DE102016207504A1 - Connecting rod with a hydraulically controlled switching valve - Google Patents

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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange (1), die ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil (2) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor umfasst, wobei die Pleuelstange (1) ferner eine Gaskraftstützkammer (3) und eine Massenkraftstützkammer (4) umfasst, wobei ein in der Gaskraftstützkammer (3) angeordneter erster Kolben (5) durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer (4) angeordneter zweiter Kolben (6) durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind, wobei die Gaskraft und die Massenkraft über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel (7) ausgebildeten Exzenters (8) in die Gaskraftstützkammer (3) und die Massenkraftstützkammer (4) einleitbar sind, wobei ferner das Schaltventil (2) mit der Gaskraftstützkammer (3) über eine Gaskraftfluidleitung (9) und mit der Massenkraftstützkammer (4) über eine Massenkraftfluidleitung (10) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden ist.The invention relates to a connecting rod (1) comprising a hydraulically controlled switching valve (2) for varying a compression ratio for an internal combustion engine, wherein the connecting rod (1) further comprises a gas power supporting chamber (3) and a mass force supporting chamber (4), wherein in the Gas force support chamber (3) arranged first piston (5) by a gas force and in the mass force support chamber (4) arranged second piston (6) are axially displaceable by a mass force, wherein the gas force and the inertia force via a rotational movement of an eccentric lever (7) the eccentric (8) into the gas power support chamber (3) and the mass force support chamber (4) are introduced, further wherein the switching valve (2) with the gas power support chamber (3) via a gas force fluid line (9) and the mass force support chamber (4) via a mass power fluid line ( 10) is connected to change the compression ratio.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange, die ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor umfasst.The invention relates to a connecting rod, which comprises a hydraulically actuated switching valve for changing a compression ratio for an internal combustion engine.

Aus der DE 102 55 299 A1 geht ein Pleuel zur Verwendung an einer Hubkolbenmaschine mit veränderbar einstellbarem Verdichtungsverhältnis hervor. Der Pleuel umfasst eine Pleuelstange, die an einem Ende ein Hubzapfenlagerauge und am anderen Ende ein Kolbenbolzenlagerauge aufweist, mit dem ein Kolben über einen Kolbenbolzen verbindbar ist, der mit seiner Bolzenachse unter einer Exzentrizität exzentrisch zur Achse des Kolbenbolzenlagerauges in einem Exzenterring gelagert ist, der um einen vorgegebenen Schwenkbereich frei hin und her drehbar im Kolbenbolzenlagerauge gelagert ist. Ferner sind an der Pleuelstange Verriegelungsmittel zur wahlweisen Fixierung des Exzenterringes in der einen oder anderen Endstellung des Schwenkbereichs gelagert, wobei der Pleuel von außen über ein Einwirkelement einer Aktuatoreinrichtung betätigbare Stellmittel aufweist, die mit den Verriegelungsmitteln in Wirkverbindung stehen.From the DE 102 55 299 A1 is a connecting rod for use on a reciprocating engine with variable adjustable compression ratio. The connecting rod comprises a connecting rod having at one end a Hubzapfenlagerauge and at the other end a Kolbenbolzenlagerauge with which a piston is connectable via a piston pin, which is mounted with its pin axis eccentric eccentric to the axis of the Kolbenbolzenlagerauges in an eccentric ring to the a predetermined pivoting range is freely rotatably mounted back and forth in the piston pin bearing eye. Furthermore, locking means for selectively fixing the eccentric ring in one or the other end position of the pivoting area are mounted on the connecting rod, wherein the connecting rod from the outside via an active element of an actuator means operable actuating means which are in operative connection with the locking means.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion und die Ausbildung einer Pleuelstange mit einem Schaltventil zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zu verbessern.It is an object of the present invention to improve the function and design of a connecting rod with a switching valve for varying the compression ratio.

Die erfindungsgemäße Pleuelstange umfasst ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor, wobei die Pleuelstange ferner eine Gaskraftstützkammer und eine Massenkraftstützkammer umfasst, wobei ein in der Gaskraftstützkammer angeordneter erster Kolben durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer angeordneter zweiter Kolben durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind, wobei die Gaskraft und die Massenkraft über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel ausgebildeten Exzenters in die Gaskraftstützkammer und die Massenkraftstützkammer einleitbar ist, wobei ferner das Schaltventil mit der Gaskraftstützkammer über eine Gaskraftfluidleitung und mit der Massenkraftstützkammer über eine Massenkraftfluidleitung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden ist. Das Schaltventil wird über die wirkenden Gas- und Massenkräfte bei unterschiedlichen Lastpunkten des Verbrennungsmotors betätigt. Diese Gas- und Massenkräfte bewirken einen Druckaufbau in der Gaskraftstützkammer und der Massenkraftstützkammer des Pleuels und somit einen lastabhängigen Druck auf das Schaltventil. Aufgrund der Schaltung des Schaltventils mittels der Gas- und Massenkräfte, ist eine Betätigung des Schaltventils nicht zwingend durch eine externe Ölpumpe durchzuführen. Durch den Verzicht auf eine Ölpumpe ist die Zeitverzögerung für das Schalten geringer. Die Ölpumpe muss nicht zuerst ein Signal zum Umschalten erhalten und das Öl durch die Leitungen drücken.The connecting rod according to the present invention comprises a hydraulically driven switching valve for varying a compression ratio for an internal combustion engine, the connecting rod further comprising a gas force supporting chamber and a mass force supporting chamber, wherein a first piston disposed in the gas power supporting chamber axially by a gas force and a second piston disposed in the mass force supporting chamber by a mass force wherein the gas force and the mass force can be introduced into the gas power support chamber and the mass force support chamber via a rotational movement of an eccentric formed on an eccentric lever, further connected to the gas power support chamber via a gas force fluid line and to the mass force support chamber via a mass force fluid line for varying the compression ratio , The switching valve is actuated by the acting gas and mass forces at different load points of the internal combustion engine. These gas and mass forces cause a pressure build-up in the gas power support chamber and the mass force support chamber of the connecting rod and thus a load-dependent pressure on the switching valve. Due to the switching of the switching valve by means of the gas and mass forces, an actuation of the switching valve is not necessarily carried out by an external oil pump. By dispensing with an oil pump, the time delay for switching is lower. The oil pump need not first receive a signal to switch and push the oil through the lines.

Im vorliegenden Fall soll das Schaltventil vorzugsweise im Rahmen einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis einer Zylindereinheit ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes. Das Verdichtungsverhältnis von Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird erhöht, um deren Wirkungsgrad zu steigern, was zur Folge hat, dass der Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine reduziert wird. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt. In the present case, the switching valve should preferably be used in the context of a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine. The compression ratio of a cylinder unit is the ratio of the volume of the entire cylinder space to the volume of the compression space. The compression ratio of reciprocating internal combustion engines is increased to increase their efficiency, with the result that the fuel consumption is reduced with the same power of the reciprocating internal combustion engine. However, it should be noted that in spark-ignited reciprocating internal combustion engines with an increase in the compression ratio in full load operation, the tendency to knock increases.

Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.The knocking is an uncontrolled self-ignition of the fuel-air mixture. On the other hand, in the partial load operation in which the charge is lower, the compression ratio may be increased to improve the corresponding partial load efficiency without the aforementioned knocking occurring. As a result, it is 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.

Die Ansteuerung des Schaltventils erfolgt durch einen Druckanstieg des Fluides in einem der beiden Stützkammern. Dieser Druckanstieg resultiert aufgrund der wirkenden Gas- beziehungsweise Massenkraft an einem Motorkolben und der Übersetzung dieser Kraft anhand eines Exzenters mittels eines Exzenterhebels in eine jeweilige Stützstange. Bevorzugt wird das Schaltventil durch die Stützkammer mit der höheren Last angesteuert, da sich bei diesem ein höherer Fluiddruck ausbildet. In dem vorliegenden Fall ist dies die Stützkammer, auf die die Gaskraft bevorzugt Einfluss hat, mit anderen Worten die Gaskraftstützkammer. The control of the switching valve is effected by a pressure increase of the fluid in one of the two support chambers. This pressure increase results due to the acting gas or inertial force on a motor piston and the translation of this force by means of an eccentric by means of an eccentric lever in a respective support rod. Preferably, the switching valve is driven by the support chamber with the higher load, as this forms a higher fluid pressure. In the present case, this is the support chamber on which the gas force preferably influences, in other words, the gas force support chamber.

Der Moment der Krafteinleitung ist relativ kurz, da diese nur an einem bestimmten Kurbelwinkel in einer Rotationsbewegung des Exzenters eintritt und nicht kontinuierlich über einen gesamten Kurbelwinkelbereich wirkt. Aufgrund der Krafteinleitung wird in der Gaskraftstützkammer ein Druck auf das Fluid aufgebaut. Dieser Fluiddruck in der Gaskraftstützkammer kann das Schaltventil betätigen. Der kurze aber sich durch die Rotation des Exzenters kontinuierlich wiederholende Druck muss durch eine entsprechende Trägheit eines Ventilschiebers im Schaltventil, insbesondere einer Ventilschiebermasse und einer Ölsäulenmasse, ausgeglichen werden, damit eine Schaltung möglich ist, da das Schaltventil einen Druck über einen bestimmten Zeitraum benötigt. Bei geringen Drehzahlen ist die Zeit des Kraftstoßes verglichen mit der Gesamtzeit der Umdrehung des Exzenters sehr kurz. Je höher die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, umso kürzer ist die Zeit des Kraftstoßes. Der Ventilschieber des Schaltventils befindet sich während der Krafteinleitung in einer ersten Schaltposition und kann aufgrund einer geringen Leckage einer entsprechenden Druckfeder und der Trägheit der Ölsäulenmasse bzw. der Schaltventilmasse nicht nach Wegnahme der Kraft wieder in seine Grundposition fallen. Hinzu kommt, dass ein darauffolgendes Kraftmaximum in einem so kleinen Abstand wieder auf die Gaskraftstützkammer drückt, sodass der Schieber wieder in seine Schaltposition gedrückt wird. Erst wenn das Kraftmaximum einen Wert unterhalb eines Schaltdrucks annimmt, kann der Ventilschieber in seine Grundposition fahren.The moment of introduction of force is relatively short, since it only occurs at a certain crank angle in a rotational movement of the eccentric and does not act continuously over an entire crank angle range. Due to the introduction of force, pressure is built up on the fluid in the gas power support chamber. This fluid pressure in the gas power supporting chamber can actuate the switching valve. The short but continuously repeated by the rotation of the eccentric pressure must by a corresponding inertia of a valve spool in Switching valve, in particular a valve spool mass and an oil column mass, are balanced so that a circuit is possible because the switching valve requires a pressure over a period of time. At low speeds, the time of the impulse is very short compared to the total time of the rotation of the eccentric. The higher the speed of the internal combustion engine, the shorter the time of the impact. The valve spool of the switching valve is located during the introduction of force in a first switching position and can not fall back to its basic position due to a small leakage of a corresponding compression spring and the inertia of the oil column mass or the switching valve mass after removal of the force. In addition, a subsequent maximum force at such a small distance again presses on the gas force support chamber, so that the slider is pushed back into its switching position. Only when the force maximum assumes a value below a switching pressure, the valve spool can move to its home position.

Vorzugsweise ist das Schaltventil senkrecht in der Pleuelstange angeordnet. Dies ist vorteilhaft für einen platzsparenden Einbau des Schaltventils in der Pleuelstange. Das Schaltventil ist zwischen der Öl-Zufuhrleitung und der Gaskraft- beziehungsweise der Massenkraftfluidleitung zwischengeschaltet.Preferably, the switching valve is arranged vertically in the connecting rod. This is advantageous for a space-saving installation of the switching valve in the connecting rod. The switching valve is interposed between the oil supply line and the gas-force and the mass-flow fluid line, respectively.

Bevorzugt ist an der Gaskraftstützkammer und an der Massenkraftstützkammer ein jeweiliges Rückschlagventil koaxial und axial benachbart zur jeweiligen Kammer angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Rückschlagventil für die Gaskraftstützkammer und das zweite Rückschlagventil für die Massenkraftstützkammer vorgesehen. Das jeweilige Rückschlagventil ist dazu vorgesehen, das Öl daran zu hindern, durch den erzeugten Druck in der Gaskraftstützkammer beziehungsweise der Massenkraftstützkammer zurück in die Öl-Zufuhrleitung gedrückt zu werden. Preferably, a respective check valve is arranged coaxially and axially adjacent to the respective chamber on the gas power support chamber and on the mass force support chamber. In other words, a check valve for the gas power support chamber and the second check valve for the mass force support chamber is provided. The respective check valve is provided to prevent the oil from being forced back into the oil supply line by the generated pressure in the gas power support chamber or the mass force support chamber.

Ferner bevorzugt ist das Schaltventil über die Gaskraftstützkammer betätigbar. Die Gaskraft ist gegenüber der Massenkraft die maßgebliche einwirkende Kraft am Verbrennungsmotor. Die Gaskraft ist drehzahlunabhängig und hat ein höheres Maximum, wohingegen die Massenkraft drehzahlabhängig ist. Bei geringer Drehzahl hat die Massenkraft praktisch keinen Einfluss auf den Verbrennungsmotor. Mit steigender Drehzahl bei gleichbleibender Gaskraft, steigt der Einfluss der Massenkraft auf den Verbrennungsmotor an. Jedoch hat eine steigende Drehzahl höhere Lasten und somit höhere Temperaturen zur Folge, wodurch es zu ungewollten Selbstzündungen kommen kann.Further preferably, the switching valve via the gas power support chamber is actuated. The gas force is the decisive force acting on the internal combustion engine compared to the mass force. The gas power is speed independent and has a higher maximum, whereas the mass force is speed dependent. At low speed, the mass force has virtually no influence on the internal combustion engine. As the speed increases while the gas force remains the same, the influence of the mass force on the internal combustion engine increases. However, an increasing speed results in higher loads and thus higher temperatures, which can lead to unwanted auto-ignition.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the single figure. The single FIGURE shows a schematic representation of the connecting rod according to the invention for an internal combustion engine with an adjustable compression ratio.

Gemäß der einzigen Figur umfasst eine erfindungsgemäße Pleuelstange 1 ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil 2 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen – hier nicht dargestellten – Verbrennungsmotor. Die Pleuelstange 1 umfasst ferner eine Gaskraftstützkammer 3 und eine Massenkraftstützkammer 4, wobei ein in der Gaskraftstützkammer 3 angeordneter erster Kolben 5 durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer 4 angeordneter zweiter Kolben 6 durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind. Die Gaskraft und die Massenkraft sind über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel 7 ausgebildeten Exzenters 8 in die Gaskraftstützkammer 3 und die Massenkraftstützkammer 4 einleitbar. Ferner ist das Schaltventil 2 mit der Gaskraftstützkammer 3 über eine Gaskraftfluidleitung 9 und mit der Massenkraftstützkammer 4 über eine Massenkraftfluidleitung 10 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden. Das Schaltventil 2 ist senkrecht in der Pleuelstange 1 angeordnet. An der Gaskraftstützkammer 3 und an der Massenkraftstützkammer 4 ist ein jeweiliges Rückschlagventil 11 koaxial und axial benachbart zur jeweiligen Kammer 3, 4 angeordnet. Der Fluidstrom zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses wird über die Öl-Zufuhrleitung 12 realisiert. Die Gaskraftstützkammer 3 und die Massenkraftstützkammer 4 werden durch die Öl-Zufuhrleitung 12 mit Öl versorgt, wobei das jeweilige Rückschlagventil 11 zwischen die Öl-Zufuhrleitung 12 und der Gaskraftstützkammer 3, beziehungsweise der Massenkraftstützkammer 4 geschaltet ist.According to the single figure, a connecting rod according to the invention comprises 1 a hydraulically controlled switching valve 2 for changing a compression ratio for a - not shown here - internal combustion engine. The connecting rod 1 further includes a gas power support chamber 3 and a mass force support chamber 4 wherein one in the gas power support chamber 3 arranged first piston 5 by a gas force and in the mass force support chamber 4 arranged second piston 6 are axially displaceable by a mass force. The gas force and the inertia force are via a rotational movement of an eccentric lever 7 trained eccentric 8th into the gas power support chamber 3 and the mass force support chamber 4 introduced. Further, the switching valve 2 with the gas power support chamber 3 via a gas power fluid line 9 and with the mass force support chamber 4 via a mass power fluid line 10 connected to change the compression ratio. The switching valve 2 is vertical in the connecting rod 1 arranged. At the gas force support chamber 3 and at the mass force support chamber 4 is a respective check valve 11 coaxially and axially adjacent to the respective chamber 3 . 4 arranged. The fluid flow for changing a compression ratio is via the oil supply line 12 realized. The gas power support chamber 3 and the mass force support chamber 4 be through the oil supply line 12 supplied with oil, with the respective check valve 11 between the oil supply line 12 and the gas force support chamber 3 , or the mass force support chamber 4 is switched.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Pleuelstange connecting rod
22
Schaltventil switching valve
33
Gaskraftstützkammer Gas power support chamber
44
Massenkraftstützkammer Mass force support chamber
55
Kolben piston
66
Kolben piston
77
Exzenterhebel Cam
88th
Exzenter eccentric
99
Gaskraftfluidleitung Gas power fluid line
1010
Massenkraftfluidleitung Mass force fluid line
1111
Rückschlagventil check valve
1212
Öl-Zufuhrleitung Oil supply line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10255299 A1 [0002] DE 10255299 A1 [0002]

Claims (4)

Pleuelstange (1), umfassend ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil (2) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor, wobei die Pleuelstange (1) ferner eine Gaskraftstützkammer (3) und eine Massenkraftstützkammer (4) umfasst, wobei ein in der Gaskraftstützkammer (3) angeordneter erster Kolben (5) durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer (4) angeordneter zweiter Kolben (6) durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind, wobei die Gaskraft und die Massenkraft über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel (7) ausgebildeten Exzenters (8) in die Gaskraftstützkammer (3) und die Massenkraftstützkammer (4) einleitbar sind, wobei ferner das Schaltventil (2) mit der Gaskraftstützkammer (3) über eine Gaskraftfluidleitung (9) und mit der Massenkraftstützkammer (4) über eine Massenkraftfluidleitung (10) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden ist.Connecting rod ( 1 ), comprising a hydraulically actuated switching valve ( 2 ) for changing a compression ratio for an internal combustion engine, wherein the connecting rod ( 1 ) further a gas force support chamber ( 3 ) and a mass force support chamber ( 4 ), wherein one in the gas power support chamber ( 3 ) arranged first piston ( 5 ) by a gas force and in the mass force support chamber ( 4 ) arranged second piston ( 6 ) are axially displaceable by a mass force, wherein the gas force and the inertial force via a rotational movement of a on an eccentric lever ( 7 ) formed eccentric ( 8th ) into the gas force support chamber ( 3 ) and the mass force support chamber ( 4 ) are introduced, wherein further the switching valve ( 2 ) with the gas force support chamber ( 3 ) via a gas force fluid line ( 9 ) and with the mass force support chamber ( 4 ) via a mass power fluid line ( 10 ) is connected to change the compression ratio. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (2) senkrecht in der Pleuelstange (1) angeordnet ist.Connecting rod ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the switching valve ( 2 ) vertically in the connecting rod ( 1 ) is arranged. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gaskraftstützkammer (3) und an der Massenkraftstützkammer (4) ein jeweiliges Rückschlagventil (11) koaxial und axial benachbart zur jeweiligen Kammer (3, 4) angeordnet ist.Connecting rod ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at the gas force support chamber ( 3 ) and at the mass force support chamber ( 4 ) a respective check valve ( 11 ) coaxially and axially adjacent to the respective chamber ( 3 . 4 ) is arranged. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (2) über die Gaskraftstützkammer (3) betätigbar ist.Connecting rod ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the switching valve ( 2 ) via the gas force support chamber ( 3 ) is operable.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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