DE102012014917A1 - Reciprocating piston engine for motor vehicle, has pressure pulse generator provided between crankshaft and oil reservoir, such that pressure pulse generated by pulse generator is controlled over oil supply control of driving mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, welche:
- – zumindest einer Verstelleinrichtung unter Nutzung von Triebwerkskräften der Hubkolbenmaschine zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnisses aufweist,
- – einen Ansteuermechanismus zum Ansteuern der Verstelleinrichtung hat, wobei der Ansteuermechanismus ausschließlich an einem Pleuel oder Kolben angeordnet ist und mindestens ein bewegliches Element, eine einzige Ölzufuhr, mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl und mindestens eine Ölleitung hat, und
- – ein Ölversorgungssystem hat, welches ein Ölreservoir, einen Druckerzeuger, eine Ölverbindung zwischen dem Ölreservoir und dem Druckerzeuger und eine Ölverbindung zwischen dem Druckerzeuger und der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus aufweist.
- - Has at least one adjusting device using engine forces of the reciprocating engine for adjusting an adjustable variable compression ratio,
- - Has a drive mechanism for driving the adjusting device, wherein the drive mechanism is arranged exclusively on a connecting rod or piston and has at least one movable element, a single oil supply, at least one variable volume for filling and emptying of oil and at least one oil line, and
- - Has an oil supply system having an oil reservoir, a pressure generator, an oil connection between the oil reservoir and the pressure generator and an oil connection between the pressure generator and the oil supply of the drive mechanism.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine vorgeschlagen.Furthermore, a method for operating a reciprocating engine is proposed.
Hydraulische Ansteuermechanismen für das Umschalten eines variablen Verdichtungsverhältnisses gehören bei den Hubkolbenmaschinen zum Stand der Technik. Aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die hydraulische Betätigung eines einstellbar variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine zu verbessern.The object of the present invention is to improve the hydraulic actuation of an adjustable variable compression ratio of a reciprocating engine.
Diese Aufgabe wird mit einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor. Insbesondere können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen wie abhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale aus der Beschreibung ergänzt und/oder ersetzt werden. Auch können ein oder mehrere Merkmale aus jeweils verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung zu weiteren Ausbildungen der Erfindung verknüpft werden.This object is achieved with a reciprocating engine having the features of
Es wird eine Hubkolbenmaschine vorgeschlagen, welche zumindest eine Verstelleinrichtung unter Nutzung von Triebwerkskräften der Hubkolbenmaschine zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnises aufweist. Weiterhin ist ein Ansteuermechanismus zum Ansteuern der Verstelleinrichtung vorgesehen, welcher ausschließlich an einem Pleuel oder Kolben angeordnet ist und mindestens ein bewegliches Element hat. Der Ansteuermechanismus umfasst eine einzige Ölzufuhr, mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl und mindestens eine Ölleitung. Die Hubkolbenmaschine umfasst außerdem ein Ölversorgungssystem, welches ein Ölreservoir und einen Druckerzeuger hat. Das Ölversorgungssystem weist eine Ölverbindung zwischen dem Ölreservoir und dem Druckerzeuger und eine Ölverbindung zwischen dem Druckerzeuger und der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus auf. Der jeweilige Ansteuermechanismus von zumindest zwei, insbesondere von allen jeweiligen Verstelleinrichtungen der Hubkolbenmaschine werden gleichzeitig durch eine gemeinsame Schaltung bzw. Schalter betätigt.It is proposed a reciprocating engine, which has at least one adjusting device using engine forces of the reciprocating engine for adjusting an adjustable variable compression ratio. Furthermore, a drive mechanism for controlling the adjusting device is provided, which is arranged exclusively on a connecting rod or piston and has at least one movable element. The drive mechanism comprises a single oil supply, at least one variable volume for filling and draining oil and at least one oil line. The reciprocating engine also includes an oil supply system having an oil reservoir and a pressure generator. The oil supply system has an oil connection between the oil reservoir and the pressure generator and an oil connection between the pressure generator and the oil supply of the drive mechanism. The respective drive mechanism of at least two, in particular of all respective adjusting devices of the reciprocating engine are simultaneously actuated by a common circuit or switch.
Weniger als alle Ansteuermechanismen gleichzeitig zu schalten, ist beispielweise dann eingerichtet, wenn ein V- oder ein W-Motor oder auch ein Boxermotor genutzt werden. Auch bei einer möglichen Zylinderabschaltung besteht die Möglichkeit einer Aufteilung der zu ändernden effektiven Pleuellängen. Bevorzugt werden jedoch alle effektiven Längen gleichzeitig durch die gleiche gemeinsame Schaltung bzw. Schalter betätigt.To switch less than all the drive mechanisms simultaneously, for example, is set up when a V or a W-motor or a boxer engine are used. Even with a possible cylinder deactivation, there is the possibility of splitting the effective connecting rod lengths to be changed. Preferably, however, all effective lengths are simultaneously actuated by the same common circuit or switch.
Bevorzugt ist der Druckerzeuger als Druckimpulsgenerator ausgeführt und zwischen der Kurbelwelle und dem Ölreservoir zwischengeschaltet. Der Ansteuermechanismus ist über einen vom Druckimpulsgenerator generierten Druckimpuls über die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus gesteuert.Preferably, the pressure generator is designed as a pressure pulse generator and interposed between the crankshaft and the oil reservoir. The drive mechanism is controlled via a pressure pulse generated by the pressure pulse generator via the oil supply of the drive mechanism.
Eine andere Ausgestaltung sieht einen gemeinsamen Schalter, insbesondere in Form eines mechanisch einwirkenden Schalters bzw. Schaltung vor, der an der Hubkolbenmaschine angeordnet ist. Beispielweise kann ein mechanisches Stellelement auf den jeweils einzelnen Ansteuermechanismus an jedem Pleuel gleichzeitig einwirken.Another embodiment provides a common switch, in particular in the form of a mechanically acting switch or circuit, which is arranged on the reciprocating engine. For example, a mechanical actuator can act on the respective individual control mechanism on each connecting rod simultaneously.
Ein einstellbar veränderbares Verdichtungsverhältnis kann auf verschiedene Weisen erzielt werden. So kann beispielsweise ein Pleuel mit einer veränderbaren effektiven Länge oder ein höhenverstellbarer Kolbenboden zum Einstellen eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses vorgesehen sein. Unter einer effektiven Länge des Pleuels ist der kürzestmögliche Abstand zwischen einer horizontal verlaufenden Symmetrielinie des Kolbenbolzens des Kolbens zu einer horizontal verlaufenden Symmetrielinie eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle zu verstehen. Zum Verstellen der effektiven Länge des Pleuels oder zur Höhenverstellung des Kolbenbodens ist bevorzugt eine Verstelleinrichtung mit mindestens zwei Teilen vorgesehen, welche an dem Pleuel oder an dem Kolben angeordnet sind.An adjustable variable compression ratio can be achieved in various ways. Thus, for example, a connecting rod with a variable effective length or a height-adjustable piston head can be provided for setting a variable compression ratio. Under an effective length of the connecting rod is the To understand the shortest possible distance between a horizontal line of symmetry of the piston pin of the piston to a horizontal line of symmetry of a crank pin of the crankshaft. To adjust the effective length of the connecting rod or to adjust the height of the piston head, an adjusting device is preferably provided with at least two parts, which are arranged on the connecting rod or on the piston.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwei Teile bei einem konstant gehaltenen Verdichtungsverhältnis fest miteinander verbunden sind, d. h. eine Verbindung der beiden Teile wirksam ist. Hierbei bedeutet eine feste Verbindung, dass diese in der Lage ist, über diese eine Kraft von einem Teil auf das andere Teil übertragen zu können. Bei einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses sind die zwei Teile hingegen nicht fest miteinander verbunden, d. h. die Verbindung ist gelöst bzw. unwirksam. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ist beispielsweise drehbar, zum Beispiel in Form eines drehbaren Exzenters mit einer kreisrunden Außenfläche als erstem Teil und einer kreisrunden Aufnahme des Exzenters als zweitem Teil. Die Verbindung ist zerstörungsfrei lösbar. Die Verbindung umfasst mindestens ein Verbindungselement, vorzugsweise einen beweglichen Stift. In vorteilhafter Weise ist der Stift schiebbar an einem Führungselement des ersten Teils befestigt.According to one embodiment, it is provided that two parts are firmly connected to each other at a constant compression ratio, d. H. a connection between the two parts is effective. Here, a fixed connection means that it is able to transfer a force from one part to the other part. On the other hand, if the compression ratio changes, the two parts are not firmly connected, i. H. the connection is resolved or ineffective. The connection between the first and the second part is for example rotatable, for example in the form of a rotatable eccentric with a circular outer surface as the first part and a circular recording of the eccentric as a second part. The connection is non-destructive solvable. The connection comprises at least one connecting element, preferably a movable pin. Advantageously, the pin is slidably mounted on a guide element of the first part.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Stift des ersten Teils ist bei wirksamer Verbindung in Kontakt mit dem zweiten Teil, vorzugsweise positioniert in einem Loch oder in einer Aussparung des zweiten Teils. Die wirksame Verbindung weist über das Verbindungselement einen Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Teil zum Erzeugen einer Kontaktkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Teil im Betrieb der Hubkolbenmaschine. auf. Die durch die wirksame Verbindung erzeugte Kontaktkraft weist eine ausreichende Gegenkraft zu den vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine zur Vermeidung einer relativen Beschleunigung der beiden Teile zueinander auf.A further embodiment provides that the pin of the first part is in effective connection in contact with the second part, preferably positioned in a hole or in a recess of the second part. The operative connection has via the connecting element a contact between the first and second part for generating a contact force between the first and the second part during operation of the reciprocating piston engine. on. The contact force generated by the active connection has a sufficient counterforce to the existing gas and inertial forces during operation of the reciprocating engine to avoid a relative acceleration of the two parts to each other.
Bei gelöster Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ist vorzugsweise der Stift des ersten Teils nicht in Kontakt mit dem zweiten Teil. Die durch die gelöste Verbindung nicht mehr vorhandene Kontaktkraft weist beispielsweise keine Gegenkraft zu den vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine zur Vermeidung einer relativen Beschleunigung der beiden Teile zueinander auf. Durch die gelöste Verbindung sind dann die beiden Teile zueinander beweglich. Durch die gelöste Verbindung zwischen den beiden Teilen der Verstelleinrichtung weisen die beiden Teile der Verstelleinrichtung insbesondere aufgrund der vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine eine relative Bescheunigung zueinander auf. Die Relativbewegung der beiden Teile zueinander bewirkt beispielsweise eine Veränderung der effektiven Länge des Pleuels und/oder eine Verstellung der Höhe des Kolbenbodens relativ zu dem Kolben, wobei das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine verändert wird.When the connection between the first and the second part is released, preferably the pin of the first part is not in contact with the second part. For example, the contact force which is no longer present due to the dissolved connection has no counterforce to the gas and mass forces present during operation of the reciprocating piston engine in order to avoid a relative acceleration of the two parts relative to one another. Due to the dissolved connection then the two parts are mutually movable. Due to the dissolved connection between the two parts of the adjusting device, the two parts of the adjusting device, in particular due to the existing gas and inertial forces in the operation of the reciprocating piston on a relative Bescheunigung each other. The relative movement of the two parts to each other, for example, causes a change in the effective length of the connecting rod and / or an adjustment of the height of the piston head relative to the piston, wherein the compression ratio of the reciprocating engine is changed.
Zum Lösen der Verstelleinrichtung ist beispielsweise der Ansteuermechanismus vorgesehen. Das Größenverhältnis zwischen der Länge eines Pleuels der Hubkolbenmaschine und einer maximalen Länge, Breite oder Höhe des Ansteuermechanismus ist in einem Bereich von fünf zu eins bis zehn zu eins, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von zehn zu eins zu bis fünfzig zu eins, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von fünfzig zu eins bis hundert zu eins und in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von hundert zu eins bis eintausend zu eins. Der Ansteuermechanismus ist vorzugsweise an einem Pleuel oder Kolben angeordnet. Ein Steuerteil des Ansteuermechanismus ist mit einem Teil der Verstelleinrichtung verbunden, vorzugsweise direkt mit dem Verbindungselement der Verstelleinrichtung, welches das erste Teil mit dem zweiten Teil der Verstelleinrichtung verbindet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuerteil des Ansteuermechanismus mit einem hydraulischen Ventil des Verstellmechanismus verbunden oder steuert ein hydraulisches Ventil über eine mechanische Verbindung.To release the adjusting device, for example, the drive mechanism is provided. The size ratio between the length of a connecting rod of the reciprocating engine and a maximum length, width or height of the driving mechanism is in a range of five to one to ten to one, in another embodiment in a range of ten to one to fifty to one, in FIG another embodiment in a range of fifty to one to one hundred to one and in another embodiment in a range of one hundred to one to one thousand to one. The drive mechanism is preferably arranged on a connecting rod or piston. A control part of the drive mechanism is connected to a part of the adjusting device, preferably directly to the connecting element of the adjusting device, which connects the first part with the second part of the adjusting device. In another embodiment, the control part of the drive mechanism is connected to a hydraulic valve of the adjustment mechanism or controls a hydraulic valve via a mechanical connection.
Das Steuerteil des Ansteuermechanismus ist vorzugsweise eine Stange, eine Welle, eine Welle mit einem Gewinde, eine Welle mit einem Zahnrad, ein Stab, ein Zahnrad, eine Zahnstange, eine Feder, ein Rastelement und/oder ein Hebel. Eine Ausgestaltung sieht eine vom Ansteuermechanismus angetriebene schiebbare Zahnstange vor, welche im Kontakt mit einem Zahnrad von einer Welle steht. An der Welle ist ein Hebel befestigt, welcher in Kontakt mit einer Feder steht. Die Feder ist mechanisch mit einem Verbindungselement, vorzugsweise einem Stift, der Verstelleinrichtung verbunden.The control part of the drive mechanism is preferably a rod, a shaft, a shaft with a thread, a shaft with a gear, a rod, a gear, a rack, a spring, a latching element and / or a lever. One embodiment provides a pushable rack driven by the drive mechanism which is in contact with a gear from a shaft. On the shaft, a lever is attached, which is in contact with a spring. The spring is mechanically connected to a connecting element, preferably a pin, of the adjusting device.
Weiterhin ist ein bewegliches Element des Ansteuermechanismus zum Antreiben des Steuerteils des Ansteuermechanismus vorgesehen. Das bewegliche Element ist über die Gas- oder Massenkräfte der Hubkolbenmaschine und/oder über eine hydraulische Einrichtung gesteuert. Weiterhin hat der Ansteuermechanismus bevorzugt nur eine Ölleitung und ausschließlich eine einzige Ölzufuhr. Der Ansteuermechanismus hat kein Bauteil oder Abschnitt mit der Kurbelwelle gemein. Die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus ist zum Beispiel über eine Ölleitung der Kurbelwelle mit einem Ölkreislauf verbunden. Bevorzugt weist der Ansteuermechanismus mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl auf. In einer Weiterbildung weist der Ansteuermechanismus mehrere, über einen hydraulischen Kanal verbundene, ölfassende Volumina auf, wobei eines oder auch mehrere Volumina veränderbar sind. Der Ansteuermechanismus sieht beispielsweise ein oder mehrere bewegliche Komponenten zum Verbinden und Trennen der Volumina vor. Das Befüllen und Entleeren der einzelnen Volumen ist zum Beispiel über das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten gesteuert. Es sind hierfür ein oder mehrere Volumina mittelbar oder unmittelbar mit der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus verbunden.Furthermore, a movable element of the drive mechanism for driving the control part of the drive mechanism is provided. The movable element is controlled by the gas or mass forces of the reciprocating engine and / or by a hydraulic device. Furthermore, the drive mechanism preferably has only one oil line and only a single oil supply. The drive mechanism has no component or portion in common with the crankshaft. The oil supply of the drive mechanism is connected, for example via an oil line of the crankshaft with an oil circuit. Preferably, the Ansteuermechanismus on at least one variable volume for filling and emptying of oil. In a further development, the drive mechanism has several, via a connected to hydraulic channel, oil-containing volumes, wherein one or more volumes are variable. For example, the drive mechanism provides one or more movable components for connecting and disconnecting the volumes. The filling and emptying of the individual volumes is controlled, for example, by the interaction of the individual components. For this purpose, one or more volumes are indirectly or directly connected to the oil supply of the drive mechanism.
Die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus ist bevorzugt mit einem Ölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine verbunden. Das Ölversorgungssystem umfasst ein Ölreservoir, welches über eine Ölleitung mit einem Druckerzeuger verbunden ist. Ausserdem ist zum Beispiel im Ölversorgungssystem eine Ölverbindung vom Druckerzeuger über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zur Ölzufuhr des Ansteuermechanismus vorgesehen.The oil supply of the drive mechanism is preferably connected to an oil supply system of the reciprocating engine. The oil supply system comprises an oil reservoir, which is connected via an oil line with a pressure generator. In addition, for example, in the oil supply system, an oil connection from the pressure generator via a crankshaft of the reciprocating engine for oil supply of the drive mechanism is provided.
Es wird vorgeschlagen, dass der Druckerzeuger als Druckimpulsgenerator ausgeführt ist. Die vom Druckimpulsgenerator erzeugten Druckimpulse sind in ihrer Dauer zeitlich auf einen Bereich begrenzt, der ausreichend für ein Umschalten ist, vorzugsweise in einer Größenordnung von der Dauer von zehn bis fünfzig Arbeitsspielen der Hubkolbenmaschine. Bevorzugt wird der Druckimpuls gerade so lange aufrecht erhalten, bis das Umschalten abgeschlossen ist. Zum Beispiel kann dieses mittels eines einzigen, zweier oder weniger weiterer Druckimpulse abgeschlossen sein. Die Dauer und/oder der Betrag der Druckimpulse sind an die Geometrie, vorzugsweise an die Länge der Ölleitungen und die Größe der ölfassenden Volumen im Ansteuermechanismus, angepasst. Vorzugsweise erreichen die Beträge der Druckimpulse einen Wert von drei bis vier bar über dem Motoröldruck bei dem Motorbetrieb zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses.It is proposed that the pressure generator is designed as a pressure pulse generator. The pressure pulses generated by the pressure pulse generator are limited in time to a range sufficient for switching, preferably of the order of ten to fifty cycles of the reciprocating engine. Preferably, the pressure pulse is maintained just until the switching is completed. For example, this may be completed by means of a single, two or fewer further pressure pulses. The duration and / or the amount of the pressure pulses are adapted to the geometry, preferably to the length of the oil lines and the size of the oil-containing volume in the drive mechanism. Preferably, the amounts of the pressure pulses reach a value of three to four bar above the engine oil pressure in the engine operation at the time of adjusting the compression ratio.
Beispielsweise ist eine Übertragung des Druckimpulses vom Druckimpulsgenerator über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zu der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus innerhalb eines Ölversorgungssystems vorgesehen.For example, a transmission of the pressure pulse from the pressure pulse generator via a crankshaft of the reciprocating engine to the oil supply of the drive mechanism is provided within an oil supply system.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Ansteuermechanismus, welcher sich im Pleuel oder im Kolben befindet oder am Pleuel oder Kolben angeordnet ist, über einen Druckimpuls gesteuert, wobei der Druckimpuls vom Druckimpulsgenerator erzeugt wird und vom Druckimpulsgenerator über Ölleitungen zur Ölzufuhr des Ansteuermechanismus gelangt. Mittels eines Umsetzens eines Druckimpulses oder einer zeitlichen Abfolge von Druckimpulsen in ein oder mehrere mechanische Steuersignale zum Steuern der Verstelleinrichtung ausgehend von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten, vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine vorgesehen.According to one embodiment, the drive mechanism, which is located in the connecting rod or in the piston or arranged on the connecting rod or piston, controlled by a pressure pulse, wherein the pressure pulse is generated by the pressure pulse generator and passes from the pressure pulse generator via oil lines to the oil supply of the drive mechanism. By means of converting a pressure pulse or a chronological sequence of pressure pulses into one or more mechanical control signals for controlling the adjusting device, starting from a first compression ratio to a second, different from the first compression ratio of the reciprocating engine.
Nach dem Verstellen des Verdichtungsverhältnisses ist eine Erzeugung von weiteren Druckimpulsen oder ein Aufrechterhalten eines derartig hohen Drucks durch den Druckerzeuger zur Aufrechterhaltung des Verdichtungsverhältnisses nicht nötig. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik wird durch den Druckimpulsgenerator ein ausreichend hoher, kurzfristiger Druckimpuls geliefert, so dass der Druckerzeuger nicht die gesamte Zeit während eines Betriebes bei einem konstanten Verdichtungsverhältnis einen höheren Druck zu liefern braucht. Vielmehr kann der Druckerzeuger ein Druckniveau während des Umschaltens konstant halten, wenn ein zum Druckimpulsgenerator separater Druckerzeuger vorgesehen ist.After adjustment of the compression ratio, generation of further pressure pulses or maintenance of such high pressure by the pressure generator to maintain the compression ratio is not necessary. In contrast to the prior art, the print pulse generator provides a sufficiently high, short term pressure pulse so that the pressure generator does not need to supply a higher pressure all the time during operation at a constant compression ratio. Rather, the pressure generator can keep a pressure level constant during the switching when a pressure generator to the separate pressure generator is provided.
Dabei sind in einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Ölleitungen des Ölversorgungssystems getrennt vom Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine. Der Ansteuermechanismus wird mittels zumindest einem, gegebenenfalls mittels mehreren kurz nacheinanderfolgenden Druckimpulsen mit vorzugsweise gleichem oder zumindest annähernd gleichem Druckniveau gesteuert. Das Druckniveau eines Druckimpulses ist aber ebenfalls veränderlich gemäß einer Weiterbildung.In this case, in a first embodiment of the present invention, the oil lines of the oil supply system are separated from the lubricating oil supply system of the reciprocating piston engine. The control mechanism is controlled by means of at least one, possibly by means of a plurality of short successive pressure pulses with preferably the same or at least approximately the same pressure level. However, the pressure level of a pressure pulse is also variable according to a development.
Durch eine Trennung des Ölversorgungssystems des Anteuermechanismus vom Schmielöverrsorgungssystems der Hubkolbenmaschine kann gemäß einer Ausgestaltung eine Beeinflussung der Druckschwankungen im Schmierölversorgungssystem auf das Druckniveau der zum Ansteuermechanismus geleiteten Druckimpulse zumindest verringert, bevorzugt vermieden werden.By separating the oil supply system of the Anteuermechanismus from Schmielöverrsorgungssystems the reciprocating engine, according to an embodiment, an influence of the pressure fluctuations in the lubricating oil supply system to the pressure level of the control mechanism led to the pressure pulses at least reduced, preferably avoided.
Der Druckerzeuger des Ölversorgungssystems des Ansteuermechanismus bezieht das Öl aus einem Ölreservoir. Gemäß einer Weiterbildung ist dieses Ölreservoir mit der Ölwanne des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine verbunden. Sofern der Ansteuermechanismus mit einem anderen Öl als zum Beispiel die Kurbelwellenlager oder andere Teile der Hubkolbenmaschine versorgt wird, ist das Ölreservoir gemäß einer weiteren Ausführung vom Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine getrennt.The pressure generator of the oil supply system of the drive mechanism receives the oil from an oil reservoir. According to one embodiment, this oil reservoir is connected to the oil pan of the lubricating oil supply system of the reciprocating engine. If the drive mechanism is supplied with a different oil than, for example, the crankshaft bearings or other parts of the reciprocating piston engine, the oil reservoir according to another embodiment is separated from the lubricating oil supply system of the reciprocating engine.
Vorzugsweise ist der Ansteuermechanismus mit einem anderen Öl versorgt als das Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine. Das Öl der Ölversorgung des Ansteuermechanismus weist beispielsweise eine höhere Reinheit, eine andere Zusammensetzung von Additiven oder eine höhere Viskosität bei einer Temperatur von 90° Celsius als das Öl des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine auf.Preferably, the drive mechanism is supplied with a different oil than the lubricating oil supply system of the reciprocating engine. For example, the oil supply oil of the drive mechanism has a higher purity, another composition of additives, or a higher viscosity at a temperature of 90 ° C than the oil of the lubricating oil supply system of the reciprocating engine.
Der Druckerzeuger, welcher als Druckimpulsgenerator ausgeführt ist, erzeugt beispielsweise zum Ansteuern des Ansteuermechanismus einen Druckimpuls, welcher vorzugsweise drei bis vier bar über dem über ein Arbeitsspiel gemittelten Öldruck der Hubkolbenmaschine im jeweiligen Betriebspunkt liegt und etwa solange andauert, wie der Ansteuermechanismus zum Auslösen der Verstelleinrichtung zum Umschalten von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt. Der Druckimpulsgenerator umfasst gemäß einer Ausgestaltung zumindest einen Ölspeicherzylinder mit einem Kolben, wobei der Ölspeicherzylinder mindestens die für einen Umschaltvorgang erforderliche Ölmenge speichern kann, ein Ventil und ein Mittel zum Antrieb des Kolbens, um innerhalb des Kolbens einen Öldruck aufzubauen, welcher zum Ansteuern des Ansteuermechanismus ausreicht. Das Antiebsmittel kann eine Ölpumpe, ein Elektromotor, eine aufgeladene Feder oder eine pneumatische Schalteinheit sein. The pressure generator, which is designed as a pressure pulse generator generates, for example, for driving the drive mechanism, a pressure pulse which is preferably three to four bar above the average over a working cycle oil pressure of the reciprocating engine at the respective operating point and about as long as the driving mechanism for triggering the adjustment for Switching from a first compression ratio to a second compression ratio of the reciprocating engine required. The pressure pulse generator according to an embodiment comprises at least one oil storage cylinder with a piston, wherein the oil storage cylinder can store at least the amount of oil required for a switching operation, a valve and a means for driving the piston to build up within the piston an oil pressure sufficient to drive the drive mechanism , The anti-theft agent may be an oil pump, an electric motor, a charged spring or a pneumatic switching unit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ölversorgungssystem des Ansteuermechanismus mit einem Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine verbunden, wobei das Schmierölversorgungssystem mindestens ein Rückschlagventil in einer Ölleitung zwischen einem Kurbelwellenlager und einer Motorölpumpe aufweist.In a preferred embodiment, the oil supply system of the drive mechanism is connected to a lubricating oil supply system of the reciprocating engine, wherein the lubricating oil supply system comprises at least one check valve in an oil line between a crankshaft bearing and an engine oil pump.
Die Verbindung des Ölversorgungssystems des Ansteuermechanismus mit dem Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine wirkt sich insbesondere auf eine einfachere Gestaltung der Kurbelwelle aus. Die Kurbelwelle weist vorzugsweise neben den Ölversorgungsleitungen des Schmierölversorgungssystems keine zusätzlichen Ölleitungen für das Ölversorgungssystem des Ansteuermechanismus auf.The connection of the oil supply system of the drive mechanism with the lubricating oil supply system of the reciprocating engine has a particular effect on a simpler design of the crankshaft. The crankshaft preferably has no additional oil lines for the oil supply system of the drive mechanism in addition to the oil supply lines of the lubricating oil supply system.
Es ist gemäß einer Ausgestaltung mindestens ein Rückschlagventil in einer Ölleitung zwischen dem Druckimpulsgenerator und der Motorölpumpe des Ölschmierkreislaufes angeordnet. Vorzugsweise ist in allen Ölleitungen zwischen dem Druckimpulsgenerator und der Motorölpumpe ein Rückschlagventil angeordnet.It is arranged according to an embodiment, at least one check valve in an oil line between the pressure pulse generator and the engine oil pump of the oil lubrication circuit. Preferably, a check valve is arranged in all oil lines between the pressure pulse generator and the engine oil pump.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Ansteuermechanismus mindestens ein bewegliches Element hat. Das bewegliche Element weist eine erste Stellung und eine zweite Stellung auf. Der ersten Stellung ist ein erstes Verdichtungsverhältnis und der zweiten Stellung ein zweites, vom ersten Verdichtungsverhältnis verschiedenes Verdichtungsverhältnis zugeordnet. Ein Hin- und Herschalten des Elementes ist durch aufeinander folgendende gleichgerichtete vom Druckimpulsgenerator erzeugte Druckimpulse gesteuert.In a further preferred embodiment it is provided that the drive mechanism has at least one movable element. The movable element has a first position and a second position. The first position is associated with a first compression ratio and the second position with a second, different from the first compression ratio compression ratio. A toggling of the element is controlled by successive rectified pressure pulses generated by the pressure pulse generator.
Vorzugsweise ist in der ersten und in der zweiten Stellung des beweglichen Elementes eine Bewegung des Elementes durch eine Arretierung blockiert. Die Arretierung wird beispielsweise über ein zweites bewegliches Element bewirkt. Das zweite bewegliche Element bewirkt in einer Halteposition eine Arretierung des ersten beweglichen Elementes und gibt in einer Freigabeposition eine Bewegung des ersten beweglichen Elementes frei. Eine Bewegung des zweiten beweglichen Elementes ist in einer Ausführungsform über einen Druckimpuls bewirkt. Der Druckimpuls gelangt durch die einzige Ölzufuhr in den Ansteuermechanismus zum zweiten beweglichen Element und drückt das zweite bewegliche Element von der Halteposition zur Freigabeposition. Vorzugsweise spannt das zweite Element bei der Bewegung von der Halteposition zur Freigabeposition eine Feder. Ist die Bewegung des ersten beweglichen Elementes freigegeben, so verhindert eine Steuerkante des ersten Elementes eine Bewegung des zweiten Elementes von der Freigabeposition zur Halteposition und die Feder ist gespannt. Erreicht das erste Element die erste oder zweite Stellung, so gibt die Steuerkante des ersten Elementes eine Bewegung des zweiten Elementes von der Freigabeposition zur Halteposition frei. Die Bewegung des zweiten Elementes von der zweiten Position zur ersten Position ist über eine Kraft angetrieben, welche von der gespannten Feder auf das zweite Element wirkt. Erreicht das zweite Element die erste Position ist die Bewegung des ersten Elementes arretiert.Preferably, in the first and in the second position of the movable element, a movement of the element is blocked by a lock. The locking is effected for example via a second movable element. The second movable element causes a locking of the first movable element in a holding position and releases a movement of the first movable element in a release position. A movement of the second movable element is effected in one embodiment via a pressure pulse. The pressure pulse passes through the single oil supply in the drive mechanism to the second movable member and pushes the second movable member from the holding position to the release position. Preferably, the second member biases a spring as it moves from the hold position to the release position. When the movement of the first movable member is released, a control edge of the first member prevents movement of the second member from the release position to the holding position and the spring is cocked. When the first element reaches the first or second position, the control edge of the first element releases a movement of the second element from the release position to the stop position. The movement of the second element from the second position to the first position is driven by a force acting on the second element from the tensioned spring. When the second element reaches the first position, the movement of the first element is arrested.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Arretierungsmechanismus und eine Freigabemechanismus des ersten Elementes über ein Zusammenwirken von mehreren Elementen des Ansteuermechanismus bewirkt. Beispielsweise können diese Elemente Federelemente, Hebelelemente, und/oder Ölkammern, welche im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnet sind, sein. Dabei ist mindestens eine Bewegung eines Elementes des Ansteuermechanismus über einen Druckimpuls gesteuert. Eine im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnete Ölkammer bewirkt ein Umleiten eines Druckimpulses zu einem Element. Eine Ölkammer kann auch eine verzögernde Wirkung aufweisen. Die Größe einer Ölkammer beträgt bei einer Ausführungsform ein bis zehn Kubikmillimeter, bei einer weiteren Ausführungsform zehn bis fünfzig Kubikmillimeter und bei einer weiteren Ausführungsform fünfzig bis einhundert Kubikmillimeter. Die Federelemente weisen in einer Ausführungsform eine Federsteifigkeit von einem Newton pro Zentimeter bis zehn Newton pro Zentimeter, in einer weiteren Ausführungsform eine Federsteifigkeit von zehn Newton pro Zentimeter bis fünfzig Newton pro Zentimeter, in einer Ausführungsform eine Federsteifigkeit von fünfzig Newton pro Zentimeter bis einhundert Newton pro Zentimeter und in einer weiteren Ausführungsform eine Federsteifigkeit von einhundert Newton pro Zentimeter bis fünfhundert Newton pro Zentimeter auf.In a further embodiment, a locking mechanism and a release mechanism of the first element is effected via an interaction of a plurality of elements of the drive mechanism. For example, these elements spring elements, lever elements, and / or oil chambers, which are arranged in, before or after the Ansteuermechanismus be. In this case, at least one movement of an element of the drive mechanism is controlled via a pressure pulse. An oil chamber disposed in, before or after the drive mechanism causes a redirection of a pressure pulse to an element. An oil chamber may also have a retarding effect. The size of an oil chamber is one to ten cubic millimeters in one embodiment, ten to fifty cubic millimeters in another embodiment, and fifty to one hundred cubic millimeters in another embodiment. The spring elements in one embodiment have a spring stiffness of one Newton per centimeter to ten Newton per centimeter, in another embodiment a spring stiffness of ten Newton per centimeter to fifty Newton per centimeter, in one embodiment a spring stiffness of fifty Newton per centimeter to one hundred Newton per cent Centimeters and in another embodiment a spring stiffness of one hundred Newton per centimeter to five hundred Newton per centimeter on.
Beispielsweise können die Federelemente über bewegliche Elemente, zum Beispiel Hebelemente gespannt werden. Die Hebelelemente weisen in einer Ausführungsform eine Größe von ein bis fünf Millimeter, in einer weiteren Ausführungsform eine Größe von fünf bis zehn Millimeter und in einer weiteren Ausführungsform eine Größe von zehn bis zwanzig Millimeter auf. Die Hebelelemente weisen in einer Ausführungsform einen Übersetzungshebel von eins bis fünf, in einer weiteren Ausführungsform einen Übersetzungshebel von fünf bis zehn und in einer weiteren Ausführungsform einen Übersetzungshebel zehn bis einhundert auf. In den Federn kann eine mechanische Energie gespeichert werden, welche zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise einigen Arbeitstakten der Hubkolbenmaschine nach dem Spannen der Feder, wieder abgegeben werden kann.For example, the spring elements can be stretched over movable elements, for example lifting elements. The lever elements in one embodiment have a size of one to five millimeters, in another embodiment, a size of five to ten millimeters and in another embodiment, a size of ten to twenty millimeters. The lever elements have in one embodiment a transmission lever of one to five, in another embodiment, a transmission lever of five to ten and in another embodiment, a transmission lever ten to one hundred. In the springs, a mechanical energy can be stored, which at a later date, preferably a few power strokes of the reciprocating engine after tensioning the spring, can be dispensed again.
Vorzugsweise findet auch eine Schwungmasse, welche durch die oszillierende Bewegung des Pleuels oder des Kolbens angetrieben wird, innerhalb des Ansteuermechanismus Anwendung. Über eine Schwungmassenkonstruktion in Verbindung mit Feder- oder Halteelementen, welche je nach relativer Lage des Pleuels zum Kolbenbolzen gesteuert sind, ist innerhalb des Ansteuermechanismus eine Speicherung von mechanischer Energie ermöglicht, welche beispielsweise einen Verstärkungsmechanismus innerhalb des Ansteuermechanismus bewirkt. Der Verstärkungsmechanismus ist über einen Druckimpuls steuerbar oder wird über eine bestimmte vordefinierte zeitliche Abfolge von Druckimpulsen gesteuert. Über die Speicherung von mechanischer Energie innerhalb des Ansteuermechanismus ist vorzugsweise auch ein Einsatz von Generatoren und Elektromotoren vorgesehen.Preferably, a flywheel, which is driven by the oscillating movement of the connecting rod or the piston, within the Ansteuermechanismus application. Via a flywheel mass construction in conjunction with spring or holding elements, which are controlled depending on the relative position of the connecting rod to the piston pin, a storage of mechanical energy is enabled within the Ansteuermechanismus which causes, for example, a reinforcing mechanism within the Ansteuermechanismus. The amplification mechanism is controllable via a pressure pulse or is controlled over a certain predefined time sequence of pressure pulses. On the storage of mechanical energy within the drive mechanism, it is also preferable to use generators and electric motors.
Der Ansteuermechanismus weist bevorzugt eine einzige Ölzufuhr auf. Diese Ölzufuhr verbindet den Ansteuermechanismus mit dem Druckimpulsgenerator. Im Gegensatz zu einem hydraulischen Ansteuermechanismus, welcher zwei separate Ölzufuhren zum Hin- und Herschalten aufweist, ist das Merkmal, nur eine einzige Ölleitung zu benutzen von Vorteil, indem es die Konstruktion der Ölversorgung für den Ansteuermechanismus wesentlich erleichtert. The drive mechanism preferably has a single oil supply. This oil supply connects the drive mechanism to the pressure pulse generator. In contrast to a hydraulic actuation mechanism having two separate oil feeders for toggling, the feature of using only a single oil pipe is advantageous in that it greatly facilitates the construction of the oil supply to the drive mechanism.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammer vorhanden, welche über mehrere Ölleitungen mit dem Ansteuermechanismus verbunden ist. In einer Weiterbildung sind mehrere, miteinander verbundene, dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammern vorgesehen. In diesem Fall existiert zwischen einer vorgelagerten Kammer und dem Druckimpulsgenerator mindestens ein Abschnitt, welcher die Kammer mit dem Druckimpulsgenerator über nur einer einzigen Ölleitung verbindet, d. h. die Kammer weist nur eine einzige Ölzufuhr auf. Diese Ölzufuhr ist für eine hydraulische Verbindung zwischen der Kammer und dem Druckimpulsgenerator notwendig.In a further embodiment, a control mechanism upstream of the chamber is present, which is connected via a plurality of oil lines to the drive mechanism. In a development, a plurality of interconnected, the Ansteuermechanismus upstream chambers are provided. In this case, between an upstream chamber and the pressure pulse generator there exists at least a portion connecting the chamber to the pressure pulse generator via only a single oil conduit, i. H. the chamber has only a single oil supply. This oil supply is necessary for a hydraulic connection between the chamber and the pressure pulse generator.
Eine vorgelagerte Kammer ist bevorzugt ebenfalls am Pleuel oder Kolben angeordnet. Eine vorgelagerte Kammer hat gemäß einer Ausgestaltung kein Bauteil oder Abschnitt mit der Kurbelwelle gemein. Die Ölzufuhr einer vorgelagerten Kammer ist über eine Ölleitung mit der Kurbelwelle verbunden. Eine dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammer verzögert vorzugsweise die Ansteuerung des Ansteuermechanismus über den Druckimpulsgenerator.An upstream chamber is preferably also arranged on the connecting rod or piston. An upstream chamber has, according to one embodiment, no component or section in common with the crankshaft. The oil supply of an upstream chamber is connected via an oil line to the crankshaft. A chamber upstream of the drive mechanism preferably delays the actuation of the drive mechanism via the pressure pulse generator.
In einer weiteren Ausbildung ist in einer dem Ansteuermechanismus vorgelagerten Kammer ein Verzögerungsmechanismus zum Verzögern des Umschaltens des Verstellmechanismus vorgesehen. Der Verzögerungsmechanismus weist zum Beispiel eine Feder und/oder ein Ventil auf. Es wird über ein Ventil und eine Feder in einer vorgelagerten Kammer innerhalb eines Ölvolumens ein Druck aufgebaut, welcher ab einem vorzugsweise einstellbaren Druckniveau den Ansteuermechanismus steuert. Das Umschalten wird solange verzögert bis das einstellbare Druckniveau innerhalb der Kammer erreicht ist. Die Feder ist zum Speichern von mechanischer Energie vorgesehen. Es ist eine Übertragung der mechanischen Energie eines Druckimpulses auf die Feder vorgesehen. Ausserdem ist beispielsweise ein Druckimpuls gesteuerter Auslösemechanismus zum Freigeben der mechanischen Energie der Feder vorgesehen.In a further embodiment, a delay mechanism for delaying the switching of the adjusting mechanism is provided in a chamber upstream of the drive mechanism. The retarding mechanism includes, for example, a spring and / or a valve. It is constructed via a valve and a spring in an upstream chamber within an oil volume, a pressure which controls the drive mechanism from a preferably adjustable pressure level. The switching is delayed until the adjustable pressure level within the chamber is reached. The spring is designed to store mechanical energy. There is provided a transmission of the mechanical energy of a pressure pulse on the spring. In addition, for example, a pressure pulse controlled trigger mechanism for releasing the mechanical energy of the spring is provided.
Der Ansteuermechanismus wird gemäß der obigen Ausgestaltung über die freigegebene mechanische Energie der Feder gesteuert. Die freigegebene mechanische Energie der Feder ist gemäß einer Ausgestaltung höher, vorzugsweise drei bis zehn Mal höher als die mechanische Energie eines Druckimpulses. Folglich kann damit die notwendige Leistung des Druckimpulsgenerators zum Umschalten des Verdichtungsverhältnisses reduziert werden. Das Aufladen der Feder mit mechanischer Energie bewirkt eine Verzögerung mit einer Verzögerungszeit. Die Verzögerungszeit ist durch die Dauer vom ersten gesendeten Druckimpuls bis zum Auslösen der Feder gegeben. In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Verzögerungsmechanismus auch innerhalb des Ansteuermechanismus angeordnet sein. In einer weiteren Ausbildung ist ein nachgeschalteter Verzögerungsmechanismus an dem Ansteuermechanismus angeordnet.The drive mechanism is controlled according to the above embodiment via the released mechanical energy of the spring. The released mechanical energy of the spring is higher according to an embodiment, preferably three to ten times higher than the mechanical energy of a pressure pulse. As a result, the necessary power of the pressure pulse generator for switching the compression ratio can be reduced. Charging the spring with mechanical energy causes a delay with a delay time. The delay time is given by the duration from the first sent pressure pulse to the triggering of the spring. In a further embodiment, a delay mechanism can also be arranged within the drive mechanism. In a further embodiment, a downstream delay mechanism is arranged on the drive mechanism.
Der Ansteuermechanismus weist mindestens ein bewegliches Element auf. Dabei nimmt mindestens ein bewegliches Element mindestens zwei relativ zum Pleuel oder Kolben verschiedene Stellungen ein, wobei zu einer ersten Stellung ein erstes Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine und zu einer zweiten Stellung ein zweites Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist. Die Stellung des beweglichen Elementes beeinflusst die Strömung des Öls im Ansteuermechanismus, welche durch einen Druckimpuls ausgelöst ist. Die Strömung des Öls im Ansteuermechanismus bewirkt eine Druckverteilung im Ansteuermechanismus. Je nach Stellung des beweglichen Elementes bewirkt ein Druckimpuls eine erste Druckverteilung des Öls im Ansteuermechanismus entspechend der ersten Stellung des Elementes bzw. eine zweite Druckverteilung des Öls entspechend der zweiten Stellung des Elementes. Die Strömung und die Druckverteilung des Öls im Ansteuermechanismus sind vorzugsweise durch zusätzliche mechanische Elemente wie Federn, Kugeln oder Hebelmechanismen beeinflusst. In ähnlicher Art können auch mehrere bewegliche Elemente die Strömung im Ansteuermechanismus und auch die Druckverteilung beeinflussen. Sind mehrere bewegliche Elemente im Ansteuermechanismus vorhanden, beeinflusst vorzugsweise die Bewegung des einen Elementes die Bewegung eines anderen. Vor allem eine Auslösung einer Kettenreaktion von Bewegungen, welche durch einen Druckimpuls ausgelöst werden, ist mit mehreren beweglichen Elementen möglich.The drive mechanism has at least one movable element. At least one movable element takes at least two different relative to the connecting rod or piston Positions, wherein to a first position, a first compression ratio of the reciprocating engine and a second position, a second compression ratio is assigned. The position of the movable element affects the flow of oil in the drive mechanism, which is triggered by a pressure pulse. The flow of the oil in the drive mechanism causes a pressure distribution in the drive mechanism. Depending on the position of the movable element causes a pressure pulse, a first pressure distribution of the oil in the drive mechanism corresponding to the first position of the element or a second pressure distribution of the oil corresponding to the second position of the element. The flow and the pressure distribution of the oil in the drive mechanism are preferably influenced by additional mechanical elements such as springs, balls or lever mechanisms. Similarly, multiple movable elements may affect the flow in the drive mechanism as well as the pressure distribution. If there are several movable elements in the drive mechanism, preferably the movement of one element influences the movement of another. Above all, a triggering of a chain reaction of movements, which are triggered by a pressure pulse, is possible with several moving elements.
Vorzugsweise ist eine Beeinflussung der Druckverteilung des Öls durch einen geometrisch veränderbaren Ölraum im Ansteuermechanismus vorgesehen. Es ist ein in Abhängigkeit der Position der Wände des Ölraumes bestimmter Zufluss von Öl in den Ölraum vorgesehen. Vorzugsweise ist die geometrische Lage des Volumens an die Lage eines beweglichen Elementes gekoppelt.Preferably, an influencing of the pressure distribution of the oil is provided by a geometrically variable oil space in the drive mechanism. It is provided depending on the position of the walls of the oil space certain inflow of oil in the oil chamber. Preferably, the geometric position of the volume is coupled to the position of a movable element.
Beispielsweise ist mittels einer wechselnden Lage des beweglichen Elementes oder einer wechselnden Position der Wände des Ölraumes eine wechselnde Druckverteilung des Öls vorgesehen. Ein Hin- und Herschalten des beweglichen Elementes ist auf diese Weise beispielsweise über mehrere aufeinander folgende, den Ansteuermechanismus erreichende gleichgerichtete Druckimpulse gesteuert.For example, an alternating pressure distribution of the oil is provided by means of an alternating position of the movable element or a changing position of the walls of the oil space. A switching back and forth of the movable element is controlled in this way, for example, via a plurality of successive, the drive mechanism reaching rectified pressure pulses.
In einer Ausführungsform ist eine erste Verstellung des beweglichen Elementes in einer Richtung von einer ersten Stellung hin zu einer zweiten Stellung durch einen einzigen Druckimpuls gesteuert. Das Element kann insbesondere während der ersten Verstellung vor dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der ersten und der zweiten Stellung sowie die erste Stellung einnehmen. Weiterhin kann das Element insbesondere während der ersten Verstellung nach dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der ersten und der zweiten Stellung sowie die zweite Stellung einnehmen.In one embodiment, a first displacement of the movable member in a direction from a first position to a second position is controlled by a single pressure pulse. In particular, during the first adjustment before the controlling pressure pulse, the element can assume a rest position between the first and the second position as well as the first position. Furthermore, the element can assume a rest position between the first and the second position and the second position, in particular during the first adjustment after the controlling pressure pulse.
Nach Erreichen der zweiten Stellung ist eine zweite Verstellung des beweglichen Elementes in einer Richtung von der zweiten Stellung hin zu der ersten Stellung durch einen einzigen Druckimpuls gesteuert. Das Element kann insbesondere während der zweiten Verstellung vor dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der zweiten und der ersten Stellung sowie die zweite Stellung einnehmen. Weiterhin kann das Element insbesondere während der zweiten Verstellung nach dem steuernden Druckimpuls eine Position zwischen der zweiten und der ersten Stellung sowie die erste Stellung einnehmen kann. Eine Richtungsumkehr der druckimpulsgesteuerten Bewegung des beweglichen Elementes ist durch ein Erreichen des beweglichen Elementes der ersten sowie der zweiten Stellung bewirkt.Upon reaching the second position, a second displacement of the movable member in a direction from the second position toward the first position is controlled by a single pressure pulse. The element can occupy a rest position between the second and the first position and the second position, in particular during the second adjustment before the controlling pressure pulse. Furthermore, the element can assume a position between the second and the first position and the first position, in particular during the second adjustment after the controlling pressure pulse. A direction reversal of the pressure pulse-controlled movement of the movable element is effected by reaching the movable element of the first and the second position.
In einer weiteren Ausführung ist ein Schalten des beweglichen Elementes von einer ersten in eine zweite Stellung durch einen einzigen Druckimpuls und ein darauf folgendes Schalten desselben beweglichen Elementes von der zweiten in die erste Stellung durch einen darauffolgenden einzigen Druckimpuls gesteuert.In another embodiment, switching of the movable member from a first to a second position is controlled by a single pressure pulse and subsequent switching of the same movable member from the second to the first position by a subsequent single pressure pulse.
In einer Weiterbildung ist ein Schalten eines beweglichen Elementes von einer ersten in eine zweite Stellung durch mehrere Druckimpulse und ein darauf folgendes Schalten desselben beweglichen Elementes von der zweiten in die erste Stellung durch mehrere Druckimpulse gesteuert.In a further development, switching of a movable element from a first to a second position is controlled by a plurality of pressure pulses and subsequent switching of the same movable element from the second to the first position by a plurality of pressure pulses.
Die Anzahl von nötigen Druckimpulsen zum Schalten eines beweglichen Elementes ist die Schaltdruckimpulsanzahl. Die Schaltdruckimpulsanzahl liegt bei einer Ausführungsform bei eins, (Beginn einer Frage an den Erfinder: Im Folgenden (Abschnitt 1) wird angenommen, dass der Ansteuermechanismus nicht schon bei einem Druckimpuls ein Umschalten des Verstellmechanismus des VCR-Systems bewirkt. Dies könnte zum Beispiel im Falle einer Fehlschaltung aber auch bei einer von dem Grundgedanken der Erfindung abweichenden Systemauslegung der Fall sein. So könnte zum Beispiel in einer vorgelagerten Verzögerungs kammer durch mehrere aufeinanderfolgende Druckimpulse zuerst ein gewisses Druckniveau aufgebaut werden, welches durch einen einzigen Druckimpuls nicht erreicht werden würde. Dadurch wäre eine kleinere Dimensionierung des Druckimpulsgenerators möglich. Könnte diese Möglichkeit für FEV in einer Anwendung sinnvoll sein? Ende der Frage) (Start Abschnitt 1: bei einer weiteren bei fünf bis zehn, bei einer weiteren bei fünfzig bis hundert und bei einer weiteren bei fünfhundert bis eintausend.The number of necessary pressure pulses for switching a movable element is the switching pressure pulse number. In the following (Section 1), it is assumed that the drive mechanism does not cause switching of the adjustment mechanism of the VCR system even at a pressure pulse However, for example, in an upstream delay chamber, a certain level of pressure could first be built up by a plurality of successive pressure pulses which would not be reached by a single pressure pulse Could this be useful for FEV in one application? End of the question) (Start Section 1: for another at five to ten, for another at fifty to one hundred and for another at five hundred to one thousand.
Die Schaltdruckimpulsanzahl ist zum Beispiel von der Auslegung und Anzahl von Verzögerungselementen, wie Ölkammern oder Feder- und Hebelelementen, welche im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnet sind, bestimmt. Ende Abschnitt 1) In einer weiteren Ausführungsform ist die Hubkolbenmaschine derart gestaltet, dass der Druckimpulsgenerator der Hubkolbenmaschine einen Stufenkolben aufweist und der Stufenkolben an eine Motorölpumpe der Hubkolbenmaschine hydraulisch angeschlossen ist. Der Stufenkolben ist mit unterschiedlich großen Kolbendurchmessern ausgeführt und stellt damit einen Druckübersetzer dar. Es ist ein dem Stufenkolben vor oder nachgeschaltetes Ausgleichselement, vorzugsweise ein Druckregler, ein Überdruckventil oder ein Ausgleichsvolumen, vorgesehen. Das Ausgleichselement ist zur Kompensation der Druckschwankungen vorgesehen, welche sich aus dem betriebsbedingten Druckniveau der Motorölpume, zum Beispiel bei unterschiedlichen Drehzahlen, ergibt. Ein solcher Druckregeler umfasst zumindest ein Überdruckventil und eine ölabführende Leitung vorzugsweise zum Ölreservoir führend. Desweiteren umfasst der Druckregeler bevorzugt auch einen Drucksensor und eine damit verbundene Steuereinheit, welche über daran angeschlossene Ventile den Druck zwischen dem Druckimpulsgenerator und dem Ansteuermechanismus regelt.The switching pressure pulse number is, for example, the design and number of delay elements, such as oil chambers or spring and lever elements, which are in, before, or after Driving mechanism are arranged determined. End Section 1) In another embodiment, the reciprocating engine is designed such that the pressure pulse generator of the reciprocating engine has a stepped piston and the stepped piston is hydraulically connected to an engine oil pump of the reciprocating engine. The stepped piston is designed with different sized piston diameters and thus represents a pressure booster. It is a the stepped piston before or downstream compensating element, preferably a pressure regulator, a pressure relief valve or a compensating volume provided. The compensation element is provided to compensate for the pressure fluctuations, which results from the operating pressure level of the engine oil pump, for example at different speeds. Such a pressure regulator comprises at least one pressure relief valve and an oil removal line preferably leading to the oil reservoir. Furthermore, the pressure regulator preferably also includes a pressure sensor and a control unit connected thereto, which regulates the pressure between the pressure pulse generator and the control mechanism via valves connected thereto.
In einer weiteren Ausführung ist der Stufenkolben mehrstufig ausgeführt. Die einzelnen Stufen des Stufenkolbens können unabhängig voneinander geschaltet werden. Über eine Auswahl einer Anzahl der geschalteten Stufen können Druckimpulse mit unterschiedlichen Beträgen erzeugt werden. Über die unterschiedlich starken Druckimpulse des Druckimpulsgenerators ist eine variable Steuerung des Ansteuermechanismus mit gleichgerichteten, wahlweise verschieden starken Druckimpulsen vorgesehen. Dies ist insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von Ventilen im Ansteuermechanismus vorteilhaft, welche ab einem definierten Druck durchschalten. Mit solchen Ventilen und einem mehrstufigen Stufenkolben kann zum Beispiel eine Verstelleinrichtung zum Einstellen von wahlweise mehreren verschiedenen Verdichtungsverhältnissen variabel gesteuert werden. Eine Einstellung eines ausgewählten Verdichtungsverhältnisses ist über eine Stärke des Druckimpulses, welcher den Ansteuermechanismus erreicht, gesteuert. Bevorzugt ist die Stärke des vom Druckimpulsgenerator erzeugten Druckimpulses direkt von der Anzahl der geschalteten Stufen des Stufenkolbens abhängig. Je mehr Stufen des Stufenkolbens geschaltet werden, desto höher ist die Stärke des Druckimpulses. Die Differenz des Wertes des vom Druckimpulsgenerator generierten Druckes zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses vom Wert des Druckes, welcher an einem Ausgang der Motorölpumpe bei dem Motorbetrieb zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses erzeugt wird, ist die Druckimpulsdifferenz.In a further embodiment, the stepped piston is designed in several stages. The individual stages of the stepped piston can be switched independently of each other. By selecting a number of the switched stages, pressure pulses with different amounts can be generated. About the different strong pressure pulses of the pressure pulse generator, a variable control of the drive mechanism is provided with rectified, optionally different strong pressure pulses. This is particularly advantageous in connection with the use of valves in the control mechanism, which switch through from a defined pressure. With such valves and a multi-stage stepped piston, for example, an adjusting device for setting optionally a plurality of different compression ratios can be variably controlled. Adjustment of a selected compression ratio is controlled by a magnitude of the pressure pulse reaching the drive mechanism. Preferably, the strength of the pressure pulse generated by the pressure pulse generator is directly dependent on the number of switched stages of the stepped piston. The more stages of the stepped piston are switched, the higher the intensity of the pressure pulse. The difference of the value of the pressure generated by the pressure pulse generator at the time of adjusting the compression ratio from the value of the pressure generated at an output of the engine oil pump in the engine operation at the time of adjusting the compression ratio is the pressure pulse difference.
In einer Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe generiert wird, einen Wert von drei bis vier bar auf.In one embodiment, the pressure pulse difference, which is generated by the stepped piston in the operation of the first stage, a value of three to four bar.
In dieser Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe generiert wird, einen Wert von vier bis acht bar auf.In this embodiment, the pressure pulse difference, which is generated by the stepped piston in the operation of the second stage, a value of four to eight bar.
In einer weiteren Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe generiert wird, einen Wert von vier bis acht bar auf. In dieser Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe generiert wird, einen Wert von acht bis zwanzig bar auf.In a further embodiment, the pressure pulse difference, which is generated by the stepped piston in the operation of the first stage, a value of four to eight bar. In this embodiment, the pressure pulse difference, which is generated by the stepped piston in the operation of the second stage, a value of eight to twenty bar on.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hubkolbenmaschine vier voneinander verschiedene Verdichtungsverhältnisse auf. Das vierte Verdichtungsverhältnis ist höher als das dritte, das dritte höher als das zweite und das zweite höher als das erste.In a preferred embodiment, the reciprocating engine on four different compression ratios. The fourth compression ratio is higher than the third, the third higher than the second and the second higher than the first.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist über das Erzeugen eines Druckimpulses durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe und über ein Hin- und Herschalten eines Elementes des Ansteuermechanismus das Hin- und Herverstellen von dem ersten zu dem zweiten Verdichtungsverhältnis oder von dem dritten zu dem vierten Verdichtungsverhältnis gesteuert. In dieser Ausführungsform ist über das Erzeugen eines Druckimpulses durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe und über ein Hin- und Herschalten eines Elementes des Ansteuermechanismus das Hin- und Herverstellen von dem ersten zu dem dritten Verdichtungsverhältnis oder von dem zweiten zu dem vierten Verdichtungsverhältnis gesteuert.In a preferred embodiment, the generation of a pressure pulse by the stepped piston in the operation of the first stage and a reciprocation of an element of the drive mechanism, the reciprocating controlled from the first to the second compression ratio or from the third to the fourth compression ratio , In this embodiment, by generating a pressure pulse by the stepped piston in the second stage operation and by switching an element of the driving mechanism back and forth, the reciprocating is controlled from the first to the third compression ratio or from the second to the fourth compression ratio.
In einer Ausgestaltung ist der Druckimpulsgenerator als eine pneumatisch-hydraulische Einheit ausgeführt, welcher einen Luftkompressor, einen Druckluftbehälter und einen Ölspeicherzylinder mit einer Luftkammer aufweist, wobei der Ölspeicherzylinder vorzugsweise als Druckübersetzer mit unterschiedlich großen Kolbendurchmessern ausgeführt ist. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Kolbendurchmesser des Druckübersetzers in einem Bereich von zwei bis vier, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von vier bis zehn. Mit einem Druckimpulsgenerator mit einer pneumatisch-hydraulischen Einheit ist beispielsweise ein Druckaufbau im Ölspeicherzylinder bis zu einem Wert von vier bar innerhalb 0,5 Sekunden und schneller aufbaubar. Dabei kann ein Druckimpulsgenerator mit einer pneumatisch-hydraulischen Einheit einen Druckaufbau im Ölspeicherzylinder zum Ansteuern des Ansteuermechanismus mit einem Druckimpuls schneller als ein Druckimpulsgenerator ermöglichen, welcher keine pneumatisch-hydraulische Einheit zum Druckaufbau aufweist.In one embodiment, the pressure pulse generator is designed as a pneumatic-hydraulic unit, which has an air compressor, a compressed air tank and an oil storage cylinder with an air chamber, wherein the oil storage cylinder is preferably designed as a pressure booster with different sized piston diameters. Preferably, the ratio of the piston diameter of the pressure booster is in a range of two to four, in another embodiment in a range of four to ten. With a pressure pulse generator with a pneumatic-hydraulic unit, for example, a pressure build-up in the oil storage cylinder can be built up to a value of four bar within 0.5 seconds and faster. In this case, a pressure pulse generator with a pneumatic-hydraulic unit allow a pressure build-up in the oil storage cylinder for driving the drive mechanism with a pressure pulse faster than a pressure pulse generator, which no having pneumatic-hydraulic unit for pressure build-up.
Über den Luftkompressor wird gemäß einer Ausgestaltung während des gesamten Betriebes der Hubkolbenmaschine im Druckluftbehälter ein konstanter Druck aufrecht erhalten, welcher für das Ansteuern des Ansteuermechanismus benötigt wird. Soll der Ansteuermechanismus angesteuert werden, so schaltet vorzugsweise ein elektrisch betätigtes 3/2-Wege-Ventil den Luftdruck des Druckluftbehälters auf die Luftkammer des Ölspeicherzylinders. In einer vorteilhaften Ausführung wird der Druck in der Luftkammer über unterschiedlich große Kolbendurchmesser des Ölspeicherzylinders verstärkt, d. h. der Kolbendurchmesser der Luftkammer des Ölspeicherzylinders ist vorzugsweise größer als der Kolbendurchmesser der Ölkammer des Ölspeicherzylinders. Durch diese Druckverstärkung kann der Luftkompressor beispielsweise niedriger dimensioniert werden. In einer vorteilhaften Ausführung schaltet das elektrische 3/2-Wege-Ventil circa 0,5 Sekunden lang den Luftdruck des Druckluftbehälters auf die Luftkammer. Vorzugsweise löst der Ansteuermechanismus während dieses Zeitraumes aus und der etwa doppelte Ölvolumenstrom strömt dabei durch die Hauptlager der Kurbelwelle. Die Ölmenge für ein Umschalten von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten beträgt für einen Reihenvierzylindermotor vorzugsweise 350–400 ml. Nach dem Umschalten des Ansteuermechanismus trennt das 3/2-Wege-Ventil die Verbindung des Druckluftbehälters auf die Luftkammer des Ölspeicherzylinders und öffnet die Verbindung der Luftkammer zur Umgebung. Dadurch kann der Ölspeicherzylinder wieder mit Öl befüllt werden. Vorzugsweise beschleunigt eine Rückstellfeder einen Kolben des Ölspeicherzylinders, sodass im Ölspeicherzylinder ein Unterdruck aufgebaut wird und der Ölspeicherzylinder wieder befüllt wird. Die Wiederauffüllung des Ölspeicherzylinders mit Öl dauert etwa eine Sekunde. Während des Befüllvorgangs steuert die Ölpumpe der Hubkolbenmaschine den erhöhten Ölbedart nach.According to one embodiment, a constant pressure is maintained in the compressed air tank via the air compressor, which is required for the activation of the control mechanism during the entire operation of the reciprocating piston engine. If the drive mechanism is to be activated, an electrically operated 3/2-way valve preferably switches the air pressure of the compressed air reservoir to the air chamber of the oil storage cylinder. In an advantageous embodiment, the pressure in the air chamber is amplified by piston diameter of different size of the oil storage cylinder, d. H. the piston diameter of the air chamber of the oil storage cylinder is preferably larger than the piston diameter of the oil chamber of the oil storage cylinder. Due to this pressure increase, the air compressor can be dimensioned lower, for example. In an advantageous embodiment, the electrical 3/2-way valve switches the air pressure of the compressed air tank to the air chamber for approximately 0.5 seconds. Preferably, the Ansteuermechanismus triggers during this period and the approximately double volume of oil flows through the main bearings of the crankshaft. The oil amount for switching from a first compression ratio to a second is preferably 350-400 ml for a four-cylinder in-cylinder engine. After the switching of the driving mechanism, the 3/2-way valve disconnects the air tank to the air chamber of the oil storage cylinder and opens the connection of Air chamber to the environment. As a result, the oil storage cylinder can be filled with oil again. Preferably, a return spring accelerates a piston of the oil storage cylinder, so that in the oil storage cylinder, a negative pressure is built up and the oil storage cylinder is refilled. Refilling the oil storage cylinder with oil takes about one second. During the filling process, the oil pump of the reciprocating engine controls the increased Ölbedart.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Luftkompressor nicht während des gesamten Betriebes der Hubkolbenmaschine betrieben. Stattdessen wird der Luftkompressor in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit für die Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses betrieben. Es kann beispielsweise über ein Steuergerät die Wahrscheinlichkeit für die Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses berechnet werden. Dies erfolgt zum Beispiel über eine Auswertung einer Messung von aktuellen Daten der Hubkolbenmaschine und über eine Auswertung von in einem Speicher abgelegten Daten über ein Fahrverhalten eines Fahrers. Ist die so berechnete Wahrscheinlichkeit höher als ein von einer ausgewählten Betriebsstrategie der Hubkolbenmaschine abhängiger Vergleichswert, kann die Leistung des Luftkompressors erhöht werden, sodass sich im Druckluftbehälter der Druck erhöht. Ist der benötigte Druck im Druckluftbehälter erreicht und ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses ist nach den gemessen aktuellen Daten der Hubkolbenmaschine gewünscht, kann das elektrische 3/2-Wege-Ventil betätigt werden, sodass die Verbindung des Druckluftbehälters zur Luftkammer des Ölspeicherzylinders hergestellt ist und ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses erfolgt.In a preferred embodiment, the air compressor is not operated during the entire operation of the reciprocating engine. Instead, the air compressor is operated in response to a probability of changing a compression ratio. It can be calculated, for example, via a control unit, the probability of changing a compression ratio. This takes place, for example, via an evaluation of a measurement of current data of the reciprocating piston engine and via an evaluation of data stored in a memory about a driving behavior of a driver. If the probability calculated in this way is higher than a comparison value dependent on a selected operating strategy of the reciprocating piston engine, the power of the air compressor can be increased so that the pressure in the compressed air reservoir increases. If the required pressure in the compressed air tank is reached and a switching of the compression ratio is desired according to the measured current data of the reciprocating engine, the electrical 3/2-way valve can be operated so that the connection of the compressed air tank is made to the air chamber of the oil storage cylinder and switching the Compression ratio is done.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Luftkompressor über einen Elektromotor, einen Riemen- und/oder Rädertrieb der Hubkolbenmaschine angetrieben. Zwischen dem externen Antrieb des Luftkompressors, d. h. ein Elektromotor, ein Riemen- und/oder Rädertrieb, und der Antriebswelle des Luftkompressors ist vorzugsweise eine Kupplung zwischengeschaltet, welche über ein Steuergerät gesteuert wird und über ein Steuersignal eine rutschfeste Verbindung zwischen dem externen Antrieb des Luftkompressors und der Antriebswelle des Luftkompressors bewirkt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine fliehkraftgeregelte Übersetzung zwischen dem Riementrieb zum Antreiben des Luftkompressors und der Antriebswelle des Luftkompressors vorgesehen.According to a further embodiment of the invention, the air compressor is driven by an electric motor, a belt and / or wheel drive of the reciprocating engine. Between the external drive of the air compressor, d. H. an electric motor, a belt and / or Rädertrieb, and the drive shaft of the air compressor is preferably interposed a clutch which is controlled by a control device and via a control signal causes a non-slip connection between the external drive of the air compressor and the drive shaft of the air compressor. In another embodiment, a centrifugal-controlled transmission between the belt drive for driving the air compressor and the drive shaft of the air compressor is provided.
Eine weitere Ausgestaltung sieht einen mit einer Druckluftbremsanlage verbundenen Luftkompressor vor. Der innerhalb der Druckluftbremsanlage aufgebaute Druck stellt zum Beispiel eine erste Verdichtungsstufe dar. Der Luftkompressor selbst stellt eine zweite Verdichtungsstufe dar. Dadurch wird zum Beispiel die Leistung des Druckimpulsgenerators gesteigert oder es kann ein kleinerer Druckluftbehälter verwendet werden. Gemäß einer Ausführung saugt der Luftkompressor die komprimierte Luft der Druckluftbremsanlage an und komprimiert diese Luft auf ein höheres Druckniveau als das der Druckluftbremsanlage.Another embodiment provides an air compressor connected to an air brake system. The pressure built up within the air brake system, for example, represents a first compression stage. The air compressor itself represents a second compression stage. This, for example, the performance of the pressure pulse generator is increased or it can be used a smaller compressed air tank. According to one embodiment, the air compressor sucks the compressed air of the compressed air brake system and compresses this air to a higher pressure level than that of the compressed air brake system.
Gemäß einer weiteren Ausführung umfasst die Druckluftbremsanlage ein Unterdrucksystem. In diesem Fall kann der über dieses System erzeugte Unterdruck über einen Unterdruckbehälter und einen darin integrierten Kolben, welcher eine Kraft auf einen Kolben des Ölspeicherzylinders oder einen Kolben innerhalb des Druckluftbehälters aufbringt, eine unterstützende Kraft in das System des Druckimpulsgenerators einbringen.According to a further embodiment, the compressed air brake system comprises a vacuum system. In this case, the negative pressure generated by this system via a vacuum reservoir and a piston integrated therein, which applies a force to a piston of the oil storage cylinder or a piston within the compressed air tank, bring a supporting force in the system of the pressure pulse generator.
In einer weiteren Ausführung entfällt der Luftkompressor des Druckimpulsgenerators für den Fall, dass der Kompressor der Druckluftbremsanlage einen ausreichend hohen Betriebsdruck für den Druckimpulsgenerator liefert. Der Luftkompressor kann auch entfallen, falls der Kompressor einer Luftfederung einen ausreichend hohen Betriebsdruck für den Druckimpulsgenerator liefert. Für die drei zuletzt genannten Ausführungen ist eine Steuerung der Verbindung zwischen der Druckluftbremsanlage und dem Druckimpulsgenerator mit Hilfe eines elektrisch betätigbaren Ventils vorgesehen.In a further embodiment, the air compressor of the pressure pulse generator is omitted in the event that the compressor of the compressed air brake system supplies a sufficiently high operating pressure for the pressure pulse generator. The air compressor may also be omitted if the compressor of an air suspension provides a sufficiently high operating pressure for the pressure pulse generator. For the last three mentioned embodiments, a control of the connection between the air brake system and the pressure pulse generator by means of an electrically actuated valve is provided.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Ölspeicherzylinder eine Rollmembran zum Abdichten der Luftkammer von einem Ölraum des Ölspeicherzylinders aufweist. Die Rollmembran ist vorzugsweise als Hut- oder Rollfaltenmembran ausgeführt. Über eine auf den maximalen Betriebsdruck des Druckimpulsgenerators angepasste Mischungszusammensetzung der Rollmembran ist beispielsweise eine interne Schmierung innerhalb der Rollmembran realisiert. Desweiteren ist für die Rollmembran bevorzugt eine Einlegeverstärkung aus Metall oder Kunststoff vorgesehen.A further embodiment provides that the oil storage cylinder has a rolling diaphragm for sealing the air chamber from an oil chamber of the oil storage cylinder. The rolling membrane is preferably designed as a hat or roll-fold membrane. By way of example, an internal lubrication within the rolling diaphragm is realized via a mixing composition of the rolling diaphragm adapted to the maximum operating pressure of the pressure pulse generator. Furthermore, an insert reinforcement of metal or plastic is preferably provided for the rolling diaphragm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Befüllventil in einer Leitung von einer Motorölpumpe zum Druckimpulsgenerator zur Befüllung des Ölspeicherzylinders vorgesehen.According to a further embodiment of the invention, a filling valve is provided in a line from an engine oil pump to the pressure pulse generator for filling the oil storage cylinder.
Das Befüllventil zur Befüllung des Ölspeicherzylinders kann beispielsweise über ein Steuergerät einige Sekunden nach dem Auslösen des Ansteuermechanismus betätigt werden. Es ist aber auch eine rein mechanische Steuerung zur Wiederbefüllung des Ölspeicherzylinders möglich. Beispielsweise ist das Befüllventil als Rückschlagventil in der Ölleitung vom Druckimpulsgenerator zur Motorölpumpe ausgelegt und sperrt die Flussrichtung vom Druckimpulsgenerator zur Motorölpumpe, d. h. wenn im Ölspeicherzylinder ein höherer Druck herrscht als in der ölverbindenden Leitung zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherzylinder. Wenn nach dem Ansteuern des Ansteuermechanismus ein niedrigerer Druck im Ölspeicherzylinder herrscht als in der ölverbindenden Leitung zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherzylinder, weil der Ölspeicherzylinder über eine Rückstellfeder zurückgeschoben wird, öffnet das Rückschlagventil, sodass der Ölspeicherzylinder wieder mit Öl befüllt wird.The filling valve for filling the oil storage cylinder can be actuated for example via a control device a few seconds after the triggering of the drive mechanism. But it is also a purely mechanical control for refilling the oil storage cylinder possible. For example, the filling valve is designed as a check valve in the oil line from the pressure pulse generator to the engine oil pump and blocks the flow direction from the pressure pulse generator to the engine oil pump, d. H. if there is a higher pressure in the oil storage cylinder than in the oil-connecting line between the engine oil pump and the oil storage cylinder. If a lower pressure prevails in the oil storage cylinder after the activation of the drive mechanism than in the oil-connecting line between the engine oil pump and the oil storage cylinder, because the oil storage cylinder is pushed back via a return spring, opens the check valve, so that the oil storage cylinder is filled with oil again.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist die Hubkolbenmaschine derart gestaltet, dass ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels oder Kolbens der Hubkolbenmaschine über mindestens ein Ventil und eine Ölverbindung mit dem Druckimpulsgenerator hydraulisch verbunden ist. Ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels der Hubkolbenmaschine ist über ein einzelnes Ventil hydraulisch ansteuerbar.According to a further embodiment, the reciprocating engine is designed such that a drive mechanism of a single connecting rod or piston of the reciprocating engine is hydraulically connected via at least one valve and an oil connection to the pressure pulse generator. A drive mechanism of a single connecting rod of the reciprocating engine is hydraulically controlled via a single valve.
Über eine separate Ansteuerung eines einzelnen Pleuels mit einem dem Pleuel zugeordneten Ventils ist eine separate Betätigung eines Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels oder Kolbens mittels eines Druckimpulses ermöglicht. Über die seperate Betätigung des Ansteuermechanismus ist eine separate Steuerung des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders realisiert. Eine Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine erfolgt über die Verstellung der Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder. In einer Ausführung sind im Betrieb der Hubkolbenmaschine alle Zylinder auf ein nahezu ähnliches Verdichtungsverhältnis eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder verschieden eingestellt. Die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder können über das Betätigen des dem Pleuel oder Kolben eines Zylinders zugeordneten Ventils verstellt werden.A separate actuation of a control mechanism of a single connecting rod or piston by means of a pressure pulse is made possible via a separate control of a single connecting rod with a valve associated with the connecting rod. Through the separate operation of the drive mechanism, a separate control of the compression ratio of a single cylinder is realized. An adjustment of a compression ratio of the reciprocating engine via the adjustment of the compression ratios of the individual cylinders. In one embodiment, all cylinders are set to a nearly similar compression ratio during operation of the reciprocating engine. In a further embodiment, the compression ratios of the individual cylinders are set differently. The respective compression ratios of the individual cylinders can be adjusted by actuating the valve assigned to the connecting rod or piston of a cylinder.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist für das Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ein Verstellen der Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder vorgesehen. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ist der Ansteuermechanismus jedes Zylinders mittels eines Druckimpulses angesteuert.In a preferred embodiment, an adjustment of the compression ratios of all cylinders is provided for adjusting the compression ratio of the reciprocating engine. For adjusting the compression ratio of the reciprocating engine, the drive mechanism of each cylinder is controlled by means of a pressure pulse.
In einer weiteren Ausführungsform ist für das Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ein sepatates Verstellen, d. h. ein Verstellen des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders oder von zwei oder drei Zylindern vorgesehen. Das separate Verstellen ermöglicht einen Betrieb der Hubkolbenmaschine mit verschieden eingestellten Verdichtungsverhältnissen der einzelnen Zylinder. Weiterhin ermöglicht das separate Verstellen nach einer Fehlschaltung eines einzelnen Ansteuermechanismus eines Zylinders ein korrigierendes Ansteuern des fehlgeschalteten Ansteuermechanismus des Zylinders. Dabei kann beispielsweise ein singuläres Durchschalten eines Druckimpulses durch ein einzelnes Ventil, welches den Durchgang des Druckimpulses zum fehlgeschalteten Ansteuermechanismus des Zylinders steuert, vorgesehen sein. Weiterhin kann bei einem korrigierenden Ansteuern eines fehlgeschalteten Ansteuermechanismus eines Zylinders ein Sperren der Ventile vorgesehen sein, welche zwischen dem Druckimpulsgenerator und den nicht fehlgeschalteten Zylindern angeordnet sind. Es ist ein nachträgliches Ändern des Verdichtungsverhältnisses des fehlgeschalteten Zylinders möglich.In another embodiment, for the adjustment of the compression ratio of the reciprocating engine a sepatates adjustment, d. H. an adjustment of the compression ratio of a single cylinder or two or three cylinders provided. The separate adjustment allows operation of the reciprocating engine with different compression ratios of the individual cylinders. Furthermore, the separate adjustment after a faulty switching of a single driving mechanism of a cylinder enables a corrective driving of the malfunctioning driving mechanism of the cylinder. In this case, for example, a singular switching of a pressure pulse by a single valve which controls the passage of the pressure pulse to the faulty drive mechanism of the cylinder may be provided. Further, in a corrective driving of a malfunctioning driving mechanism of a cylinder may be provided locking of the valves, which are arranged between the pressure pulse generator and the non-malfunctioning cylinders. It is possible to subsequently change the compression ratio of the malfunctioning cylinder.
In vorteilhafterweise speichert der Ölspeicherzylinder im befülltem Zustand eine Ölmenge, welche größer als die Menge ist, welche zum Ansteuern des Ansteuermechanismus eines jeden Zylinders der Hubkolbenmaschine benötigt wird. Es ist zum Beispiel ein korrigierendes erneutes Ansteuern eines Ansteuermechanismus eines fehlgeschalteten Zylinders ohne eine Wiederbefüllung des Ölspeicherzylinders vorgesehen. In einer weiteren Ausführung ist aber auch eine im Ölspeicherzylinder speicherbare Ölmenge vorgesehen, welche es erlaubt, die Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder der Hubkolbenmaschine mindestens einmal Hin- und Herschalten zu lassen. Dies kann vor Allem bei sehr kurzzeitigen Beschleunigungsvorgängen eines Kraftfahrzeugs sinnvoll sein, bei denen das Verdichtungsverhältnis innerhalb von wenigen Sekunden hin- und hergeschaltet wird und das kurze Zeitintervall kein erneutes Wiederbefüllen des Ölspeicherzylinders ermöglicht.Advantageously, when filled, the oil storage cylinder stores an amount of oil that is greater than the amount needed to drive the drive mechanism of each cylinder of the reciprocating engine. For example, there is provided a corrective re-driving of a drive mechanism of a failed cylinder without refilling the oil storage cylinder. In a further embodiment, however, a storable in the oil storage cylinder amount of oil is provided, which allows the compression ratios of all cylinders of the Reciprocating reciprocating machine at least once. This may be useful, above all, in the case of very short-term acceleration processes of a motor vehicle, in which the compression ratio is switched back and forth within a few seconds and the short time interval does not allow a renewed refilling of the oil storage cylinder.
Entsprechend einer weiten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jeder Pleuel der Hubkolbenmaschine über jeweils einen einzelnen Ölspeicherzylinder hydraulisch ansteuerbar ist. Gemäß dieser Ausführung ist ein schnelleres Ansteuern der einzelnen Zylinder möglich, da die einzelnen Ölspeicherzylinder kleiner ausgeführt sind als ein einziger zentraler Ölspeicherzylinder mit einem größeren Ölspeichervolumen und einer damit einhergehenden größeren Massenträgheit des gespeicherten Öls wie auch des größeren Kolbens des zentralen Ölspeicherzylinders.According to a wide embodiment, it is provided that each connecting rod of the reciprocating engine is hydraulically controllable via a respective individual oil storage cylinder. According to this embodiment, a faster driving of the individual cylinders is possible because the individual oil storage cylinders are made smaller than a single central oil storage cylinder with a larger oil storage volume and a concomitant greater inertia of the stored oil as well as the larger piston of the central oil storage cylinder.
Gemäß einer weiteren Ausführung sind die einzelnen Ölspeicherzylinder über jeweils eine Druckluftleitung über jeweils ein elektrisch betätigbares Ventil mit dem Druckluftbehälter verbunden. Ein Ventil in einer Ölleitung zwischen dem Ölspeicherzylinder und dem Ansteuermechanismus kann dann beispielsweise entfallen.According to a further embodiment, the individual oil storage cylinders are each connected via a compressed air line via an electrically operable valve with the compressed air tank. A valve in an oil line between the oil storage cylinder and the drive mechanism can then be omitted, for example.
Gemäß einer weiteren Ausführung sind die einzelnen Ölspeicherzylinder über eine gemeinsame Druckluftleitung über ein elektrisch betätigbares Ventil mit dem Druckluftbehälter verbunden. Ein Ventil zwischen dem Ölspeicherzylinder und der Ölleitung über die Kurbelwelle zum Ansteuermechanismus ist dann benötigt, sofern der Ansteuermechanismus jedes einzelnen Zylinders separat ansteuerbar sein soll.According to a further embodiment, the individual oil storage cylinders are connected via a common compressed air line via an electrically actuated valve with the compressed air tank. A valve between the oil storage cylinder and the oil line via the crankshaft to the drive mechanism is then required, if the drive mechanism of each individual cylinder is to be controlled separately.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung der auch unabhängig von dem obigen Gedanken weiterverfolgt werden kann, wird ein Verfahren zur Steuerung eines Ansteuermechanismus vorgeschlagen, welcher ein Verdichtungsverhältnis in einer Hubkolbenmaschine verändert mit folgenden Schritten:
- a) Erzeugen eines Druckimpulses durch ein Druckimpulsgenerator, der hierfür Öl aus einem Ölreservoir nutzt,
- b) Weiterleitung des Druckimpulses vorzugsweise über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zu einer Ölzufuhr des Ansteuermechanismus,
- c) Initialisierung einer Bewegung eines beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus durch den Druckimpuls,
- d) Verändern des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die Bewegung oder eine veränderte Stellung des Elementes und Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.
- a) generating a pressure pulse by a pressure pulse generator using oil from an oil reservoir for this purpose,
- b) forwarding the pressure pulse, preferably via a crankshaft of the reciprocating piston engine, to an oil supply of the activation mechanism,
- c) initialization of a movement of a movable element of the drive mechanism by the pressure pulse,
- d) changing the compression ratio of the reciprocating engine by the movement or a changed position of the element and engine forces of the reciprocating engine.
Bevorzugt werden die Schritte nacheinander, insbesondere direkt nacheinander, in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Sie können jedoch auch zumindest teilweise in anderer Reihenfolge bzw. gleichzeitig ausgeführt werden. Insbesondere kann das vorgeschlagene Verfahren auch mit einer oben vorgeschlagenen Hubkolbenmaschine zusammen ausgeführt werden. Beispielsweise können auch ein oder mehrere Merkmale der Hubkolbenmaschine für das Verfahren speziell eingesetzt werden wie auch umgekehrt.The steps are preferably carried out in succession, in particular directly one after the other, in the stated order. However, they can also be executed at least partially in a different order or simultaneously. In particular, the proposed method can also be performed together with a reciprocating piston proposed above. For example, one or more features of the reciprocating engine for the process can be used specifically as well as vice versa.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte und/oder Verfahren können in verschiedenster Reihenfolge durchgeführt werden und vor allem in Kombination mit jeweils anderen in dieser Anmeldung offenbarten Verfahrensschritten oder Verfahren durchgeführt werden. Vorzugsweise wird in einem Schritt a) des Verfahrens der Druckimpulsgenerator mit einem Öl versorgt. Dies geschieht zum Beispiel über eine Pumpe, welche von einem Ölreservoir das Öl zum Ölspeicherzylinder des Druckimpulsgenerators pumpt. Das Ölreservoir ist beispielsweise entweder die Ölwanne des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine selbst oder ein davon separater Ölbehälter. Die Pumpe kann die Motorölpumpe selbst oder eine gesonderte Pumpe sein. Vorzugsweise wird das Öl von der Ölwanne des Schmierölversorgungssystems über die Motorölpumpe zum Ölspeicherbehälter des Druckimpulsgenerators gepumpt. Ein zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherbehälter angeordnetes elektrisch betätigbares Ventil wird über ein Steuergerät so gesteuert, dass im Ölspeicherbehälter der gewünschte Druck erreicht wird. Der Druckimpuls wird bei dem mit Öl befüllten Ölspeicherzylinder über eine Kolbenfläche generiert, welche beschleunigt wird. Die Kolbenfläche ist vorzugsweise Teil eines Stufenkolbens, welcher eine Druckverstärkung einer Ölkammer des Ölspeicherzylinders gegenüber einer vom Druckimpulsgenerator externen Druckquelle bewirkt. Die externe Druckquelle ist vorzugsweise das von der Motorölpumpe zum Druckimpulsgenerator hin transportierte Öl oder ein anderes Medium, d. h. ein Gas oder eine Flüssigkeit, welches eine Exergie aufweist. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Exergie des Mediums zum Beispiel über ein Steuergerät ermittelt wird. Beispielsweise wird über einen Sensor eine den Zustand des Mediums kennzeichnende Größe, beispielsweise eine Temperatur oder ein Druck, ermittelt und an das Steuergerät übertragen. Im Steuergerät wird die Größe in einem Datenverarbeitungsschritt mit Vergleichsdaten verarbeitet, vorzugsweise verglichen. Die Vergleichsdaten können im Steuergerät abgespeichert sein oder ein Einganssignal des Steuergerätes sein. Während des Datenverarbeitungsschrittes kann die Exergie des Mediums und der maximal erzeugbare Druckimpuls des Druckimpulsgenerators bestimmt werden. Es kann die Exergie des Mediums vor oder innerhalb des Ölspeicherzylinders ermittelt werden. Das Steuergerät kann die Beschleunigung der Kolbenfläche in Abhängigkeit der ermittelten Exergie des Mediums vor und/oder innerhalb des Ölspeicherzylinders steuern. Vorzugsweise ist die Stärke des Druckimpulses über das Steuergerät gesteuert.The method steps and / or methods described below can be carried out in a wide variety of different order and, above all, in combination with each of the other method steps or methods disclosed in this application. Preferably, in step a) of the method, the pressure pulse generator is supplied with an oil. This happens, for example, via a pump, which pumps the oil from an oil reservoir to the oil storage cylinder of the pressure pulse generator. The oil reservoir is for example either the oil pan of the lubricating oil supply system of the reciprocating engine itself or a separate oil tank. The pump may be the engine oil pump itself or a separate pump. Preferably, the oil is pumped from the oil pan of the lubricating oil supply system via the engine oil pump to the oil storage reservoir of the pressure pulse generator. An electrically operable valve arranged between the engine oil pump and the oil storage tank is controlled by a control unit so that the desired pressure is achieved in the oil storage tank. The pressure pulse is generated in the oil-filled oil storage cylinder via a piston surface, which is accelerated. The piston surface is preferably part of a stepped piston, which causes a pressure increase of an oil chamber of the oil storage cylinder relative to a pressure source external to the pressure source. The external pressure source is preferably the oil transported by the engine oil pump to the pressure pulse generator or another medium, ie a gas or a liquid which has an exergy. A further embodiment provides that the exergy of the medium is determined, for example, via a control unit. For example, a parameter characterizing the state of the medium, for example a temperature or a pressure, is determined via a sensor and transmitted to the control unit. In the control unit, the size is processed in a data processing step with comparison data, preferably compared. The comparison data can be stored in the control unit or be an input signal of the control unit. During the data processing step, the exergy of the medium and the maximum producible pressure pulse of the pressure pulse generator can be determined. It can be the exergy of the medium before or within the Oil storage cylinder can be determined. The control unit can control the acceleration of the piston surface as a function of the determined exergy of the medium before and / or within the oil storage cylinder. Preferably, the strength of the pressure pulse is controlled by the controller.
In einem Schritt b) kann beispielsweise der im Druckimpulsgenerator erzeugte Druckimpuls über eine Ölleitung und vorzugsweise ein Ventil hin zur Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine geleitet werden. Das Ventil ist als elektrisch betätigbares Ventil oder als einfaches Rückschlagventil ausgeführt. Von dort wird der Druckimpuls weiter zu einer Ölzufuhr des Ansteuermechanismus geleitet. In einem Schritt c) bewirkt in einer möglichen Ausführungsform innerhalb des Ansteuermechanismus der Druckimpuls die Bewegung eines beweglichen Elementes über eine durch den Druckimpuls generierte Ölströmung in einem Volumen des Ansteuermechanismus.In a step b), for example, the pressure pulse generated in the pressure pulse generator can be conducted via an oil line and preferably a valve to the crankshaft of the reciprocating piston engine. The valve is designed as an electrically actuated valve or as a simple check valve. From there, the pressure pulse is further directed to an oil supply of the drive mechanism. In a step c), in one possible embodiment within the drive mechanism, the pressure pulse causes the movement of a movable element via an oil flow generated by the pressure pulse in a volume of the drive mechanism.
In einem weiteren Schritt d) löst eine Bewegung eines beschleunigten Elementes oder eine durch eine Bewegung erreichte neue Stellung des Elementes in einer ersten Ausführung direkt über eine Mechanik ein Mechanismus aus. Der Mechanismus kann über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändern.In a further step d), a movement of an accelerated element or a new position of the element achieved by a movement in a first embodiment triggers a mechanism directly via a mechanism. The mechanism can change the compression ratio of a cylinder via the engine power of the reciprocating engine.
In einer zweiten Ausführung bewirkt eine Bewegung des Elementes das Ausprägen einer Ölströmung, welche die Druckverhältnisse innerhalb des Ansteuermechanismus ändert und somit die Bewegung eines anderen Elementes bewirkt. Die Bewegung eines derart beschleunigten Elementes oder eine durch die Bewegung erreichte neue Stellung dieses Elementes löst dann über eine Mechanik ein Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändert. In weiteren Ausführungen ist das Zusammenwirken von mehreren beweglichen Elementen, wie zum Beispiel auch Federn, Kugeln oder Hebelelemente, mit sich aufgrund der Bewegung von beweglichen Elementen in verschiedener Art ausprägenden Ölströmungen ausgenutzt, um einen Mechanismus auszulösen, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändert.In a second embodiment, movement of the element causes the formation of an oil flow which changes the pressure conditions within the drive mechanism and thus causes the movement of another element. The movement of such an accelerated element or a new position of this element achieved by the movement then triggers a mechanism via a mechanism, which changes the compression ratio of a cylinder via the engine forces of the reciprocating piston engine. In other embodiments, the interaction of a plurality of movable elements, such as springs, balls or lever elements, exploited with due to the movement of movable elements in different ways expressing oil flows to trigger a mechanism which the engine power of the reciprocating engine, the compression ratio of Cylinder changed.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis über den Ansteuermechanismus nur über eine einzige Ölzufuhr umgeschaltet wird mit folgendem zusätzlichen Schritt im Schritt c):
- c.1) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung durch einen ersten Druckimpuls, sowie den zusätzlich nachfolgenden Schritten:
- e) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus von der zweiten Stellung unter Umkehrung des Stellweges bevorzugt zu der ersten Stellung über einen zweiten Druckimpuls,
- f) Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die veränderte Stellung des Elementes und die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.
- c.1) changing the position of the movable element of the drive mechanism from a first position to a second position by a first pressure pulse, and the additional subsequent steps:
- e) changing the position of the movable element of the drive mechanism from the second position while reversing the travel preferably to the first position via a second pressure pulse,
- f) change of the compression ratio of the reciprocating engine by the changed position of the element and the engine power of the reciprocating engine.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Druckimpuls für die Ansteuerung eines einzelnen Ansteuermechanismus im Pleuel oder Kolben zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder über eine Ölverbindung von einem Teil der Kurbelwelle zu einem anderen Teil der Kurbelwelle gelangt. Das den Druckimpuls transportierende Öl tritt nur an einer Stelle der Kurbelwelle ein. Es gibt gemäß dieser Ausführung in der Kurbelwelle mindestens einen ölführenden Abschnitt, welcher vom Öl, welches vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus strömt, passiert werden muss. Ein solcher Abschnitt befindet sich gemäß einer weiteren Ausführung in einem Pleuel oder in einem Kolben der Hubkolbenmaschine.According to one embodiment, it is provided that the pressure pulse for the activation of a single control mechanism in the connecting rod or piston for changing a compression ratio in a cylinder passes via an oil connection from one part of the crankshaft to another part of the crankshaft. The pressure pulse transporting oil occurs only at one point of the crankshaft. There is according to this embodiment in the crankshaft at least one oil-carrying portion, which must be passed by the oil flowing from the pressure pulse generator to the drive mechanism. Such a section is according to another embodiment in a connecting rod or in a piston of the reciprocating engine.
Erreicht in einem Schritt c.1) oder in einem Schritt e) ein Druckimpuls den Ansteuermechanismus, wird beispielsweise im Ansteuermechanismus eine Ölströmung ausgebildet, welche den Druck auf einer Fläche eines beweglichen Elementes im Ansteuermechanismus verändert. In einer ersten Ausführung findet eine Druckerhöhung an einer Fläche eines beweglichen Elementes statt, welche das Element beschleunigt. In einer zweiten Ausführung findet eine Druckerniedrigung an einer Fläche eines beweglichen Elementes statt, welche das Element beschleunigt. In einem weiteren Schritt f) löst die Bewegung oder die nach der Bewegung eingenommene Stellung des beweglichen Elementes eine Verstellung weiterer Elemente im Ansteuermechanismus aus oder löst einen Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder verändert.Achieved in a step c.1) or in a step e) a pressure pulse, the drive mechanism, an oil flow is formed, for example, in the drive mechanism, which changes the pressure on a surface of a movable element in the drive mechanism. In a first embodiment, an increase in pressure takes place on a surface of a movable element, which accelerates the element. In a second embodiment, a decrease in pressure takes place on a surface of a movable element which accelerates the element. In a further step f), the movement or the position occupied by the movement of the movable element triggers an adjustment of further elements in the drive mechanism or triggers a mechanism which changes the compression ratio in a cylinder via the engine forces of the reciprocating piston engine.
Vorzugsweise wird eine veränderte Stellung eines ersten beweglichen Elementes mit Hilfe einer Feder arretiert. Dabei drückt die Feder dieses erste Element auf ein anderes zweites Element, welches mindestens zwei zueinander im Winkel stehende Flächen aufweist. Die einzelnen Flächen dieses zweiten Elementes sind vorzugsweise auch abgerundet. In einer vorteilhaften Ausführung hat das erste Element eine Fläche, welche teilweise zur Fläche des zweiten Elementes komplementär ist. Bei Berührung des ersten Elementes mit dem zweiten Element entsteht durch die Berührung der zueinander komplementären Flächen eine Arretierung, welche die Beweglichkeit des ersten beweglichen Elementes hemmt oder komplett einschränkt. In einer bevorzugten Ausführung ist das zweite Element auch beweglich. In einer weiteren Ausführung wird das zweite Element über die Einwirkung des den Ansteuermechanismus erreichenden Druckimpulses bewegt. Über die veränderte Stellung des arretierten beweglichen Elementes wird die Lage oder die Geometrie des ölaufnehmenden Volumens des Ansteuermechanismus verändert. Das auf diese Art veränderbare Volumen des Ansteuermechanismus bewirkt, dass ein den Ansteuermechanismus erreichender Druckimpuls oder mehrere den Ansteuermechanismus zeitlich nacheinander erreichende Druckimpulse eine gegenüber einem zuvor den Ansteuermechanismus erreichenden Druckimpuls veränderte Ölströmung im Ansteuermechanismus verursachen. Somit lassen sich im Ansteuermechanismus über das Aussenden von Druckimpulsen vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus mehrere unterschiedliche Ölströmungen realisieren. Diese unterschiedlichen Ölströmungen verursachen über unterschiedliche Druckverteilungen an beweglichen und festen Elementen des Ansteuermechanismus unterschiedliche Kräfte. Vorzugsweise ist der Ansteuermechanismus so gestaltet, dass eine erste Ölströmung eine erste Bewegung eines Elementes von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung und eine zweite Ölströmung eine zweite Bewegung dieses Elementes von der zweiten Stellung zumindest in Richtung zu der ersten Stellung zurück bewirkt. Dies setzt vorraus, dass das bewegliche Element in einer ersten Stellung bzw. in einer zweiten Stellung arretiert oder durch einen Druck gehalten ist. Die Arretierung bzw. die Halterung durch den Druck löst sich, beispielsweise sobald sich eine erste bzw. eine zweite Ölströmung im Ansteuermechanismus einstellt.Preferably, a changed position of a first movable member is locked by means of a spring. In this case, the spring presses this first element on another second element, which has at least two mutually angled surfaces. The individual surfaces of this second element are preferably also rounded. In an advantageous embodiment, the first element has a surface which is partially complementary to the surface of the second element. Upon contact of the first element with the second element is formed by the contact of the mutually complementary surfaces of a lock, which inhibits the mobility of the first movable member or completely restricts. In a preferred embodiment, the second element is also movable. In a further embodiment, the second element is moved by the action of the pressure pulse reaching the drive mechanism. About the changed position of the locked movable member, the position or the geometry of the oil-absorbing volume of the drive mechanism is changed. The thus variable volume of the drive mechanism causes a pressure pulse reaching the drive mechanism or a plurality of pressure pulses successively reaching the drive mechanism to cause a change in oil flow in the drive mechanism relative to a pressure pulse previously reaching the drive mechanism. Thus, several different oil flows can be realized in the control mechanism via the emission of pressure pulses from the pressure pulse generator to the drive mechanism. These different oil flows cause different forces via different pressure distributions on movable and fixed elements of the drive mechanism. Preferably, the drive mechanism is configured such that a first oil flow causes a first movement of an element from a first position to a second position and a second oil flow causes a second movement of that element from the second position at least towards the first position. This assumes that the movable element is locked in a first position or in a second position or held by a pressure. The lock or the holder by the pressure dissolves, for example, as soon as a first or a second oil flow in the drive mechanism sets.
Über das oben beschriebene Verfahren lässt sich über das Aussenden von Druckimpulsen vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus ein Hin- und Herbewegen eines Elementes bewirken. Dieses Hin- und Herbewegen eines Elementes löst ein Hin- und Herbewegen eines mit dem Ansteuermechanismus mechanisch in Verbindung stehenden Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder zu einem Wert hin zu einem anderen verändert.By means of the method described above, the emission of pressure pulses from the pressure pulse generator to the activation mechanism can cause the element to move back and forth. This reciprocal movement of an element triggers reciprocation of a mechanism mechanically connected to the drive mechanism, which changes the compression ratio in a cylinder over the engine forces of the reciprocating piston to one value to another.
Gemäß einem weiteren Gedanken wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Zylinders einer Hubkolbenmaschine unabhängig von den Ansteuermechanismen der anderen Zylinder der Hubkolbenmaschine angesteuert wird mit folgendem zusätzlichen Schritt vor dem Schritt a):
- 0) Speicherung einer Ölmenge in dem Druckimpulsgenerator, welche bevorzugt zwei bis dreimal so groß ist wie die Ölmenge, welche für ein einfaches Umschalten aller Zylinder der Hubkolbenmaschine von einem ersten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zu einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt wird, sowie den nachfolgenden Schritten nach dem Schritt d):
- g) Messung des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders durch ein Steuergerät,
- h) Vergleich des gemessenen Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder gegenüber einem Sollverdichtungsverhältnis in diesem Zylinder,
- i) Wiederholung der Ansteuerung des Ansteuermechanismus zum Steuern des veränderbaren Verdichtungsverhältnisses in diesem Zylinder, falls die Abweichung des gemessenen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem Sollverdichtungsverhältnis außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt.
- 0) storage of an amount of oil in the pressure pulse generator, which is preferably two to three times as large as the amount of oil which is required for a simple switching all cylinders of the reciprocating engine from a first compression ratio of the reciprocating engine to a second different from the first compression ratio of the reciprocating engine, and the subsequent steps after step d):
- g) measurement of the compression ratio of a single cylinder by a control unit,
- h) comparison of the measured compression ratio in the cylinder against a target compression ratio in this cylinder,
- i) Repetition of the control of the drive mechanism for controlling the variable compression ratio in this cylinder, if the deviation of the measured compression ratio from the target compression ratio is outside a predefined tolerance range.
Die im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte können ergänzend substituierend zu den bisher beschriebenen Schritten durchgeführt werden.The method steps described below can be carried out in addition to substituting the previously described steps.
In einem Schritt wird ein Verdichtungsverhältnis eines einzelnen Zylinders durch das Steuergerät vorzugsweise über ein an das Steuergerät angeschlossenen Sensor ermittelt. In einem weiteren Korrekturschritt kann die Ansteuerung des Ansteuermechanismus zum Steuern eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses in diesem Zylinder wiederholt werden. Der Korrekturschritt wird durchgeführt, falls die Abweichung des gemessenen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem Sollverdichtungsverhältnis außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt.In one step, a compression ratio of a single cylinder is determined by the control unit, preferably via a sensor connected to the control unit. In another correction step, the drive of the drive mechanism for controlling a variable compression ratio in this cylinder may be repeated. The correction step is performed if the deviation of the measured compression ratio from the target compression ratio is outside a predefined tolerance range.
Gemäß dieses Verfahrens ist ein Verstellen eines Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders über die separate Ansteuerung eines einzelnen Ansteuermechanismus unabhängig von den Ansteuermechanismen der übrigen Zylinder innerhalb der Hubkolbenmaschine realisiert. Dabei ist jedem einzelnen Ansteuermechanismus eines Zylinders ein einzelnes Ventil zugeordnet. Ein solches Ventil ist über ein Steuergerät steuerbar. Weiterhin wird in dem Druckimpulsgenerator eine Vorratsölmenge gespeichert, welche zwei bis dreimal so groß ist wie die Ölmenge, welche für ein einfaches Umschalten aller Zylinder der Hubkolbenmaschine von einem ersten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zu einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt wird. Durch ein Speichern einer Vorratsölmenge im Ölspeicherzylinder ist ein Ansteuern der Ansteuermechanismen der Zylinder mehrmals hintereinander möglich, ohne dass der Ölspeicherzylinder wiederbefüllt werden muss. Somit ist auch ein schnelles Korrigieren des Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder möglich.According to this method, adjusting a compression ratio of a single cylinder via the separate driving of a single driving mechanism is realized independently of the driving mechanisms of the remaining cylinders within the reciprocating engine. Each individual control mechanism of a cylinder is assigned a single valve. Such a valve can be controlled via a control unit. Furthermore, stored in the pressure pulse generator is a storage oil amount which is two to three times as large as the amount of oil required for easy switching of all cylinders of the reciprocating engine from a first compression ratio of the reciprocating engine to a second different from the first compression ratio of the reciprocating engine. By storing a storage oil quantity in the oil storage cylinder, it is possible to control the activation mechanisms of the cylinders several times in succession without the oil storage cylinder having to be refilled. Thus, also a quick correction of the compression ratio in a cylinder is possible.
Wird in einem Zylinder ein Verdichtungsverhältnis gemessen, welches von einem gewünschten Verdichtungsverhältnis um einen in einem Steuergerät hinterlegten Wert abweicht, so wird der Ansteuermechanismus in diesem Zylinder über mindestens einen Druckimpuls über das Durchschalten des Ventils ansgesteuert. Das gemessene von dem Sollwert abweichende Verdichtungsverhältnis wird dadurch korrigiert. Das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders wird zum Beispiel mit Hilfe von gemessen thermodynamischen Größen vorzugsweise in jedem Auslasskanal eines jeden Zylinders oder auch innerhalb des Zylinders gemessen. Es wird beispielsweise ein Lambdawert, eine Konzentration eines Gases im Abgas oder ein Zylinderinnendruck für jeden Zylinder gemessen. Anschließend werden die jeweiligen gemessenen Werte der einzelnen Zylinder miteinander verglichen. Vorzugsweise werden die gemessenen Lambdawerte der Lambdasonden der einzelnen Zylinder verglichen. Der Vergleich der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, und/oder eine weitere Auswertung der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, mit Hilfe von gespeicherten Motordaten ordnet den einzelnen Zylindern einzelne jeweilige Verdichtungsverhältnisse zu. If a compression ratio, which deviates from a desired compression ratio by a value stored in a control unit, is measured in a cylinder, the activation mechanism in this cylinder is actuated via at least one pressure pulse by switching the valve through. The measured compression ratio deviating from the desired value is thereby corrected. The compression ratio of each individual cylinder is measured, for example, by means of measured thermodynamic variables, preferably in each outlet channel of each cylinder or also inside the cylinder. For example, a lambda value, a concentration of a gas in the exhaust gas or an in-cylinder pressure are measured for each cylinder. Subsequently, the respective measured values of the individual cylinders are compared with each other. The measured lambda values of the lambda probes of the individual cylinders are preferably compared. The comparison of the measured values, preferably the lambda values, and / or a further evaluation of the measured values, preferably the lambda values, with the aid of stored engine data assigns individual compression ratios to the individual cylinders.
In einer weiteren Ausführung ist auch ein schnelles Hin- und Herschalten des Verdichtungsverhältnisses aller Zylinder möglich, sofern der befüllte Ölspeicherzylinder die dafür erforderliche Ölmenge speichern kann. Dieses schnelle Hin- und Herschalten aller Zylinder ist vor allem bei einer gering beschleunigten Fahrt auf der Autobahn gefolgt von einem Überholvorgang mit einer starken Beschleunigung und einem anschließenden ruhigen Fahren mit geringer Beschleunigung gewünscht.In a further embodiment, a rapid switching back and forth of the compression ratio of all cylinders is possible, provided that the filled oil storage cylinder can store the required amount of oil. This quick toggling of all cylinders is especially desired for a low-speed ride on the highway followed by an overtaking operation with a strong acceleration and then quiet driving with low acceleration.
Gemäß einem weiteren Gedanken ist ein Verfahren vorgesehen, mit welchem in einem Abgassystem, vorzugsweise in einem Auslasskanal eines Zylinders eine thermodynamische Größe, vorzugsweise ein Luftmengenverhältnis, gemessen wird. In Abhängigkeit des gemessenen Wertes der thermodynamischen Größe von einem Vergleichswert wird die Höhe und Dauer des Druckimpulses, welcher vom Druckimpulsgenerator erzeugt wird, verändert.According to a further idea, a method is provided with which a thermodynamic variable, preferably an air quantity ratio, is measured in an exhaust system, preferably in an outlet channel of a cylinder. Depending on the measured value of the thermodynamic variable of a comparison value, the height and duration of the pressure pulse, which is generated by the pressure pulse generator, changed.
Dieses Verfahren eignet sich bei der Applikation des Ansteuermechanismus, wenn der Ansteuermechanismus am Pleuel oder Kolben montiert ist. Je nach der Länge der Ölverbindungen in und vor der Hubkolbenmaschine ergeben sich unterschiedliche Druckverluste des Druckimpulses. Über eine Variation der Höhe oder der Länge der Druckimpulse, welche von dem Druckimpulsgenerator generiert werden, kann ein solcher Druckverlust ausgeglichen werden. Der Betrag des Druckimpulses, welcher den Ansteuermechanismus erreicht, kann zum Beispiel mit Hilfe dieses Verfahrens auch bei unterschiedlicher Gestaltung der Hubkolbenmaschine in etwa gleich sein, d. h. beispielsweise um etwa nur 0,5 bar je nach Gestaltung der Hubkolbenmaschine abweichen. Weiterhin ermöglicht dieses Verfahren bei normalem Betrieb der Hubkolbenmaschine eine Anpassung an die Temperatur und die Viskosität des Öles, mit welchem der Ansteuermechanismus gesteuert ist. Auch eine Anpassung an die im Verlauf der Benutzung der Hubkolbenmaschine auftretende Erniedrigung der Federsteifigkeit der Feder ist mit diesem Verfahren möglich.This method is useful in the application of the drive mechanism when the drive mechanism is mounted on the connecting rod or piston. Depending on the length of the oil connections in and before the reciprocating engine, different pressure losses of the pressure pulse result. By varying the height or the length of the pressure pulses generated by the pressure pulse generator, such a pressure loss can be compensated. The amount of the pressure pulse, which reaches the drive mechanism, can be approximately the same, for example, by means of this method, even with different design of the reciprocating engine, d. H. For example, differ by only about 0.5 bar depending on the design of the reciprocating engine. Furthermore, this method allows during normal operation of the reciprocating engine to adapt to the temperature and the viscosity of the oil, with which the drive mechanism is controlled. An adaptation to the occurring in the course of use of the reciprocating engine lowering the spring stiffness of the spring is possible with this method.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens sieht vor kleine Massen an das bewegliche Element zu befestigen. Auf diese Weise kann eine Auslegung des Ansteuermechanismus im eingebauten Zustand erfolgen.Another embodiment of the method provides for attaching small masses to the movable element. In this way, a design of the drive mechanism in the installed state take place.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Druckimpulsgenerator die Druckimpulse auf pneumatisch-hydraulischer Art erzeugt werden. Dabei ist ein Ölspeicherzylinder mit einer Ölkammer und einer damit mechanisch verbunden Luftkammer vorgesehen. Der Öldruck in der Ölkammer wird über eine Beschleunigung und dadurch ausgelöste Bewegung eines Kolbens, welcher mit der Ölkammer in direkter Verbindung steht realisiert. Die Beschleunigung des Kolbens erfolgt über eine Kolbenstange, welche den Kolben des Ölspeicherzylinders mit einem Kolben einer von dem Ölspeicherzylinder durch eine Rollmembran abgedichteten Luftkammer verbindet. Der Kolben der Luftkammer wird über einen Druckanstieg in der Luftkammer beschleunigt. Der Druckanstieg in der Luftkammer erfolgt über das Aufschalten eines Luftdruckes, welcher in einem mit der Luftkammer verbundenen Druckluftbehälter herrscht. Der Luftdruck in dem Luftdruckbehälter wird von einem Kompressor erzeugt, welcher über einen Räder- oder Riementrieb mit der Hubkolbenmaschine verbunden ist oder über einen Elektromotor angetrieben wird.According to a further embodiment of the method, it is provided that the pressure pulses are generated in a pneumatic-hydraulic manner in the pressure pulse generator. In this case, an oil storage cylinder with an oil chamber and a mechanically connected air chamber is provided. The oil pressure in the oil chamber is realized by an acceleration and thereby triggered movement of a piston, which is in direct communication with the oil chamber. The acceleration of the piston via a piston rod which connects the piston of the oil storage cylinder with a piston of a sealed from the oil storage cylinder by a rolling diaphragm air chamber. The piston of the air chamber is accelerated by a pressure increase in the air chamber. The pressure rise in the air chamber via the switching on of an air pressure, which prevails in a connected to the air chamber compressed air tank. The air pressure in the air pressure vessel is generated by a compressor, which is connected via a wheel or belt drive with the reciprocating engine or driven by an electric motor.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die folgenden Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Ansteuermechanismus sowie mehrere Ausführungsbeispiele eines Druckimpulsgenerators und eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus. Die an den einzelnen Figuren hervorgehenden Einzelheiten und Merkmale sind jedoch nicht auf diese jeweilige Figur beschränkt. Vielmehr können ein oder mehr Merkmale mit einem oder mehr Merkmalen aus verschiedenen Figuren wie auch mit aus der obigen Beschreibung hervorgehenden Merkmalen zu neuen Ausgestaltungen verknüpft werden. Insbesondere dienen die nachfolgenden Ausführungen nicht als Beschränkungen des jeweiligen Schutzbereiches, sondern erläutern einzelne Merkmale sowie ihr mögliches Zusammenwirken untereinander.Further advantageous embodiments and developments will become apparent from the following figures. The following figures show an embodiment of a drive mechanism and several embodiments of a pressure pulse generator and an oil supply system of a drive mechanism. However, the details and features of the individual figures are not limited to this particular figure. Rather, one or more features may be linked to new features with one or more features from different figures as well as features resulting from the above description. In particular, the following statements do not serve as limitations of the respective scope, but explain individual features and their possible interaction with each other.
Es zeigen:Show it:
Zur Ausführung einer Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine wird im Umfang dieser Offenbarung auf den vollständigen Inhalt der
Aus
Die Funktionsweise des zweiten Pleuels
Der Ansteuermechanismus
Die linke Bildhälfte von
Gemäß der Beschreibung der
Gelangt über die Ölzufuhr
Über die Kopplung des Schaltelementes
Erreicht ein zweiter Druckimpuls
Sobald sich das erste Element
Befindet sich das erste bewegliche Element
Der Druckimpulsgenerator
Die Motorölpumpe
Der Druckimpulsgenerator
Wird nun ein Druckimpuls
Der Druckimpuls
Das aus
Im Unterschied zu dem aus
Die aus
Die aus
Eine Fehlschaltung wird detektiert, indem das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders indirekt bestimmt wird und das so bestimmte Verdichtungsverhältnis vor dem Erzeugen eines Druckimpulses
Die aus
Die aus
Die aus
Wird nun ein Druckimpuls
Der Stufenkolben
Der Druckimpuls
Weiterhin zeigt
In einer speziellen Ausführungsform ist die Betätigung des hydraulischen Wegeventils
Bei einer Ausführungsform, bei welcher die Betätigung des hydraulischen Wegeventils
Bei einer zweistufigen Betriebsweise einer variablen Triebwerkskomponente, wie zum Beispiel eines Pleuel mit veränderbarer effektiver Länge, kann der Schalter folgendermaßen gestaltet werden: In einer ersten Ausführungsform wird ein Ventil mit niedrigem Druck beaufschlagt. Dabei ist eine Freilaufrichtung des Exzenters in Richtung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses bewirkt. In einer zweiten Ausführungsform kann eine Freilaufrichtung des Exzenters in Richtung eines hohen Verdichtungsverhältnisses bewirkt sein.In a two-stage operation of a variable engine component, such as a variable length effective connecting rod, the switch may be configured as follows: In a first embodiment, a valve is pressurized to a low pressure. In this case, a freewheeling direction of the eccentric is effected in the direction of a low compression ratio. In a second embodiment, a freewheeling direction of the eccentric can be effected in the direction of a high compression ratio.
Unter der Annahme, dass die Druckölleitung mit dem Pleuellager verbunden ist, muss zur Betätigung der Versorgungsöldruck am Hauptlager und damit der Druck am Austritt der Ölpumpe variiert werden. Der Motor soll üblicherweise nur in Betriebszuständen hoher Last mit niedriger Verdichtung betrieben werden. Die zweite Variante hat den Vorteil, dass der Motor bei hoher Last mit angehobenem Öldruck betrieben werden muss. Die damit einhergehende höhere Ölpumpenantriebsleistung führt bei hoher Last nur zu einem geringfügigen Anstieg der Gesamtmotorreibung und ist aus Wirkungsgradüberlegungen zu bevorzugen.Assuming that the pressure oil line is connected to the connecting rod bearing, the supply oil pressure at the main bearing and thus the pressure at the outlet of the oil pump must be varied to operate. The engine should usually be operated only in high load, low compression modes. The second variant has the advantage that the engine must be operated at high load with raised oil pressure. The associated higher oil pump drive power only leads to a slight increase in the total engine friction at high load and is to be preferred for efficiency considerations.
Eine weitere Ausführungsform weist einen hydraulisch dynamischen Schalter auf. Der dynamisch hydraulische Schalter ist so gestaltet, dass er eine bistabile Betriebsweise ermöglicht. Zur Änderung einer Schalterstellung braucht der Öldruck nur kuzzeitig angehoben bzw. abgesenkt werden. Vorzugsweise reagiert der Schalter auf kurzzeitige Druckanhebungen. Eine mögliche Ausführungsform eines hydraulisch dynamischen Schalters ist in
Im Folgenden wird vor allem eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Betätigung des Schaltelmentes
In
Alternativ zu einer Anlenkung mittels eines Exzenters könnte die Wandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung auch mittels eines Ritzels und einer Zahnstange realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit des Antriebes der Kurvenscheibeneinheit wäre ein stirnseitiger Antrieb mittels eines Linearaktuators. Als Antrieb geeignet sind Elektromotoren, vorzugsweise mit einem Untersetzungsgetriebe, die auch in anderen Stellen am Verbrennungsmotor verbaut werden zum Beispiel als Aktuatoren für Wastegate-Klappen an Abgasturboladern, am Drallklappen und/oder an Abgasrückführventilen.As an alternative to an articulation by means of an eccentric, the conversion of the rotational movement into a translatory movement could also be realized by means of a pinion and a toothed rack. Another possibility of driving the cam unit would be an end-side drive by means of a linear actuator. Suitable drives are electric motors, preferably with a reduction gear, which are installed in other places on the engine, for example, as actuators for wastegate flaps on turbochargers, the swirl flaps and / or exhaust gas recirculation valves.
Alternativ zum Elektromotor könnte die Hubbewegung auch auf direktem Weg mit Hilfe eines Magnetaktuators erzeugt werden, zum Beispiel mittels eines Aktuators, der in ähnlicher Form an elektromagnetischen Ventiltrieben eingesetzt wird. Der Magnetaktuator hätte den Vorteil einer sehr schnellen Betätigung. Somit wäre es möglich die Kurvenscheibeneinheit innerhalb einer Motorumdrehung oder noch schneller vollständig zu verfahren.As an alternative to the electric motor, the lifting movement could also be generated directly by means of a magnetic actuator, for example by means of an actuator which is used in a similar form to electromagnetic valve trains. The Magnetaktuator would have the advantage of a very fast operation. Thus, it would be possible to complete the cam unit within one motor revolution or even faster.
Eine weitere Möglichkeit des Antriebes der Kurvenscheibeneinheit wäre mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators, vorzugsweise mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Linearzylinders. Beim hydraulischen Antrieb konnte der notwendige von der Motorölpumpe erzeugt werden. Beim pneumatischen Antrieb wäre konnte der Saugrohrunterdruck verwendet werden. Dieser stünde jedoch nur im Bereich der Teillast zur Verfügung. Wenn man den Pneumatikzylinder an eine Vakuumpumpe anschließen würde, stünde die pneumatische Energie nahezu unabhängig von der Motorlast zur Verfügung. Als weitere Möglichkeit konnte der Ladedruck zur Betätigung genutzt werden.Another possibility of driving the cam unit would be by means of a hydraulic or pneumatic actuator, preferably by means of a hydraulic or pneumatic linear cylinder. With the hydraulic drive, the necessary could be generated by the engine oil pump. With the pneumatic drive, the intake manifold vacuum could be used. However, this would only be available in the area of partial load. If you were to connect the pneumatic cylinder to a vacuum pump, the pneumatic energy would be available almost independently of the engine load. As another option, the boost pressure could be used for actuation.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Gesamthub des Schaltelement
In
Um eine möglichst geringe Kurvenscheibentoleranzreserve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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