带有质量减小的出口阀的长度可调的连杆的制作方法

本发明涉及一种用于内燃发动机的长度可调的连杆，其中连杆包括用于打开和关闭压力腔室的至少一个可切换出口阀，其中出口阀包括阀体和可操作地连接到阀体的关闭体，并且存在关闭机构，关闭机构作用在关闭体上，用于直接移动关闭体并间接将阀体从关闭位置移动到打开位置，或反之亦然。

背景技术：

火花点火发动机的热效率度ƞ取决于压缩比ε，即，压缩前的总体积与压缩体积之比（ε=(位移体积vh+压缩体积vc)/压缩体积vc）。随着压缩比的增加，热效率增加。热效率相对于压缩比的增加是递减的，但是，在如今常见的的值（ε=10……14）的范围内，它仍然是相对明显的。

实际上，压缩比不能任意增加。例如，火花点火发动机中过高的压缩比会导致爆震。在这种情况下，混合物是由压缩期间压力和温度的增加而不是由点火火花点燃的。这种过早燃烧不仅会导致运行不均匀，还会导致部件损坏。

从其发生爆震的压缩比尤其取决于发动机的操作点（n、t、节气门位置等）。在部分负载范围内，更高的压缩是可能的。因此，努力将压缩比调节到相应的操作点。存在发展的不同的途径。在这种情况下，压缩比将通过连杆长度来调节。连杆长度影响压缩体积。位移由曲轴轴颈和缸孔的位置决定。因此，与具有相同几何尺寸（曲轴、缸盖、阀正时等）的长连杆相比，短连杆导致较小的压缩比。

在本例中，连杆长度当前在两个位置之间液压地变化，因此，连杆被构造成长度可调节。实施例的操作模式将在下文简要解释。整个连杆在那里被构造成多部分的，其中长度的变化由伸缩机构实现。连杆包括双作用液压缸。连杆小端（活塞销）连接到活塞杆，活塞布置在活塞杆上。活塞在缸中以可轴向滑动的方式被引导，缸布置在具有连杆大端（曲轴轴颈）的连杆构件中。活塞将缸分成两个腔室（上压力腔室和下压力腔室）。这两个腔室经由止回阀供应有液压介质，例如发动机机油。如果连杆设置在长位置中，则在上压力腔室中不存在油。另一方面，低压腔室完全填充有油。在操作期间，由于气体和质量力，连杆受到交替的拉力和推力。在连杆的长位置中，拉力通过与活塞上止挡的机械接触而被吸收。因此，连杆长度不会改变。施加的推力经由活塞表面传递到填充有油的下腔室。由于该腔室的止回阀阻止油回流，因此油压力增加。连杆长度不变。连杆在这个方向上被液压地锁定。

短位置中的情况正好相反。下腔室是空的，上腔室填充有油。拉力导致上腔室中的压力增加。推力由机械止挡吸收。

连杆长度可以分两个步骤进行调节，因为这两个腔室中的一个被排空。两个相应入口止回阀中的一个在那里由相关联的回流通道桥接。油可以独立于压力腔室和供应构件之间的压力差流过该回流通道。相应的止回阀因此失去其作用。

两个回流通道由控制阀打开和关闭，其中，确切地说，一个回流通道总是打开的，另一个是关闭的。用于切换两个回流通道的致动器由供应压力液压地致动。油供应由连杆轴承的润滑提供。为此，需要从曲轴轴颈经由连杆轴承到连杆的油道。

通过利用作用在连杆上的质量和气体力选择性地排空两个压力腔室中的一个来实现切换，其中相应的另一个压力腔室由入口止回阀供应有油并且被液压地阻塞。

例如，在wo2018/007534a1中描述了可以通过伸缩来调节长度的连杆，以用于调节内燃发动机中的压缩比。在该已知公开的变型中，提供了控制用于压力腔室的出口阀的致动活塞。为此，阀体（球形形状）包括形成在其上的柱塞状关闭体，该关闭体可以通过致动活塞上的控制柱塞打开和关闭。压缩比也可以通过连杆小端上的偏心轮来改变。偏心轮也可以液压地致动。

连杆自然暴露于非常高的加速力。在长度可调连杆的液压切换中，也必须考虑这些加速力。因此，试图以这样的方式构造液压开关的部分、当前是出口阀，使得在内燃发动机操作期间产生操作单元。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是改进开头提到的这种长度可调的连杆，使得即使可用的安装空间是小的，也能产生完全可操作的出口阀。

根据本发明，该目的得到满足，因为关闭体的质量小于由关闭体的包络轮廓限定的体积乘以钢的密度（7.85g/mm³）。包络轮廓意指基本上最小的包装轮廓，它只遵循关闭体的外轮廓，并且不考虑凹部、沟槽、孔等，只要它的侧面是关闭体的相邻的较大区域。然而，通常关闭体是简单的几何部件。除了使用选择性预成型材料去除或形成中空体之外，还可以通过使用密度低于钢的材料来执行重量减轻。随着连杆旋转并且取决于内燃发动机的转速，在那里生成的力可以通过关闭体根据出口阀的取向在阀体上施加打开力。在阀体的关闭位置中，这不应导致出口阀的无意切换。根据本发明的解决方案实现了关闭体的较轻重量，使得环境更加有利，并且可存在的阀弹簧可以被构造得好得多。通过这种措施，作用在关闭机构上的关闭体的力也减小了。

已经发现，特别有利的是，根据变型，关闭体由陶瓷材料制成。技术陶瓷材料是非常坚固的材料，它们可以承受目前应用领域的高要求。另外，它们具有比钢更低的密度，因此它们也可以设计为实心材料。这种关闭体也可以例如通过烧结制成并且呈任何数量的形状。

关闭体有利地由平均密度小于4.5g/mm³、优选地小于2.7g/mm³的材料制成。这种极限值（在本例中由钛材料和铝材料规定，这两种材料通常不太适合本申请）可以特别使用陶瓷材料来遵守。由于关闭体的质量通常低于阀体的质量的事实，因此具有这种质量减小的关闭体在相应的加速度下对阀体几乎不施加影响。对锁定机构的影响也减小。

已经发现，使阀体和关闭体成为两个单独体的结构是特别有利的。目前可以使用几何简单体，诸如两个球体。阀体和/或关闭体优选具有球形形状。

球形形状具有最小的体积以及最大的可能表面，因此该体具有有利的形状，并且优选地被使用。两个球体的相互作用被认为是可管理的，并且有利于液压流体的流出。

球形阀体是众所周知的，且易于管理。流出的液压流体很好地围绕球形关闭体流动，并且因此除了其体积小之外，还具有良好的液压特性。关闭体通常布置在低压侧上，并且因此暴露于出口阀的流出流。

在另一变型中，关闭体在低压侧上连接到阀体的关闭区段，并且在那里与关闭机构接合和/或可以在那里使其与关闭机构接合。关闭体然后可以被构造成与阀体一体形成。关闭体的包络轮廓的确定通常非常简单，因为关闭体通常作为延伸部附接到阀体，并且需要延伸穿过阀开口。阀体在任何情况下都包括搁置在阀座上的关闭区段。然后，与其物理分离并延伸穿过阀开口的部分与关闭体相关联。阀体和关闭体的连接为构造关闭机构提供了其他选项，因为当出口阀关闭时，没有必要固定关闭体。

为了使关闭体的质量对阀体几乎没有影响，阀体的包络体积优选大于关闭体的包络体积。

此外，已经发现，如果出口阀的阀体的关闭轴线根据变型相对于驱动连杆的曲轴的轴线以±45°角对准，则可以最佳地管理作用在出口阀上的加速度。换句话说，出口阀的阀体的关闭轴线与驱动连杆的曲轴的轴线倾斜对准，其中倾斜角在-45°和+45°之间的角度范围内。关闭轴线与曲轴轴线精确成90°的对准会导致操作期间的缺点。应避免这种情况，并且适当使用规定的范围确保较低的惯性力。

因此，根据另外的变型，优选的是使出口阀的阀体的关闭轴线与驱动连杆的曲轴的轴线基本平行地对准。在此，阀座的对准和阀体的构造也必须考虑在内。然而，通常，由于操作期间在连杆处产生的加速度所致的影响通过这种对准被最小化。

根据有利的设计规范（特别是根据权利要求8的规范），出口阀可以包括将阀体压靠在阀座上的阀弹簧，其中，选择当连杆处于静止状态时的阀弹簧的弹簧预加载力，使得从正常操作计算出的力处于最大值，并且在阀体处产生的加速度乘以阀体的质量并除以切线α小于弹簧预加载力，其中α是阀座在阀体处的接触切线与出口阀关闭轴线的垂线之间的角度。为了确定角度α，接触切线和关闭轴线当然必须设置在一个平面内。本规范确保操作期间弹簧力足以保持关闭的出口阀确实关闭。

本发明还涉及关闭体用于上述构造中的一个中的长度可调连杆的用途。该关闭体的质量小于关闭体包络轮廓限定的体积乘以钢的密度（7.85g/mm³）。这种有利的关闭体使得出口阀的构造和用于伸缩式连杆的相关联的关闭机构更简单。

附图说明

下文将使用附图中所示的非限制性示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1示出了长度可调的、特别是伸缩式连杆的示意性功能表示，

图2示出了伸缩式连杆的实施例的前视图，

图3示出了沿线iii-iii的来自图2的伸缩式连杆的放大详图，以及

图4示出了出口阀阀体上的力关系的示意性表示。

具体实施方式

图1示意性地且通过示例示出了纵向可调伸缩式连杆1，通过该纵向可调伸缩式连杆，可以在内燃发动机中实施可变压缩比。连杆1包括可移动布置的第一杆构件2，在其上端处布置有连杆小端3。第二杆构件4包括下轴承壳5，该下轴承壳5与第二杆构件4的下部区域一起围绕连杆大端6。下轴承壳5和第二连杆构件4的上部区域通过紧固装置以典型的方式彼此连接。第一杆构件2的下端设置有可调活塞8，该活塞8在活塞孔9中被引导可移动。上端处的第二连杆构件4包括盖10，第一连杆构件2穿过盖10并被密封。因此，盖10完全密封住缸孔9。具有圆形横截面的第一压力腔室11形成在可调活塞8的下方，并且圆的环形第二压力腔室12形成在可调活塞8的上方。除了根据本实施例的圆形形状之外，当然也可以实施其它横截面形状（例如椭圆形或多边形）。

可调活塞8和缸孔9是用于改变连杆长度的调节机构的一部分。调节机构的一部分也是液压制动回路13，该液压制动回路13将在稍后更详细地描述，并且该液压致动回路13实现将液压流体分别流入压力腔室11和12中或者分别从压力腔室11和12中流出，并因此用于可调活塞8的运动或者其锁定可调活塞8。所示实施例中的液压致动回路13用发动机油操作。为此，供油通道14与连杆大端6连通，发动机油可通过该供油通道14供应至液压致动回路13或可能从液压致动回路13流出。供油通道14分支成不同的区段（部分通道）。第一区段15与第一压力腔室11连通，以确保流入第一压力腔室11中。附加地，第一止回阀16设置在区段15中，第一止回阀16旨在防止油从第一压力腔室11立即流出，但是允许油在任何时候流入第一压力腔室11中。第二区段17与第二压力腔室12连通，以允许油流入到第二压力腔室12中。第二止回阀18设置在第二区段17中，第二止回阀18用于防止油从第二压力腔室12立即流出，但是允许油在任何时候流入。

此外，提供了具有两个切换位置的控制阀19。控制阀19与供油通道14的第三区段20直接连通。控制阀19在其两个切换位置中的一个中用作液压流体从第二压力腔室12流出的流出阀，抑或在其第二切换位置中用作液压流体从第一压力腔室11流出的流出阀。相应的另一个压力腔室11和12在相应的相关联的切换位置中被液压地阻塞，其结果是第一杆构件2呈现缩回抑或伸出位置。控制阀19通过与第二止回阀18下游的第二区段17连通的控制管线12和将控制阀19压至图1所示的第一切换位置的复位弹簧22来切换。第二切换位置通过产生供油通道14中的增加的压力水平来实现，使得控制阀13克服复位弹簧22的力被压向第二切换位置。对应的第一和第二回流通道23.1和23.2与第一和第二区段15、17的相关联区段部分中的控制阀19连通，以使得能够从第一压力腔室11和第二压力腔室12相应地流出。

应当注意，液压致动回路13还可以包括附加的元件、通道、阀等，或者可以被不同地构造以提供期望的调节功能。因此，液压致动回路13的液压回路图仅代表操作模式，并且不代表具体构造。

根据本发明的控制阀19的实施例将在下文中参考图2和3更详细地解释。

图2首先示出了具有第一杆构件2和第二杆构件4的更详细阐述的伸缩式连杆1。由于下文将仅讨论与前面示意性示出的连杆1的本质区别，所以以上描述另外参考使用相同的附图标记。剖面线iii重现了如图3所示的剖面平面。这主要更详细地示出和描述控制阀19的结构。控制阀19包括第一出口阀24和第二出口阀25。此外，控制滑动件26是控制阀19的一部分。

两个出口阀24和25具有相同的结构，这就是为什么相关联的元件仅参照第一出口阀24进行描述。出口阀24包括封闭螺钉27，该封闭螺钉27拧入第二杆构件4中对应的螺纹接收开口中。作用在球形阀体29上的阀弹簧（螺旋压缩弹簧）28布置在封闭螺钉27中。球形阀体29与锥形阀座30相互作用，锥形阀座30通向阀开口31中。类似球形封闭体32布置在阀开口31中。图3中所示的第一出口阀24处于关闭位置中，并且第二出口阀25处于打开位置中。这对应于图1中控制阀19的切换位置。

出口阀24和25由控制滑动件26致动。控制滑动件26可以液压地致动，并与发动机油液压系统连通。通过使用油泵增加压力，压力作用在控制滑动件26的活塞33的活塞表面33.1的一侧上。结果，控制活塞26克服控制活塞弹簧34的作用移动到左手侧（根据图3中的布置）。为此，控制滑动件26包括确定第二位置的止挡凸缘35。提供封闭螺钉37以用于封闭与活塞33相关联的压力腔室36。控制滑动件26包括第一切换凸轮38和第二切换凸轮39。在此背景下，切换凸轮应被理解为是斜坡或隆起，这些斜坡或隆起随着控制滑动件26的运动而触发邻近元件中的与控制滑动件26的运动正交的运动。切换凸轮38和39各自作用在相关联的封闭体32上，然后结果封闭体32移动阀体29。在图3所示的控制滑动件26的位置中，控制滑动件26和封闭体32之间存在如此大的间隙，使得阀体29牢固地坐落在阀座30上，并且不受封闭体32的削弱。与第二出口阀25相关联的封闭体32包括在图3所示的控制滑动件26的位置中的升高位置。封闭体32因此作用在阀体29上，并因此压缩阀弹簧28，并且由此将阀体29压离阀座30。第二出口阀25因此打开。当第一压力腔室11被阻塞时，油可以流出第二压力腔室12。

如果控制滑动件26现在移动到左手侧，那么第二出口阀25的封闭体32在控制凸轮39上向下滑动到另一个位置并释放阀体29，使得阀弹簧28随后将阀体29压到阀座30上，并且封闭第二出口阀25。第一出口阀24的封闭体32然后在控制凸轮38上向上滑动，由此相关联的阀体29也被推离控制滑动件26的轴线。同时，相关联的阀弹簧28压缩并将阀体29抬升离开阀座30。结果，控制阀19的第二阀位置随后被呈现。这导致伸缩式连杆的短位置。

连杆1以及由此其部件在操作期间暴露于高加速力。由于围绕曲轴轴线ak的旋转运动，相应的离心力单独产生，这在图3中象征性地画出。为此，使关闭体32具有尽可能最小的重量是有利的。在本例中，关闭体32由密度约为2.5g/mm³的陶瓷材料制成。由于关闭体32在本例中是实心体，所以包络轮廓是球体，就像实际的关闭体32一样。因此，该关闭体的质量小于由关闭体的包络轮廓所限定的体积乘以钢的密度。对于本发明，假设为7.85g/mm³。

替代地，关闭体32也可以被构造为阀体29的延伸部，例如与其一体地形成。

因此，出口阀24、25的关闭轴线av1和av2的对准也很重要。它们平行于曲轴的轴线ak对准（并且因此相对于轴线ak设置在±45°范围内）。然后，关闭体32的质量对阀弹簧28的影响被最小化。

下文将参照图4更详细地解释阀体29上产生的力。阀体29的构造和阀座30的对准对此有重要影响。阀座30形成为具有角度α。由于锥形形状，阀座30和阀体29之间的接触切线在阀座30的表面中相对于关闭轴线av1和av2以角度α（目前为45°）精确延伸。分别相对于关闭轴线av1或av2的垂线测量该角度α。在选定的安装位置中，由于曲轴运动，分力fx作用在阀体29上。它具有球形阀体的质量乘以产生的最大加速度的乘积的值。最大加速度由内燃发动机的最大转速产生。这产生了抵消阀弹簧28的关闭力的分力fy。它的值是fx除以切线α。由于所选择的安装位置，关闭体32的质量实际上在该考虑中不起作用。然而，关闭体32的质量对通过控制滑动件26可获得的致动力和控制滑动件弹簧34的预张力有影响。加速力也作用在关闭体32上，并且以类似的方式在控制滑动件26的控制凸轮38和39处是明显的，并且对控制滑动件弹簧34和压力腔室36中可获得的控制压力有影响。为此，质量应尽可能小。

附图标记列表

1伸缩式连杆

2第一杆构件

3连杆小端

4第二杆构件

5下轴承壳

6连杆大端

7紧固装置

8可调活塞

9活塞孔

10盖

11第一压力腔室

12第二压力腔室

13致动回路

14供油通道

15第一区段

16第一止回阀

17第二区段

18第二止回阀

19控制阀

20第三区段

21控制管线

22复位弹簧

23.1第一回流通道

23.2第二回流通道

24第一出口阀

25第二出口阀

26控制滑动件

27封闭螺钉

28阀弹簧

29阀体

30阀座

31阀开口

32封闭体

33活塞

33.1活塞区域

34控制滑动件弹簧

35止挡凸缘

36压力腔室

37封闭螺钉

38控制凸轮

39控制凸轮

ak曲轴轴线

av1封闭轴线第一出口阀

av2封闭轴线第二出口阀