体。因此，也可以通过一个凹槽以液压流体供给两个进口。备选地或附加地，也可以在连杆盖的区域中设置用于在连杆大头轴承孔中液压地连接局部凹槽的连接槽，从而存在从连杆主体区域中的连杆大头轴承孔中的局部凹槽经过连杆盖区域中的连杆大头轴承孔中的连接槽以及到连杆主体区域中的连杆大头轴承孔中的第二局部凹槽的流体连接。由此，在连杆主体区域中的连杆大头轴承孔中的局部凹槽以及两个液压缸的两个进口可以供给有液压流体。

曲轴中用于液压流体的供给孔的一种有利设计方案可以这样设定，使得进口的局部凹槽在其恰好需要液压流体时均供给有液压流体，或者甚至这样设定，使得两个局部凹槽始终供给有液压流体。

以所述方式，能够在用液压流体更可靠地供给偏心轮调节装置的液压缸的同时，在连杆大头轴承孔的高负荷情况下有利地实现所述连杆的更安全的更少磨损的运行。由此，可以有利地确保液压缸中液压流体的泄漏补偿以及确保基于液压缸的不同的室尺寸而引回或重吸液压流体。

按照一种有利的设计方案，每个进口可分别与两个局部凹槽中的任一个连接。以这种方式能确保在连杆的运行中，即使在曲轴处于不利状态下仅能以液压流体供给两个局部凹槽之一时，仍可以通过进口以液压流体供给两个液压缸，因为所述进口通向两个局部凹槽。因此，在所有运行状态下能确保所述偏心轮调节装置的可靠运行。

有利地，偏心轮调节装置的调节路径可借助转换阀调节。可调节的偏心轮调节装置的扭转在内燃机的惯性力和负载力的作用下开始，所述惯性力和负载力在内燃机的工作周期中对偏心轮调节装置施加影响。在工作周期中，作用在偏心轮调节装置上的力的作用方向连续地改变。所述转动运动或调节运动通过集成在连杆中的以液压流体、尤其是机油加载的柱塞来辅助。所述柱塞阻止偏心轮调节装置由于作用在所述偏心轮调节装置上的力的变化的力作用方向而复位。因此，借助于转换阀可以通过偏心轮调节装置实现可靠地调节有效的连杆长度，其方式为，两个液压缸的出口在两个接通位置中分别通过分接元件与液压流体回路、例如机油回路连接。

有利地，所述转换阀可以设置用于控制液压流体流，所述转换阀能选择性地转移到第一接通位置或第二接通位置，其中，在第一接通位置处，第一液压缸的出口通过连杆的连杆大头轴承孔与液压流体回路连接，并且在第二接通位置处，第二液压缸的出口通过连杆的连杆大头轴承孔与液压流体回路连接。因此，借助于所述转换阀能通过偏心轮调节装置实现可靠地调节有效的连杆长度，其方式为，两个液压缸的出口在两个接通位置处分别通过分接元件与液压流体回路连接。

在此，转换阀的阀壳体设置在连杆主体或连杆盖上或设置在连杆主体或连杆盖中。根据连杆上的结构空间要求，转换阀的阀壳体可以有利地以不同方式布置在连杆上或在连杆中。为了使用连杆于作为内燃机的对置汽缸发动机，转换阀例如优选在连杆主体中侧向地设置在液压缸与连杆大头轴承孔之间。备选地，出于结构空间的原因，对于在直列发动机中使用连杆来说有利的是，将转换阀安置在连杆盖的区域中或者作为连杆盖下方的转接器解决方案从外部安装在连杆盖处。

有利地，阀壳体可以作为转接器设置在连杆盖上。因此，按照本发明的转换阀可以设置为在连杆盖处的可旋紧的转接器，这种转接器由于结构空间原因在直列发动机中使用连杆时是有利的。另一个优点是，所述转换阀在装配在连杆上之前可以分开地测试。因此，所述转换阀在需要时也可轻易更换并且由另一转换阀替代，所述另一转换阀可能不是能机械操作的、而是能液压操作的。

连杆大头轴承孔的内周面可以有利地具有涂层，以便改善摩擦性能，所述涂层大约是类金刚石薄膜(dlc、diamond-likecarbon)或者类似物。

备选地，为了改善摩擦性质，内周面可以进行表面处理。在本发明的范围内可以设想的例如是激光成型。

改进表面摩擦性质也能在没有使用轴瓦时实现曲柄轴颈在连杆大头轴承孔中的低磨损的或几乎无磨损的转动运动。

根据一种有利的设计方案，连杆可以设计为破裂式的连杆，其中，连杆主体和连杆盖可以通过连杆材料的破裂分离工艺制造。破裂分离工艺允许分开的连杆大头轴承孔具有非常小的公差，通过这种破裂分离工艺，在连杆大头轴承孔的区域内，连杆在多个限定的理论破裂位置破裂为两部分(连杆主体和连杆盖)，其中，所述两部分在之后的生产过程中再次拼合成原来的几何形状。

有利地，液压缸的出口从缸膛开始穿过连杆主体和连杆盖延伸并且在连杆盖的背离连杆大头轴承孔的一侧通入转换阀的排出管路。因此。所述出口可穿过连杆主体并且在连杆盖装配好的情况下穿过连杆盖继续延伸，以便再次从连杆盖的下侧出来。以这种方式，所述出口通入作为转接器布置在连杆盖下侧的转换阀中。借此，能以有利方式确保用液压流体供给液压缸。通过控制液压流体从液压缸中的导出，可以借助于转换阀有效地控制偏心轮调节装置。

有利地，在连杆盖中设置至少一个管路，以使转换阀与连杆大头轴承孔的连接槽连接。由于所述转换阀通过连杆大头轴承孔的连接槽与液压流体回路连接，通过所述转换阀可靠地确保偏心轮调节装置的运行。通过连杆大头轴承孔的连接槽导出液压流体是简单的、低成本的且可靠的方式，确保了在转换阀与液压流体回路之间的流体连接。

有利地，可设有转换阀的分接元件以便控制转换阀中的液压流体流，所述分接元件能借助于弹簧加载的止动元件锁定在两个接通位置处。通过分接元件，在第一接通位置处，第一液压缸的出口可与液压流体回路连接，并且在第二接通位置处，第二液压缸的出口可与液压流体回路连接。因此借助于所述转换阀能通过偏心轮调节装置实现可靠地调节有效的连杆长度，其方式为，两个液压缸的出口在两个接通位置处分别通过分接元件与液压流体回路、例如机油回路连接。分接元件在两个接通位置处通过弹簧加载的止动元件锁定是一种用于确保转换阀的功能的非常简单且低成本的方法。因此，例如将压力弹簧加载的球用作止动元件，所述球可以卡在阀壳体的两个止动位置中。

有利地，在连杆盖上常规地安装阀壳体后，止动元件的弹簧设置为至少部分地在连杆盖的凹部中引导。所述止动元件的弹簧的至少一部分在连杆盖中的布置方式是阀壳体在连杆盖处的布置方式的有利的优化结构空间的解决方案。以这种方式能更扁平地构造所述阀壳体，因为弹簧可埋入连杆盖的凹部中。

附图说明

其它优点由下述附图说明得出。在附图中示意性地示出本发明的实施例。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以符合目的的方式单独考虑并概括出合理的其它各种组合。

其中示例性地：

图1按照本发明的实施例示出无轴瓦的连杆的纵剖面图；

图2在另一个纵剖面图中示出图1中的连杆；

图3在另一个纵剖面图中示出图1中的连杆；

图4按照本发明另一个实施例示出无轴瓦的连杆的纵剖面图。

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至图3示出用于具有可变压缩比的内燃机的按照本发明的连杆1的第一实施例的不同视图和剖面图。这些图片示出在连杆1的不同深度下的纵剖面图。

连杆1包括连杆主体23和设置在连杆主体上的连杆盖24，由此围成连杆大头轴承孔20。连杆大头轴承孔20用于容纳曲柄连杆轴颈(未示出)。连杆1构造为无轴瓦的。有利地使用经过淬火的曲柄轴颈(未示出)。根据本发明，所述连杆大头轴承孔20在其内周面40上具有摩擦学上有利地改进的、即摩擦值减小的表面。根据本发明，表面的摩擦性质的改进一方面可以通过涂层实现或另一方面通过表面处理实现。由此，即使没有使用轴瓦也能够实现曲柄轴颈在连杆大头轴承孔中的低磨损或几乎无磨损的转动运动。

作为涂层例如可以设置使摩擦值减小的涂层，如类金刚石薄膜(dlc、diamond-likecarbon)或者类似物。备选地，为了减小摩擦，可以对所述表面进行表面处理。为此，作为合适的工艺例如列举激光成型。

连杆1具有用于调节有效的连杆长度的偏心轮调节装置2，其具有偏心轮4，所述偏心轮与一件式的或多件式的偏心杠杆3共同作用。在这种情况下，所述偏心轮调节装置2的调节路径可借助于转换阀5调节。有效的连杆长度为连杆大头轴承孔20的中轴线与作为连杆小头轴承孔52的偏心轮4的孔的中轴线的间隔。

偏心轮调节装置2具有至少两个液压缸12、13，所述液压缸分别具有柱塞6、7，所述柱塞能在缸膛10、11内移动地引导并且与支撑杆8、9连接。进口14、15分别设置用于将液压流体输送至液压缸12、13以及出口16、17设置用于将液压流体从液压缸12、13导出。

可调节的偏心轮调节装置2的扭转在内燃机的惯性力和负载力的作用下开始，所述惯性力和负载力在内燃机的工作周期中对偏心轮调节装置2施加影响。在工作周期期间，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以液压流体、尤其是机油加载的、集成至连杆1中的柱塞6、7辅助，或者柱塞6、7防止偏心轮调节装置2由于作用在偏心轮调节装置2上的力的变化的力作用方向而复位。柱塞6、7借助于支撑杆8、9与偏心杠杆3有效连接。

如从示出连杆1的剖面的图1中可见，柱塞6、7分别在液压缸12、13的缸膛10、11中可移动地引导。液压缸12、13可设置为独立的构件或设置为与连杆1的连杆主体一体的。同样，原则上可设想的是，设有具有仅一个液压缸的连杆1并且使用双向作用的柱塞。

柱塞6、7可移动地设置在由缸膛10、11形成的液压室中并且通过来自连杆大头轴承孔20的进口14、15经由止回阀21、22加载有液压流体(机油)。在此，这防止了液压流体从液压室回流至液压流体管路进而回流至连杆大头轴承孔20中并且能实现将液压流体重吸至液压室。

所述液压室进一步通过在图2和图3中可见的出口16、17与转换阀5连接。所述出口16、17朝向连杆1的下侧延伸经过连杆主体23以及紧固于其上的连杆盖24并且通入转换阀5的排出管路，在所述连杆的下侧紧固有作为转接器的转换阀5的阀壳体25。然而，转换阀5也可集成地设置在连杆盖24或连杆主体23中。

为了将进口14、15与液压流体回路80连接，连杆1具有至少一个凹槽，所述凹槽在连杆大头轴承孔20的内周面40的至少一局部区域上延伸。在此，所述凹槽理论上占据从大于0°至360°的局部区域。

至少一个管路在连杆盖24的区域中将转换阀5与连杆大头轴承孔20的连接槽26连接。连接槽26在连杆盖24的区域中布置在连杆大头轴承孔20的内周面40上。

如从图1中进一步可见，在所示实施例中设有两个管路18、19，用于将转换阀5与连接槽26连接进而与内燃机的液压流体回路80连接。反之，连杆主体23在连杆大头轴承孔20的区域内具有两个局部凹槽27、28，所述两个局部凹槽将进口14、15与液压流体回路80连接并且能实现所提到的朝向液压室的重吸。为了在连杆大头轴承孔20的内周面40上将液压流体供给至进口14、15，所述两个局部凹槽27、28在连杆主体23的区域内相互间隔地设置在连杆大头轴承孔20的内周面40上并且与连接槽26形成上文提到过的凹槽，在图1中示出的实施例中，除在连杆大头轴承孔20的高负荷区域41以外，所述凹槽在整个内周面40上延伸。

由此，连杆大头轴承孔20的高负荷区域41被空出。在此，所述两个局部凹槽27、28与连杆主体23的中间的纵轴线间隔地设置。局部凹槽27、28如此布置在较弱负荷的区域中，使得连杆大头轴承孔20的高负荷区域41不再被凹槽削弱并且可以用作连杆轴颈(未示出)的支承面。

进口14、15分别与局部凹槽27、28连接并且不在连杆主体23中交叉。所述两个进口14、15可以持续地供给液压流体。在此，连接槽26液压地连接两个局部凹槽27、28。根据本发明的未示出的实施方式，同样可以设置多个不连接的凹槽。

如进一步在图1中展示的，在连杆大头轴承孔20的内周面40上相互间隔的两个局部凹槽27、28至少在连杆主体23的区域内设置在连杆大头轴承孔20的内周面40上以便以液压流体供给进口14、15。为了在供给路径相对长的情况下也改进进口14、15的液压流体供给，可以在曲轴中这样选择液压流体供给孔，使得局部凹槽配属的进口14、15正好需要液压流体时，总是以液压流体供给所述局部凹槽27、28。备选地，所述曲轴的液压流体供给孔可这样设计，即持续地对两个凹槽27、28进行供给。

设置用于控制液压流体流的转换阀5能选择性地转移到第一接通位置或第二接通位置，其中，在第一接通位置处，第一液压缸12的出口16通过连杆1的连杆大头轴承孔20与液压流体回路80连接，并且在第二接通位置处，第二液压缸13的出口17通过连杆的连杆大头轴承孔20与液压流体回路80连接。转换阀5具有分接元件29，所述分接元件布置在阀壳体25内并且能选择性地转移到第一接通位置或第二接通位置处，其中，在第一接通位置处，第一液压缸12的出口16通过分接元件29与油路连接，并且在第二接通位置处，第二液压缸13的出口17通过分接元件29与油路连接。分接元件29设置用于在转换阀5中控制液压流体流，所述分接元件能借助于弹簧作用的止动元件60在两个接通位置处锁定。

所述转换阀5的阀壳体25设置在连杆主体23或连杆盖24上或设置在连杆主体23或连杆盖24中。在两个所示出的实施例中，阀壳体25出于结构空间的原因作为转接器布置在连杆盖24的下侧。如从图2和图3所见，出口16、17从缸膛10、11出发延伸穿过连杆主体23和连杆盖24并且在连杆盖24的背离连杆大头轴承孔20的一侧通入转换阀5的排出管路中。在按照规定将阀壳体25装配在连杆盖24上之后，止动元件60的弹簧62至少部分地在连杆盖24的凹部64中引导。由此，阀壳体25可以实施为更加扁平的。

图4可看出依照本发明的无轴瓦的连杆1的第二实施例。图4示出穿过连杆1的纵剖面图。

该实施例与第一实施例的区别仅在于，进口14、15在连杆主体23中交叉。所述进口14、15在连杆主体23中在液压缸12、13与局部凹槽27、28之间如此具有至少一个交叉位置54，使得在该交叉位置54处在进口14、15之间存在流体连接。由此，所述进口14、15分别与两个局部凹槽27、28连接。由此，即使在连杆大头轴承孔20的仅一个局部凹槽27、28由液压流体回路80供给的这种不利情况下也能确保液压流体通过进口14、15供给两个液压缸12、13。由此，能以较低成本设计曲轴中的液压流体孔槽。

连杆1可以设计为破裂式的连杆，其中，连杆主体23和连杆盖24可以通过连杆材料的破裂分离工艺制造。

破裂分离允许具有非常小的公差的分开的连杆大头轴承孔20，通过这种破裂分离，在连杆大头轴承孔20的区域内，连杆1在多个限定的理论破裂位置破裂为两部分(连杆主体23和连杆盖24)，其中，这两部分23、24在之后的生产过程中再次拼合成原来的几何形状。所述理论破裂位置例如可以借助激光切割制造。