專利名稱：用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置的制作方法
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用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置本發(fā)明涉及一種用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置，該內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，該活塞通過(guò)活塞銷可回轉(zhuǎn)地與連桿連接，其中活塞銷可旋轉(zhuǎn)支承在活塞的至少一個(gè)活塞銷軸承內(nèi)以及連桿的連桿軸承內(nèi)，其中活塞銷在活塞銷軸承和/或連桿軸承的至少一個(gè)支承區(qū)域中具有偏心件，并且活塞銷通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置可旋轉(zhuǎn)。在性能要求上具有很大跨度的內(nèi)燃機(jī)具有如下問(wèn)題，在傳統(tǒng)的曲柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中， 固定的壓縮比導(dǎo)致在部分負(fù)荷和額定負(fù)荷之間峰值壓力的跨度(Spreizimg)較大。這主要導(dǎo)致柴油驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須滿足很高的峰值壓力要求，從而引起較高的摩擦損失。專利文件DE 10 2005 055 199 Al已公開(kāi)具有至少一個(gè)可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)的可變壓縮比的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，該調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在連桿軸承孔或者連桿的沖程軸承孔 (Hublagerauge)中的偏心件以改變連桿的有效長(zhǎng)度。偏心件通過(guò)由連桿運(yùn)動(dòng)弓I起的扭矩可沿調(diào)節(jié)行程運(yùn)動(dòng)。在此，經(jīng)由調(diào)節(jié)裝置來(lái)進(jìn)行對(duì)偏心件的調(diào)節(jié)。DE 348 555 A公開(kāi)了一種用于內(nèi)燃機(jī)的可調(diào)節(jié)的活塞銷支承裝置，其中活塞銷偏心地固定于其中的套筒在第二套筒內(nèi)可偏心旋轉(zhuǎn)并可固定支承。在GB412 781 A中已知相似的構(gòu)造。在DE 3 108 486 Al, JP 58-067937 A2, JP 62-035034 A2, US 4 721 073A, DE 3 818 357 ALEP 0 297 904 A2或者WO 95/08705 Al中已知具有用于活塞銷的偏心軸承襯
套并用于改變壓縮比的其它裝置。用于改變壓縮比的已知裝置具有如下缺點(diǎn)，S卩，它們需要特有的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以引起偏心件的旋轉(zhuǎn)。由此，這些裝置的成本很高。另外，從DE 40 40 274 Al中已知具有根據(jù)溫度來(lái)調(diào)節(jié)的止點(diǎn)的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，其中活塞銷在連桿孔的區(qū)域內(nèi)相對(duì)于其向外突出的端部具有偏心距。支承于活塞中的活塞銷與扭矩元件剛性連接，而該扭轉(zhuǎn)元件又與活塞剛性連接。扭矩元件由記憶金屬制成。由此， 引起活塞銷根據(jù)溫度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且通過(guò)其偏心距引起連桿和活塞之間的相對(duì)位移。這種調(diào)節(jié)裝置不適合用來(lái)限制氣缸室內(nèi)的峰值壓力。本發(fā)明的目的在于，以盡可能簡(jiǎn)單的方法在內(nèi)燃機(jī)中能限制峰值壓力。由此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)裝置由扭轉(zhuǎn)彈簧構(gòu)成，并且活塞銷抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧的力從靜止位置可旋轉(zhuǎn)到壓力限制位置，其中較佳地，偏心件設(shè)置在連桿軸承的區(qū)域內(nèi)。為了可再現(xiàn)輸出壓縮比，有利的是，固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件在靜止位置緊靠固定活塞的旋轉(zhuǎn)止擋件上。這實(shí)現(xiàn)了活塞銷的旋轉(zhuǎn)位置的精確定義。為通過(guò)氣體壓力實(shí)現(xiàn)裝置的快速響應(yīng)，有利的是，彈簧加載的鎖止裝置至少在靜止位置作用于固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件(Verdrehimgsanschlag)，從而活塞銷保持在靜止位置，其中較佳地，鎖止裝置由通過(guò)壓力彈簧徑向抵住固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件按壓的鎖止擋塊構(gòu)成，其中較佳地，壓力彈簧的預(yù)壓力可調(diào)節(jié)。在此，鎖止擋塊可具有至少一個(gè)起動(dòng)斜坡(Anlauframpe)，其在活塞銷旋轉(zhuǎn)時(shí)固定活塞的旋轉(zhuǎn)止動(dòng)件越過(guò)該起動(dòng)斜坡。根據(jù)本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)如下，即在支承區(qū)域具有至少一個(gè)偏心件、在活塞以及連
3桿中可旋轉(zhuǎn)支承的活塞銷通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧保持在靜止位置，并且在超過(guò)規(guī)定的氣缸壓力時(shí)抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧的力旋轉(zhuǎn)到壓力限制位置，以降低壓縮比。通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧的預(yù)壓力，一方面壓制偏心的活塞銷的旋轉(zhuǎn)直至確定的氣缸壓力。 另一方面，在燃燒室壓力低于第二待確定水平之下后，該扭轉(zhuǎn)彈簧支持活塞銷復(fù)位至止擋位置。以下本發(fā)明將根據(jù)附圖作進(jìn)一步解釋。其中

圖1示出具有根據(jù)本發(fā)明的用于修改活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置的內(nèi)燃機(jī)的活塞沿活塞軸線的剖視圖；圖2示出該活塞橫向于活塞軸線的剖視圖；圖3是該活塞根據(jù)附圖1中線III-III的剖視圖；圖4是該裝置的扭轉(zhuǎn)彈簧的斜視圖；以及圖5是活塞銷的斜視圖。圖1和2示出往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)的活塞1，該活塞經(jīng)由支承于連桿2的連桿軸承3 中的活塞銷4可回轉(zhuǎn)地與連桿2連接?；钊N4在活塞1上通過(guò)活塞銷軸承5可旋轉(zhuǎn)地連接，并且在連桿襯套3的區(qū)域中具有偏心件6，該偏心件的中心軸線6a與活塞銷軸承孔fe 的軸線間隔開(kāi)。該偏心距在附圖中以e表示?？招牡幕钊N4通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧7被按壓到靜止位置，其中固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件8緊靠在固定活塞的旋轉(zhuǎn)止擋件9上。附圖標(biāo)記7a為扭轉(zhuǎn)彈簧7的固定活塞的邊腳 (Schenkel)，附圖標(biāo)記7b為扭轉(zhuǎn)彈簧7的固定活塞銷的邊腳。在此，固定活塞銷的邊腳7b 嵌在活塞銷4的凹槽10內(nèi)。另外，活塞銷4通過(guò)由具有鎖止擋塊(Rastschieber) 11的鎖止裝置12保持在靜止位置。鎖止擋塊11在此通過(guò)可經(jīng)由螺釘13調(diào)節(jié)的壓力彈簧14被按壓到固定活塞銷的止擋件8上。鎖止擋塊11具有起動(dòng)斜坡15，在活塞銷4旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件 8越過(guò)起動(dòng)斜坡15。在氣缸的壓縮階段，實(shí)施成偏心軸的活塞銷4通過(guò)固定活塞的旋轉(zhuǎn)止擋件9和鎖止裝置12固定活塞地定向在圖2和3中所示的角位置φο。離心距e根據(jù)等式
Md-氣體=F 氣體^sintp0(1)通過(guò)氣體壓力向偏心件6施加扭矩Md-氣體。此扭矩Md—^與活塞銷4中的摩擦扭矩Md_K_K疊加。觸發(fā)扭矩(Ausl6semoment) Md_A適用于Md_A =Σ Md_E_K(2)在內(nèi)燃機(jī)的壓縮進(jìn)程中，活塞銷4通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧7的預(yù)壓力和彈簧加載的鎖止裝置12的楔作用按壓抵住固定活塞銷的止擋件9。此時(shí)，復(fù)位扭矩Md_fi位由預(yù)壓力和彈簧加載的鎖止裝置12的扭矩Md_鎖止組成Md_ 復(fù)位=Md_ 扭轉(zhuǎn)+Md_ 鎖止(3)如果現(xiàn)在燃燒過(guò)程中，與燃燒室壓力幾乎直接成正比的觸發(fā)扭矩Md_A通過(guò)復(fù)位扭矩的保持能力而升高，則活塞銷4抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧7的力旋轉(zhuǎn)，直到在偏轉(zhuǎn)位置出現(xiàn)新的扭矩平衡。通過(guò)這種旋轉(zhuǎn)，由
He=C-(COS9O-COSip)(4)得到相對(duì)的活塞沖程he。這個(gè)相對(duì)的活塞沖程he近似地產(chǎn)生燃燒室內(nèi)絕熱的膨脹，由此相對(duì)于具有對(duì)中的活塞銷的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)減少了燃燒室壓力。如果在膨脹階段燃燒室壓力現(xiàn)又下降，則扭轉(zhuǎn)彈簧7的復(fù)位扭矩Md_fflif導(dǎo)致活塞銷 4沿固定活塞的止擋件9的方向旋轉(zhuǎn)，直到彈簧加載的鎖止裝置12又鎖緊并又達(dá)到原始狀態(tài)。通過(guò)協(xié)調(diào)參數(shù)Md_A和Md_復(fù)位，可調(diào)節(jié)所期望的觸發(fā)壓力(例如，120巴(bar))。此時(shí)，所期望的最大相對(duì)活塞沖程he為
he—最大=C-(Cosipf)+1)(5)通過(guò)這個(gè)等式(5)，確定偏轉(zhuǎn)位置的壓力下降潛力。這種機(jī)械峰值壓力限制允許內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)成在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)熱力學(xué)最佳的壓縮比(ε = 17至20)。該系統(tǒng)現(xiàn)設(shè)計(jì)成在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)觸發(fā)扭矩Md_A比復(fù)位扭矩小。 在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氣缸壓力在燃燒過(guò)程中超過(guò)觸發(fā)壓力。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的用于修改活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置，在燃燒室中產(chǎn)生附加的容積，由此引起近似絕熱的膨脹。對(duì)于he = 1毫米至 3毫米，得到例如約20%至50%的壓力下降潛力，由此限制了產(chǎn)生的最大峰值壓力。
權(quán)利要求
1.用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置，所述內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(1)，所述活塞⑴通過(guò)活塞銷⑷能回轉(zhuǎn)地與連桿⑵連接，其中所述活塞銷⑷ 能旋轉(zhuǎn)地支承在所述活塞(1)的至少一個(gè)活塞銷軸承(5)內(nèi)以及所述連桿( 的連桿軸承 ⑶內(nèi)，其中，所述活塞銷⑷在所述活塞銷軸承(5)和/或所述連桿軸承(3)的至少一個(gè)支承區(qū)域中具有偏心件(6)，并且所述活塞銷(4)通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置能旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置由扭轉(zhuǎn)彈簧(7)構(gòu)成，并且所述活塞銷(4)抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧(7)的力從靜止位置旋轉(zhuǎn)到至少一個(gè)壓力限制位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述偏心件(6)設(shè)置在所述連桿軸承(3)的區(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件(8)在靜止位置緊靠固定活塞的旋轉(zhuǎn)止擋件(9)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，彈簧加載的鎖止裝置(12)至少在靜止位置作用于固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件(8)，因而，所述活塞銷(4)保持在靜止位置。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述鎖止裝置(12)由通過(guò)壓力彈簧(14)徑向抵住所述固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件(8)按壓的鎖止擋塊(11)構(gòu)成，較佳地，能調(diào)節(jié)所述壓力彈簧(11)的預(yù)壓力。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述鎖止擋塊(11)具有至少一個(gè)起動(dòng)斜坡 (15)，所述固定活塞銷的旋轉(zhuǎn)止擋件(8)在所述活塞銷(4)旋轉(zhuǎn)時(shí)越過(guò)所述起動(dòng)斜坡。
7.用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法，所述內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(1)，所述活塞通過(guò)能旋轉(zhuǎn)地支承于所述活塞(1)中以及連桿( 中的活塞銷(4)能回轉(zhuǎn)地與連桿( 連接，其特征在于，在支承區(qū)域中具有至少一個(gè)偏心件(6)的活塞銷(4) 通過(guò)扭轉(zhuǎn)彈簧(7)保持在靜止位置，并且在超過(guò)規(guī)定的氣缸壓力時(shí)抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧(7)的力旋轉(zhuǎn)到壓力限制位置以降低壓縮比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于修改內(nèi)燃機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)學(xué)的裝置，該內(nèi)燃機(jī)具有至少一個(gè)在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞(1)，該活塞(1)通過(guò)活塞銷(4)可回轉(zhuǎn)地與連桿(2)連接，其中活塞銷(4)可旋轉(zhuǎn)地支承在活塞(1)的至少一個(gè)活塞銷軸承(5)內(nèi)以及連桿(2)的連桿軸承(3)內(nèi)，其中活塞銷(4)在活塞銷軸承(5)和/或連桿軸承(3)的至少一個(gè)支承區(qū)域中具有偏心件(6)，并且活塞銷(4)通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置可旋轉(zhuǎn)。為以盡可能簡(jiǎn)單的方式限制峰值壓力，旋轉(zhuǎn)裝置由扭轉(zhuǎn)彈簧(7)構(gòu)成，并且活塞銷(4)可抵抗扭轉(zhuǎn)彈簧(7)的力從靜止位置旋轉(zhuǎn)至壓力限制位置。
文檔編號(hào)F02B75/04GK102439272SQ201080019353
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者K·薩茲伯格 申請(qǐng)人:Avl里斯脫有限公司