DE102016207015A1 - Crank drive for a reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ein Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, besteht aus einem Pleuel (1) der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagerauge (4) angeordnetes Pleuellager (24) auf einem Kurbelzapfen (5) einer Kurbelwelle (6) gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist. Weiterhin ist ein Schaltventil (29) zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung vorgesehen, das zur Umschaltung in eine seiner Schaltstellungen über einen vom Pleuellager (24) ausgehenden, im Pleuel (1) verlaufenden Fluidkanal (30) hydraulisch mit einem unterschiedliche Steuerdrücke (pM, pmax und pRes) aufweisenden Druckmittelstrom beaufschlagbar ist. Dabei ist das Pleuellager (24) über zumindest eine Ölaustrittsbohrung (36) des Kurbelzapfens (5), über innerhalb von Kurbelwangen der Kurbelwelle (6) verlaufende Ölführungen (34) und über ein Hauptlager mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden. dabei soll zwischen der Ölaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) eine Einrichtung (37) vorgesehen sein, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens (5) und des Pleuels (1), in der eine Ölsäule in den Ölführungen (34) und im Fluidkanal (30) Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom innerhalb des Fluidkanals (30) oder zwischen der Ölaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) sperroder drosselbar ist.A crank mechanism for a reciprocating internal combustion engine, the cylinder units are associated with adjusting means for varying the compression ratio consists of a connecting rod (1) of the respective cylinder unit, which via a in a connecting rod bearing eye (4) arranged connecting rod bearing (24) on a crank pin (5) of a crankshaft ( 6) is mounted and by means of the adjusting device in its effective length at least two stages adjustable. Furthermore, a switching valve (29) for the hydraulic actuation of the adjusting device is provided, which for switching to one of its switching positions via a conrod bearing (24) outgoing, in the connecting rod (1) extending fluid channel (30) hydraulically with a different control pressures (pM, pmax and pRes) having pressure medium flow can be acted upon. In this case, the connecting rod bearing (24) is connected via at least one oil outlet bore (36) of the crank pin (5), via oil guides (34) running within crank webs of the crankshaft (6) and via a main bearing to an oil gallery of the reciprocating internal combustion engine. It should be provided between the oil outlet bore (36) and the fluid channel (30) means (37) with the during a movement phase of the crank pin (5) and the connecting rod (1), in which an oil column in the oil passages (34) and in the fluid channel (30) is subjected to acceleration forces, the pressure medium flow within the fluid channel (30) or between the oil outlet bore (36) and the fluid channel (30) can be throttled throttled.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, mit einem Pleuel der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagerauge angeordnetes Pleuellager auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, und mit einem Schaltventil zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung, wobei das Schaltventil zur Umschaltung in eine seiner Schaltstellungen über einen vom Pleuellager ausgehenden, im Pleuel verlaufenden Fluidkanal hydraulisch mit einem unterschiedliche Steuerdrücke aufweisenden Druckmittelstrom beaufschlagbar ist und wobei das Pleuellager über zumindest eine Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens, über innerhalb der Kurbelwelle verlaufende Ölführungen und über ein Hauptlager mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist. The invention relates to a crank mechanism for a reciprocating internal combustion engine, the cylinder units are assigned actuating means for varying the compression ratio, with a connecting rod of the respective cylinder unit, which is mounted on a crankpin of a crankshaft via a connecting rod bearing arranged in a connecting rod bearing eye and by means of the adjusting device in its effective length at least two-stage is adjustable, and with a switching valve for hydraulic actuation of the adjusting device, wherein the switching valve for switching to one of its switching positions via a conrod bearing outgoing, extending in the connecting rod fluid channel hydraulically with a different control pressures having pressure medium flow is acted upon and wherein the connecting rod bearing via at least one oil outlet bore of the crankpin, about running inside the crankshaft oil ducts and a main bearing with an oil gallery of Hubkolbenbrennkraftmasch ine connected.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels, die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenterkörper, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenterkörper verbinden, aufweist wobei die Stelleinrichtung über ein Schaltventil verstellbar ist, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist.Furthermore, the invention also relates to a connecting rod for a reciprocating internal combustion engine with adjustable compression ratio, which is adjustable in two stages to adjust the compression ratio in its effective length, with at least one hydraulic adjusting device for adjusting the effective length of the connecting rod, the at least one in a piston-side connecting rod of the Pleuels arranged eccentric body, at least two acted upon by a hydraulic fluid pressure chambers of support cylinders, in each of which a control piston is displaceably guided, and at least two piston rods, each having an actuating piston with the eccentric body, wherein the actuating device is adjustable via a switching valve whose control chamber via a fluid channel is connected to a connecting rod bearing of the connecting rod.
Stand der TechnikState of the art
Das Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet ein Verhältnis eines Volumens des gesamten Zylinderraumes zu einem Volumen des Kompressionsraumes. Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Hubkolbenbrennkraftmaschine lässt sich durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erzielen, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Bei einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ist allerdings zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit der Erhöhung im Volllastbetrieb die Klopfneigung der betreffenden Zylindereinheiten zunimmt. Das Klopfen wird durch eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches hervorgerufen.The compression ratio ε of a reciprocating internal combustion engine denotes a ratio of a volume of the entire cylinder space to a volume of the compression space. An increase in the efficiency of the reciprocating internal combustion engine can be achieved by increasing the compression ratio, resulting in a total reduction in fuel consumption at the same power of the reciprocating internal combustion engine results. When increasing the compression ratio, however, it must be taken into account that in spark-ignited reciprocating internal combustion engines with the increase in full-load operation, the tendency to knock of the relevant cylinder units increases. The knocking is caused by an uncontrolled self-ignition of the fuel-air mixture.
Im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, könnte hingegen das Verdichtungsverhältnis zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert aber, dass es insgesamt zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben. Je nach Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine müsste daher das Verdichtungsverhältnis entsprechend angepasst, also verändert werden.In part-load operation, in which the charge is lower, however, the compression ratio could be increased to improve the corresponding partial load efficiency, without thereby the aforementioned knocking would occur. As a result, however, that it is altogether expedient to operate the reciprocating internal combustion engine in part-load operation with a relatively high compression ratio and in full-load operation with a reduced compression ratio compared to this. Depending on the operation of the reciprocating internal combustion engine, therefore, the compression ratio would have to be adjusted accordingly, so be changed.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist im Übrigen besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die mit der Aufladung erzielten Ladedruck insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Incidentally, a change in the compression ratio is particularly advantageous for supercharged reciprocating internal combustion engines with spark ignition, since in this case a low compression ratio is predetermined with regard to the charge pressure achieved with the charge, the compression increasing to improve the thermodynamic efficiency in unfavorable regions of a corresponding engine characteristic is.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.In addition, it is possible to change the compression ratio generally depending on other operating parameters of the reciprocating internal combustion engine, such as. of driving conditions of the motor vehicle, operating points of the internal combustion engine, signals of a knock sensor, exhaust gas values, etc.
Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen Exzenter verstellt wird, der innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordneten. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantelfläche vom Pleuelauge aufgenommen, während eine exzentrisch zur Längsmittelachse des Pleuelauges verlaufende Bohrung des Exzenters als Kolbenbolzenlager zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dient.Among other things, devices are known from the state of the art in which the compression ratio is adjusted via an eccentric, which is arranged within a connecting rod eye of the connecting rod. This eccentric is received on its outer circumferential surface of the connecting rod, while an eccentric to the longitudinal center axis of the connecting rod bore extending bore of the eccentric serves as a piston pin bearing for receiving a piston pin.
Eine Verstellung des Exzenters durch dessen Verdrehung erfolgt durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Lastkräfte, die aus den Massen- und Gaskräften resultieren. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist dabei zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die beiden Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter wirkenden Kräfte auftreten kann, vermieden werden. Die Verstellung des Exzenters in die jeweiligen Drehlagen wird über ein als Wegeventil ausgebildetes Schaltventil gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils ein Schaltventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.An adjustment of the eccentric by the rotation thereof is effected by the engine forces occurring in the cylinder unit between the connecting rod on the one hand and the piston pin or the crank pin on the other hand, ie load forces resulting from the mass and gas forces. In the working cycle of the cylinder unit, the acting forces change continuously. It is expedient to connect the eccentric with two actuating pistons, which attack on this to its rotation and support via tabs. Thus, the rotary motion can be supported by the two adjusting pistons and a provision of the eccentric, which can occur due to the forces acting on the eccentric with different directions of force, can be avoided. The adjustment of the eccentric in the respective rotary positions is controlled by a switching valve designed as a directional control valve, so that each cylinder unit of the reciprocating internal combustion engine is assigned in each case a switching valve, via which the compression ratio of the cylinder unit is set.
Ein Pleuel, das gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert sein soll, ist aus der
Das Schaltventil besteht aus einem in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber und einem den Steuerschieber aufnehmenden Ventilgehäuse, welches seinerseits in einer im Pleuel ausgebildeten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Der Steuerschieber ist in einer durch das Ventilgehäuse gebildeten, zylindrischen Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordnet und über einen mit einem Steueranschluss verbundenen Steuerraum an einer ersten axial gerichteten Stirnfläche mit einem hydraulischen Steuerdruck eines innerhalb des Pleuels verlaufenden Fluidkanals beaufschlagbar. Des Weiteren weist das Schaltventil eine Rückstellfeder auf, mit der eine von der ersten axial gerichteten Stirnfläche abgewandte zweite axial gerichtete Stirnfläche des Ventilschiebers mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist. The switching valve consists of a movable in two different switching positions spool and the spool receiving valve housing, which in turn is arranged in a receiving bore formed in the connecting rod. The spool is arranged longitudinally displaceably in a cylindrical housing bore formed by the valve housing and can be acted upon by a control chamber connected to a control port at a first axially directed end face with a hydraulic control pressure of a fluid channel extending within the connecting rod. Furthermore, the switching valve has a return spring, with which a second axially directed end face of the valve slide facing away from the first axially directed end face can be acted upon by a restoring force.
Aus einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine wird das Pleuellager mit Motoröl versorgt, wobei eine das Motoröl fördernde Hydraulikpumpe in ihrem Fördervolumen verstellbar ist. Dadurch wird dem Fluidkanal erzeugte Steuerdruck variiert, woraus eine Längsverschiebung des Ventilschiebers in seine unterschiedlichen Schaltstellungen resultiert.From an oil gallery of reciprocating internal combustion engine, the connecting rod bearing is supplied with engine oil, wherein a motor oil promoting hydraulic pump is adjustable in its delivery volume. As a result, the control valve pressure generated is varied, resulting in a longitudinal displacement of the valve spool in its different switching positions.
Dabei besteht das Problem, dass pulsierende Öldruckschwankungen in dem Fluidkanal und somit im Steuerraum zu unkontrollierbaren Fehlschaltungen des Schaltventils führen. Diese Öldruckschwankungen resultieren aus den auf die Ölsäule der Steuerleitung wirkenden Fliehkräften, die mit zunehmender Motordrehzahl ebenfalls ansteigen. Eine Amplitude der Druckschwankungen nimmt quadratisch mit der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu. There is the problem that pulsating oil pressure fluctuations in the fluid channel and thus in the control chamber lead to uncontrollable faulty switching of the switching valve. These oil pressure fluctuations result from the forces acting on the oil column of the control line centrifugal forces, which also increase with increasing engine speed. An amplitude of the pressure fluctuations increases quadratically with the rotational speed of the reciprocating internal combustion engine.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuerung für ein Schaltventil der gattungsgemäßen Stelleinrichtung zu schaffen, bei der verhindert wird, dass die in der Steuerleitung und im Steuerraum auftretenden Druckschwankungen, die durch die oszillierende Bewegung des Pleuels und die Kurbelbewegungen des Kurbelzapfens hervorgerufen werden, zu Fehlschaltungen des Schaltventils führen.The object of the invention is to provide a hydraulic control for a switching valve of the generic adjusting device, in which prevents the occurring in the control line and the control chamber pressure fluctuations, which are caused by the oscillating movement of the connecting rod and the crank movements of the crank pin to Faulty switching of the switching valve lead.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.This object is solved by the
Zur Vermeidung derartiger Fehlschaltung des Schaltventils soll erfindungsgemäß zwischen der Ölaustrittsbohrung und dem Fluidkanal eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens und des Pleuels, in der eine Ölsäule in den Ölführungen und im Fluidkanal Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom innerhalb der Fluidbohrung oder zwischen der Ölaustrittsbohrung sperr- oder drosselbar ist.To avoid such malfunction of the switching valve to be provided according to the invention between the oil outlet bore and the fluid channel means with which during a movement phase of the crank pin and the connecting rod, in which an oil column in the oil passages and in the fluid channel is subjected to acceleration forces, the pressure medium flow within the fluid bore or between the oil outlet bore can be blocked or throttled.
Bei einem Kurbelradius des Kurbeltriebs von RCrank = 56,3 mm und einem Kurbelzapfendurchmesser D = 64,0 mm liegen die bis zur Ölaustrittsöffnung auftretenden Druckänderungen bei einer Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine 4.000 U/min zwischen –0,7 und +4,7 bar, betragen also ∆p = 5,4 bar. Zusätzlich wirken sich die Fliehkräfte auf die Ölsäule des Fluidkanals aus. Bei einem Abstand einer Längsmittelachse der Aufnahmebohrung des Schaltventils vom pleuellagerseitigen Ende des Fluidkanals, der beispielsweise nur 23,0 mm beträgt, und bei einer ebenfalls 4.000 U/min betragenden Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine liegen die Druckänderungen zwischen pmax = 1,9 bar und pmin = 1,9 bar, also ∆p = 3,8 bar.With a crank radius of the crank mechanism of R Crank = 56.3 mm and a crank pin diameter D = 64.0 mm, the pressure changes occurring at the oil outlet opening at a speed of the reciprocating internal combustion engine 4,000 U / min are between -0.7 and +4.7 bar, So be Δp = 5.4 bar. In addition, the centrifugal forces affect the oil column of the fluid channel. At a distance of a longitudinal center axis of the receiving bore of the switching valve from the connecting rod end of the fluid channel, which is for example only 23.0 mm, and at a likewise 4000 revolutions amount of the reciprocating internal combustion engine, the pressure changes between p max = 1.9 bar and p min = 1.9 bar, ie Δp = 3.8 bar.
Daher wird erfindungsgemäß verhindert, dass die positiven und negativen Druckspitzen des oszillatorisch variierten Steuerdrucks, die insbesondere im hohen Drehzahlbereich in einem großen Druckschwankungsbereich liegen, auf den Steuerraum des Schaltventils übertragen werden. In Bewegungsphasen des Kurbelzapfens und somit des Pleuels, in denen hohe Beschleunigungskräfte auf das Druckmittel in der Ölführung der Kurbelwangen und im Fluidkanal wirken, soll letzterer gesperrt oder dessen Verbindung mit der Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens unterbrochen sein. Therefore, the invention prevents that the positive and negative pressure peaks of the oscillatory varied control pressure, especially in the high speed range in a large Pressure fluctuation range are transferred to the control chamber of the switching valve. In movement phases of the crank pin and thus of the connecting rod, in which high acceleration forces act on the pressure medium in the oil guide of the crank webs and the fluid channel, the latter should be blocked or its connection to the oil outlet bore of the crank pin to be interrupted.
Die hohen Beschleunigungskräfte treten insbesondere bei Erreichen des oberen und des unteren Totpunkts sowie unmittelbar vor und nach Erreichen dieses Drehwinkels der Kurbelwelle auf. Durch die Sperrung des Fluidkanals oder seiner Verbindung zur Ölaustrittsbohrung wird verhindert, dass Druckpulsationen im Fluidkanal zu Fehlschaltungen des Schaltventils führen.The high acceleration forces occur in particular when reaching the upper and lower dead center and immediately before and after reaching this angle of rotation of the crankshaft. The blocking of the fluid channel or its connection to the oil outlet bore prevents pressure pulsations in the fluid channel from leading to faulty switching of the switching valve.
Demgegenüber weist die Anordnung des mit einer Stelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer entsprechenden Zylindereinheit versehenen Pleuels auf einem Kurbelzapfen nach der
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll die Einrichtung als drehwinkelabhängige Verbindung zwischen Ölaustrittsbohrung und Fluidkanal ausgebildet sein. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass die Sperrung des Übertritts zwischen Ölaustrittsbohrung und Fluidkanal nur während einer positiven Druckänderung des Steuerdruckes erfolgt. Wenn die durch das oszillierende Ölvolumen der Ölführungen, der Ölaustrittsbohrung und des Fluidkanals im Steuerraum des Schaltventils auftretenden unterschiedlichen Drücke in einem Koordinatensystem über dem jeweiligen Kurbelwinkel der Kurbelwelle aufgetragen werden, so ergibt sich insgesamt ein sinusförmiger Kurvenverlauf, dessen Amplitude sich mit zunehmender Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine ebenfalls vergrößert. Dabei gibt es Abschnitte dieses Kurvenverlaufs, in denen allerdings nur geringfügige Druckschwankungen auftreten. Gemäß der vorgenannten Lösung soll nur in diesen Bereichen geringer Druckschwankungen eine Verbindung zwischen der Ölaustrittsbohrung und dem Fluidkanal hergestellt sein.According to an advantageous embodiment of the invention, the device should be designed as a rotation angle-dependent connection between the oil outlet bore and the fluid channel. It is further provided that the blocking of the transition between the oil outlet bore and the fluid channel takes place only during a positive pressure change of the control pressure. If the different pressures occurring due to the oscillating oil volume of the oil passages, the oil outlet bore and the fluid channel in the control chamber of the switching valve are plotted in a coordinate system above the respective crank angle of the crankshaft, the overall result is a sinusoidal curve whose amplitude also increases with increasing speed of the reciprocating internal combustion engine increased. There are sections of this curve, in which, however, only slight pressure fluctuations occur. According to the aforementioned solution, a connection between the oil outlet bore and the fluid channel should be made only in these areas of low pressure fluctuations.
In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorgesehen, dass die Ölaustrittsbohrung derart in dem Kurbelzapfen angeordnet sind, dass sie ausschließlich innerhalb einer Phase, in der sich der Kurbelzapfen im Bereich eines unteren Totpunkts befindet, mit dem Fluidkanal des Pleuels verbunden ist. Bezogen auf eine Nulllinie der Druckschwankungen ergibt sich, selbst bei relativ hohen Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine von etwa 5000 Umdrehungen/min eine verhältnismäßig geringe negative Druckreduzierung im Fluidkanal. Daher ist es zweckmäßig, in dieser Phase, in der keine Druckänderung oder eine negative Druckänderung erfolgt, die Ölaustrittsbohrung mit dem Fluidkanal zu verbinden. Bezogen auf den Kurbelwinkel der Kurbelwelle kann es sich hierbei um eine Phase von deren Drehbewegung handeln, die zwischen 150° und 230° liegt, wenn der untere Totpunkt mit 180° angenommen wird.In this context, it is further provided that the oil outlet bore are arranged in the crank pin, that it is only connected to the fluid channel of the connecting rod within a phase in which the crank pin is in the region of a bottom dead center. Based on a zero line of the pressure fluctuations results, even at relatively high speeds of the reciprocating internal combustion engine of about 5000 revolutions / min a relatively small negative pressure reduction in the fluid channel. Therefore, it is expedient to connect the oil outlet bore with the fluid channel in this phase in which no pressure change or a negative pressure change occurs. Based on the crank angle of the crankshaft, this may be a phase of its rotational movement, which is between 150 ° and 230 °, when the bottom dead center is assumed to be 180 °.
In weiterer Ausgestaltung dieser Ausbildung soll in einer Innenmantelfläche des Pleuellagers zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Nutabschnitt vorgesehen sein, über den die Ölaustrittsbohrung innerhalb zumindest eines Kurbelwinkelbereichs der Kurbelwelle mit dem Fluidkanal verbunden ist. Dabei weist das durch Gleitlagerschalen gebildete Pleuellager den in Umfangsrichtung verlaufende Nutabschnitt auf, der während einer Umdrehung des Kurbelzapfens nur über einen begrenzten Kurbelwinkel mit der Ölaustrittsbohrung in Überdeckung gelangt, so dass nur in dieser Phase Druckmittel aus der Kurbelwelle in den Fluidkanal gelangen kann. Dabei ist auch von Vorteil, wenn das Schaltventil, bezogen auf eine Längserstreckung des Pleuels, mit möglichst geringem Abstand zum Pleuellagerauge angeordnet ist, so dass der Fluidkanal nur ein geringes Ölvolumen aufnimmt und dieses nur geringe Druckschwankungen bewirkt. Im Übrigen ist in den Lagerschalen des Pleuellagers eine in Umfangsrichtung versetzte Ölversorgungsnut vorgesehen, über die die Stelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses über Ölzulaufleitungen mit Druckmittel versorgt wird und das eventuell auch mit einem Rücklauf des Schaltventils verbunden ist.In a further embodiment of this embodiment, at least one groove section extending in the circumferential direction is intended to be provided in an inner lateral surface of the connecting rod bearing, via which the oil outlet bore is connected to the fluid channel within at least one crank angle range of the crankshaft. In this case, the connecting rod bearing formed by plain bearing shells on extending in the circumferential direction groove portion which passes during a revolution of the crank pin only over a limited crank angle with the oil outlet hole in coverage, so that only in this phase pressure fluid from the crankshaft can get into the fluid channel. It is also advantageous if the switching valve, based on a longitudinal extension of the connecting rod, is arranged with the smallest possible distance to Pleuellagerauge so that the fluid channel receives only a small volume of oil and this causes only small pressure fluctuations. Incidentally, a circumferentially offset Ölversorgungsnut is provided in the bearing shells of the connecting rod bearing, via which the adjusting device is supplied to change the compression ratio via oil supply lines with pressure medium and possibly also connected to a return of the switching valve.
Weiterhin ist alternativ zu vorgenannten Lösungen, bei denen in einem bestimmten Bereich des Kurbelwinkels eine entsprechende Sperrung der Druckmittelübertragung erfolgt, vorgesehen, dass die Einrichtung als fliehkraftbetätigtes Sperrventil ausgebildet ist. Dabei kann es sich um ein Sperrventil handeln, dessen Sperrkörper ab einer vorgegebenen Fliehkraft, die beispielsweise in Richtung des oberen Totpunkts der Zylindereinheit gerichtet ist, den Fluidkanal sperrt. Ein entsprechendes Sperrventil kann beispielsweise auch dem Steuerraum des Schaltventils unmittelbar vorgeordnet sein.Furthermore, as an alternative to the aforementioned solutions, in which a corresponding blocking of the pressure medium transmission takes place in a certain range of the crank angle, provision is made for the device to be designed as a centrifugal force-actuated shut-off valve. It may be a check valve, the blocking body blocks the fluid channel from a predetermined centrifugal force, which is directed for example in the direction of top dead center of the cylinder unit. A corresponding check valve may for example also be arranged directly upstream of the control chamber of the switching valve.
Bei dem Schaltventil für eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Druckmittelbeaufschlagung über einen Kurbeltrieb kann außerdem vorgesehen sein, dass dessen Steuerschieber ausschließlich durch unterschiedliche Steuerdrücke im Zusammenwirken mit einer Rückstellfeder des Schaltventils in seine beiden Schaltstellungen verschoben und in diesen gehalten wird. Bei diesen Steuerdrücken kann es sich um einen normalen Motoröldruck, einen gegenüber diesem erhöhten Steuerdruck sowie einem gegenüber dem Motoröldruck reduzierten Resetdruck handeln. Das Schaltventil weist somit einen in einer Gehäusebohrung längsverschiebbaren, in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber auf, der mit einer ersten und einer zweiten Steuerkante versehen ist und dessen eine Stirnfläche mit der Kraft einer Rückstellfeder beaufschlagt wird. Die Rückstellfeder bewegt den Steuerschieber in eine erste Schaltstellung und hält ihn in dieser, solange der Steuerdruck dem Resetdruck oder dem Motoröldruck entspricht. Über zwei unterschiedliche Steuerdrücke ist der Steuerschieber aus dieser ersten in eine zweite Schaltstellung bewegbar. Eine Umschaltung des Schaltventils aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung erfolgt dadurch, dass im Steuerraum des Schaltventils der Resetdruck herrscht. Folglich werden erfindungsgemäß die gesamten Umschaltvorgänge des Schaltventils und die Positionierung des Steuerschiebers in seinen Einstellungen ausschließlich hydraulisch durchgeführt. In the switching valve for a change in the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with a pressure medium via a crank mechanism can also be provided that its spool is moved only by different control pressures in cooperation with a return spring of the switching valve in its two switching positions and held in this. These control pressures may be a normal engine oil pressure, a higher control pressure than this, and a lower reset pressure than the engine oil pressure. The switching valve thus has a longitudinally displaceable in a housing bore, movable in two different switching positions spool, which is provided with a first and a second control edge and whose one end face is acted upon by the force of a return spring. The return spring moves the spool to a first shift position and holds it there as long as the control pressure is equal to the reset pressure or the engine oil pressure. About two different control pressures of the spool is movable from this first to a second switching position. A switching of the switching valve from the second switching position to the first switching position is effected in that the reset pressure prevails in the control chamber of the switching valve. Consequently, according to the invention, the entire switching operations of the switching valve and the positioning of the spool in its settings are performed exclusively hydraulically.
Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Lösung in kurzen Intervallen jeweils eine Resetfunktion durchgeführt, so dass die Stellungen sämtlicher Schaltventile und folglich sämtlicher Verstellvorrichtungen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine selbsttätig synchronisiert werden. Diese Resetfunktion kommt bei jeder Umschaltung des Schaltventils aus seiner zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung aufgrund eines gegenüber dem Betriebsdruck pM abgesenkten Resetdruck pRes zustande, durch den sämtliche Schaltventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels der Rückstellfedern in ihre definierte Endposition bewegt werden.In addition, in the solution according to the invention, in each case a reset function is carried out at short intervals, so that the positions of all switching valves and consequently of all adjusting devices of a reciprocating internal combustion engine are automatically synchronized. This reset function comes with each switching of the switching valve from its second switching position to the first switching position due to a relation to the operating pressure p M lowered reset pressure p Res state , are moved by the all switching valves of the reciprocating internal combustion engine by means of the return springs in their defined end position.
Dabei ist es von großer Bedeutung zu verhindern, dass in der Fluidleitung und somit im Steuerraum durch das oszillierende Ölvolumen Druckpulsationen mit einer großen Amplitude auftreten. Daher ist im Bereich des Austritts der Ölaustrittsbohrung und dem Eintritt in den Fluidkanal eine Einrichtung vorgesehen, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens und des Pleuels, in der eine Ölsäule in den Ölführungen und im Fluidkanal Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom sperr- oder drosselbar ist. Die Einrichtung ist dabei vorzugsweise als drehwinkelabhängige Verbindung zwischen der Ölaustrittsbohrung und dem Fluidkanal ausgebildet.It is of great importance to prevent pressure pulsations with a large amplitude from occurring in the fluid line and thus in the control chamber as a result of the oscillating oil volume. Therefore, in the region of the outlet of the oil outlet bore and the inlet into the fluid channel, a device is provided, with which during a movement phase of the crank pin and the connecting rod, in which an oil column in the oil passages and in the fluid channel is subjected to acceleration forces, the pressure medium flow is blocked or throttled , The device is preferably designed as a rotation angle-dependent connection between the oil outlet bore and the fluid channel.
Schließlich soll ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels versehen sein. Die Stelleinrichtung weist einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenterkörper, zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und zwei Kolbenstangen auf, wobei die Kolbenstangen jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenterkörper verbinden. Weiterhin ist die Stelleinrichtung über ein Schaltventil verstellbar, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist. Innerhalb des Fluidkanals oder zwischen einer Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens soll in der vorstehend erläuterten Weise eine Einrichtung angeordnet und ausgebildet sein.Finally, a connecting rod for a reciprocating internal combustion engine with adjustable compression ratio, which is at least two-stage adjustable to adjust the compression ratio in its effective length, to be provided with a hydraulic adjusting device for adjusting the effective length of the connecting rod. The adjusting device has an eccentric body arranged in a piston-side connecting rod eye of the connecting rod, two pressure chambers of supporting cylinders in which an actuating piston is displaceably guided, and two piston rods, the piston rods each connecting an actuating piston to the eccentric body. Furthermore, the adjusting device is adjustable via a switching valve whose control chamber is connected via a fluid channel with a connecting rod bearing of the connecting rod. Within the fluid channel or between an oil outlet bore of the crank pin, a device should be arranged and formed in the manner explained above.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken.The invention is not limited to the specified combination of the features of the independent claims with the dependent claims. In addition, there are further possibilities of combining individual features, in particular if they result from the patent claims, the following description of the exemplary embodiment or directly from the figures. In addition, the reference of the claims to the figures by the use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims to the illustrated embodiment.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:To further explain the invention, reference is made to the figures, in which an embodiment of the invention is shown in simplified form. Show it:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In den
An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil
Der Exzenterkörper
Die Stellkolben
Weiterhin geht von jedem der Druckräume
Eine in ihrem Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe, die vorzugsweise auch als Schmierölpumpe der Hubkolbenbrennkraftmaschine dient, fördert danach das als Hydraulikflüssigkeit dienende Schmieröl über eine Ölgalerie in das Hauptlager und über die in der
Aus den
Zu diesem Zweck geht der Fluidkanal
In der
Die
Die gleichen Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine sind in dem Diagramm nach der
In der
Innerhalb des Kopfteils
An einer Innenmantelfläche
Das Innenelement
Neben den Steueranschlüssen
Die Rückstellfeder
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Pleuel pleuel
- 22
- Pleueloberteil Pleueloberteil
- 33
- Pleuelunterteil Pleuelunterteil
- 44
- Pleuellagerauge Pleuellagerauge
- 55
- Kurbelzapfen crank pin
- 66
- Kurbelwelle crankshaft
- 77
-
Wellenzapfen von
6 Shaft journal of6 - 88th
- Pleuelauge connecting rod
- 99
- Exzenterkörper eccentric
- 1010
- Kolbenbolzen piston pin
- 1111
- Kolbenbolzenlager Piston pin bearing
- 1212
- Exzenterhebel Cam
- 1313
- Lasche flap
- 1414
- Lasche flap
- 1515
- Kolbenstange piston rod
- 1616
- Kolbenstange piston rod
- 1717
- Stellkolben actuating piston
- 1818
- Stellkolben actuating piston
- 1919
- Bolzen bolt
- 2020
- Zylinderbohrung bore
- 2121
- Zylinderbohrung bore
- 2222
- Druckraum pressure chamber
- 2323
- Druckraum pressure chamber
- 2424
- Pleuellager connecting rod bearing
- 2525
- Ölzulaufleitung Oil supply line
- 2626
- Ölzulaufleitung Oil supply line
- 2727
- Ölrücklaufleitung Oil return line
- 2828
- Ölrücklaufleitung Oil return line
- 2929
- Schaltventil switching valve
- 3030
- Fluidkanal fluid channel
- 3131
- Rückschlagventil check valve
- 3232
- Rückschlagventil check valve
- 3333
- Öleintrittsbohrung Oil inlet bore
- 3434
-
Ölführung in
6 Oil guide in6 - 3535
- Kurbelwange crank web
- 3636
- Ölaustrittsbohrung Oil outlet bore
- 3737
- Einrichtung zum Sperren eines Druckmittelstromes Device for blocking a pressure medium flow
- 3838
-
erster Nutabschnitt in
24 first groove section in24 - 3939
-
zweiter Nutabschnitt in
24 second groove section in24 - 4040
- Rücklauf returns
- 4141
-
Außengehäuse von
29 Outer casing of29 - 4242
-
hohlzylindrischer Abschnitt von
41 hollow cylindrical section of41 - 4343
-
Kopfteil von
41 Headboard of41 - 4444
- Gehäusebohrung housing bore
- 4545
- Steuerschieber spool
- 4646
- Steueranschlüsse control connections
- 4747
-
erste Stirnfläche von
45 first face of45 - 4848
- Rückstellfeder Return spring
- 4949
-
zweite Stirnfläche von
45 second face of45 - 5050
-
kreisförmiger Teilbereich von
49 circular section of49 - 5151
-
zylindrische Ausnehmung von
45 cylindrical recess of45 - 5252
-
kreisringförmiger Teilbereich von
49 annular portion of49 - 5353
- zweite Steuerkante second control edge
- 5454
-
Innenmantelfläche von
51 Inner lateral surface of51 - 5555
- Innenelement inner element
- 5656
-
Außenmantelfläche von
55 Outer jacket surface of55 - 5757
- Vorsteuerventileinheit Pilot valve unit
- 5858
-
Längsbohrung von
55 Longitudinal drilling of55 - 5959
-
Boden von
51 Ground of51 - 6060
-
Radialbohrungen in
55 Radial bores in55 - 6161
- Ringraum annulus
- 6262
-
Umfangsnut von
46 Circumferential groove of46 - 6363
- Bohrungsabschnitt bore section
- 6464
- Bohrungsabschnitt bore section
- 6565
- Ölablaufbohrung Oil drain hole
- 6666
- erster Arbeitsanschluss first work connection
- 6767
- zweiter Arbeitsanschluss second work connection
- 6868
-
erste Steuerkante von
45 first control edge of45 - 6969
-
Querbohrung von
45 Cross hole of45 - 7070
-
Umfangsnut in
45 Circumferential groove in45 - 7171
-
Außenmantelfläche von
45 Outer jacket surface of45 - 7272
- Federteller spring plate
- 7373
-
Ansatz von
72 Approach of72 - 7474
- Federraum spring chamber
- 7575
- Nut groove
- 7676
- Nut groove
- 7777
- Nut groove
- pM p M
- Betriebsdruck operating pressure
- pmax p max
- erhöhter Steuerdruck increased control pressure
- pRes p Res
- Resetdruck reset pressure
- A A
-
Kurvenverlauf bei n = 1.000 U/min ohne Einrichtung
37 Curve at n = 1,000 rpm withoutequipment 37 - BB
-
Kurvenverlauf bei n = 3.000 U/min ohne Einrichtung
37 Curve course at n = 3,000 rpm withoutdevice 37 - CC
-
Kurvenverlauf bei n = 5.000 U/min ohne Einrichtung
37 Curve at n = 5,000 rpm withoutequipment 37 - A‘A '
-
Kurvenverlauf bei n = 1.000 U/min mit Einrichtung
37 Curve course at n = 1,000 rpm withdevice 37 - B‘B '
-
Kurvenverlauf bei n = 3.000 U/min mit Einrichtung
37 Curve at n = 3,000 rpm withsetup 37 - C‘C '
-
Kurvenverlauf bei n = 5.000 U/min mit Einrichtung
37 Curve at n = 5,000 rpm withsetup 37
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014220175 A1 [0009, 0019] DE 102014220175 A1 [0009, 0019]
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2017
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