DE102008005333B4 - Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio - Google Patents

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Abstract

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolben-Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder mit Einlass- und Auslassventilen umfasst, wobei in dem Zylinder ein Kompressionsvolumen gebildet ist, wobei das Kompressionsvolumen variiert werden kann dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassventile (25, 26) oberhalb von ihrem Ventilsitz (28) mit Ventilschaftdurchmesser (27) und Ventilschafthöhe (29) zylinderförmig ausgeführt sind und zugehörige Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) entsprechend der Ventilgeometrie geformt sind und dass durch eine Verschiebung der zylinderförmig ausgestalteten Bereiche der Einlass- und Auslassventile (25, 26) in das Kompressionsvolumen (Vc) hinein das Verdichtungsverhältnis (ε) veränderbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio, wherein the reciprocating internal combustion engine comprises at least one cylinder with inlet and outlet valves, wherein in the cylinder, a compression volume is formed, wherein the compression volume can be varied, characterized in that the inlet and outlet valves (25, 26 ) above its valve seat (28) with valve stem diameter (27) and valve stem height (29) are cylindrically shaped and associated inlet and outlet ports (23, 24) are formed according to the valve geometry and that by a displacement of the cylindrically shaped areas of the inlet and Outlet valves (25, 26) in the compression volume (V c ) into the compression ratio (ε) is variable.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Stand der TechnikState of the art

Das Verdichtungsverhältnis ist ein wichtiger Parameter im Hinblick auf die Erhöhung des Prozesswirkungsgrads des Motors. Grundsätzlich gilt: je höher das Verdichtungsverhältnis desto effizienter ist die Energieumsetzung. Dessen maximal zulässige Grenze wird von der Klopfgrenze bei Volllast bestimmt. Ein zu hoch gewähltes Verdichtungsverhältnis kann zu unkontrollierte Verbrennung und damit zu Beschädigung des Motors führen. Vor diesem Hintergrund wird das maximale Verdichtungsverhältnis unter Volllastbetrieb festgelegt. Dieses so bei konventionellen Motoren festgelegte Verdichtungsverhältnis bleibt in allen Betriebspunkten, unabhängig von den vielen Betriebszuständen des Motors, unverändert. Um den Motor an die jeweiligen Betriebsanforderungen anpassen zu können, ist der Einsatz einer variablen Verdichtung notwendig.The compression ratio is an important parameter in terms of increasing the Process efficiency of the engine. Basically, the higher the compression ratio the more efficient the energy conversion. Its maximum permissible limit is determined by the knock limit at full load. An over-selected compression ratio can to uncontrolled combustion and thus damage to the Motors lead. Against this background, the maximum compression ratio is under Full load operation set. This is the case with conventional engines fixed compression ratio remains in all operating points, regardless of the many operating states of the Motors, unchanged. To adapt the engine to the respective operating requirements can, it is necessary to use a variable compression.

Aus der Literatur sind die Möglichkeiten wie z. B. exzentrische Verstellung der Kurbelwellenlagerung [MTZ 12/2001], Neigen des Zylinderkopfs zum Kurbelgehäuse über eine hydraulische Verstelleinrichtung [MTZ 6/2001] oder Kolbenkurbel-Mechanismus mit Mehrfachverbindungsstangen [ DE 601 25 431 T2 ] bekannt. Weitere Lösungsmöglichkeiten sind Kolben mit variabler Bauhöhe [0 289 872 B1, 0 219 634 oder 0 082 996].From the literature, the possibilities such. B. eccentric adjustment of the crankshaft bearing [MTZ 12/2001], tilting of the cylinder head to the crankcase via a hydraulic adjusting device [MTZ 6/2001] or piston crank mechanism with multiple connecting rods [ DE 601 25 431 T2 ] known. Further possible solutions are variable-height pistons [0 289 872 B1, 0 219 634 or 0 082 996].

Darüber hinaus gibt es noch die Möglichkeit durch Zu- bzw. Abschaltung von Zusatzvolumina zum Brennraum das Verdichtungsverhältnis zu steuern. Diese Zusatzvolumina sind in einem Schieber mit Umfangsvertiefungen integriert, die je nach Stellung des Schiebers in dem Brennraum einer Verdichtungssteuerung ermöglichen [ DE 44 17 309 A1 ].In addition, there is the possibility to control the compression ratio by switching on or off additional volumes to the combustion chamber. These additional volumes are integrated in a slide with circumferential recesses which allow a compression control depending on the position of the slide in the combustion chamber [ DE 44 17 309 A1 ].

Alle bisher bekannten Verfahren zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses sind hinsichtlich Konstruktion, Kosten, Brennraumgeometrie, Bauaufwand, Massenkräfte und Regelbarkeit äußerst aufwändig und nur unter in Kaufnahme eines inakzeptablen Kosten-Nutzenverhältnisses umsetzbar.All previously known methods for changing the compression ratio are in terms of construction, costs, combustion chamber geometry, construction costs, ground forces and controllability extremely complex and only under the assumption of an unacceptable cost-benefit ratio implemented.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein variables Verdichtungsverhältnis mit einfachen und kostengünstigen Maschinenelementen zu realisieren.task This invention is to provide a variable compression ratio simple and inexpensive To realize machine elements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst.These Task is achieved by the characterizing features of the claims solved.

Die vorliegende Erfindung einer Hubkolben- Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis greift im wesentlichem auf die bereits in den herkömmlichen Ventiltriebe zum Einsatz kommenden Komponenten, wie hier beispielsweise auf einen erfindungsgemäß modifizierten Ventiltrieb mit Schlepphebel, zurück. Hierbei wird der Ventiltrieb mit Schlepphebel mit zusätzlichen Komponenten wie Verstellwellen (21, 22), Zahnräder (15, 17, 19, 16, 18, 22), Exzenter-Wellen (1, 2), exzentrisch gelagerte Rollen (3, 4), Schlepphebeln (5, 6) und Stellmotoren (13, 14) ergänzt. Darüber hinaus sind die Einlass- und Auslassventile (25, 26) im Bereich oberhalb des Ventilsitzes (28) zylinderförmig (27, 29, 35, 36) sowie mit Zinnen (39) ausgeführt und die Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) entsprechend der Einlass- und Auslassventile (25, 26) ebenfalls zylindrisch (35, 36) geformt.The present invention of a reciprocating internal combustion engine with a variable compression ratio is essentially based on the already used in the conventional valve trains components used, as here, for example, a modified according to the invention valve train with cam follower. Here, the valve train with rocker arm with additional components such as adjusting shafts ( 21 . 22 ), Gears ( 15 . 17 . 19 . 16 . 18 . 22 ), Eccentric shafts ( 1 . 2 ), eccentrically mounted rollers ( 3 . 4 ), Drag levers ( 5 . 6 ) and servomotors ( 13 . 14 ) added. In addition, the inlet and outlet valves ( 25 . 26 ) in the area above the valve seat ( 28 ) cylindrical ( 27 . 29 . 35 . 36 ) and with battlements ( 39 ) and the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) corresponding to the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) also cylindrical ( 35 . 36 ) shaped.

Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine (Drehzahl und Last) kann das gewünschte Verdichtungsverhältnis (ε) über Stellmotoren (13, 14), Verstellwellen (21, 22), Zahnräder (15, 17, 19, 16, 18, 22) und somit die Exzenter-Wellen (1, 2) verstellt und hierbei die gewünschte Position der Rollen (3, 4) an den Schlepphebeln (5, 6) verändert werden. Diese exzentrische Positionsänderung der Rollen (3, 4) um die Exzenter-Achse (37) führt durch Abstützen/Abrollen der Rollen (3, 4) auf die jeweils zugehörigen Nockenwellenzapfen (7, 8) zu Auslenkung der Schlepphebel (5, 6) um den Schlepphebel-Winkel (α bzw. β) = arcsin{eingestellte Exzentrizität (30)/Exzenter-Abstand zu Rollen-Mittelpunk (31 bzw. 32)} und damit zu Hubänderung (he) der Einlass- und Auslassventile (25, 26) in Richtung der Zylinderachse (38). Je größer die Exzenter-Wellen (1, 2) verstellt und damit die Rollen (3, 4) exzentrisch verstellt werden, umso größer ist die entsprechende Hubänderung (he) der Einlass- und Auslassventile (25, 26). Aufgrund der erfindungsgemäßen zylindrischen Form (27, 29) der Einlass- und Auslassventile (25, 26) sowie der zylindrischen Form (23, 24, 35, 36) der Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) führt diese Hubänderung (he) jedoch nicht zum Öffnen der Einlass- und Auslassventile (25, 26). Denn die Abdichtung des Kompressionsvolumens (Vc) gegenüber den Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) erfolgt bei Ventilhub kleiner als Hubänderung (he) hierbei über die zylindrische Mantelfläche der Einlass- und Auslassventile (25, 26) in Verbindung mit den entsprechend geformten Einlass- und Auslasskanäle (23, 24). Während der Hubänderung (he) zu Variation des Verdichtungsverhältnisses (ε) werden die Einlass- und Auslassventile (25, 26) in den Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) über die Ventilführung (41) zentriert und geführt. Hierbei ist ein ausreichend kleiner Spiel zwischen Einlass- und Auslassventile (25, 26) und Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) zu effektiven Abdichtung des Brennraumes notwendig. Vor allem während der Ansteuerung der Einlass- und Auslasstakte sind die Zinnen (39) zu Zentrierung der Einlass- und Auslassventile (25, 26) notwendig. Darüber hinaus kann die Form der Zinnen (39) zu Erzeugung einer Drallströmung zu besseren Zerstäubung des Kraftstoffes genutzt werden. Während der Variation des gewünschten Verdichtungsverhältnisses (ε) über die Hubänderung (he) wird die konstruktiv vorgehaltene Ventilschafthöhe (29) nicht überschritten und die Durchgänge zwischen Brennraum und den Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) bleiben hierbei verschlossen. Erst wenn die Hubänderung (he) größer als die Ventilschafthöhe (29) ist sind die Durchgänge zwischen Brennraum und den Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) geöffnet. Eine Hubänderung (he), die größer ist als die Ventilschafthöhe (29), sollte in erster Linie über die Nockenwellen (9, 10) zur Regelung der Einlass- und Auslasstakte eingestellt werden.Depending on the operating state of the internal combustion engine (speed and load), the desired compression ratio (ε) via actuators ( 13 . 14 ), Adjusting shafts ( 21 . 22 ), Gears ( 15 . 17 . 19 . 16 . 18 . 22 ) and thus the eccentric waves ( 1 . 2 ) and thereby the desired position of the rollers ( 3 . 4 ) on the rocker arms ( 5 . 6 ) to be changed. This eccentric change in position of the rollers ( 3 . 4 ) about the eccentric axis ( 37 ) leads by supporting / unrolling the rollers ( 3 . 4 ) on the respectively associated camshaft journals ( 7 . 8th ) to deflection of the drag levers ( 5 . 6 ) about the rocker arm angle (α or β) = arcsin {set eccentricity ( 30 ) / Eccentric distance to roller center point ( 31 respectively. 32 )} and thus to stroke change (h e ) of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) in the direction of the cylinder axis ( 38 ). The larger the eccentric waves ( 1 . 2 ) and thus the roles ( 3 . 4 ) are adjusted eccentrically, the greater the corresponding stroke change (h e ) of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ). Due to the cylindrical shape according to the invention ( 27 . 29 ) of the inlet and outlet valves ( 25 . 26 ) as well as the cylindrical shape ( 23 . 24 . 35 . 36 ) of the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ), however, this stroke change (h e ) does not open the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ). Because the sealing of the compression volume (V c) with respect to the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) takes place at valve lift smaller than stroke change (h e ) in this case over the cylindrical lateral surface of the inlet and outlet valves ( 25 . 26 ) in conjunction with the correspondingly shaped inlet and outlet channels ( 23 . 24 ). During the stroke change (h e ) to the variation of the compression ratio (ε), the inlet and outlet lass valves ( 25 . 26 ) in the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) via the valve guide ( 41 centered and guided. Here is a sufficiently small clearance between intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) and inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) to effective sealing of the combustion chamber necessary. Especially during the control of the intake and exhaust strokes, the battlements ( 39 ) to center the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) necessary. In addition, the shape of the battlements ( 39 ) are used to generate a swirl flow to better atomization of the fuel. During the variation of the desired compression ratio (ε) over the stroke change (h e ), the structurally held valve stem height ( 29 ) and the passages between the combustion chamber and the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) remain closed. Only when the stroke change (h e ) is greater than the valve stem height ( 29 ) are the passages between the combustion chamber and the inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) open. A stroke change (h e ) that is greater than the valve stem height ( 29 ), should primarily be via the camshafts ( 9 . 10 ) to control the intake and exhaust strokes.

Sobald die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Berennraum begonnen hat, können die Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) gegen den hohen Verbrennungsdruck über den herkömmlichen Ventilsitz (28) abgedichtet werden. Denn nach erfolgter Zündung/Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird die Temperatur im Brennraum primär von der Verbrennung und nicht mehr vom eingestellten Verdichtungsverhältnis (ε) bestimmt. Vor diesem Hintergrund kann die vorgenommene Ansteuerung der Einlass- und Auslassventile (25, 26) und damit die Hubänderung (he), kurz nach erfolgter Zündung/Verbrennung, wieder zurückgesetzt werden, um den Brennraum bzw. die Verbrennungsdrücke bestmöglich über die Ventilsitze (28) abzudichten.Once the combustion of the air-fuel mixture has started in the breathing room, the inlet and outlet ducts ( 23 . 24 ) against the high combustion pressure over the conventional valve seat ( 28 ) are sealed. Because after ignition / combustion of the air-fuel mixture, the temperature in the combustion chamber is determined primarily by the combustion and not by the set compression ratio (ε). Against this background, the control of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) and thus the stroke change (h e ), shortly after ignition / combustion, be reset to the combustion chamber or the combustion pressures as possible through the valve seats ( 28 ) seal.

Die erfindungsgemäße Hubänderung (he) kann sich bei Bedarf mit der Ansteuerung des Ventiltriebs zu Regelung der Einlass- und Auslasstakte über die Nockenwelle (9, 10) bzw. Nockenwellenzapfen (7, 8) überlagern. Dadurch wird der über den Nockenwellenzapfen (7, 8) für die Einlass- und Auslasstakte vorgesehene maximale Ventilhub um die Hubänderung (he) vergrößert. Sollten z. B. in einem Volllastbetriebspunkt die Einlass- und Auslassventile (25, 26) und damit die Hubänderung (he) zu Veränderung des Verdichtungsverhältnisses (ε) nicht angesteuert werden, so sind für solche Betriebspunkte der Nockenhub der Nockenwellenzapfen (7, 8) ausreichend groß zu dimensionieren, um mindestens die Ventilschafthöhe (29) zu überwinden sowie die Einlass- und Auslasstakte ungedrosselt auszuführen. Kompressionsraum und Kolbenfläche sind in der Konstruktionsphase einer Hubkolben-Brennkraftmaschine so zu konfigurieren, dass ausreichend Hub-Raum zur Verstellung der Einlass- und Auslassventile (25, 26) im oberen Totpunkt des Kolbens gegeben ist.The stroke change (h e ) according to the invention can, if necessary, be controlled by the control of the valve train for controlling the intake and exhaust strokes via the camshaft (FIG. 9 . 10 ) or camshaft pins ( 7 . 8th overlay). As a result, the over the camshaft pin ( 7 . 8th ) provided for the intake and exhaust strokes maximum valve lift to the stroke change (h e ) increases. Should z. B. in a full load operating point, the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) and thus the stroke change (h e ) to change the compression ratio (ε) are not controlled, so for such operating points of the cam lift of the camshaft pins ( 7 . 8th ) sufficiently large to at least the valve stem height ( 29 ) and to perform the intake and exhaust strokes unthrottled. Compression space and piston surface are to be configured in the design phase of a reciprocating internal combustion engine so that sufficient stroke space for adjusting the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) is given at the top dead center of the piston.

Das Verdichtungsverhältnis (ε) herkömmlicher Hubkolben-Brennkraftmaschinen ist definiert als (Gleichung 1):

Figure 00040001
The compression ratio (ε) of conventional reciprocating internal combustion engines is defined as (Equation 1):
Figure 00040001

Vh entspricht hierbei dem Hubraum eines Zylinders und dieser errechnet sich aus dem Produkt Kolbenfläche (AK) mal Kolbenhub (s). Das Kompressionsvolumen (Vc) wird als Konstruktionsmaß festgelegt. Bei der hier vorliegende Erfindung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis wird durch das Einschieben der Einlass- und Auslassventile (25, 26) in den Kompressionsraum das Kompressionsvolumen (Vc) um den Volumenanteil der Ventilgeometrie (Vv) vermindert. Dieser setzt sich aus dem Produkt Anzahl (n) der Einlass- und Auslassventile (25, 26), ausgeführte Hubänderung (he) und dem Ventilquerschnittsfläche (Av) zusammen. Das Verdichtungsverhältnis (ε) wird aufgrund dieser erfindungsgemäßen Änderung des Kompressionsvolumens (Vc) in Abhängigkeit von der Hubänderung (he) der Einlass- und Auslassventile (25, 26) variabel und nachfolgend als variables Verdichtungsverhältnis ε(he) bezeichnet. Erfindungsgemäß gelten bezüglich Verdichtungsverhältnisses ε(he) nun folgende Zusammenhänge (Gleichung 2):
Variables Kompressionsvolumen Vc(he) errechnet sich aus:

  • – Kompressionsvolumen (Vc)
  • – Hubänderung (he)
  • – Ventilquerschnittsfläche (Av)
  • – Anzahl der ansteuerbaren Ventile (n)
Vc(he) = Vc – Av·he·n = Vc – Vv(he) V h here corresponds to the displacement of a cylinder and this is calculated from the product piston area (A K ) times piston stroke (s). The compression volume (V c ) is set as the design dimension. In the present invention of a reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio by the insertion of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) In the compression space, the compression volume (V c ) by the volume fraction of the valve geometry (V v ) reduced. This consists of the product number (s) of intake and exhaust valves ( 25 . 26 ), executed stroke change (h e ) and the valve cross-sectional area (A v ) together. The compression ratio (ε) is due to this invention change in the compression volume (V c ) in dependence on the stroke change (h e ) of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) variable and hereinafter referred to as a variable compression ratio ε (h e ). According to the invention apply with respect to compression ratio ε (h e) Now, the following relationships (equation 2):
Variable compression volume V c (h e ) is calculated from:
  • - compression volume (V c )
  • - stroke change (h e )
  • - Valve cross-sectional area (A v )
  • - Number of controllable valves (s)
V c (H e ) = V c - A v ·H e · N = V c - V v (H e )

Substitution des Kompressionsvolumens (Vc) in Gleichung 1 durch das variable Kompressionsvolumen Vc(he) folgt die Gleichung 2 des variablen Verdichtungsverhältnisses ε(he) in Abhängigkeit von der Hubänderung (he) (Gleichung 3):

Figure 00050001
Substitution of the compression volume (V c ) in equation 1 by the variable compression volume V c (h e ) follows the equation 2 of the variable compression ratio ε (h e ) as a function of the stroke change (h e ) (equation 3):
Figure 00050001

Als Ausführungsbeispiel werden folgende Parameter beispielhaft zur Grunde gelegt:

  • – Kompressionsvolumens (Vc) = 30.000 mm3
  • – Hubraum eines Zylinders Vh = 500.000 mm3
  • – Ventilschaftdurchmesser (27) = 30 mm
  • – Ventilquerschnittsfläche (Av) = π·(30 mm)2/4 ≈ 707 mm2
  • – Hubänderung (he) von 0 bis 2 mm
  • – Anzahl der ansteuerbaren Ventile (n) = 4
As an exemplary embodiment, the following parameters are used as an example:
  • - Compression volume (V c ) = 30,000 mm 3
  • - Displacement of a cylinder V h = 500,000 mm 3
  • - Valve stem diameter ( 27 ) = 30 mm
  • - Valve cross-sectional area (A v ) = π · (30 mm) 2/4 ≈ 707 mm 2
  • - stroke change (h e ) from 0 to 2 mm
  • - Number of controllable valves (n) = 4

Verdichtungsverhältnisses ε(he = 0 mm):

Figure 00050002
Compression ratio ε (h e = 0 mm):
Figure 00050002

Verdichtungsverhältnisses ε(he = 2 mm):

Figure 00060001
Compression ratio ε (h e = 2 mm):
Figure 00060001

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Erfindungswesentlich sind dabei alle bezeichneten Merkmale. Es zeigen:in the Below, the present invention is based on a preferred embodiment described in more detail. Essential to the invention are all designated features. Show it:

1 Prinzipdarstellung das erfindungsgemäß modifiziertem Ventiltrieb mit Schlepphebel in Seitenansicht dargestellt. 1 Schematic representation of the inventively modified valve train with rocker arm shown in side view.

2 Das erfindungsgemäß modifiziertem Ventiltrieb mit Schlepphebel mit Prinzipdarstellung des Zylinderkopfs in der Oben-Ansicht. Hierbei ist Nockenwelle (9, 10) gemäß 1 zwecks Übersichtlichkeit nicht mit abgebildet. 2 The present invention modified valve train with cam follower with a schematic diagram of the cylinder head in the top view. Here is camshaft ( 9 . 10 ) according to 1 not shown for clarity.

3 Das erfindungsgemäßer Ventiltrieb mit Zylinderkopf und Kurbelgehäuse mit Kolben im oberen Totpunkt bei einer Hubänderung (he) = 0 mm. Das Verdichtungsverhältnis ε(he = 0 mm) erreicht hierbei ein Minimum. 3 The inventive valve train with cylinder head and crankcase with piston at top dead center at a stroke change (h e ) = 0 mm. The compression ratio ε (h e = 0 mm) reaches a minimum.

4 Das erfindungsgemäßer Ventiltrieb mit Zylinderkopf und Kurbelgehäuse mit Kolben im oberen Totpunkt bei einer Hubänderung (he) = 2 mm. Das Kompressionsvolumen (Vc) ist hierbei um die Ventilgeometrie (Vv) reduziert und das Verdichtungsverhältnis ε(he = 2 mm) erreicht dabei ein Maximum. 4 The inventive valve train with cylinder head and crankcase with piston at top dead center at a stroke change (h e ) = 2 mm. The compression volume (V c ) is reduced by the valve geometry (V v ) and the compression ratio ε (h e = 2 mm) reaches a maximum.

5 Die erfindungsgemäßen Exzenter-Wellen (1, 2) und Rollen (3, 4). 5 The eccentric shafts according to the invention ( 1 . 2 ) and roles ( 3 . 4 ).

6 Den erfindungsgemäßen Einlass- und Auslassventile (25, 26) in Oben- und Seiten-Ansicht. 6 The inlet and outlet valves ( 25 . 26 ) in top and side view.

7 Die Variation des Verdichtungsverhältnisses ε(he) in Abhängigkeit von Hubänderung (he). 7 The variation of the compression ratio ε (h e ) as a function of stroke change (h e ).

Diese Erfindung greift Vorteilhafterweise auf bekannte, zuverlässige sowie auf im Wesentlichem im Ventiltrieb bereits vorhandenen Komponenten zurück. Die Erfindung zeichnet sich durch äußerst geringen Platzbedarf, keine Änderung bezüglich Massenkräfte und Kurbeltrieb-Mechanik und benötigt keine große Verstellkräfte sowie durch sehr gute Regelbarkeit aus und hat aufgrund des einfachen Aufbaus ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis.These Advantageously, the invention makes use of known, reliable and on essentially in the valve train already existing components back. The invention is characterized by extremely small footprint, no change in terms of ground forces and crank mechanism and needed not big adjusting forces as well as by very good controllability and has due to the simple Build a good cost-benefit ratio.

Claims (8)

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei die Hubkolben-Brennkraftmaschine wenigstens einen Zylinder mit Einlass- und Auslassventilen umfasst, wobei in dem Zylinder ein Kompressionsvolumen gebildet ist, wobei das Kompressionsvolumen variiert werden kann dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassventile (25, 26) oberhalb von ihrem Ventilsitz (28) mit Ventilschaftdurchmesser (27) und Ventilschafthöhe (29) zylinderförmig ausgeführt sind und zugehörige Einlass- und Auslasskanäle (23, 24) entsprechend der Ventilgeometrie geformt sind und dass durch eine Verschiebung der zylinderförmig ausgestalteten Bereiche der Einlass- und Auslassventile (25, 26) in das Kompressionsvolumen (Vc) hinein das Verdichtungsverhältnis (ε) veränderbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio, wherein the reciprocating internal combustion engine comprises at least one cylinder with intake and exhaust valves, wherein in the cylinder, a compression volume is formed, wherein the compression volume can be varied, characterized in that the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) above its valve seat ( 28 ) with valve stem diameter ( 27 ) and valve stem height ( 29 ) are cylindrical and associated inlet and outlet channels ( 23 . 24 ) are shaped according to the valve geometry and that by a displacement of the cylindrical designed areas of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) In the compression volume (V c ) into the compression ratio (ε) is variable. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Einlass- und Auslassventile (25, 26) zur Variation des Kompressionsvolumens (Vc) konstruktiv, wie hier beispielhaft über Stellmotoren (13, 14), Verstellwellen (21, 22), Zahnräder (11, 15, 17, 19, 12, 16, 18, 20) und Exzenter-Wellen (1, 2), Rollen (3, 4), Tassenstößel (42) und Schlepphebeln (5, 6) dargestellt, beliebig wählbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to claim 1, characterized in that the control of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) for varying the compression volume (V c ) constructive, as exemplified here via actuators ( 13 . 14 ), Adjusting shafts ( 21 . 22 ), Gears ( 11 . 15 . 17 . 19 . 12 . 16 . 18 . 20 ) and eccentric waves ( 1 . 2 ), Roll ( 3 . 4 ), Bucket tappets ( 42 ) and drag levers ( 5 . 6 ), is arbitrary selectable. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (3, 4) auf den Exzenter-Wellen (1, 2) gelagert sind und dass die Positionen der Rollen (3, 4) über Einstellung der jeweiligen Exzenter-Wellen (1, 2) jeweils beliebig verstellbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to claim 2, characterized in that the rollers ( 3 . 4 ) on the eccentric shafts ( 1 . 2 ) and that the positions of the rollers ( 3 . 4 ) via adjustment of the respective eccentric shafts ( 1 . 2 ) is arbitrarily adjustable. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung und Zentrierung die Einlass- und Auslassventile (25, 26) beliebige Anzahl an Zinnen (39) aufweisen, dass die Zinnen (39) oberhalb vom Ventilsitz (28) auf den zylinderförmig ausgestalteten Bereich der Einlass- und Auslassventile (25, 26), welcher durch den Ventilschaftdurchmesser (27) und die Ventilschafthöhe (29) gebildet wird, angeordnet sind, dass die Zinnen (39) gemeinsam mit der Ventilschafthöhe (29) eine entsprechende Ventilführung (41) bilden und dass ihre Form und Anordnung jeweils beliebig wählbar sind.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to one of claims 1 to 3, characterized in that for guiding and centering the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) any number of pinnacles ( 39 ) that the battlements ( 39 ) above the valve seat ( 28 ) on the cylindrically shaped region of the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ), which by the valve stem diameter ( 27 ) and the valve stem height ( 29 ) are arranged, arranged that the battlements ( 39 ) together with the valve stem height ( 29 ) a corresponding valve guide ( 41 ) form and that their shape and arrangement are arbitrary arbitrary. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung, Größe, Anzahl und Form aller in dieser Erfindung gekennzeichnete Bauteile beliebig wählbar sind.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio after one of the claims 1 to 4, characterized in that the arrangement, size, number and shape of all components characterized in this invention arbitrarily selectable are. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität (30) der Exzenter-Wellen (1, 2) jeweils beliebig wählbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to one of claims 2 to 5, characterized in that the eccentricity ( 30 ) of the eccentric shafts ( 1 . 2 ) is arbitrary selectable. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassventile (25, 26) jeweils unabhängig von einander ansteuerbar sind.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to one of claims 1 to 6, characterized in that the intake and exhaust valves ( 25 . 26 ) are each independently controllable. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konstruktive Gestaltung einer Schnittstelle zwischen Schlepphebeln (5, 6) und Einlass- und Auslassventile (25, 26), wie hier beispielhaft als Tassenstößel (42) dargestellt, beliebig wählbar ist.Reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio according to one of claims 1 to 7, characterized in that the structural design of an interface between rocker arms ( 5 . 6 ) and intake and exhaust valves ( 25 . 26 ), as exemplified here as a bucket tappets ( 42 ), is arbitrary selectable.
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