本美国实用新型专利申请要求2016年1月21日提交的美国临时专利申请号为62/281,489和2017年1月19日提交的美国实用新型专利申请号为15/409,928的优先权，并且将其全部内容作为参考文献并入此申请中。
本发明总体上涉及一种内燃机和控制组件，其中发动机的压缩比可以变化。
背景技术：
内燃机的运行性能尤其受到每个发动机汽缸中压缩比的影响。本领域的技术人员理解压缩比是发动机汽缸中最大体积与最小体积之比。通常，具有较高压缩比的发动机比具有较低压缩比的发动机更有效地运行，而具有较低压缩比的发动机比具有较高压缩比的发动机产生更多的动力。由于在大多数发动机中，压缩比是固定数值，其只能通过广泛地修改内燃机的某些特性来改变，大多数发动机制造商在设计内燃机时，被迫面临在优化效率或动力或相互妥协之间做选择。
已经尝试在生产内燃机时使其具有可变的压缩比以，允许发动机以峰值效率运行并且当需要时能够产出增强的动力。然而，目前的可变压缩比系统控制起来很复杂，生产成本高，并且可能在发动机的寿命期内缺乏耐久性。
技术实现要素：
本发明的一个方面提供了一种用于内燃机的连杆组件。该组件包括包含沿小端延伸的轴的连杆主体，并且该小端包括具有圆孔的内表面。轴衬设置在小端的圆孔中。该轴衬包括与小端的内表面滑动接触的外表面，并且该轴衬具有围绕中心轴线的圆形开口，用于容纳活塞销。当轴衬处于低压缩取向时，圆形开口的中心轴线比轴衬处于高压缩取向时更靠近连杆主体的轴。轴衬的外表面包括凹口对，并且连杆主体的内表面包括用于容纳锁定销的相应凹口。在轴衬的外表面上的凹口对以大于180°且不大于190°的角度相互间隔开。
本发明的另一方面提供了一种制造用于内燃机的连杆组件的方法。该方法包括设置包含沿小端延伸的轴的连杆主体，该小端包括具有圆孔的内表面；并且在连杆小端的圆孔上配置轴衬，该轴衬包括与小端的内表面滑动接触的外表面，该轴衬具有围绕中心轴线的圆形开口用于容纳活塞销，当轴衬处于低压缩取向时，圆形开口的中心轴线比轴衬处于高压缩取向时更靠近连杆主体的轴，轴衬的外表面包括凹口对，连杆主体的内表面包括用于容纳锁定销的相应凹口，并且在轴衬的外表面上的凹口对以大于180°且不大于190°的角度相互间隔开。
本发明的另一个方面提供了一种用于调节发动机的压缩比的方法。该方法包括设置连杆组件，该连杆组件包括连杆主体、轴衬和锁定销。该连杆主体包括延伸至小端的轴，并且该小端包括具有圆孔的内表面。该轴衬设置在连杆小端的圆孔上。该轴衬包括与小端的内表面滑动接触的外表面，该轴衬具有围绕中心轴线的圆形开口用于容纳活塞销，并且该轴衬的外表面包括凹口对。该连杆主体的内表面包括用于容纳锁定销的相应凹口，并且在轴衬的外表面上的凹口对以大于180°且不大于190°的角度相互间隔开。该方法进一步包括移动连杆主体的凹口上的锁定销，其中轴衬相对于连接主体从低压缩位置旋转至高压缩位置，或从高压缩位置旋转至低压缩位置。当轴衬处于低压缩取向时，圆形开口的中心轴线比轴衬处于高压缩取向时更靠近连杆主体的轴。
附图说明
本发明的这些和其它特征和优点将容易理解，当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些和其他特征和优点，其中：
图1为具有处于高压缩取向的轴衬的连杆组件的局部透视图；
图2为图1中连杆组件的另一个局部透视图，其具有高压缩取向的轴衬并取自不同于图1的位置；
图3为具有处于高压缩取向的轴衬的图1中连杆组件的局部剖视图；
图4为图1中连杆组件的另一个局部剖视图，其具有高压缩取向的轴衬并取自不同于图3的位置；
图5为具有处于低压缩取向的轴衬的图1中连杆组件的局部透视图；
图6为图1中连杆组件的另一个局部透视图，其具有低压缩取向的轴衬并取自不同于图5的视角；
图7为具有处于低压缩取向的轴衬的图1中连杆组件的局部剖视图；
图8为图1中连杆组件的另一个局部剖视图，其具有低压缩取向的轴衬并取自不同于图7的视角；
图9为图1中连杆组件的局部剖视图，并且在中立位置示出了轴衬的销用于允许移动轴衬；
图10为图1中连杆组件的另一个局部剖视图，并在中立位置示出了轴衬的销；
图11为图1状态下连杆组件的横截面图；
图12为具有处于高压缩取向的轴衬的连杆组件的第二示例实施例的透视图；以及
图13为具有处于低压缩取向的轴衬的连杆组件的第二示例实施例的透视图。
具体实施方式
参考附图，其中相同标记表示若干视图中相应的部件，图1中大体示出了用于改变内燃机的压缩比的改进连杆组件20的第一示例实施例。如图所示，连杆组件20包括连杆主体22，其通过活塞销(还称为肘销)沿轴23从用于连接到发动机的曲柄轴(未示出)的大端(未示出)延伸到连接到活塞住体(未示出)的小端24。连杆主体22优选由金属组成，例如钢、合金钢、铝、铝合金、镁、镁合金等。
连杆主体22的小端24包括具有大体圆孔26的内表面，其通过连杆体22从一侧贯穿至另一侧。轴衬28定位在圆孔26中和连杆主体22与活塞销之间。轴衬28包括轴衬主体30，其具有围绕中心轴线a的圆形开口32用于容纳活塞销。轴衬主体30的外表面与连杆主体22的小端24的内表面滑动接触。在图11的示例实施例中，轴衬主体30由单独制作和随后连接在一起的两工件组成。其中一个工件具有轴向延伸部分34和径向延伸部分、或凸缘36，并且另一个工件大体为环形。在装配过程中，第一个工件的轴向延伸部分34插入到连杆主体22的圆孔26中，并且在连杆主体22的另一侧与环形工件接触。然后，两工件焊接在一起(例如通过激光焊接)或压制在一起，从而在最终形式中，轴衬主体30是一个整体工件并且具有凸缘36、38，该凸缘在连杆主体22的相对侧径向向外延伸以将轴衬主体30牢固地连接到连杆主体22上。
如图1所示，在连杆主体22的小端24中，轴衬主体30的圆形开口32相对于圆孔26的位置是偏心的。轴衬主体30的圆形开口32相对于轴衬主体30的外表面的位置也是偏心的。也就是说，在轴衬主体30中圆形开口32的中心轴线a偏离连杆主体22中圆孔26的中心轴线。在示例实施例中，连杆主体30的厚度是沿圆形开口32周向变化的以偏心定位圆形开口32。
轴衬28在连杆主体22的圆孔26中可旋转以相对于曲柄轴改变活塞销和活塞主体的相对定位，并因此改变发动机中汽缸的压缩比。如图1-4所示，当轴衬28处于高压缩取向时，轴衬主体30的中心轴线a位于比连杆主体22的轴23更靠近连杆主体30的小端24的远端39的位置。当轴衬28位于高压缩取向时，由于连接连杆组件20的活塞位于远离曲柄轴的位置，而减少了燃烧室(未示出)的体积，因此发动机具有高压缩比。当轴衬28处于高压缩取向时，发动机的高压缩比使发动机的效率最大化，从而改善燃料经济性并减少二氧化碳和其他的排放。
另一方面，如图5-8所示，当轴衬28处于低压缩取向时，轴衬主体30的中心轴线a位于比连杆主体30的小端24的远端39更靠近连杆主体22的轴23的位置。当轴衬28位于低压缩取向时，发动机具有低压缩比，从而使发动机的最大功率输出最大化。这样，轴衬28允许发动机在需要动力时产生高功率输出并且在剩余的时间内以非常高的效率运行。轴衬28可以设计成使用一系列不同的发动机，其包括汽油发动机、柴油发动机、火花点火发动机、压燃式发动机、二冲程发动机和四冲程发动机。优选地，当活塞位于上止点约3.5mm位置时，轴衬设置成调节活塞主体的高度。
连杆组件20进一步包括锁定机构，其在需要时设置成将轴衬28锁定在高和低压缩取向中，并且当需要时，有选择地允许惯性驱动两取向之间的轴衬28以在使用期间改变发动机的压缩比。图1-11的示例实施例中，锁定机构包括锁定销40，其设置在连杆主体22的邻近圆孔26的凹口42中，并且在轴向方向从用于将轴衬28锁定在高压缩取向的第一位置(图3和4中示出)可滑动到用于将轴衬28锁定在低压缩取向的第二位置(图7和8中示出)。当锁定销40处于第一个和第二位置的其中之一时，将其容纳在轴衬主体30上的凸缘36、38之一的相应凹口42内，以防止轴衬28相对于连杆主体22旋转。但是，如图9和10所示，当锁定销40处在第一位置和第二位置之间时，允许轴衬28在高压缩和低压缩取向之间自由旋转。
图1-11的实施例的锁定机构还包括弹簧44，其将锁定销40偏压在第一位置以将轴衬28锁定在高压缩取向。在该实施例中，连杆主体22还包括通向凹口42的液压通道46以便输送加压的液压流体以克服弹簧44施加的偏向力，只要液压流体保持在加压状态，偏向力将锁定销40移动到第二位置，以便将轴衬28锁定在低压缩取向上。但是，应该理解的是一系列不同机构可以用于将轴衬锁定在高和低压缩取向之间。
连杆主体22和轴衬28的凸缘36、38包括限定高和低压缩取向的相互合作的旋转止动机构。连杆主体22包括一对周向间隔开的第一台肩48，并且轴衬28的凸缘36、38的其中一个包括一对周向间隔开的第二台肩50。优选地，第一和第二台肩48、50相互间隔开以允许轴衬28相对于连杆主体22以大于180°并且不大于190°的角度旋转。这允许在压缩循环期间将第一和第二台肩48、50相互锁定以减少锁定销40处的负载和磨损。定位第一和第二台肩48、50，从而当轴衬28处于高和低压缩取向时，在轴衬28上几乎不施加扭矩，并因此锁定销40承受最小的剪切力并具有高耐久性。在示例实施例中，第一台肩48位于轴23邻近连杆主体22的小端24的相对侧。第一台肩48的其中一个位于用于锁定销40的凹口42的一侧，并且另一个第一台肩48与凹口42间隔更远。在高压缩比取向情况下，如图1-4所示，轴衬28的第二台肩50的其中一个与同凹口42间隔开的连杆主体22的第一台肩48接合。在低压缩比取向情况下，如图5-11所示，轴衬28的第二台肩50的其中一个与位于凹口42一侧的连杆主体22的第一台肩48接合。
在运行过程中，当司机要求增加动力时，发动机的电控单元(ecu)激活液压泵(未示出)对连杆主体22中的液压流体46加压，并因此将锁定销40从第一位置移开。然后，由于活塞和连杆主体22从高压缩取向到低压缩取向的运动惯性，轴衬28相对于连杆主体22自动旋转，于是锁定销40能够移动到在轴衬28的凸缘36、38的其中一个上与凹口42接合的第二位置。当司机不再需要增加动力时，ecu减压液压流体，并且弹簧44将锁定销40推出第二位置。当锁定销40与凹口42脱离时，轴衬28通过惯性在连杆主体22的小端24中可自由旋转。一旦惯性将轴衬28旋转回到高压缩取向时，锁定销40由弹簧44推入第一位置以将轴衬28锁定在高压缩取向。
现在参考图12和13，连杆组件120的第二示例实施例大体使用相同的标记，由前缀“1”分开，表示与上述第一可行性实施例相对应的部件。第二可行性实施例与第一个可行性实施例的区别在于两工件轴衬128包括第一圆柱形件154和第二个环形件156。环形件156固定在圆柱形件154的大致轴向中点，并包括向外延伸的凸缘158，该凸缘158具有在其相对端的台肩160，用于当轴衬128处于高和低压缩取向时与连杆主体122接触。环形件156包括凹口142，用于容纳锁定销140以在需要时将轴衬128锁定在高和低压缩取向中。如图12和13所示，在该实施例中，连杆主体122的小端124包括从内表面延伸至外表面的狭槽162，并且在狭槽162中容纳环形件156。环形件156的外表面通常沿小端124的外表面或由小端124的外表面的向内设置，并且凸缘158设置在小端124的外表面的外侧。因此，当轴衬128处于高和低压缩取向时，凸缘158的台肩160的其中一个与邻近轴123的连杆主体122接触。例如，如图12所示，当轴衬128处于高压缩比取向时，凸缘158的一个台肩160在凹口142的一侧与连杆主体122接合；并且当轴衬128处于低压缩比取向时，凸缘158的另一个台肩160在与凹口142间隔开的位置与连杆主体122接合。
显然，鉴于上述启示，本发明的许多修改和变化是可能的，并且可以在所附权利要求的范围内以不同于具体描述的方式实施。