本申请要求2017年5月2日提交的韩国专利申请No.10-2017-0055986的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种连杆，更具体地说，涉及这样一种连杆，该连杆具有安装在连杆的连杆端部的偏心机构，以改变活塞的高度从而改变压缩比，进而通过执行相位控制来稳定地调节压缩比。
背景技术：
通常，热力发动机的热效率随着压缩比的提高而提高，并且对于点燃式发动机，通过将点火正时提前至预定水平来提高热效率。然而，当点火正时在高压缩比下提前时，在点燃式发动机中会发生异常燃烧，这可能导致发动机损坏。因此，在点火正时提前方面存在限制，因此存在输出功率下降的缺陷。
可变压缩比(VCR)设备是指根据发动机的操作状态改变混合气的压缩比的设备。可变压缩比设备在发动机的低负荷情况下通过提高混合气的压缩比来提高燃料效率，并且提高发动机输出功率，通过在发动机的高负荷情况下降低混合气的压缩比来防止爆震的发生。然而，现有的可变压缩比技术使用例如电动机等致动器的油压来改变压缩比，其结果是，油泵的功率增加，并且由于具有高功率的电动机而增加了电力负荷。
因此，在车辆低速行驶时，通过增加连杆的高度而实现高压缩比来提高燃料效率是必要的，并且在车辆高速行驶时，通过降低连杆的高度来实现低压缩比来改善爆震特性。然而，在相关技术中，连杆的高度是固定的，其结果是，难以根据车辆的行驶状态来改变车辆的发动机的压缩比。
作为解决该问题的方案，如图1A所示，在连杆端部处设有偏心凸轮，用以使活塞销的位置竖直移动，从而实现可变的压缩比。偏心凸轮20支撑在连杆端部10，并且汽缸30和40通过杆31和41连接至偏心凸轮20的两端。
具体地，如图1B所示，汽缸30和40连接至包括孔52、单向阀51和调节阀50的液压回路。调节阀50通过安装在气缸体上的控制凸轮而水平移动时改变液压回路。连杆10端部的偏心凸轮20通过活塞的往复移动而在顺时针方向或逆时针方向产生力，其结果是，汽缸30和40在压缩或膨胀汽缸30和40的不同相位上交替地接收力。
具体地，通过利用液压回路来压缩或膨胀汽缸30和40的力，液压油在一个方向流入或排出，因此连杆10的端部处的偏心凸轮20仅在一个方向旋转，并由调节阀50调节旋转方向。因此，根据调节阀50的位置，活塞的位置被固定在上部或下部位置，其结果是，压缩比变化。
在具有上述构造的相关技术中，为了改变活塞的高度，偏心凸轮20安装在连杆端部10，汽缸30和40包括两个液压缸，并且汽缸30和40各自通过杆31和41而连接至连杆端部10。通过嵌入连杆中的液压回路操作液压缸，在气缸体上安装单独的调节凸轮，所述调节凸轮操作以切换调节阀从而改变压缩比。
然而，相关技术具有以下问题。
首先，由活塞施加至偏心凸轮的力需要由两个液压缸的油压来支撑，其结果是，需要耐高压性能和对高压的密封性能。换言之，在具有可变连杆端部的VCR发动机中，需要耐受相当高的压力的对策(耐久性和密封性)，并且当使用现有的液压来控制压缩比时，难以确保质量。
其次，在汽气缸体上需要一个单独的调节阀控制凸轮来控制调节阀。
因此，作为解决上述问题的解决方案，本发明提出了一种连杆端部，在该连杆端部上安装有偏心机构，以消除由于使用单向离合器而导致的液压不确定性，并且稳定地调节压缩比。
技术实现要素：
本发明提供一种连杆，该连杆具有偏心机构，所述偏心机构安装在连杆的连杆端部以通过改变活塞的高度来改变压缩比，从而通过进行相位控制来更加稳定地调节压缩比。
本发明的示例性实施方案提供一种连杆，其装配有偏心机构，所述连杆可以包括：偏心凸轮(eccentric cam)，其安装在连杆的连杆端部(例如，连杆的较小端部)；以及偏心机构，其设置成用于调节偏心凸轮的相位，其中偏心机构可以包括单向离合器(one-way clutch)以及保持架，所述单向离合器具有诸如滚珠、滚子和滚针的元件，所述元件安装在偏心凸轮的左侧和右侧的圆形突出部的各自的外周表面上，所述保持架具有用于容纳诸如滚珠、滚子和滚针的元件的空间部分。
在本发明的连杆中，偏心凸轮和单向离合器可以安装在连杆端部，活塞销的中心设置成不与偏心凸轮的旋转中心重合。因此，当活塞通过活塞销将诸如燃烧室的压力、惯性力等力传递到偏心凸轮时，该力用作顺时针方向或逆时针方向的转矩以使偏心凸轮旋转。具体地，偏心凸轮的顺时针方向或逆时针方向旋转可以通过利用单向离合器来调节转矩，因此不需要使用高压来支撑相关技术中的两个液压缸的油压，从而提高发动机的耐久性和密封质量。与相关技术不同的是，可以省略气缸体中的单独的调节阀控制凸轮来操作调节阀，其结果是，可以提高制造生产率并降低成本。
附图说明
通过参考所附附图来详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加显而易见，其中：
图1A-图1B为示出了在相关技术中偏心凸轮安装在连杆较小端部处并且液压缸安装在偏心凸轮的两侧以改变活塞的高度的状态的视图；
图2A和图2B为示出了根据本发明示例性实施方案的连杆的视图；
图3为示出了根据本发明的示例性实施方案的连杆的端部的详细视图；
图4A-图4B为示出了根据本发明的示例性实施方案的安装在连杆的较小端部处的单向离合器、偏心凸轮和液压管路的视图；
图5A-图5D为示出了根据本发明示例性实施方案的连杆较小端部的操作的视图，其中图5A为示出了通过单向离合器使偏心凸轮顺时针方向移动的状态以及通过活塞的往复移动而产生的偏心凸轮的转矩的视图，图5B为示出了通过单向离合器使偏心凸轮逆时针方向移动的状态以及通过活塞的往复移动而产生的偏心凸轮的转矩的视图，图5C为图5A中的主要部分a的放大截面图，图5D为图5B中的主要部分b的放大截面图。
图6A和图6B为示出了根据本发明的示例性实施方案的由通过止挡件使保持架的位置变化的状态的视图；
图7A至图7F为示出了根据本发明示例性实施方案的根据液压信号来控制保持架的位置的状态的图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的并且不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或多种相关列举项目的任何和所有组合。
在下文中将参考附图具体描述本发明，从而使本发明所属领域的技术人员能够容易地实现本发明。然而，本发明可以通过各种不同的方式实现，而不限于本文描述的示例性实施方案。
将省略与本说明书无关的部件以便清楚描述本发明，在整个说明书中，将用相同的附图标记表示相同或相似的元件。说明书和权利要求书中使用的术语或者词语不应当解释为限于一般的含义或者字典上的含义，而应当根据发明人能够合适地限定术语的概念从而通过最佳的方式描述他/她自己的发明的原则，解释为符合本发明的技术精神的含义和概念。
下面将参考所附附图来对本发明的示例性实施方案进行具体描述。特别地，其上安装有偏心机构的本发明的连杆可以安装在可变压缩比发动机中，可变压缩比发动机包括活塞和安装在活塞上的活塞销。
如图2A和图2B或图3所示，本发明的连杆可以包括连杆端部100(例如，连杆的较小端部、连杆的操作端部或第一端部)、偏心凸轮200和偏心机构300。偏心凸轮200可以位于连杆端部100的中央。特别地，活塞的活塞销(未示出)的中心设置成不与偏心凸轮200的旋转中心重合，从而在活塞销的中心根据偏心凸轮200的旋转方向而竖直移动时，改变发动机的燃烧室中的活塞的高度。
当活塞通过活塞销将诸如燃烧室中的压力和惯性力等力传递至偏心凸轮200时，该力通过顺时针方向或逆时针方向的转矩使偏心凸轮200旋转。本发明的连杆可以使用偏心机构300通过转矩来调节偏心凸轮200的顺时针方向或逆时针方向旋转。更具体地，参考图2A和图2B和图3，偏心凸轮200可以包括在主体210的左侧和右侧的圆形突出部220。
圆形突出部220可以具有两个或更多个平坦表面部和两个弧形部。平坦表面部可以提供单向离合器功能，并且诸如滚珠、滚子和滚针的滚珠部件320可以位于平坦表面部上。为了执行单向离合器功能，可以设置特定的弧形形状或轮廓来代替平坦表面。两个弧形部中的一个是设置在图4B中所示的止挡件420和弹簧430的部分，并且可以具有用于固定止挡件的凹槽221。另一个弧形部是与保持架330的保持架塞450和端部100一起密封液压的部分，并且可以通过调节液压来施加力至保持架塞450来调节保持架330的位置，从而确定将离合器310锁定的方向。
为了方便起见，将左侧圆形突出部的一侧称为后侧，将右侧圆形突出部的一侧称为前侧。由于例如偏心机构300、安全装置400以及后述的供油装置110等部件的前侧和后侧是对称的，所以将仅描述设置在前侧和后侧的任一侧并具有相同名称和形状的部件。
如图3所示，偏心机构300可以包括滚珠部件320和单向离合器310，滚珠部件320安装在偏心凸轮200的左右圆形突出部220的各自的外圆周表面，单向离合器310具有安装在左右圆形突出部220上的前保持架330和后保持架330’，并且具有用于容纳滚珠部件320的空间部分331和332(例如，腔体)。
偏心机构300可以包括分别形成在端部100的前侧和后侧供油装置110，供油装置110被供油用于操作单向离合器310。供油装置110可以包括形成在较小的端部100的第一油路111和第二油路112。具体地，如图4A或图4B所示，第一油路111可以连接至第一前侧腔室113a以将液压传递到连杆端部100中的前保持架330，以及连接至第一后侧腔室113b以将液压传递到后保持架330’。
第二油路112可以连接至第二前侧腔室114a以将液压传递到连杆端部100中的前保持架330以及连接至第二后侧腔室114b以将液压传递到后保持架330’。因此，提供到第一油路111的液压可以仅被传递到前保持架330和后保持架330’的腔室113a和113b，而提供到第二油路112的液压可以仅被传递到前保持架330和后保持架330’的腔室114a和114b，因此可以控制前保持架330和后保持架330’的相位，这将在下文进行描述。
供油装置110以及前保持架330和后保持架330’可以被盖体500遮蔽以保持气密状态。在本发明的示例性实施方案中，滚珠部件320可以形成为典型的滚珠，但是也可以形成为用于单向离合器的滚针、滚子或其它机构。安全装置400可以安装在前保持架330和后保持架330’中的任何一个上，以防止在偏心凸轮200的旋转速度过大或前保持架330和后保持架330’运行异常时偏心凸轮200的相位偏离预定范围。
如图2A和图2B中主要部分的放大视图所示，安全装置400可以包括止挡件保持架410以及止挡件凹槽440和440’，止挡件保持架410安装在前保持架330和后保持架330’中的任何一个上，所述止挡件凹槽440和440’定位在连杆端部100的偏心侧，并且前保持架330和后保持架330’可以通过止挡件保持架410而被限制在预定角度内。
下文将详细描述如上所述构造并且其上安装有偏心机构的本发明的连杆的操作。图5A-图5D为示出了本发明的连杆的基本操作的视图。首先，当装配有本发明的连杆的发动机工作时，活塞通过惯性力、燃烧室内的压力等由活塞销对连杆100施加拉力或压推力，拉力或压推力作用为施加至偏心凸轮200的转矩和竖直力。
转矩由单向离合器310承受，竖直力由安装在偏心凸轮200的本体的中央部分处的滑动轴承承受。具体地，偏心凸轮200的顺时针方向或逆时针方向旋转可以通过安装在偏心凸轮200的圆形突出部220上的前单向离合器310和后单向离合器310’来调节，并且单向离合器310和310’的锁定和解锁可以通过保持架330和330’的相位来确定。
换言之，当前保持架330根据偏心凸轮200顺时针方向旋转时(如图5A所示)，滚珠部件320与空间部分331的左内壁331a接触(如图5C所示)，因此，当偏心凸轮200顺时针方向旋转时，在滚珠部件320滚动时围绕滚珠的圆形突出部220的平坦表面部与连杆端部100之间的距离增大，其结果是，偏心凸轮200可以旋转。然而，当偏心凸轮200逆时针方向旋转时，在滚珠部件320滚动时围绕滚珠的圆形突出部220的平坦表面部与连杆端部100之间的距离减小，其结果是，偏心凸轮200不可以旋转。
相反，当保持架330根据偏心凸轮200逆时针方向旋转时(如图5B所示)，偏心凸轮200在滚珠部件320与空间部分331的右内壁331b接触时逆时针方向旋转(如图5D所示)，在滚珠部件320滚动时围绕滚珠的圆形突出部220的平坦表面部与连杆端部100之间的距离增大，其结果是，偏心凸轮200可以旋转。然而，当偏心凸轮顺时针方向旋转时，在滚珠部件320滚动时围绕滚珠的圆形突出部220的平坦表面部与连杆端部100之间的距离减小，偏心凸轮200不可以旋转。
在本发明的示例性实施方案中，保持架330的位置可以通过从保持架330的第一油路111所提供的液压与第二油路112所提供的液压的差来确定。换言之，液压信号可以传递到供油装置110，使偏心凸轮200顺时针方向或逆时针方向旋转或固定偏心凸轮200，并且可通过液压将力施加至前保持架330和后保持架330’的保持架塞450和450’。旋转转矩可以通过力施加到保持架，并且前保持架330和后保持架330’的位置可以通过与弹簧430的力平衡关系而发生变化，其结果是，偏心凸轮200可以顺时针方向或逆时针方向旋转或固定偏心凸轮200。
同时，当偏心凸轮200的旋转速度过大(例如，大于特定速度)或者前保持架330和后保持架330’运行异常时，偏心凸轮200的相位可能偏离预定范围。相应地，如图6A-图6B所示，止挡件保持架410的移动可以通过位于连杆端部100的偏心侧的止挡件凹槽440和440’来限制，使得止挡件保持架410作为安全装置操作以将偏心凸轮200限制在预定的范围内。
下文将参考表1和图3或图4A至图7F来更具体地描述根据单向离合器310的液压的前保持架330和后保持架330’的位置控制。
表1
表1示出了根据本发明的示例性实施方案的偏心凸轮200的操作，该偏心凸轮200根据供应到第一油路111和第二油路112的液压来调节前保持架330和后保持架330’的位置。
首先，当没有液压供应到本发明的单向离合器310时，前保持架330和后保持架330’的位置可由止挡件420和弹簧430确定，弹簧430的弹力所对应的偏压力由表1中的Pb表示。通过第一油路111和第二油路112的液压以及弹簧430和430’(下文中，为了方便起见称为前弹簧和后弹簧，参见图4B)的力施加至保持架330和330’的转矩为如下情况。
当液压供应到第一油路111时，右侧方向的力施加至保持架330和330’的保持架塞450和450’，以允许保持架塞450和450’接收逆时针方向(CCW)方向的转矩。当液压提供到第二油路112时，左侧方向的力施加至保持架330和330’的保持架塞450和450’，以允许保持架塞450和450’接收顺时针方向(CW)方向的转矩。具体地，前保持架330可以被设置成通过前弹簧430的力而在逆时针方向(CCW)方向上接收转矩。
另外，后保持架330’可以被设置成通过后弹簧430’的力在顺时针方向(CW)方向接收转矩。下文将描述根据第一油路111和第二油路112的控制压力的保持架330和330’的移动，并且将描述通过偏心凸轮200的移动来控制连杆的长度的操作。
首先，如表1所示，对于“第二油路<第一油路-(Pb)”，如图4A-图4B所示，在前保持架330的保持架塞450中的第一油路的逆时针方向(CCW)转矩大于第二油路的顺时针方向(CW)转矩，并且保持架塞450通过弹簧430的逆时针方向的转矩而基于止挡件420逆时针方向(CCW)移动。通过该移动，将滚珠部件320推动到保持架的一个侧表面331a(如图5B或图5D所示)。因此，根据单向离合器310的原理，偏心凸轮的顺时针方向(CW)移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的逆时针方向(CCW)移动。
在图4B的右侧示出的后保持架330’的保持架塞450’在右侧方向上受力，并且通过第一油路的油压施加至保持架塞450’的力大于弹簧430’的力与通过第二油路的油压施加至保持架塞450’的力的和，因此保持架塞450’可以设置成逆时针方向(CCW)移动。
相应地，将滚珠部件320’推动到后保持架330’的一个侧表面331a’(如图5B或图5D所示)。因此，根据单向离合器310’的原理，偏心凸轮的顺时针方向(CW)移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的逆时针方向(CCW)移动。因此，如图7A和图7B所示，偏心凸轮200可以设置成通过施加至安装于偏心凸轮200前侧和后侧处的单向离合器310和310’的逆时针方向的反作用力而逆时针方向(CCW)旋转，还可以防止顺时针方向旋转(CW)。安装在装配有偏心凸轮200的连杆上的活塞的高度可以通过偏心凸轮200的逆时针方向(CCW)的旋转而增加，从而降低可变压缩比。
此外，如表1所示，对于“第一油路-Pb<第二油路<第一油路+Pb”，通过第一油路的压力与第二油路的压力之间的差异产生的左侧方向或右侧方向的力可以施加至前保持架330的保持架塞450(如图4A的左侧所示)，但是该力的大小小于弹簧430的力的大小。因此，前保持架330可以被设置成通过弹簧430的力逆时针方向(CCW)移动。相应地，推动滚珠部件320到保持架的一个侧面331a(如图5B或图5D所示)。因此，根据单向离合器310的原理，偏心凸轮的顺时针方向(CW)的移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的逆时针方向(CCW)的移动。
通过第一油路的压力与第二油路的压力之间的差异产生的左侧方向或右侧方向的力可以施加至后保持架330’的保持架塞450’(如图4B的右侧所示)，但是该力的大小小于弹簧430’的力的大小。因此，后保持架330’可以设置成通过弹簧430’的力顺时针方向(CW)移动。相应地，将滚珠部件320’推动到保持架的另一个侧表面331b’(如图5A或图5C)。因此，根据单向离合器310’的原理，偏心凸轮的逆时针方向(CCW)的移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的顺时针方向(CW)的移动。
因此，如图7C和图7D所示，偏心凸轮200可以设置成仅在安装于偏心凸轮200前侧和后侧的单向离合器310和310’彼此相反的方向上旋转，其结果是，偏心凸轮220可以被固定而不会旋转，并且可以将安装在装配有偏心凸轮200的连杆上的活塞的可变压缩比固定。主要在发动机停止而没有油供应到第一油路和第二油路的时候，或当发动机在不改变压缩比的情况下工作时，可以实现可变压缩比的固定状态。
最后，如表1所示，对于“第一油路+Pb<第二油路”，通过第二油路的液压使左侧方向的力施加至前保持架330的保持架塞450(如图4A所示)，并且该力大于第一油路的液压所产生的力与弹簧430的力的和，因此，前保持架330可以设置成顺时针方向(CW)移动。因此，将滚珠部件320推动到保持架的另一个侧表面331b(如图5A或图5C所示)。因此，根据单向离合器310的原理，偏心凸轮的逆时针方向(CCW)的移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的顺时针方向(CW)的移动。
通过第二油路的液压使左侧方向的力施加至后保持架330’的保持架塞450’(如图4B的右侧所示)，后保持架330’可以设置成通过弹簧430’的力和施加至保持架塞450’的力而顺时针方向(CW)移动。相应地，将滚珠部件320’推动到保持架的另一个侧表面331a’(如图5A或图5C所示)。因此，根据单向离合器310’的原理，偏心凸轮的逆时针方向(CCW)的移动被锁定，而能够进行偏心凸轮的顺时针方向(CW)的移动。
因此，如图7E和图7F所示，本发明的偏心凸轮200可以设置成通过施加至安装于偏心凸轮200的前侧和后侧的前单向离合器310和后单向离合器310’的顺时针方向的反作用力而顺时针方向(CW)旋转，还可以防止逆时针方向(CCW)旋转。安装在装配有偏心凸轮200的连杆上的活塞的高度可以通过偏心凸轮200的顺时针方向(CW)旋转而减小，从而提高可变压缩比。
同时，供应到保持架330和330’的液压油可以按照以下不同方式供应。
第一，在主轴承中提供控制油压的方法中，在主油道OCV中按照主轴承→主轴颈→曲柄销→第二连杆端部→连杆杆身→第一连杆端部的顺序提供用于操作单向离合器的保持架的油压信号。具体地，第一连杆端部可以指代所述连杆的小于第二连杆端部的端部。
第二，另一种方法是，在利用活塞冷却喷嘴提供控制油压的方法中，在OCV1和OCV12中按照主轴承→活塞冷却喷嘴→活塞内油道→连杆销→偏心凸轮→保持架的顺序提供用于操作单向离合器的保持架的油压信号。
第三，作为另一种方法，在使用连杆开关的方法中，换言之，调节控制油压的方法中，通过安装在连杆上的液压开关来调节用于操作单向离合器的保持架的油压信号。在流动路径中按照曲柄销→第二连杆端部→连杆杆身→液压开关→第一连杆端部→保持架的顺序提供油压信号。
尽管已经参考示例性实施方案和附图描述了本发明，但是在本发明的精神和范围内可以实现不同的示例性实施方案。因此，应该认为本发明的范围由所附权利要求限定，并不限于本说明书中公开的特定示例性实施方案。