AT517942B1

AT517942B1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: AT517942B1
Application number: ATA50392/2016A
Authority: AT
Inventors: Ing Tamaz Ovari Dipl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-06-15
Also published as: AT517942A4

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einem Kolben (10), der über einen Kolbenbolzen (11) schwenkbar mit einer Pleuelstange (20) verbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses zumindest eine Längenverstellvorrichtung (9) und eine Versorgungseinrichtung (8) zur Versorgung der Längenverstellvorrichtung (9) mit Hydraulikmedium aufweist, wobei die Versorgungseinrichtung (8) betätigbar ist durch eine Schwenkbewegung der Pleuelstange (20) gegenüber dem Kolben (10). Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Brennkraftmaschine (1) anzugeben, die eine drehzahlunabhängige und lastunabhängige Druckbereitstellung für variable Verdichtungsverhältnisse angibt. Das wird dadurch gelöst, dass die Versorgungseinrichtung (8) und die Längenverstellvorrichtung (9) in der Pleuelstange (20) angeordnet und miteinander fluidverbunden sind und die Versorgungseinrichtung (8) zumindest einen in einer ersten Kolbenaufnahme (39) in einer Verschieberichtung (39) verschiebbaren ersten Arbeitskolben (30) aufweist, der an einen ersten Druckraum (48) grenzt, welcher erste Druckraum (48) mit der Längenverstellvorrichtung (9) strömungsverbindbar ist, wobei zumindest eine gehäusefest in der Brennkraftmaschine (1) angeordnete erste Freistrahleinrichtung (44) zur Versorgung der ersten Kolbenaufnahme (31) mit Hydraulikmedium vorgesehen ist.Internal combustion engine (1) with at least one piston (10) which is pivotably connected to a connecting rod (20) via a piston pin (11), the internal combustion engine (1) for realizing a variable compression ratio comprising at least one length adjustment device (9) and a supply device ( 8) for supplying the length adjusting device (9) with hydraulic medium, wherein the supply device (8) is actuated by a pivoting movement of the connecting rod (20) relative to the piston (10). Object of the present invention is to provide an internal combustion engine (1) indicating a speed-independent and load-independent pressure supply for variable compression ratios. This is achieved in that the supply device (8) and the length adjustment device (9) are arranged in the connecting rod (20) and fluidly connected to each other and the supply device (8) at least one in a first piston receptacle (39) in a displacement direction (39) displaceable first working piston (30) which adjoins a first pressure chamber (48), which first pressure chamber (48) with the Längenverstellvorrichtung (9) is flow connected, wherein at least one fixed to the housing in the internal combustion engine (1) arranged first Freistrahleinrichtung (44) for supply the first piston receptacle (31) is provided with hydraulic medium.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Kolben, der über einen Kolbenbolzen schwenkbar mit einer Pleuelstange verbunden ist, wobei die Brennkraftmaschine zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses zumindest eine Längenverstellvorrichtung und eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung der Längenverstellvorrichtung mit Hydraulikmedium aufweist, wobei die Versorgungseinrichtung durch eine Schwenkbewegung der Pleuelstange gegenüber dem Kolben betätigbar ist.The invention relates to an internal combustion engine having at least one piston which is connected via a piston pin pivotally connected to a connecting rod, wherein the internal combustion engine for realizing a variable compression ratio at least one length adjustment device and a supply device for supplying the Längenverstellvorrichtung with hydraulic medium, wherein the supply device can be actuated by a pivoting movement of the connecting rod relative to the piston.

[0002] Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis finden Anwendung, um beispielsweise den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschinen in den vom Optimum abweichenden Betriebsbereichen zu erhöhen.Internal combustion engines with variable compression ratio find application, for example, to increase the efficiency of the internal combustion engine in the deviating from the optimum operating ranges.

[0003] Aus der DE 1 451 962 A1 ist ein zweiggeteilter Kolben bekannt, bei dem das Brennraumvolumen durch das Befüllen einer Hydraulikkammer zwischen zwei Teilen des Kolbens realisiert wird. Die Versorgung der Hydraulikkammer mit Hydraulikmedium erfolgt hier über die Pleuelstange. Um den erforderlichen Druck in der Hydraulikkammer bereitstellen zu können ist im Kolben ein Pumpelement angeordnet, dass durch die Kippbewegung der Pleuelstange betätigt wird. Nachteil dieser Ausführung ist, dass zur Verkleinerung oder zur Vergrößerung des Brennraumvolumens das Hydraulikmedium durch die Pleuelstange zugeführt werden muss. Die Zuleitung des Hydraulikmediums gestaltet sich schwierig, da es durch das Oszillieren und durch das Kippen der Pleuelstange zu Druckschwankungen im Hydraulikmedium kommt. Des Weiteren ist eine last- und/oder drehzahlabhängige Versorgung der Hydraulikkammer erschwert.From DE 1 451 962 A1 a two-part piston is known in which the combustion chamber volume is realized by filling a hydraulic chamber between two parts of the piston. The supply of the hydraulic chamber with hydraulic medium takes place here via the connecting rod. In order to provide the required pressure in the hydraulic chamber can be arranged in the piston, a pumping element that is actuated by the tilting movement of the connecting rod. Disadvantage of this design is that to reduce or increase the combustion chamber volume, the hydraulic medium must be supplied through the connecting rod. The supply of the hydraulic medium is difficult, since it comes through the oscillation and the tilting of the connecting rod to pressure fluctuations in the hydraulic medium. Furthermore, a load and / or speed-dependent supply of the hydraulic chamber is difficult.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu beseitigen und eine Brennkraftmaschine anzugeben, die auf einfache Weise eine Zufuhr von Hydraulikmedium zu dem Mechanismus zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses gewährleistet.The object of the present invention is to eliminate these disadvantages and to provide an internal combustion engine, which ensures in a simple manner a supply of hydraulic medium to the mechanism for realizing a variable compression ratio.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Versorgungseinrichtung und die Längenverstellvorrichtung in der Pleuelstange angeordnet und miteinander fluidverbunden sind und die Versorgungseinrichtung zumindest einen in einer ersten Kolbenaufnahme in einer Verschieberichtung verschiebbaren ersten Arbeitskolben aufweist, der an einen ersten Druckraum grenzt, welcher erste Druckraum mit der Längenverstellvorrichtung strömungsverbindbar ist, wobei zumindest eine gehäusefest in der Brennkraftmaschine angeordnete erste Freistrahleinrichtung zur Versorgung der ersten Kolbenaufnahme mit Hydraulikmedium vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in that the supply device and the length adjustment are arranged in the connecting rod and fluidly connected to each other and the supply device has at least one displaceable in a first piston receiving in a direction of displacement first working piston which is adjacent to a first pressure chamber, which first Pressure chamber with the length adjustment is fluidly connected, wherein at least one housing fixed in the internal combustion engine arranged first free-jet device is provided for supplying the first piston receiving hydraulic medium.

[0006] Die Erfindung ermöglicht eine verschleißarme und wenig defektanfällige Längenverstellung, da die Zuleitung des Hydraulikmediums über die Freistrahleinrichtung gehäusefest vorgesehen ist und daher kein Hydraulikmedium über schwenkbare Verbindungen zugeführt werden muss. Der Druckaufbau zur Versorgung eines Längenverstellmechanismus erfolgt direkt in der Nähe des betreffenden Teils, daher ist nur eine kurze Leitung für das Hydraulikmedium nötig und Verluste sind gering oder völlig ausgeschlossen. Außerdem ist eine Versorgung des Längenverstellmechanismus mit Hydraulikmedium durch die Versorgungseinrichtung mit hohem Druck möglich, wodurch der Längenverstellmechanismus durch Druckschwankungen nicht beeinflusst wird.The invention enables a low-wear and little prone to failure length adjustment, since the supply of the hydraulic medium is provided fixed to the housing via the free-jet device and therefore no hydraulic medium must be supplied via pivotal connections. The pressure buildup to supply a Längenverstellmechanismus takes place directly in the vicinity of the relevant part, so only a short line for the hydraulic medium is necessary and losses are low or completely excluded. In addition, supply of the Längenverstellmechanismus with hydraulic medium by the supply device with high pressure is possible, whereby the length adjustment mechanism is not affected by pressure fluctuations.

[0007] Um Verlängerungs- und Verkürzungsmechanismus möglichst schnell betätigen zu können ist es vorteilhaft, wenn die Versorgungseinrichtung einen in einer zweiten Kolbenaufnahme in die Verschieberichtung verschiebbaren, an einen zweiten Druckraum grenzenden zweiten Arbeitskolben aufweist.In order to operate as quickly as possible extension and shortening mechanism, it is advantageous if the supply device has a second piston in a second piston receiving displaceable in the direction of displacement, adjacent to a second pressure chamber second working piston.

[0008] Dabei sind der erste Arbeitskolben und die erste Kolbenaufnahme und der zweite Arbeitskolben und die zweite Kolbenaufnahme je für einen anderen Mechanismus zur Herstellung eines passenden Druckniveaus im Hydraulikmedium vorgesehen.In this case, the first working piston and the first piston seat and the second working piston and the second piston seat are each provided for a different mechanism for producing a suitable pressure level in the hydraulic medium.

[0009] Um den Pumpvorgang durch Verschiebung in die Verschieberichtung so einfach wie möglich zu realisieren sind in einer Variante der Erfindung eine erste Gegenfläche und/oder eine zweite Gegenfläche im Bereich eines Kolbenhemdes an einer inneren Oberfläche desIn order to realize the pumping operation by displacement in the direction of displacement as simple as possible in a variant of the invention, a first mating surface and / or a second mating surface in the region of a piston skirt on an inner surface of the

Kolben vorgesehen sind, die durch die Schwenkbewegung der Pleuelstange in Kontakt mit dem ersten Arbeitskolben und/oder dem zweiten Arbeitskolben bringbar und dadurch verschiebbar sind.Pistons are provided which can be brought by the pivotal movement of the connecting rod in contact with the first working piston and / or the second working piston and thereby displaceable.

[0010] Die erste Gegenfläche wirkt über eine erste Kontaktfläche auf den ersten Arbeitskolben. Die zweite Gegenfläche wirkt über eine zweite Kontaktfläche auf den zweiten Arbeitskolben.The first mating surface acts on the first working piston via a first contact surface. The second mating surface acts on the second working piston via a second contact surface.

[0011] Um den Kontakt zu den Arbeitskolben ohne Klemmen und möglichst stoßfrei herzustellen ist es günstig, wenn die Gegenflächen an einem ersten Druckelement und/oder an einem zweiten Druckelement angeordnet sind/ist, wobei die Druckelemente im Kolbenhemd - vorzugsweise federnd - verschiebbar gelagert sind.To make contact with the working piston without jamming and as smooth as possible it is advantageous if the mating surfaces are arranged on a first pressure element and / or on a second pressure element / is, wherein the pressure elements in the piston skirt - preferably resiliently - are displaceably mounted ,

[0012] Dabei kann die federnde Lagerung der Druckelemente durch eine in einer Bohrung im Kolbenhemd angeordnete Feder umgesetzt sein.In this case, the resilient mounting of the pressure elements can be implemented by a arranged in a bore in the piston skirt spring.

[0013] In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die erste Gegenfläche und/oder die zweite Gegenfläche nach außen in Richtung des ersten Arbeitskolben und/oder des zweiten Arbeitskolben gekrümmt an einer Innenfläche im Kolbenhemd angeordnet sind/ist. Mit anderen Worten sind die erste und/oder zweite Gegenfläche von der inneren Oberfläche des Kolbenhemdes in Richtung eines Kolbenmittelpunktes gekrümmt bzw. gewölbt bzw. konvex geformt. Dadurch können die Gegenflächen an den Kontaktflächen während der Schwenkbewegung abrollen, was materialschonender ist.In a further variant it is provided that the first mating surface and / or the second mating surface are arranged outwardly in the direction of the first working piston and / or the second working piston curved on an inner surface in the piston skirt / is. In other words, the first and / or second mating surface of the inner surface of the piston skirt in the direction of a piston center are curved or curved convex. As a result, the counter surfaces can roll on the contact surfaces during the pivoting movement, which is gentler material.

[0014] Es ist aus Sicht der Zuverlässigkeit der Zufuhr des Hydraulikmediums günstig, wenn die Pleuelstange zur Befüllung der ersten Kolbenaufnahme mit Hydraulikmedium zumindest einen in die erste Kolbenaufnahme mündenden ersten Auffangbereich aufweist, und der erste Auffangbereich als eine um die Versorgungseinrichtung in Richtung des Kolbenbolzens ausgebildete Ausnehmung in der Pleuelstange ausgeführt ist, die zu der ersten Freistrahleinrichtung hin geöffnet ist.It is favorable from the point of view of the reliability of the supply of the hydraulic medium when the connecting rod for filling the first piston seat with hydraulic medium has at least one opening into the first piston receiving first collecting area, and the first collecting area as a trained around the supply device in the direction of the piston pin Recess is executed in the connecting rod, which is open to the first free-jet device.

[0015] Es ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Arbeitskolben gegen ein Federelement verschiebbar gelagert ist. Dadurch kann der Arbeitskolben bei Abheben der jeweiligen Gegenfläche von der Kontaktfläche durch das Federelement von der Kolbenaufnahme in Richtung des Kolbenhemdes gedrückt werden und eine Rückstellung des Arbeitskolbens ohne Kippbewegung und Kontakt mit dem Kolbenhemd wird ermöglicht.It is advantageous if at least one working piston is slidably mounted against a spring element. Thereby, the working piston can be pressed when lifting the respective mating surface of the contact surface by the spring element of the piston seat in the direction of the piston skirt and a provision of the working piston without tilting movement and contact with the piston skirt is made possible.

[0016] Dabei wird durch Einwirkung der Gegenfläche der Arbeitskolben gegen das Federelement verschoben, so dass die Federkraft entgegen der Gegenfläche wirkt.It is displaced by the action of the counter surface of the working piston against the spring element, so that the spring force counteracts the counter surface.

[0017] Um die Längenverstellvorrichtung vor einer gleichzeitigen Füllung von einem Ringraum und einem Arbeitsraum zur Verlängerung und Verkürzung der Pleuelstange zu schützen ist es vorteilhaft, wenn die Pleuelstange zumindest eine Schalteinheit aufweist, die in einer ersten Ventilstellung die Längenverstellvorrichtung mit dem ersten Druckraum und in einer zweiten Ventilstellung die Längenverstellvorrichtung mit dem zweiten Druckraum strömungsverbindet.In order to protect the length adjustment of a simultaneous filling of an annulus and a working space for lengthening and shortening of the connecting rod, it is advantageous if the connecting rod has at least one switching unit in a first valve position, the length adjustment device with the first pressure chamber and in a second valve position the Längenverstellvorrichtung fluidly connected to the second pressure chamber.

[0018] Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn die Schalteinheit zwischen Längenverstellvorrichtung und der Versorgungseinrichtung angeordnet ist.A particularly simple arrangement is obtained when the switching unit is arranged between the length adjustment device and the supply device.

[0019] Zur Steigerung der Schnelligkeit der Längenverstellvorrichtung bei einer Änderung von Verlängerung zu Verkürzung und umgekehrt, ist es günstig, wenn die Schalteinheit in der ersten Ventilstellung die Längenverstellvorrichtung über eine erste Entlastungsleitung mit dem Kurbelraum strömungsverbindet und in der zweiten Ventilstellung die Längenverstellvorrichtung über eine zweite Entlastungsleitung mit dem Kurbelraum strömungsverbindet.To increase the speed of Längenverstellvorrichtung with a change from extension to shortening and vice versa, it is advantageous if the switching unit in the first valve position, the Längenverstellvorrichtung via a first discharge line to the crankcase and connects in the second valve position, the length adjustment device via a second Relief line with the crank chamber fluidly connected.

[0020] Zur Realisierung einer möglichst einfachen Steuerung der Schalteinheit ist es günstig, wenn diese zumindest einen Ventilraum und einen darin verschiebbaren Ventilkolben aufweist, wobei der Ventilraum über zumindest eine Drucksignalleitung mit einem der Druckräume strömungsverbunden ist und der Ventilkolben durch das Hydraulikmedium in die erste Ventilstellung und in eine zweite Ventilstellung verschiebbar ist.To realize the simplest possible control of the switching unit, it is advantageous if it has at least one valve chamber and a valve piston displaceable therein, wherein the valve space is flow-connected via at least one pressure signal line to one of the pressure chambers and the valve piston by the hydraulic medium in the first valve position and is displaceable in a second valve position.

[0021] Um die Unabhängigkeit der Zufuhr des Hydraulikmediums zur Versorgung der zweitenTo the independence of the supply of the hydraulic medium for the supply of the second

Kolbenaufnahme mit Hydraulikmedium zu garantieren, ist es vorteilhaft, wenn zur Versorgung der zweiten Kolbenaufnahme mit Hydraulikmedium zumindest eine zweite Freistrahleinrichtung gehäusefest in der Brennkraftmaschine angeordnet ist.To ensure piston receptacle with hydraulic medium, it is advantageous if at least a second free-jet device is fixed to the housing in the internal combustion engine for supplying the second piston seat with hydraulic medium.

[0022] Die erste Freistrahleinrichtung und die zweite Freistrahleinrichtung sind beispielsweise als Düsen ausgeführt und geben in Richtung der Versorgungseinrichtung einen Freistrahl von dem Hydraulikmedium ab. Freistrahl bedeutet hier, dass das Hydraulikmedium in einem nicht weiter geführten Strahl von der Freistrahleinrichtung zur Versorgungseinrichtung gelangt.The first free-jet device and the second free-jet device are designed, for example, as nozzles and emit a free jet from the hydraulic medium in the direction of the supply device. Free jet here means that the hydraulic medium passes in a not further outgoing beam from the free-jet device to the supply device.

[0023] Unter einer gehäusefesten Anordnung der Freistrahleinrichtungen versteht sich hier die Anordnung in einem Kurbelraum, beispielsweise am nicht gezeigten Kurbelgehäuse.Under a housing-fixed arrangement of the Freistrahleinrichtungen here is the arrangement in a crankcase, for example, not shown on the crankcase.

[0024] Um die Zufuhr des Hydraulikmediums zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Pleuelstange zur Befüllung der zweiten Kolbenaufnahme mit Hydraulikmedium zumindest einen in die zweite Kolbenaufnahme mündenden zweiten Auffangbereich aufweist, und der zweite Auffangbereich als eine um die Versorgungseinrichtung in Richtung des Kolbenbolzens ausgebildete Ausnehmung in der Pleuelstange ausgeführt ist, die zu der zweiten Freistrahleinrichtung hin geöffnet ist.In order to ensure the supply of the hydraulic medium, it is advantageous if the connecting rod for filling the second piston seat with hydraulic medium has at least one opening into the second piston receiving second catchment area, and the second catchment area as a trained around the supply device in the direction of the piston pin Recess is executed in the connecting rod, which is open to the second free-jet device.

[0025] Um die Bewegung der Arbeitskolben zu verknüpfen, sieht eine vorteilhafte Ausführung vor, dass der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben fest - vorzugsweise einstückig -miteinander verbunden sind.In order to link the movement of the working piston, an advantageous embodiment provides that the first working piston and the second working piston are firmly connected - preferably in one piece - with each other.

[0026] Diese Verbindung kann beispielsweise durch einen Bolzen hergestellt werden.This compound can be made for example by a bolt.

[0027] Um zur Realisierung der Pumpbewegung die Kippbewegung der Pleuelstange ausnützen zu können, ist es günstig, wenn die Verschieberichtung normal zu einer Längsebene ist, wobei die Längsebene durch eine Längsachse der Pleuelstange und eine Kolbenbolzenachse gebildet ist.In order to exploit the tilting movement of the connecting rod for the realization of the pumping movement, it is advantageous if the displacement direction is normal to a longitudinal plane, wherein the longitudinal plane is formed by a longitudinal axis of the connecting rod and a piston pin axis.

[0028] In Folge wird die Erfindung anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele in den nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch: [0029] Fig. 1 einen Kolben, eine Pleuelstange und einen Kolbenbolzen einer erfindungsge mäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführung in einem Schnitt entlang der Linie l-l in Fig. 2; [0030] Fig. 2 den Kolben, die Pleuelstange und den Kolbenbolzen der Brennkraftmaschine in der ersten Ausführung in einem zweiten Schnitt entlang der Linie ll-ll in Fig. 1; [0031] Fig. 3 ein Schema der Pleuelstange der Brennkraftmaschine in der ersten Ausfüh rung; [0032] Fig. 4 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweitenIn consequence, the invention will be explained in more detail with reference to the illustrated embodiments in the non-limiting figures. 1 shows a piston, a connecting rod and a piston pin of a erfindungsge MAESSEN internal combustion engine in a first embodiment in a section along the line l-l in Fig. 2. Fig. 2 shows the piston, the connecting rod and the piston pin of the internal combustion engine in the first embodiment in a second section along the line II-II in Fig. 1; Fig. 3 is a diagram of the connecting rod of the internal combustion engine in the first Ausfüh tion; Fig. 4 shows a piston of an internal combustion engine according to the invention in a second

Ausführung in einem Schnitt analog zu Fig. 1; [0033] Fig. 5 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer drittenExecution in a section analogous to FIG. 1; Fig. 5 shows a piston of an internal combustion engine according to the invention in a third

Ausführung in einem Schnitt analog zu Fig. 1; [0034] Fig. 6 einen Kolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer viertenExecution in a section analogous to FIG. 1; Fig. 6 shows a piston of an internal combustion engine according to the invention in a fourth

Ausführung in einem Schnitt analog zu Fig. 1; [0035] Fig. 7a ein Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der ersten, zwei ten oder dritten Ausführung in einem ersten Kurbelwinkelbereich; [0036] Fig. 7b das Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der ersten, zwei ten oder dritten Ausführung in einem zweiten Kurbelwinkelbereich; [0037] Fig. 7c das Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der ersten, zwei ten oder dritten Ausführung in einem dritten Kurbelwinkelbereich; [0038] Fig. 7d das Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der ersten, zwei ten oder dritten Ausführung in einem vierten Kurbelwinkelbereich; [0039] Fig. 8a ein Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der vierten Aus führung in einem ersten Kurbelwinkelbereich; [0040] Fig. 8b das Schema der Funktionsweise der Brennkraftmaschine in der vierten Aus führung in einem zweiten Kurbelwinkelbereich; [0041] Fig. 9 die Anordnung von Freistrahleinrichtungen der Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführung in einem Grundriss; [0042] Fig. 10 die Anordnung von Freistrahleinrichtungen der Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführung in einem Grundriss; und [0043] Fig. 11 ein Schema der Funktionsweise einer Schalteinheit einer erfindungsgemäßenExecution in a section analogous to FIG. 1; Fig. 7a is a diagram of the operation of the internal combustion engine in the first, second or third embodiment in a first crank angle range; FIG. 7b shows the diagram of the operation of the internal combustion engine in the first, second or third embodiment in a second crank angle range; FIG. FIG. 7c shows the diagram of the operation of the internal combustion engine in the first, second or third embodiment in a third crank angle range; FIG. Fig. 7d shows the diagram of the operation of the internal combustion engine in the first, second or third embodiment in a fourth crank angle range; FIG. 8a is a diagram of the operation of the internal combustion engine in the fourth embodiment in a first crank angle range; FIG. FIG. 8b shows the diagram of the operation of the internal combustion engine in the fourth embodiment in a second crank angle range; FIG. 9 shows the arrangement of free-jet devices of the internal combustion engine in a first embodiment in a plan view; 10 shows the arrangement of free-jet devices of the internal combustion engine in a second embodiment in a plan view; and Fig. 11 is a diagram of the operation of a switching unit of a device according to the invention

Brennkraftmaschine.Internal combustion engine.

[0044] In der Fig. 1 ist ausschnittsweise eine erste Ausführung einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Darin sind ein Kolben 10, ein Kolbenbolzen 11 und ein Teil einer Pleuelstange 20 im Bereich eines kleinen Pleuelauges 21 gezeigt.In Fig. 1, a first embodiment of an internal combustion engine 1 is shown in fragmentary form. Therein a piston 10, a piston pin 11 and a part of a connecting rod 20 in the region of a small connecting rod eye 21 are shown.

[0045] Die Pleuelstange 20 ist schwenkbar um den Kolbenbolzen 11 und weist einen ersten Arbeitskolben 30 auf. Der erste Arbeitskolben 30 ist in einer ersten Kolbenaufnahme 31 verschiebbar angeordnet. Dabei ist die erste Kolbenaufnahme 31 durch einen ersten Bereich 32a einer inneren Mantelfläche eines Aufnahmeteils 32 gebildet. Der erste Arbeitskolben 30 ist über einen Schaft 33 mittels eines Bolzens 33a mit einem zweiten Arbeitskolben 34 verbunden, wobei dieser in einer zweiten Kolbenaufnahme 35 verschiebbar ist. Der Schaft 33 kann dabei als Teil des ersten Arbeitskolbens 30 oder als Teil des zweiten Arbeitskolbens 34 oder als Teil von beiden Arbeitskolben 30, 34 ausgeführt sein.The connecting rod 20 is pivotable about the piston pin 11 and has a first working piston 30. The first working piston 30 is arranged displaceably in a first piston receptacle 31. In this case, the first piston receptacle 31 is formed by a first region 32a of an inner circumferential surface of a receiving part 32. The first working piston 30 is connected via a shaft 33 by means of a bolt 33 a with a second working piston 34, wherein this is displaceable in a second piston seat 35. The shaft 33 may be designed as part of the first working piston 30 or as part of the second working piston 34 or as part of both working piston 30, 34.

[0046] Die erste Kolbenaufnahme 31 und die zweite Kolbenaufnahme 35 sind in der gezeigten Ausführung zylindrisch, sie können in nicht gezeigten Ausführungen eine andere Querschnittsform aufweisen. Der erste Arbeitskolben 30 und der zweite Arbeitskolben 34 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls zylindrisch ausgeführt (wobei natürlich auch andere Querschnittsformen möglich sind) und konzentrisch angeordnet.The first piston seat 31 and the second piston seat 35 are cylindrical in the embodiment shown, they may have a different cross-sectional shape in not shown embodiments. The first working piston 30 and the second working piston 34 are also cylindrical in the illustrated embodiment (of course, other cross-sectional shapes are possible) and arranged concentrically.

[0047] Der Schaft 33 ist in einem Führungszylinder 36 verschiebbar geführt. Der Führungszylinders 36 wird durch einen zweiten Bereich 32b der inneren Mantelfläche des Aufnahmeteils 32 gebildet. Und ein dritter Bereich 32c der inneren Mantelfläche des Aufnahmeteils 32 bildet die zweite Kolbenaufnahme 35.The shaft 33 is guided displaceably in a guide cylinder 36. The guide cylinder 36 is formed by a second portion 32 b of the inner circumferential surface of the receiving part 32. And a third area 32 c of the inner circumferential surface of the receiving part 32 forms the second piston seat 35.

[0048] Schaft 33, erster Arbeitskolben 30 und zweiter Arbeitskolben 34 bilden eine Einheit, die in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 eine Hantelform hat.Shaft 33, first working piston 30 and second working piston 34 form a unit which has a dumbbell shape in the sectional view of FIG. 1.

[0049] Die Bewegung der Arbeitskolben 30, 34 in eine Verschieberichtung 39 (die im Wesentlichen normal zu einer Längsachse 26 der Pleuelstange 20 orientiert ist) von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung wird durch die betriebsbedingte Kippbewegung der Pleuelstange 20 ausgelöst. Dabei kommt eine erste Gegenfläche 12a des Kolbens 10 mit einer ersten Kontaktfläche 43a des ersten Arbeitskolbens 30 in Berührung. Die erste Gegenfläche 12a ist auf der Innenseite des Kolbenhemds 13 in Richtung der Pleuelstange 20 orientiert angeordnet. In Fig. 1 sind der erste Arbeitskolben 30 und der zweite Arbeitskolben 35 in der ersten Stellung gezeigt. In der nicht weiter dargestellten zweiten Stellung weisen der erste Druckraum 48 und der zweite Druckraum 49 ihr kleinstes Volumen auf.The movement of the power pistons 30, 34 in a displacement direction 39 (which is oriented substantially normal to a longitudinal axis 26 of the connecting rod 20) from a first position to a second position is triggered by the operational tilting movement of the connecting rod 20. In this case, a first mating surface 12a of the piston 10 comes into contact with a first contact surface 43a of the first working piston 30. The first mating surface 12a is arranged oriented on the inside of the piston skirt 13 in the direction of the connecting rod 20. In Fig. 1, the first working piston 30 and the second working piston 35 are shown in the first position. In the second position, not shown, the first pressure chamber 48 and the second pressure chamber 49 have their smallest volume.

[0050] Die erste Gegenfläche 12a ist in der gezeigten Ausführung an einem ersten Druckelement 14 angeordnet, wobei die erste Gegenfläche 12a eine unebene Form ähnlich einer Nocke hat.The first counter-surface 12a is arranged in the embodiment shown on a first pressure element 14, wherein the first counter-surface 12a has an uneven shape similar to a cam.

[0051] In einer nicht gezeigten Ausführung kann die erste Gegenfläche 12a flach sein und es ist möglich, dass sich die erste Gegenfläche 12a direkt am Kolbenhemd 13 befindet.In an embodiment not shown, the first mating surface 12a may be flat and it is possible for the first mating surface 12a to be located directly on the piston skirt 13.

[0052] In der gezeigten Ausführung weist der Kolben 10 darüber hinaus noch eine zweite Gegenfläche 12b auf. Geometrische Eigenschaften über die Form und die Anordnung der ersten Gegenfläche 12a gelten analog für die zweite Gegenfläche 12b.In the embodiment shown, the piston 10 also has a second mating surface 12b. Geometric properties about the shape and the arrangement of the first mating surface 12a apply analogously to the second mating surface 12b.

[0053] Es sind entweder die Gegenflächen 12a, 12b, oder die Kontaktflächen 43a, 43b mit gekrümmten Oberflächen ausgeführt, oder sowohl Gegenflächen als auch Kontaktflächen 12a, 12b, 43a, 43b sind gekrümmt.There are either the mating surfaces 12a, 12b, or the contact surfaces 43a, 43b executed with curved surfaces, or both mating surfaces and contact surfaces 12a, 12b, 43a, 43b are curved.

[0054] Um die Gegenflächen 12a, 12b möglichst ohne Klemmen und möglichst stoßfrei in Kontakt mit der ersten Kontaktfläche 43a und einer zweiten Kontaktfläche 43b zu bringen, ist das erste Druckelement 14 und/oder eine zweites Druckelement 18 über eine Feder 15 gegen den Kolben 10 abgestützt und verschiebt sich bei dem Kontakt in einer Bohrung 16 zum Bohrungsboden hin bzw. in Richtung des Kolbenhemds.To bring the mating surfaces 12a, 12b as possible without jamming and as smooth as possible in contact with the first contact surface 43a and a second contact surface 43b, the first pressure element 14 and / or a second pressure element 18 via a spring 15 against the piston 10th supported and shifts in the contact in a bore 16 to the bore bottom toward or in the direction of the piston skirt.

[0055] In einer nicht gezeigten Ausführung ist vorgesehen, dass die erste Kontaktfläche 43a und die zweite Kontaktfläche 43b in Richtung der Gegenflächen 12a, 12b gekrümmt bzw. konvex sind.In an embodiment, not shown, it is provided that the first contact surface 43a and the second contact surface 43b in the direction of the mating surfaces 12a, 12b are curved or convex.

[0056] In einem Kurbelraum 2 der Brennkraftmaschine 1 sind eine erste Freistrahleinrichtungen 44 auf einer ersten Seite 4 und eine zweite Freistrahleinrichtung 45 auf einer zweiten Seite 5 gehäusefest vorgesehen, wobei die Freistrahleinrichtungen 44, 45 so montiert sind, dass sie sich zumindest in einem gewissen Kurbelwinkelbereich α im Nahebereich des Kolbens 10, günstigerweise im Bereich von in der Pleuelstange 20 vorgesehenen Auffangbereiche 46, 47 sind. Die Freistrahleinrichtungen 44, 45 sind jeweils auf einen ersten Auffangbereich 46 und einen zweiten Auffangbereich 47 der Pleuelstange 20 gerichtet, wobei die Auffangbereiche 46, 47 mit den Kolbenaufnahmen 31,35 verbunden sind.In a crank chamber 2 of the internal combustion engine 1, a first Freistrahleinrichtungen 44 on a first side 4 and a second Freistrahleinrichtung 45 on a second side 5 are provided fixed to the housing, wherein the Freistrahleinrichtungen 44, 45 are mounted so that they are at least in a certain Crank angle range α in the vicinity of the piston 10, conveniently in the range of provided in the connecting rod 20 collecting areas 46, 47. The free-jet devices 44, 45 are each directed to a first collecting region 46 and a second collecting region 47 of the connecting rod 20, wherein the collecting regions 46, 47 are connected to the piston receivers 31, 35.

[0057] Um Hydraulikmedium wie beispielsweise Öl in die Kolbenaufnahmen 31, 35 zu transportieren ist die erste Kolbenaufnahme 31 mit dem Kurbelraum 2 über den konkaven ersten Auffangbereich 46 und die zweite Kolbenaufnahme 35 über den, im dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch zu dem ersten Auffangbereich 46 an der Pleuelstange 20 angeordneten zweiten Auffangbereich 47 strömungsverbunden. Der zweite Auffangbereich 47 liegt bezogen auf die Linie ll-ll in Fig. 1 an der dem ersten Auffangbereich 46 entgegengesetzten Seite der Pleuelstange 20.To transport hydraulic medium such as oil in the piston receivers 31, 35 is the first piston seat 31 with the crank chamber 2 via the concave first catchment area 46 and the second piston seat 35 via the, in the illustrated embodiment symmetrical to the first catch area 46 at the Connecting rod 20 arranged second collecting area 47 fluidly connected. The second collecting region 47 is located on the side of the connecting rod 20 opposite the first collecting region 46 relative to the line II-II in FIG. 1.

[0058] Durch Innenwände der ersten Kolbenaufnahme 31 und den ersten Arbeitskolben 30 ist ein erster Druckraum 48 begrenzt. Der erste Druckraum 48 ist in der ersten Kolbenaufnahme 31 angeordnet. Ein zweiter Druckraum 49 ist in der zweiten Kolbenaufnahme 35 angeordnet. Dieser zweite Druckraum 49 wird von den Innenwänden der zweiten Kolbenaufnahme 35 und dem zweiten Arbeitskolben 34 begrenzt.Through inner walls of the first piston seat 31 and the first working piston 30, a first pressure chamber 48 is limited. The first pressure chamber 48 is arranged in the first piston receptacle 31. A second pressure chamber 49 is arranged in the second piston receptacle 35. This second pressure chamber 49 is bounded by the inner walls of the second piston seat 35 and the second working piston 34.

[0059] In Fig. 1 ist eine Ausführung gezeigt, in der der erste Druckraum 48 zwischen den zwei Arbeitskolben 30, 34, speziell zwischen dem ersten Arbeitskolben 30 und dem Führungszylinder 36 angeordnet ist. Der zweite Druckraum 49 ist auf der vom ersten Arbeitskolben 30 abgewandten Seite des zweiten Arbeitskolbens 34 angeordnet.In Fig. 1, an embodiment is shown, in which the first pressure chamber 48 between the two working piston 30, 34, especially between the first working piston 30 and the guide cylinder 36 is arranged. The second pressure chamber 49 is arranged on the side remote from the first working piston 30 side of the second working piston 34.

[0060] Durch die Verschiebung des ersten Arbeitskolbens 30 wird das durch die erste Freistrahleinrichtung 44 über den ersten Auffangbereich 46 in die erste Kolbenaufnahme 31 gebrachte Hydraulikmedium in eine in der Pleuelstange 20 verlaufende erste Leitung 22 und weiter in einen Ringraum 23 (siehe Fig. 3) gepumpt. Gleichzeitig verschiebt sich der zweite Arbeitskolben 34 und dort gegebenenfalls eingebrachtes Hydraulikmedium wird in eine zweite Leitung 24 und einen Arbeitsraum 25 (siehe Fig. 3) gepumpt.As a result of the displacement of the first working piston 30, the hydraulic medium brought into the first piston receptacle 31 via the first free-flow device 44 into a first line 22 extending in the connecting rod 20 and further into an annular space 23 (see FIG. 3) ) pumped. At the same time, the second working piston 34 shifts and any hydraulic fluid introduced therein is pumped into a second conduit 24 and a working space 25 (see FIG. 3).

[0061] Für eine Verlängerung der Pleuelstange 20 zur Realisierung eines variablen Kompressionsverhältnisses wird nur die erste Freistrahleinrichtung 44 aktiviert und auf die oben beschriebene Weise Hydraulikmedium in die erste Kolbenaufnahme 31 befördert. Dadurch wird der Arbeitsraum 25 vergrößert, die Pleuelstange 20 verlängert sich und ein Brennraumvolumen eines nicht gezeigten Brennraums wird verkleinert.For an extension of the connecting rod 20 for realizing a variable compression ratio, only the first free-jet device 44 is activated and transported in the manner described above, hydraulic medium in the first piston seat 31. As a result, the working space 25 is increased, the connecting rod 20 is extended and a combustion chamber volume of a combustion chamber, not shown, is reduced.

[0062] Um eine Verkürzung der Pleuelstange 20 zu erreichen wird nur die zweite Freistrahleinrichtung 45 aktiviert und der Arbeitsraum 25 vergrößert sein Volumen.In order to achieve a shortening of the connecting rod 20 only the second free-jet device 45 is activated and the working space 25 increases its volume.

[0063] Um sicherzustellen, dass nur einer der Räume 23 oder 25 befüllt wird bzw. einer der Räume 23 oder 25 druckentlastet wird, ist zwischen erster Leitung 22 und zweiter Leitung 24 eine Schalteinheit 50 mit je einem ersten Schaltventil 50a und einem zweiten Schaltventil 50b vorgesehen.To ensure that only one of the spaces 23 or 25 is filled or one of the spaces 23 or 25 is relieved of pressure, between the first line 22 and second line 24, a switching unit 50, each having a first switching valve 50a and a second switching valve 50b intended.

[0064] Das erste Schaltventil 50a weist eine erste Stange 51 a und das zweite Schaltventil 50b weist eine zweite Stange 51b auf, die jeweils eine erste Entlastungsleitung 58a und eine zweite Entlastungsleitung 58b freigeben oder sperren. Dazu ist an den Stangen 51a, 51b je eine umlaufende Nut vorgesehen die die Entlastungsleitungen 58a, 58b mit dem Kurbelraum 2 strömungsverbindet.The first switching valve 50a has a first rod 51a and the second switching valve 50b has a second rod 51b, which respectively release or block a first relief line 58a and a second relief line 58b. For this purpose, a circumferential groove is provided on each of the rods 51a, 51b which connects the relief lines 58a, 58b to the crank chamber 2.

[0065] Mit der ersten Kolbenaufnahme 31 ist ein erster Ventilraum 54a in dem ein erster Ventilkolben 53a des ersten Schaltventils 50a angeordnet ist strömungsverbunden.A first valve space 54a, in which a first valve piston 53a of the first switching valve 50a is arranged, is flow-connected to the first piston receptacle 31.

[0066] Bei Füllung der ersten Kolbenaufnahme 31 verschiebt sich der erste Ventilkolben 53a mit der ersten Stange 51a in eine erste Ventilstellung, in der die erste Entlastungsleitung 58a freigegeben ist. Die erste Entlastungsleitung 58a ist mit dem Ringraum 23 verbunden. Durch die Freigabe der ersten Entlastungsleitung 58a ist diese mit dem Kurbelraum 2 strömungsverbunden. Daher wird, wenn vorhanden, ein Inhalt des Ringraumes 23 in den Kurbelraum 2 überströmen und das Volumen des Ringraumes 23 wird aufgrund des Gegendruckes der Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes 25 verringert.When filling the first piston seat 31, the first valve piston 53a moves with the first rod 51a in a first valve position in which the first discharge line 58a is released. The first relief line 58 a is connected to the annular space 23. By releasing the first relief line 58 a, this is fluidly connected to the crank chamber 2. Therefore, if present, a content of the annular space 23 in the crankcase 2 to flow over and the volume of the annular space 23 is reduced due to the back pressure of increasing the volume of the working space 25.

[0067] Gleichzeitig wird mit der ersten Kolbenaufnahme 31 der Arbeitsraum 25 über die erste Leitung 22 gefüllt und somit die Vergrößerung des Volumens des Arbeitsraumes 25 bewerkstelligt.At the same time, the working chamber 25 is filled with the first piston receptacle 31 via the first line 22 and thus the enlargement of the volume of the working space 25 is accomplished.

[0068] Mit der zweiten Kolbenaufnahme 35 ist ein zweiter Ventilraum 54b in dem ein zweiter Ventilkolben 53b des zweiten Schaltventils 50b angeordnet ist strömungsverbunden.A second valve space 54b, in which a second valve piston 53b of the second switching valve 50b is arranged, is flow-connected to the second piston receptacle 35.

[0069] Bei Füllung der zweiten Kolbenaufnahme 35 verschiebt sich der zweite Ventilkolben 53b mit der zweiten Stange 51b in eine zweite Ventilstellung, in der die zweite Entlastungsleitung 58b freigegeben ist. Die zweite Entlastungsleitung 58b ist mit dem Arbeitsraum 25 verbunden. Analog zum ersten Schaltventil 50a ist durch die Freigabe der zweiten Entlastungsleitung 58b diese mit dem Kurbelraum 2 strömungsverbunden. Daher wird wiederum ein Inhalt des Arbeitsraumes 25 in den Kurbelraum 2 überströmen und das Volumen des Arbeitsraumes 25 aufgrund des Gegendruckes von der Vergrößerung des Volumens des Ringraumes 23 verringert. Die Vergrößerung des Volumens des Ringraumes 23 erfolgt über die Füllung durch die zweite Leitung 24.When filling the second piston seat 35, the second valve piston 53b moves with the second rod 51b in a second valve position in which the second discharge line 58b is released. The second relief line 58b is connected to the working space 25. Analogously to the first switching valve 50a, this is fluidly connected to the crank chamber 2 by the release of the second relief line 58b. Therefore, in turn, a content of the working space 25 will flow into the crank chamber 2 and the volume of the working chamber 25 is reduced due to the back pressure of the increase in the volume of the annular space 23. The enlargement of the volume of the annular space 23 takes place via the filling through the second conduit 24.

[0070] Durch eine Kolbenbolzenachse 17 und eine Längsachse 26 der Pleuelstange 20 wird eine Längsebene ε aufgespannt, die in der Darstellung in Fig. 2 in der Blattebene liegt. In Fig. 1 verläuft die Längsebene ε normal zur Blattebene durch die Längsachse 26 der Pleuelstange 20. Die Verschieberichtung 39 ist in dieser Ausführung im Wesentlichen normal auf die Längsebene ε ausgerichtet und eine Ventilachse 57 der ersten Stange 51a des ersten Schaltventils 50a und der zweiten Stange 51b des zweiten Schaltventils 50b ist ebenso normal auf die Längsebene ε.By a piston pin axis 17 and a longitudinal axis 26 of the connecting rod 20, a longitudinal plane ε is spanned, which lies in the illustration in Fig. 2 in the sheet plane. In FIG. 1, the longitudinal plane ε normal to the plane of the sheet passes through the longitudinal axis 26 of the connecting rod 20. The displacement direction 39 is aligned in this embodiment substantially normal to the longitudinal plane ε and a valve axis 57 of the first rod 51a of the first switching valve 50a and the second rod 51b of the second switching valve 50b is also normal to the longitudinal plane ε.

[0071] Der erste Ventilkolben 53a ist in dem ersten Ventilraum 54a verschiebbar angeordnet. Der Ventilraum 54a ist über eine erste Drucksignalleitung 55 mit der ersten Kolbenaufnahme 31 strömungsverbunden. Analog dazu verbindet die zweite Drucksignalleitung 56 die zweite Kolbenaufnahme 35 mit dem zweiten Ventilraum 54b.The first valve piston 53a is slidably disposed in the first valve chamber 54a. The valve chamber 54 a is flow-connected to the first piston receptacle 31 via a first pressure signal line 55. Analogously, the second pressure signal line 56 connects the second piston receptacle 35 with the second valve chamber 54b.

[0072] Zu einer schnellen Entlastung des Druckes in den Kolbenaufnahmen 31, 35 bzw. in den Räumen 23, 25 ist parallel zu der Längsebene ε je eine der Entlastungsleitungen 58a, 58b im Bereich der Enden der Stangen 51a, 51b zur Strömungsverbindung mit dem Kurbelraum 2 vorgesehen. Aus Fig. 2 ist die Führung der Entlastungsleitungen 58a, 58b ersichtlich. Diese sind genau hintereinander in der Pleuelstange 20 angeordnet. In der Fig. 2 ist daher die erste Entlastungsleitung 58a nicht zu erkennen, sie ist von der Bildebene aus hinter der zweiten Entlastungsleitung 58b angeordnet. Darin ist auch zu erkennen, dass die erste Leitung 22 und die zweite Leitung 24 nicht mit den jeweiligen Schaltventilen 50a, 50b verbunden sind. Die Leitung 24 ist hinter der ersten Leitung 22 angeordnet.For a quick relief of the pressure in the piston seats 31, 35 or in the spaces 23, 25 is parallel to the longitudinal plane ε each one of the discharge lines 58a, 58b in the region of the ends of the rods 51a, 51b for flow communication with the crank chamber 2 provided. From Fig. 2, the guidance of the discharge lines 58a, 58b can be seen. These are arranged exactly one behind the other in the connecting rod 20. In FIG. 2, therefore, the first relief line 58a can not be seen, it is arranged from the image plane behind the second relief line 58b. It can also be seen that the first line 22 and the second line 24 are not connected to the respective switching valves 50a, 50b. The line 24 is disposed behind the first line 22.

[0073] Um ein Rückströmen des Hydraulikmediums in die Kolbenaufnahmen 31, 35 zu verhin- dern ist in der gezeigten Ausführung in der ersten Leitung 22 und der zweiten Leitung 24 ein erstes Rückschlagventil 27a und ein zweites Rückschlagventil 27b, die in Richtung der Schaltventile 50a, 50b öffnen, vorgesehen.In order to prevent the hydraulic medium from flowing back into the piston receivers 31, 35, in the embodiment shown, a first check valve 27a and a second check valve 27b, which are arranged in the direction of the switching valves 50a, are provided in the first line 22 and the second line 24. 50b open, provided.

[0074] Im ersten Arbeitskolben 30 und im zweiten Arbeitskolben 34 ist je eine Überdruckleitung 60 zur Strömungsverbindung der ersten Kolbenaufnahme 31 und der zweiten Kolbenaufnahme 35 mit dem Kurbelraum 2 angeordnet. In diesen Überdruckleitungen 60 ist je ein Überdruckventil 61 zum Schutz der Kolbenaufnahmen 31, 35 vor zu hohem Druck durch den Pumpvorgang vorgesehen.In the first working piston 30 and in the second working piston 34, an overpressure line 60 for the flow connection of the first piston receptacle 31 and the second piston receptacle 35 with the crank chamber 2 is arranged in each case. In these pressure lines 60 each have a pressure relief valve 61 to protect the piston seats 31, 35 is provided from too high pressure by the pumping operation.

[0075] Die erste Gegenfläche 12a und die zweite Gegenfläche 12b sind auf gegenüberliegenden Seiten der Längsebene ε in der Verschieberichtung 39 angeordnet. Die erste Gegenfläche 12a kann bei Abwesenheit der zweiten Gegenfläche 12b in einer nicht gezeigten Ausführung umlaufend und am Kolbenhemd 13 angeordnet sein.The first mating surface 12a and the second mating surface 12b are arranged on opposite sides of the longitudinal plane ε in the displacement direction 39. In the absence of the second mating surface 12b, the first mating surface 12a may be arranged in a circumferential configuration, not shown, and on the piston skirt 13.

[0076] In Fig. 3 ist die Pleuelstange 20 schematisch dargestellt. Dabei ist ein erster Pleuelstangenteil 28 als ein verschiebbarer Kolben ausgeführt, der durch die Veränderung der Volumina des Ringraumes 23 und des Arbeitsraumes 25 bewegt wird. Der erste Pleuelstangenteil 28 weist das Aufnahmeteil 32 mit den Arbeitskolben 30, 34, die Schaltventile 50a, 50b in der Schalteinheit 50 und das kleine Pleuelauge 21 auf.In Fig. 3, the connecting rod 20 is shown schematically. In this case, a first connecting rod part 28 is designed as a displaceable piston, which is moved by the change in the volumes of the annular space 23 and the working space 25. The first connecting rod part 28 has the receiving part 32 with the working piston 30, 34, the switching valves 50 a, 50 b in the switching unit 50 and the small connecting rod eye 21.

[0077] Ein zweiter Pleuelstangenteil 29 ist zur Aufnahme des ersten Pleuelstangenteils 28 hohl ausgeführt und weist zu einer Kurbelwelle 6 hin ein großes Pleuelauge 7 auf.A second connecting rod part 29 is hollow for receiving the first connecting rod part 28 and has a large connecting rod eye 7 towards a crankshaft 6.

[0078] In der Pleuelstange 20 ist nahe dem kleinen Pleuelauge 21 eine Versorgungseinrichtung 8 angeordnet. Diese weist den ersten Arbeitskolben 31 und den zweiten Arbeitskolben 34, die erste Kolbenaufnahme 31 und die zweite Kolbenaufnahme 35 auf. Die Versorgungseinrichtung 8 dient der Bereitstellung eines passenden Druckniveaus zur Betätigung eines Längenverstellmechanismus wie im Zusammenhang mit Ringraum 23 und Arbeitsraum 25 beschrieben.In the connecting rod 20, a supply device 8 is arranged near the small connecting rod 21. This has the first working piston 31 and the second working piston 34, the first piston seat 31 and the second piston seat 35. The supply device 8 serves to provide a suitable pressure level for actuating a length adjustment mechanism as described in connection with the annular space 23 and working space 25.

[0079] In der ersten Ausführung wird durch Kontakt der ersten Kontaktfläche 43a mit der ersten Gegenfläche 12a bei einer Kurbelwellenumdrehung der Kurbelwelle 6 der erste Arbeitskolben 30, der Schaft 33 und der zweite Arbeitskolben 34 im Aufnahmeteil 32 in die Verschieberichtung 39 von der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben. Die Rückstellung in die erste Stellung aus der zweiten Stellung erfolgt durch Kontakt der zweiten Kontaktfläche 43b mit der zweiten Gegenfläche 12b.In the first embodiment, by contact of the first contact surface 43a with the first mating surface 12a in a crankshaft revolution of the crankshaft 6, the first working piston 30, the shaft 33 and the second working piston 34 in the receiving part 32 in the direction of displacement 39 from the first position in moved the second position. The return to the first position from the second position is effected by contact of the second contact surface 43b with the second counter surface 12b.

[0080] In einer zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Federelement 40 zwischen dem ersten Arbeitskolben 30 und dem zweiten Arbeitskolben 34 vorgesehen, die Arbeitskolben 30, 34 sind also nicht miteinander verbunden. Durch das Federelement 40 kann der Kontakt der Arbeitskolben 30, 34 zu den Gegenflächen 12a, 12b dauerhaft gehalten werden. Dafür sorgt eine dementsprechende Vorspannung der Kontaktflächen 43a, 43b gegen die Gegenflächen 12a, 12b durch dieses Federelement 40. Der erste Druckraum 48 ist zwischen erstem Arbeitskolben 30 und Führungszylinder 36 vorgesehen, der zweite Druckraum 49 befindet sich zwischen zweitem Arbeitskolben 34 und Führungszylinder 36. In Fig. 4 sind die Arbeitskolben 30, 34 jeweils in ihrer ersten Stellung gezeigt.In a second embodiment according to FIG. 4, a spring element 40 is provided between the first working piston 30 and the second working piston 34, the working piston 30, 34 are therefore not connected to each other. By the spring element 40, the contact of the working piston 30, 34 can be kept permanently to the mating surfaces 12a, 12b. The first pressure space 48 is provided between the first working piston 30 and the guide cylinder 36, the second pressure space 49 is located between the second working piston 34 and the guide cylinder 36 4, the working pistons 30, 34 are each shown in their first position.

[0081] Um den Druckaufbau in den Kolbenaufnahmen 31, 35 zu verbessern, werden in einer dritten Ausführung, gemäß Fig. 5, der erste Arbeitskolben 30 und der zweite Arbeitskolben 34 als Stufenkolben ausgeführt. Unter Stufenkolben versteht sich hier ein Kolben, dessen Kolbenfläche durch einen kreisförmigen Absatz in eine Kreisringfläche und eine Kreisfläche unterteilt wird. Durch diese Stufenkolben sind die Druckräume 48, 49 in je einen äußeren hohlzylindrischen Raum und einen inneren zylinderförmigen Raum während des Pumpvorgangs unterteilt. Dabei sind pro Druckraum 48, 49 je zwei Leitungen 22, 24 vorgesehen, für jeden dieser unterteilten Räume. Der erste Arbeitskolben 30 und der zweite Arbeitskolben sind in ihrer ersten Stellung in der jeweiligen Kolbenaufnahme 31,35 gezeigt.In order to improve the pressure build-up in the piston receivers 31, 35, in a third embodiment, as shown in FIG. 5, the first working piston 30 and the second working piston 34 are designed as stepped pistons. Under stepped piston is understood here as a piston whose piston surface is divided by a circular shoulder in a circular ring surface and a circular area. By this stepped piston, the pressure chambers 48, 49 are each divided into an outer hollow cylindrical space and an inner cylindrical space during the pumping operation. Here are per pressure chamber 48, 49 two lines 22, 24 provided for each of these subdivided spaces. The first working piston 30 and the second working piston are shown in their first position in the respective piston receptacle 31, 35.

[0082] Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführung, die besonders einfach aufgebaut ist. In der vierten Ausführung ist nur ein erster Arbeitskolben 30 vorgesehen. Dieser ist analog zu den vorange gangenen Ausführungen entlang einer Verschieberichtung 39 in der ersten Kolbenaufnahme 31 entgegen einem Federelement 40 von seiner gezeigten ersten Stellung in die zweite Stellung verschiebbar angeordnet. Das Federelement 40 stützt sich dabei gegen einen Boden 37 im Aufnahmeteil 32 ab.Fig. 6 shows a fourth embodiment, which is particularly simple. In the fourth embodiment, only a first working piston 30 is provided. This is arranged analogously to the previous embodiments along a displacement direction 39 in the first piston seat 31 against a spring element 40 from its first position shown to the second position slidably. The spring element 40 is supported against a bottom 37 in the receiving part 32 from.

[0083] Die Versorgung der ersten Kolbenaufnahme 31 mit Flydraulikmedium erfolgt über die erste Freistrahleinrichtung 44 und den ersten Auffangbereich 46.The supply of the first piston receptacle 31 with Flydraulikmedium via the first free-jet device 44 and the first catchment area 46th

[0084] Ein drittes Schaltventil 50c übernimmt die Zuteilung des Hydraulikmediums auf den Arbeitsraum 25 und auf den Ringraum 23. Das dritte Schaltventil 50c weist einen dritten Ventilkolben 53c und eine dritte Stange 51c auf, die zwei axial versetzte umlaufende Nuten besitzt.A third switching valve 50c takes over the allocation of the hydraulic medium to the working space 25 and to the annular space 23. The third switching valve 50c has a third valve piston 53c and a third rod 51c, which has two axially offset circumferential grooves.

[0085] In einem dritten Ventilraum 54c wird der dritte Ventilkolben 53c gegen eine Ventilfeder 59 verschoben. Dabei ist der dritte Ventilraum 54c über die erste Drucksignalleitung 55 mit der ersten Kolbenaufnahme 31 strömungsverbunden. Der dritte Ventilkolben 53c ist durch die Druckkraft des Hydraulikmediums verschiebbar, wobei sich das dritte Schaltventil 50c durch einen ersten Druckniveaubereich in der ersten Ventilstellung befindet und durch einen zweiten Druckniveaubereich in der zweiten Ventilstellung befindet.In a third valve chamber 54c, the third valve piston 53c is displaced against a valve spring 59. In this case, the third valve chamber 54c via the first pressure signal line 55 to the first piston seat 31 fluidly connected. The third valve piston 53c is displaceable by the pressure force of the hydraulic medium, wherein the third switching valve 50c is located in the first valve position by a first pressure level range and is located in the second valve position by a second pressure level range.

[0086] Um die Verlängerung oder die Verkürzung der Pleuelstange 20 zu bewerkstelligen werden von der ersten Freistrahleinrichtung 44 verschiedenen Betätigungsmengen von dem Hydraulikmedium bereitgestellt.In order to accomplish the extension or shortening of the connecting rod 20, various amounts of actuation of the hydraulic medium are provided by the first free jet device 44.

[0087] Bei der Aufnahme von einer ersten Betätigungsmenge kommt es durch den Pumpvorgang zu einer Bereitstellung des ersten Druckniveaubereichs. Durch den ersten Druckniveaubereich stellt sich das dritte Schaltventil 50c in die erste Ventilstellung und die erste Kolbenaufnahme 31 wird mit dem Arbeitsraum 25 strömungsverbunden durch eine der umlaufenden Nuten an der dritten Stange 51c. Gleichzeitig erfolgt die Freigabe der ersten Entlastungsleitung 58a durch die zweite der umlaufenden Nuten. Dabei entweicht das Hydraulikmedium aus dem Ringraum 23, beziehungsweise wird es durch die Vergrößerung des Arbeitsraumes 25 aus dem Ringraum 23 verdrängt und über die erste Entlastungsleitung 58a in den Kurbelraum 2 befördert.When receiving a first amount of actuation, the pumping process results in provision of the first pressure level range. By the first pressure level range, the third switching valve 50c is in the first valve position and the first piston seat 31 is fluidly connected to the working space 25 by one of the circumferential grooves on the third rod 51c. At the same time, the first relief line 58a is released by the second of the circumferential grooves. In this case, the hydraulic medium escapes from the annular space 23, or it is displaced by the enlargement of the working space 25 from the annular space 23 and conveyed via the first discharge line 58a into the crank chamber 2.

[0088] Durch die Aufnahme einer zweiten Betätigungsmenge wird analog zur ersten Betätigungsmenge der zweite Druckniveaubereich durch den Pumpvorgang im Hydraulikmedium erreicht. Das dritte Schaltventil 50c verschiebt sich dadurch entlang der Ventilachse 57 in die zweite Ventilstellung. Es wird dabei die erste Kolbenaufnahme 31 mit dem Ringraum 23 strömungsverbunden und mit Hydraulikmedium gefüllt. Durch die zweite Entlastungsleitung 58b wird der Arbeitsraum 25 druckentlastet.By receiving a second actuation quantity, the second pressure level range is achieved by the pumping process in the hydraulic medium analogously to the first actuation quantity. The third switching valve 50c thereby shifts along the valve axis 57 into the second valve position. In this case, the first piston receptacle 31 is fluidly connected to the annular space 23 and filled with hydraulic medium. By the second discharge line 58b of the working space 25 is depressurized.

[0089] Das in den verschiedenen Varianten erläuterte erste Schaltventil 50a, das zweite Schaltventil 50b und das dritte Schaltventil 50c sind jeweils einer Schalteinheit 50 zugeordnet. Die Schalteinheit 50 ist in die erste Ventilstellung und in die zweite Ventilstellung verschiebbar.The first switching valve 50a explained in the various variants, the second switching valve 50b and the third switching valve 50c are each assigned to a switching unit 50. The switching unit 50 is displaceable in the first valve position and in the second valve position.

[0090] In einer nicht gezeigten Ausführung ist vorgesehen, dass das Aufnahmeteil 32 zu der zweiten Gegenfläche 12b am Kolbenhemd 13 hin offen ist und der erste Arbeitskolben 30 die zweite Kontaktfläche 43b aufweist, wobei diese von der ersten Kontaktfläche 43a abgewandt angeordnet ist.In an embodiment, not shown, it is provided that the receiving part 32 is open to the second mating surface 12b on the piston skirt 13 and the first working piston 30, the second contact surface 43b, which is arranged away from the first contact surface 43a.

[0091] In den Fig. 7a bis Fig. 7d ist das Funktionsschema der Freistrahleinrichtungen 44, 45 in der ersten, der zweiten oder der dritten Ausführung der Brennkraftmaschine 1 über den Kurbelwinkel α zu erkennen.In FIGS. 7a to 7d, the functional diagram of the free-jet devices 44, 45 in the first, the second or the third embodiment of the internal combustion engine 1 can be seen via the crank angle .alpha.

[0092] Es kann entweder die erste Freistrahleinrichtung 44 oder die zweite Freistrahleinrichtung 45 für eine Verlängerung der Pleuelstange 20 aktiviert werden, oder analog, die erste Freistrahleinrichtung 44 oder die zweite Freistrahleinrichtung 45 für eine Verkürzung der Pleuelstange 20 aktiviert werden. Die Aktivierung der Freistrahleinrichtung 44, 45 bedeutet in diesem Fall, dass von ihnen ein Freistrahl in Richtung des jeweiligen Auffangbereiches 46, 47 abgegeben wird. Je nachdem welche Freistrahleinrichtung 44, 45 aktiviert wird, verlängert oder verkürzt sich die Pleuelstange 20.Either the first free-radiating device 44 or the second free-radiating device 45 can be activated for an extension of the connecting rod 20, or analogously, the first free-radiating device 44 or the second free-radiating device 45 can be activated for a shortening of the connecting rod 20. The activation of the free-jet device 44, 45 in this case means that a free jet is emitted from them in the direction of the respective catchment area 46, 47. Depending on which free-jet device 44, 45 is activated, the connecting rod 20 is lengthened or shortened.

[0093] Der Freistrahl wird im einfachsten Fall über den gesamten Kurbelwinkelbereich abgegeben. Die beiden Freistrahleinrichtungen 44, 45 sind nicht gleichzeitig aktiv.In the simplest case, the free jet is emitted over the entire crank angle range. The two free-wheel devices 44, 45 are not active at the same time.

[0094] Bei einem Kurbelwinkel α im Bereich zwischen 180° bis 270° kommt die Pleuelstange 20 in der ersten Ausführung mit dem ersten Druckelement 14 in Kontakt. Dabei sind die erste Gegenfläche 12a und der erste Arbeitskolben 30 miteinander in Berührung und durch die weitere Kippbewegung der Pleuelstange 20 bei einem Weiterdrehen der Kurbelwelle 6 werden die Arbeitskolben 30, 34 in die Verschieberichtung 39 bewegt.At a crank angle α in the range between 180 ° to 270 °, the connecting rod 20 comes into contact with the first pressure element 14 in the first embodiment. In this case, the first mating surface 12a and the first working piston 30 are in contact with each other and by the further tilting movement of the connecting rod 20 in a further rotation of the crankshaft 6, the working piston 30, 34 moves in the direction 39.

[0095] Das Hydraulikmedium gelangt in die jeweiligen Kolbenaufnahmen 31, 35 und die Schaltventile 50a, 50b geben die jeweilige Entlastungsleitung 58a, 58b frei, über die Druckleitungen 22, 24 wird der Druck in den Räumen 23, 24 angehoben. Bei Beaufschlagung der ersten Kolbenaufnahme 31 mit Hydraulikmedium wird der Ventilkolben 53 in der gezeigten Ausführung in Verschieberichtung 39 verschoben.The hydraulic medium enters the respective piston receptacles 31, 35 and the switching valves 50a, 50b release the respective relief line 58a, 58b, via the pressure lines 22, 24, the pressure in the spaces 23, 24 is raised. When loading the first piston seat 31 with hydraulic medium, the valve piston 53 is displaced in the embodiment shown in the direction 39.

[0096] In anderen weiteren nicht dargestellten Ausführungen kann die Verlängerung oder Verkürzung der Pleuelstange 20 durch andere Mechanismen realisiert sein.In other embodiments, not shown, the extension or shortening of the connecting rod 20 may be realized by other mechanisms.

[0097] Die Freistrahleinrichtungen 44, 45 sind in der gezeigten Ausführung versetzt auf gegenüberliegenden Seiten der Längsebene ε angeordnet. Dabei ist in Fig. 2 die sich an der anderen Seite vom Schnitt ll-ll befindliche Freistrahleinrichtung 45 strichliert angedeutet.In the embodiment shown, the free-jet devices 44, 45 are arranged offset on opposite sides of the longitudinal plane ε. In this case, in Fig. 2 located on the other side of the section ll-ll free jet device 45 is indicated by dashed lines.

[0098] Das Funktionsschema in Fig. 8a und Fig. 8b der vierten Ausführung ist analog zu der ersten, zweiten und dritten Ausführung zu verstehen, wobei die Verlängerung und die Verkürzung nur durch die Betätigungsmenge von der ersten Freistrahleinrichtung 44 erfolgt.The functional diagram in FIGS. 8a and 8b of the fourth embodiment is analogous to the first, second and third embodiments, the extension and the shortening being effected only by the actuation quantity from the first free-jet device 44.

[0099] In Fig. 9 und Fig. 10 sind zwei Anordnungsmöglichkeiten der Freistrahleinrichtungen 44, 45 in Bezug auf den Kolbenbolzen 11 und dem Aufnahmeteil 32 angegeben. Die zwei Freistrahleinrichtungen 44, 45 sind auf die jeweiligen Auffangbereiche 46, 47 ausgerichtet.In FIG. 9 and FIG. 10, two possible arrangements of the free-jet devices 44, 45 with respect to the piston pin 11 and the receiving part 32 are indicated. The two free-jet devices 44, 45 are aligned with the respective collecting regions 46, 47.

[00100] In Fig. 11 ist schematisch eine Schalteinheit 50 gezeigt, das zu den vorangegangenen Ausführungen um 90° gedreht ist, so dass die Ventilachse im Wesentlichen parallel zu der Längsebene ε angeordnet ist. Es ist das erste Schaltventil 50a gezeigt, und das zweite Schaltventil 50b ist in einer Ebene hinter der Bildebene angeordnet und nicht sichtbar.In Fig. 11, a switching unit 50 is shown schematically, which is rotated to the previous embodiments by 90 °, so that the valve axis is arranged substantially parallel to the longitudinal plane ε. It is shown the first switching valve 50a, and the second switching valve 50b is disposed in a plane behind the image plane and not visible.

[00101] Dabei ist die erste Stange 51a mit dem ersten Ventilkolben 53a durch den Druck des Hydraulikmediums im ersten Ventilraum 54a in die erste Ventilstellung verschiebbar. Dabei werden die Fluidwege analog zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführung verbunden.In this case, the first rod 51a is displaceable with the first valve piston 53a by the pressure of the hydraulic medium in the first valve chamber 54a in the first valve position. In this case, the fluid paths are connected analogously to the embodiment shown in FIG.

Claims

claims

1. internal combustion engine (1) with at least one piston (10) which is connected via a piston pin (11) pivotally connected to a connecting rod (20), wherein the internal combustion engine (1) for realizing a variable compression ratio at least one length adjustment device (9) and a Supply device (8) for supplying the length adjustment device (9) with hydraulic medium, wherein the supply device (8) by a pivoting movement of the connecting rod (20) relative to the piston (10) is actuated, characterized in that the supply device (8) and the length adjustment device (9) in the connecting rod (20) are arranged and fluidly connected to each other and the supply device (8) at least one in a first piston receptacle (39) in a displacement direction (39) displaceable first working piston (30), which at a first pressure chamber (48 ), which first pressure chamber (48) with the length adjustment (9) strömungsverbi is ndbar, wherein at least one fixed to the housing in the internal combustion engine (1) arranged first free-jet device (44) for supplying the first piston receiving (31) is provided with hydraulic medium.

2. Internal combustion engine (1) according to claim 1, characterized in that the supply device (8) in a second piston receptacle (35) in the displacement direction (39) displaceable, to a second pressure chamber (49) adjacent second working piston (34).

3. internal combustion engine (1) according to claim 1 or 2, characterized in that a first mating surface (12 a) and / or a second mating surface (12 b) in the region of a piston skirt (13) on an inner surface of the piston (10) are provided by the pivotal movement of the connecting rod (20) in contact with the first working piston (30) and / or the second working piston (34) can be brought and thereby displaced.

4. Internal combustion engine (1) according to claim 3, characterized in that the mating surfaces (12a, 12b) on a first pressure element (14) and / or on a second pressure element (18) are arranged / is, wherein the pressure elements (14, 18th ) in the piston skirt (13) - preferably resiliently - are slidably mounted.

5. Internal combustion engine (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the first mating surface (12 a) and / or the second mating surface (12 b) outwardly in the direction of the first working piston (30) and / or the second working piston (34) curved on an inner surface in the piston skirt (13) are arranged / is.

6. Internal combustion engine (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting rod (20) for filling the first piston receptacle (31) with hydraulic medium at least one in the first piston receiving (31) opening out first collecting area (46), and the first catchment area (46) is designed as a recess in the connecting rod (20) formed around the supply device (8) in the direction of the piston pin (11) and open to the first free-jet device (44).

7. Internal combustion engine (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one working piston (30, 34) is displaceably mounted against a spring element (40).

8. Internal combustion engine (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting rod (20) has at least one switching unit (50) in a first valve position, the length adjustment device (9) with the first pressure chamber (48) and in a second valve position the Längenverstellvorrichtung (9) with the second pressure chamber (49) fluidly connected.

9. Internal combustion engine (1) according to claim 8, characterized in that the switching unit (50) between the length adjustment device (9) and the supply device (8) is arranged.

10. Internal combustion engine (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the switching unit (50) in the first valve position, the Längenverstellvorrichtung (9) via a first discharge line (58 a) with the crank chamber (2) fluidly connects and in the second valve position the Length adjusting device (9) via a second discharge line (58b) with the crank chamber (2) fluidly connected.

11. Internal combustion engine (1) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the switching unit (50) has at least one valve chamber (54a, 54b, 54c) and a valve piston (53a, 53b, 53c) displaceable therein, wherein the valve chamber (54a, 54b, 54c) via at least one pressure signal line (55, 56) with one of the pressure chambers (48, 49) is flow-connected and the valve piston (53a, 53b, 53c) by the hydraulic medium in the first valve position and in the second valve position displaceable is.

12. Internal combustion engine (1) according to any one of claims 2 to 11, characterized in that for supplying the second piston seat (35) with hydraulic medium at least a second Freistrahleinrichtung (45) fixed to the housing in the internal combustion engine (1) is arranged.

13. Internal combustion engine (1) according to claim 12, characterized in that the connecting rod (20) for filling the second piston receptacle (35) with hydraulic medium at least one opening into the second piston receiving (35) second collecting area (47), and the second collecting area (47) is designed as a recess formed around the supply device (8) in the direction of the piston pin (11) in the connecting rod (20) which is open towards the second free-jet device (45).

14. Internal combustion engine (1) according to one of claims 2 to 13, characterized in that the first working piston (30) and the second working piston (34) fixed - preferably in one piece - are interconnected.

15. Internal combustion engine (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the displacement direction (39) is normal to a longitudinal plane (ε), wherein the longitudinal plane (ε) by a longitudinal axis (26) of the connecting rod (20) and a piston pin axis (17) is formed. For this 9 sheets of drawings