DE10111612A1

DE10111612A1 - Device to vary compression ratio in reciprocating piston engines during operation has plate-shaped module containing slide housing, auxiliary chamber with piston, and located between crankcase and cylinder head

Info

Publication number: DE10111612A1
Application number: DE2001111612
Authority: DE
Inventors: Arnold Loebig
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2001-03-10
Filing date: 2001-03-10
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2021-03-11
Also published as: DE10111612B4

Abstract

The device has a slide housing (6), an auxiliary chamber (19) with piston (18), and an adjusting unit are contained in a plate-shaped module. This is located between the upper surface (5) of a cylinder crankcase (1) and the lower surface (16) of a cylinder head (9). Within the module, the cylinder bore (2) extends from the crankcase. The module is held non/positively by cylinder head screws. In a multi-cylinder engine, the module extends over all cylinder units.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses bei Hubkolbenma schinen, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for Changing the compression ratio with reciprocating piston dimensions machines, especially reciprocating internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.

Mit DE-C-33 09 714 ist eine Einrichtung dieser Art beschrieben, bei welcher der Nebenkolben im Zylinder kopf platziert ist. Dies zerklüftet nicht nur den Ver dichtungsraum, ein insbesondere bei Brennkraftmaschinen gravierender Nachteil, sondern es beeinträchtigt auch in hohem Maße die Gestaltungsmöglichkeit der Gaswechselkanä le sowie der Ein- und Auslassventile. Gegenüber einer herkömmlichen Hubkolbenmaschine ist eine vollkommen ande re Zylinderkopfkonstruktion erforderlich.With DE-C-33 09 714 is a device of this Type described in which the secondary piston in the cylinder head is placed. This not only jagged the Ver seal space, especially in internal combustion engines serious disadvantage but it also affects in a high degree of design options for the gas exchange channels le and the intake and exhaust valves. Opposite one conventional reciprocating piston machine is a completely different one re cylinder head construction required.

Durch DE-U-89 02 449 ist es bekannt, den Neben kolben als Schieber in einem am oberen Teil des Zylinders befindlichen Schiebergehäuse auszubilden. Damit kann der Verdichtungsraum kompakter gestaltet werden. Der Zylin derkopf erfordert keine gravierenden Änderungen gegenüber üblichen Hubkolbenmaschinen. Allerdings muss der Zylin derblock zur Aufnahme des Schiebergehäuses in komplizier ter Weise verändert werden.From DE-U-89 02 449 it is known the subsidiary piston as a slide in one on the upper part of the cylinder train the existing valve housing. So that the Compression room can be made more compact. The cylin derkopf does not require any major changes usual reciprocating piston machines. However, the Zylin the block for receiving the valve housing in a complicated ter be changed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie ohne gravierende konstruktive Änderungen sowohl am Zylinder kopf als auch am Zylinderblock an bestehende Hubkolbenma schinen anpassbar ist.The invention has for its object a Establishment of the preamble of the claim 1 to improve in such a way that it can be done without serious design changes to both the cylinder head as well as on the cylinder block to existing reciprocating piston dimensions is customizable.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unter ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung zum Gegenstand.The invention solves this problem with the kenn characterizing features of claim 1. The sub Entrepreneurs have advantageous further training to the subject.

In dem das Schiebergehäuse mit dem darin be findlichen im Volumen veränderbaren Nebenraum und dem darin verschiebbaren als Schieber ausgebildeten Nebenkol ben in einem scheibenförmigen Modul untergebracht sind, der auf die Oberseite des Zylinderblockes auflegbar ist, mit seiner Höhe die Zylinderbahn verlängert und von oben vom üblichen Zylinderkopf abgedeckt wird, machen sich gravierende Veränderungen gegenüber üblichen Gestaltungen von Zylinderkopf und Zylinderblock nicht erforderlich. Lediglich der Kolben bzw. der Kurbeltrieb der Hubkolben maschine sind um das Maß der Höhe des Moduls größeren Zy linderlängen anzupassen.In which the valve housing with the be sensitive adjoining room and the volume Slidable secondary piston formed therein as a slide ben are housed in a disc-shaped module, which can be placed on the top of the cylinder block, with its height the cylinder path is extended and from above is covered by the usual cylinder head serious changes compared to conventional designs of cylinder head and cylinder block not required. Only the piston or the crank mechanism of the reciprocating pistons machines are larger by the measure of the height of the module adapt to length.

Es ist somit relativ einfach, eine bereits vor handene Hubkolbenmaschine nachträglich mit veränderbarer Verdichtung auszurüsten. Dies gilt auch für Hubkolbenma schinen mit mehreren Zylindern, da sich dann der Modul über alle Zylinder erstrecken kann, wobei für jeden der Zylinder die Zylinderbohrung enthalten ist und jedem Zy linder ein Nebenraum und ein verschiebbarer Nebenkolben zugewiesen ist.It is therefore relatively easy to do one before existing reciprocating piston machine with changeable Equip compaction. This also applies to reciprocating piston dimensions machines with several cylinders, since then the module can extend over all cylinders, for each of the Cylinder the cylinder bore is included and each Zy linder a side room and a sliding side piston is assigned.

In vorteilhafter Weise ist die Verstelleinrich tung zum Verschieben der Schieber in dem Schiebergehäuse sowie dessen als Verstellmotor ausgebildete Antriebsein richtung Teil des Moduls und mit diesem vormontiert.The adjustment device is advantageous device for moving the slide in the slide housing and its drive unit, which is designed as an adjusting motor direction part of the module and pre-assembled with it.

Die Verstelleinrichtung kann bei einer Hubkol benmaschine mit mehreren Zylindern gleichzeitig auf alle Nebenkolben einwirken und diese gleichzeitig und gleich sinnig betätigen. Dazu kann eine einzige Antriebseinrich tung, z. B. eine Hydraulikeinheit, dienen. Es entspricht jedoch auch der Erfindung, wenn jeder Zylindereinheit ei ne gesonderte Verstelleinrichtung mit gesonderter An triebseinheit zugeordnet ist. Die gesonderten Antriebs einheiten können auch gesondert und in unterschiedlicher Weise angesteuert werden.The adjustment device can with a Hubkol machine with several cylinders simultaneously on all Auxiliary piston act and this simultaneously and equally operate sensibly. A single drive unit can do this tung, z. B. serve a hydraulic unit. It corresponds but also the invention when each cylinder unit egg ne separate adjustment device with a separate type drive unit is assigned. The separate drive units can also be separate and in different Be controlled in a way.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Einrichtung an einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ver wendbar, wobei eine ohnehin vorhandene elektronische Mo torsteuerung so ausgelegt ist, dass sie die Antriebsein richtung zum Antrieb der Verstelleinrichtung in Abhängig keit von Motorparametern ansteuert.The one according to the invention is particularly advantageous Ver device on a reciprocating internal combustion engine reversible, an already existing electronic Mo door control is designed to operate the operator Direction for driving the adjustment device depending driven by engine parameters.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach stehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zei genAn embodiment of the invention is according to standing described with reference to a drawing. It shows gene

Fig. 1 ein Schnittbild einer Hubkolben- Brennkraftmaschine im Bereich des Zy linderkopfes und des oberen Teils des Zylinderkurbelgehäuses; Figure 1 is a sectional view of a reciprocating internal combustion engine in the area of the cylinder head Zy and the upper part of the cylinder crankcase.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines für eine vierzylindrige Brennkraftma schine nach Fig. 1 verwendeten Schie bergehäuses; Fig. 2 is a perspective view of a slide housing used for a four-cylinder internal combustion engine according to Fig. 1;

Fig. 3 Schieberkolben mit einer Verstellvor richtung für das in Fig. 2 gezeigte Schiebergehäuse. Fig. 3 slide piston with a Verstellvor direction for the slide housing shown in Fig. 2.

Ein Zylinderkurbelgehäuse 1 einer Hubkolben- Brennkraftmaschine weist Zylinderbohrungen 2 auf, in de nen jeweils ein Hubkolben 3 verschiebbar geführt ist. Der Hubkolben 3 ist in üblicher Weise mit einer Pleuelstange 4 an einer (hier nicht dargestellten) Kurbelwelle befes tigt. Auf der oberen Fläche 5 des Zylinderkurbelgehäuses 1 liegt ein scheibenförmiges Schiebergehäuse 6 auf. Das Schiebergehäuse 6 ist mit Bohrungen 7 versehen, welche den Zylinderbohrungen 2 des Zylinderkurbelgehäuses 1 ent sprechen. Bei einem Vierzylindermotor sind somit vier Bohrungen 7 vorgesehen (Fig. 2). Weiterhin ist das Schie bergehäuse 6 mit Durchgängen 8 für die Kühlwasserführung vom Zylinderkurbelgehäuse 1 zu einem auf dem Schieberge häuse 6 aufliegenden Zylinderkopf 9 und Schraubendurch gänge 10 für (hier nicht dargestellte) Zylinderkopf schrauben versehen. Wie mit der Abrundung 11 (Fig. 1) an gedeutet, kann die Form der Bohrung 7 auch zur Optimie rung der Brennraumform herangezogen werden.A cylinder crankcase 1 of a reciprocating internal combustion engine has cylinder bores 2 , in each of which a reciprocating piston 3 is slidably guided. The reciprocating piston 3 is fixed in the usual way with a connecting rod 4 on a (not shown here) crankshaft. On the upper surface 5 of the cylinder crankcase 1 is a disc-shaped slide housing 6 . The valve housing 6 is provided with holes 7 , which speak to the cylinder bores 2 of the cylinder crankcase 1 ent. In a four-cylinder engine, four bores 7 are thus provided ( FIG. 2). Furthermore, the slide housing 6 is provided with passages 8 for the cooling water flow from the cylinder crankcase 1 to a cylinder head 9 resting on the slider housing 6 and screw passages 10 for (not shown) cylinder head screws. As indicated by the rounding 11 ( FIG. 1), the shape of the bore 7 can also be used to optimize the shape of the combustion chamber.

Der Zylinderkopf 9 enthält in üblicher Weise die Gaswechselventile 12, die von den Gaswechselventilen 12 gesteuerten Gaswechselkanäle und Einrichtungen zur Ventilbetätigung, wie Nockenwellen 13, Kipphebel 14 und Ventilfedern 15. Der Zylinderkopf 9 verschließt mit sei ner unteren Fläche 16 den bzw. die oberhalb des bzw. der Kolben 3 befindlichen Zylinderarbeitsräume.The cylinder head 9 contains the gas exchange valves 12 , the gas exchange channels controlled by the gas exchange valves 12 and devices for valve actuation, such as camshafts 13 , rocker arms 14 and valve springs 15 , in the usual way. The cylinder head 9 closes with its lower surface 16, the cylinder chamber (s ) located above the piston (s ) 3 .

Im Schiebergehäuse 6 sind seitlich zu jedem Zy linderarbeitsraum Führungen 17 vorgesehen, in denen je weils ein schieberartiger Nebenkolben 18 verschiebbar und gasdicht eingepasst ist. Der Nebenkolben 18 bildet somit in den Führungen 17 einen mit dem Zylinderarbeitsraum verbundenen Nebenraum 19.In the slide housing 6 , guides 17 are provided laterally for each cylinder cylinder, in each of which a slide-like secondary piston 18 is displaceable and fitted gas-tight. The secondary piston 18 thus forms an auxiliary space 19 connected to the cylinder working space in the guides 17 .

Die Nebenkolben 18 sind über ein Gestänge 20 mit einem Verstellmotor 21 verbunden. Der Verstellmotor 21, der zum Beispiel als Hydraulikaggregat oder elektri scher Verstellmotor ausgebildet sein kann, ermöglicht über das Gestänge 20 ein Verschieben der Nebenkolben 18 in den Führungen 17, so dass damit das Volumen der Neben räume 19 und damit auch das der Zylinderarbeitsräume ver änderbar ist. Durch das Verändern des Volumens der Zylin derarbeitsräume wird gleichzeitig das Verdichtungsver hältnis der Hubkolben-Brennkraftmaschine verändert.The secondary pistons 18 are connected to a servomotor 21 via a linkage 20 . The adjusting motor 21 , which can be designed, for example, as a hydraulic unit or an electrical adjusting motor, enables the auxiliary pistons 18 to be displaced in the guides 17 via the linkage 20 , so that the volume of the auxiliary spaces 19 and thus also that of the cylinder working spaces can be changed , By changing the volume of the cylinder work rooms, the compression ratio of the reciprocating piston internal combustion engine is changed at the same time.

Insbesondere bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen kann durch eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses wesentlicher Einfluss auf deren Betriebsverhalten ausge übt werden. Dabei bietet es sich auch an, dass der Ver stellmotor 21 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine von einer ohnehin vorhandenen elektro nischen Motorsteuerung angesteuert wird.In the case of reciprocating piston internal combustion engines in particular, a change in the compression ratio can have a significant influence on their operating behavior. It also makes sense that the adjusting motor 21 is controlled as a function of operating parameters of the internal combustion engine by an already existing electronic motor control.

Das Schiebergehäuse 6 (und damit der gesamte Modul) ist kraftschlüssig zwischen dem Zylinderkurbelge häuse 1 und dem Zylinderkopf 9 durch die Spannung der Zy linderkopfschrauben gehalten, wobei selbstverständlich seine Lage zum Beispiel auch durch Passstifte gesichert sein kann.The slide housing 6 (and thus the entire module) is non-positively held between the Zylinderkurbelge housing 1 and the cylinder head 9 by the tension of the cylinder head screws, whereby of course its position can also be secured, for example, by dowel pins.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die technischen Mittel zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine in ei nem scheibenförmigen Modul zusammenfassbar sind. Dieser Modul, bestehend aus dem Schiebergehäuse 6, den Nebenkol ben 18 und der Verstellvorrichtung für die Nebenkolben 18 mit dem Gestänge 20 und dem Verstellmotor 21, kann als vorgefertigtes Bauteil in entsprechend vorbereitete Hub kolbenmaschinen eingefügt werden. Dabei bleibt der Ände rungsumfang gegenüber üblichen Hubkolbenmaschinen relativ gering. The particular advantage of the invention can be seen in the fact that the technical means for changing the compression ratio of a reciprocating piston machine can be summarized in a disk-shaped module. This module, consisting of the slide housing 6 , the Nebenkol ben 18 and the adjusting device for the secondary piston 18 with the linkage 20 and the adjusting motor 21 , can be inserted as a prefabricated component in appropriately prepared stroke piston machines. The scope of change compared to conventional reciprocating machines remains relatively small.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Zylinderkurbelgehäuse
cylinder crankcase

22

Zylinderbohrung
bore

33

Hubkolben
reciprocating

44

Pleuelstange
connecting rod

55

Fläche
area

66

Schiebergehäuse
slide housing

77

Bohrung
drilling

88th

Durchgang
passage

99

Zylinderkopf
cylinder head

1010

Schraubendurchgang
Screw passage

1111

Abrundung
rounding off

1212

Gaswechselventil
Gas exchange valve

1313

Nockenwelle
camshaft

1414

Kipphebel
rocker arm

1515

Ventilfeder
valve spring

1616

Fläche
area

1717

Führung
guide

1818

Nebenkolben
slave piston

1919

Nebenraum
Outbuildings

2020

Gestänge
linkage

2121

Verstellmotor
adjusting

Claims

1. Device for changing the compression ratio in reciprocating machines, in particular reciprocating ben internal combustion engines, during operation in which the volume of an adjoining room connected to the cylinder work space can be changed as side pistons formed in a slider housing and arranged next to the cylinder work chamber an adjusting device depending on the state variables of the reciprocating piston machine is adjustable, characterized in that the slide housing ( 6 ), the secondary space ( 19 ) with the secondary piston ( 18 ) and the adjusting device ( 20 , 21 ) in a between the upper surface ( 5th ) egg nes crankcase ( 1 ) and the lower surface ( 16 ) of a cylinder head ( 9 ) disc-shaped module are arranged, in which the cylinder bore ( 2 ) from the cylinder crankcase se ( 1 ) continues and between the cylinder crankcase ( 1 ) and cylinder head ( 9 ) vo n screw the cylinder head is held non-positively and / or positively.

2. Device according to claim 1, characterized in that the disc-shaped module in a more cylindrical reciprocating machine extends across all the cylinder units and each of the cylinder units is assigned an auxiliary space ( 19 ) and an auxiliary piston ( 18 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the adjusting device ( 20 , 21 ) for the secondary piston ( 19 ) is connected to the module.

4. Device according to claim 2, characterized in that the secondary pistons ( 18 ) of all cylinder units are actuated by a common adjusting unit ( 20 ) which is driven by a common adjusting motor ( 21 ).

5. Device according to claim 2, characterized in that the secondary pistons ( 18 ) of each cylinder unit are actuated by their own adjusting unit, each of which is driven by its own drive unit.

6. Device according to claim 3, characterized in that the adjustment device and its drive directions with one of one the state variables the control unit controlling the reciprocating piston machine to be controlled.

7. Device according to claim 6, characterized in that the reciprocating machine is a reciprocating Internal combustion engine and the control unit an elect ronic engine control unit.