DE102018119654A1 - Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis - Google Patents

Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis Download PDF

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DE102018119654A1
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Kolja Orlowsky
Christoph Müller
Tolga Uhlmann
Markus Jesser
Uwe Schaffrath
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00Varying compression ratio
    • F02D15/02Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Abstract

Eine VCR-Hubkolbenmaschine (10) mit einer Einstellvorrichtung (26) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses umfasst ein gesondertes Ölreservoir (40), das an der Kurbelwelle (22) der Hubkolbenmaschine (10) und/oder dem Pleuel (18) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine mit einem „variable compression ratio“ VCR, also einem veränderlichen Verdichtungsverhältnis.
  • Als Verdichtungsverhältnis bezeichnet man im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung, also des Gesamtvolumens, zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung, also dem Restvolumen. Um optimale Verbrennungs- bzw. Leistungswerte zu erhalten, ist bekannt, dass man zu diesem Zweck das Verdichtungsverhältnis verändern kann. Beispiele für derartige Hubkolbenmaschinen sind in WO 2014/019683 A1 oder WO 2014/019684 A1 beschrieben.
  • Unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse werden bei den bekannten Hubkolbenmaschinen beispielsweise durch die Änderung der effektiven Länge des Pleuels realisiert, indem beispielsweise der Kurbelradius, die eigentliche Pleuellänge und/oder die Kompressionshöhe verändert werden. Hierzu dient eine im Regelfall hydraulisch betriebene Einstellvorrichtung mit einer oder mehreren Kolben/Zylinder-Stützeinheiten, deren Arbeitsvolumina über einen mit Motoröl betriebenen Hydraulikschaltkreis verschaltet sind. Bestandteil des Hydraulikschaltkreises ist unter anderem auch ein Schalter zum Umkehren der Hydraulikflussrichtung von der einen Kolben/Zylinder-Stützeinheit zur anderen bzw. von einem Arbeitsvolumen zum anderen. Ein Beispiel für ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis findet sich in DE 31 48 193 A1 .
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit bekannter VCR-Hubkolbenmaschinen zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit den Mitteln der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Im ersten Schritt der Lösung der Aufgabe wurde erkannt, dass beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses Druckschwankungen im Ölversorgungssystem entstehen können, was unter Umständen zu einer nicht ausreichenden Schmierwirkung des Verdichtungskolbens und/oder des Hubzapfens führen kann. Auch wurde dabei erkannt, dass durch das Ölversorgungssystem der Schmierung es zu Druckschwankungen im Bereich der Einstellvorrichtung kommen kann. Und im zweiten Schritt der Erfindung wurden nachfolgende Maßnahmen der Verbesserung bereitgestellt.
  • Eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, umfasst eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses und zumindest ein Pleuel. Und in der Kurbelwelle und/oder dem Pleuel ist ein Ölreservoir vorgesehen. Als Ölreservoir wird insbesondere eine konstruktiv getroffene Maßnahme verstanden, die es ermöglicht, Öl bzw. Schmierstoff zu speichern, das eine Pufferaufgabe übernimmt, um so Druckschwankungen zu reduzieren.
  • Es wurde erkannt, dass bei bekannten Ausführungsformen Druckpulsationen, die in der Lagerung des Pleuels auftreten können, in die hydraulische Einstellvorrichtung eingeleitet werden können. Dies führt dazu, dass z.T. kurzfristig sehr niedrige Öldrücke in der Versorgung der Einstellvorrichtung anliegen. Andererseits entzieht die Einstellvorrichtung der Pleuellagerung Öl, welches für die Schmierung benötigt wird. Des Weiteren werden moderne Motoren heute üblicherweise bei niedrigen Drehzahlen und niedrigen Lasten bei einer niedrigen Öldruckstufe betrieben. Auch dies kann bei herkömmlichen Motoren ggf. zu Mängeln bei der Funktion der Einstellvorrichtung führen. Das Ölreservoir hilft derartige Schwankungen zu reduzieren. Zudem ergibt sich ein weiterer vorteilhafter Effekt der positiven Beeinflussung der Schaltzeiten des Umschaltens der Einstellvorrichtung.
  • Insbesondere kann das Ölreservoir als eine Querschnittsvergrößerung eines Kanals des Ölversorgungssystems gebildet sein, wobei der vergrößerte Querschnitt mindestens dem Doppelten und bevorzugt mindestens dem Vierfachen der minimalen Querschnittsfläche des ihn versorgenden Ölversorgungskanal entspricht, ohne dass hierbei Ventile oder Drosseln betrachtet werden. Auch kann das Ölreservoir ein vom Ölversorgungssystem abgezweigtes und nicht durchströmtes Schmierstoffvolumen umfassen. Bei der Betrachtung der Querschnittsfläche des das Ölreservoir versorgenden Ölversorgungskanals werden bevorzugt Querschnittsverringerungen, die durch ein Ventil verursacht werden, nicht betrachtet.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Ölreservoir einen (zusätzlichen) Bereich, einen Abschnitt oder eine Querschnittsvergrößerung umfassen, der oder die für die Funktion des Umschaltens des Verdichtungsverhältnisses und die Funktion des Schmierens und Kühlens des Hubkolbens nicht zwingend nötig ist und der oder die mindestens 25% des Volumens der Ölmenge fasst, die für das Umschalten des Verdichtungsverhältnisses notwendig ist und bevorzugt mindestens 40% dieses Volumens der Ölmenge fasst. Der genannte Bereich ist mit Öl füllbar, das für das Umschalten und/oder das Schmieren bzw. Kühlen, verwendet wird. Da ein nennenswerter Anteil des Schmieröls bei der Umschaltung des Verdichtungsverhältnisses unmittelbar im jeweils anderen Kolben (wie später anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert wird) verwendet werden kann, kann mit einer Teilmenge des Hydraulikumschaltvolumens bereits eine gute Reduzierung der Druckschwankungen erzielt werden.
  • Insbesondere sind federelastisch oder pneumatisch spannbare Mittel vorgesehen, um druckabhängig das Ölreservoir zu befüllen oder entleeren. Diese Mittel können bevorzugt in oder an der Kurbelwelle und/oder in oder am Pleuel angeordnet sein. Alternativ kann bei manchen Ausführungsformen auf diese Mittel verzichtet werden. In diesen letzteren Fällen wird eine Kompressibilität des Öls selbst ausgenutzt. Öl ist zwar bekanntermaßen ein weitestgehend inkompressibles Medium, aber die trotzdem bestehende Restelastizität kann für die beabsichtige Verringerung von Druckschwankungen ausreichend sein. Es kann bspw. für die Realisation der federelastischen Mittel neben einer Feder auch eine Umhüllung, wie, bspw. ein Rohr oder Abdeckung vorgesehen sein, welche(s) eine relativ dünne Wandstärke aufweist, die ausreichend dünn ist, dass sie sich elastisch durch den Innendruck aufwölben kann und so die federelastische Wirkung bewirkt.
  • Vorteilhaft ist ferner, wenn die Einstellvorrichtung zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses einen geschlossenen Hydraulikkreis umfasst. Dieser kann ggf. einen mit einem Rückschlagventil versehenen Zulauf umfassen, um so Leckageverluste auzugleichen. So wird eine bestmögliche Entkoppelung der Einstellvorrichtung und der Schmieraufgabe realisiert.
  • Zudem können an der Lagerstelle von dem Pleuel und einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zwei voneinander fluidal getrennte Kanäle der Ölübertragung von der Kurbelwelle zu dem Pleuel vorgesehen sein, was diese Kanäle aufgrund längerer Übertragungswege entkoppelt.
  • Zudem kann bevorzugt im Zustand des Umschaltens des Verdichtungsverhältnisses, bzw. in diesem Zeitraum, eine fluidale Verbindung von einem sich entleerendem Kolben der Umschaltvorrichtung zu dem Ölreservoir zu dessen Befüllung bestehen, was den Ölabfluss auf Leckagemengen reduziert, und somit den Druckabfall bei dem Bereichen, die geschmiert werden müssen, reduziert.
  • Ferner ist vorteilhaft, dass das Ölreservoir derart angeordnet ist, dass die definierte Fließrichtung von dort enthaltenem Öl zu der Einstellvorrichtung zum Verstellen des Verdichtungsverdichtungsverhältnisses führt und sich von einem Schmiermittelstrom unterscheidet, der im Wesentlichen zum Schmieren und/oder Kühlen des Hubkolbens verwendet wird. Zudem oder alternativ kann ein (weiteres) Ölreservoir derart angeordnet sein, dass die definierte Fließrichtung von dort enthaltenem Schmierstoff im Wesentlichen zum Schmieren und/oder Kühlen des Hubkolbens führt und sich insbesondere von einem Schmiermittelstrom unterscheidet, der zu dem Einstellvorrichtung zum Verstellen des Verdichtungsverdichtungsverhältnisses verwendet wird.
  • Insbesondere kann das Ölreservoir in oder an der Kurbelwelle angeordnet sein und das Ölreservoir und/oder der Auslass des Ölreservoirs an der Kurbelwelle radial außenliegend sein, so dass das Ölreservoir fliehkraftunterstützt füll- und entleerbar ist.
  • Weiter ist bevorzugt, wenn ein Rückschlagventil am fluidalen Eingang des Pleuels vorgesehen ist, über welches der Pleuel mit Hydraulikfluid befüllbar ist und wobei ein Ölzufuhrkanal zur Versorgung des Pleuels mit dem Hydraulikfluid in Strömungsrichtung vor diesem Rückschlagventil angeordnet ist und der Ölzufuhrkanal zumindest abschnittsweise relativ zur Drehachse der Kurbelwelle radial nach außen weisend ausgeführt ist, so dass fliehkraftunterstützt bei jedem Drehwinkel der Kurbelwelle der Füllvorgang des Ölreservoirs erfolgen kann. Bei herkömmlich bekannten Ausführungsformen war bei den Umschaltvorgängen des Verdichtungsverhältnisses, bei denen für das Schalten weiteres Öl im Pleuel benötigt wurde, die Förderung dieses Öls nur bei manchen Winkelstellungen der Kurbelwelle möglich, da der durch die Verbrennung verursachte Druck auf das Pleuel bei anderen entsprechenden Winkelstellungen die Förderung verhindert hat. Durch die Verwendung des Ölreservoirs kann auch dann Öl in den Pleuel gefördert werden, wenn hohe Verbrennungskräfte (bzw.Drücke) auf den Pleuel wirken, da bei diesen Zuständen zwar nicht das Verdichtungsverhältnis verändert wird, wohl aber das Ölreservoir befüllt werden kann. Der hier genannte Ölzufuhrkanal kann als Teil der Kurbelwelle und/oder als Teil des Pleuels ausgeführt sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
    • 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit umschaltbarem Verdichtungsverhältnis, wobei ein Pleuel einer Vier-Zylinder-Hubkolbenmaschine mit unterhalb der Kurbelwelle gezeigter Bank aus vier den jeweiligen Pleueln zugeordneten Umschaltelementen gezeigt ist,
    • 2 einen Schnitt durch eine Kurbelwelle,
    • 3 bis 6 Ölflussdiagramme unterschiedlicher Ausführungsformen und
    • 7 einen Schnitt durch die Kurbelwelle bei einer weiteren alternativen Ausführungsform.
  • In den 1 und 2 sind die relevanten Komponenten einer Verbrennungskraftmaschine 10 gezeigt, die als Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem mehrere Zylinder 14 ausgebildet sind, in denen jeweils ein Verdichtungskolben 16 bidirektional bewegbar geführt ist. Jeder Verdichtungskolben 16 ist von einem Pleuel 18 getragen, der seinerseits an einem Hubzapfen 20 einer Kurbelwelle 22 mit Kurbelwellenmittelachse 24 gelagert ist. Die Kurbelwelle 22 ist ihrerseits drehbar im Gehäuse 12 gelagert.
  • Der Pleuel 18 weist eine Einstellvorrichtung 26 auf, die hydraulisch arbeitet. Die Einstellvorrichtung 26 sorgt für eine Veränderung der effektiven Länge des Pleuels 18, womit sich das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine 10 verändern lässt. Ein nicht gezeigter Bolzen der Lagerung des Verdichtungskolbens 16 ist exzentrisch in einem Exzenterring gelagert, der seinerseits in dem Pleuel 18 gelagert ist. Durch eine Veränderung der Winkellage des Exzenterrings ändert sich die Wirklänge des Pleuels 18.
  • Eingebunden in den zuvor beschriebenen Hydraulikschaltkreis ist ein Umschaltelement 30, das sich zwischen zwei Schaltposition vor- und zurückbewegen lässt, wobei das Umschaltelement 30 in jeder dieser zumindest beiden Schaltpositionen zu jeweils einer anderen der beiden Seiten 36, 38 des Pleuels 18 übersteht. Unterhalb der Kurbelwelle 22 befindet sich innerhalb des Gehäuses 12 der Verbrennungskraftmaschine 10 eine Bank 56 aus Betätigungselementen 58, wobei jedes Betätigungselement 58 einem Pleuel 18 zugeordnet ist. Jedes Betätigungselement 58 weist eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt auf und bildet einen Bewegungskanal 60, durch den hindurch sichderjenige Teil des Pleuels 18 bei dessen Bewegung um die Kurbelwelle 22 herum hindurchbewegt, in dem das Umschaltelement 30 angeordnet ist. Die beiden gegenüberliegenden Innenseiten des Bewegungskanals 60 werden von zwei gegenüberliegenden Betätigungsflächen 62, 64 gebildet, die eine Schaltkontur bilden und spitzwinklig zur Bewegungsebene des Pleuels 18 verlaufende Flächenabschnitte 66, 68 aufweisen, die einen Verjüngungsabschnitt 70 des Bewegungskanals 60 bilden, und gegenüberliegende Flächenabschnitte 72, 74, die einen Aufweitungsabschnitt 76 des Bewegungskanals 60 bilden. Bei 77 ist die Engstelle des Bewegungskanals 60 angedeutet. Die Bewegungsebene des Pleuels 18 verläuft dabei senkrecht zur Kurbelwellenmittelachse 24, was in 1 bei 78 angedeutet ist.
  • Mittels eines schematisch angedeuteten Antriebs 79 lässt sich die Bank 56 aus Betätigungselementen 58 linear vor- und zurückbewegen, und zwar in Richtung des Doppelpfeils 80 und damit parallel zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse 24. Dabei kann vorgesehen sein, dass statt einer gemeinsamen Verschiebung sämtlicher Betätigungselemente 58 diese auch einzeln verfahrbar sind. Soll das Verdichtungsverhältnis gewechselt werden, so wird das Betätigungselement 58 ausgehend aus seiner Ruhestellung bewegt.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch die Kurbelwelle 22, die am Gehäuse 12 drehbar gelagert ist und radial versetzte Hubzapfen 20 aufweist, die ihrerseits die Pleuel 18 lagern, wobei nur eins gezeigt ist. Zur Versorgung der Pleuel 18 mit Öl ist ein Kanal in der gehäuseseitigen Lagerung der Kurbelwelle 22 integriert und Bohrungen in dem Pleuel 18 und ein Ölübertragungskanal 50 von der Kurbelwelle 22 in das Pleuel 18 sind vorgesehen. Das Ölreservoir 40 und der Ölübertragungskanal 50 sind ebenfalls in 3 gezeigt. Von dort kann das Öl abhängig von der Stellung des Umschaltelements 30 über ein Verteilsystem 31 und über Rückschlagventile 34, 34' in die Kolben 27 und 28 fließen.
  • Bei der in 3 gezeigten Stellung lässt das Umschaltelement 30 einen Fluidstrom aus dem Kolben 28 in den Verteiler zu, während der Rückfluss aus dem Kolben 27 gesperrt ist. Da bei jeder Kurbelwellenumdrehung die Verbrennungskräfte auf den Verdichtungskolben 16 wirken, werden auch entsprechend hohe Drücke auf das Fluid in den Kolben 27 und 28 bewirkt, die deutlich höher sind, als der Druck im Verteilsystem 31. So fließt in der gezeigten Stellung das Öl aus dem Kolben 28 in das Verteilsystem 31, teilt sich auf und ein Anteil fließt über das Rückschlagventil 34 in den Kolben 27 und
    • - ein anderer Teil wird von dem Ölreservoir 40 aufgenommen. Hierdurch wird die Menge des Öls, welches bei jedem Umschaltvorgang benötigt wird, deutlich verringert und beschränkt sich im Wesentlichen auf Leckageströme. Vom Ölübertragungskanal 50 führt bevorzugt eine Abzweigung ab, die als ein Schmierölversorgungskanal 65 eine - Ölversorgung der Lagerung des Verdichtungskolbens 16 mit dem Pleuel 18 und dem Zylinder 14 und der Kühlung dient. Durch die Entnahme von Öl für das Umschalten des Verdichtungsverhältnisses kann es prinzipiell zu einer gewissen Druck- (bzw. Volumenstrom-)Reduzierung in diesem Schmier- und Kühlsystem kommen. Durch das Ölreservoir 40 werden diese schädlichen Einflüsse minimiert. Der Auslass von dem Öl aus der Kurbelwelle ist bezogen auf die Kurbelwellenrotationsachse radial nach außen gerichtet. Dies hat zum Ergebnis, dass kontinuierlich fliehkraftunterstützt das Öl in den Pleuel gefördert wird. Bei herkömmlich bekannten Ausführungsformen kann bei der Veränderung des Verdichtungsverhältnis nur dann Öl in das Pleuel gepumpt werden, wenn die Verbrennungskräfte des (Haupt-)Kolbens nicht dem entgegengerichtet sind. Durch den Einsatz vom Ölreservoir 40 ergibt sich der Vorteil, dass umlaufend um die gesamte Kurbelwellendrehung und somit bei allen verbrennungsabhängigen Druckbedingungen zu jedem Zeitpunkt Öl in den Pleuel und konkret in dessen Ölreservoir 40 gefördert werden kann. Wenn der Antrieb 79 betätigt wird, so kommt das Umschaltelement 30 in seine andere Stellung und der jeweils andere der Kolben 27, 28 wird zur Umstellung des Verdichtungsverhältnisses ausgefahren. Bevorzugt können die Wirkdurchmesser der Kolben 27 und 28 unterschiedlich sein, da beim drucklastseitigem Umschalten, also hin zu einer größeren Länge des Pleuels, größere Kräfte auftreten. Entsprechend kann das Ölreservoir 40 schaltzustandsabhängig unterschiedliche Ölvolumina aufnehmen.
  • In 4 ist eine alternative Ölführung gezeigt, bei der der Rückfluss aus den Kolben 27 und 28 nicht in den Verteilkanal 31 fließt, sondern fluidstromaufwärts vor das Ölreservoir 40 und einem dort angeordnetes Rückschlagventil 35. Auf diese Weise wird einem Überdruck, der sich bzw. über Druckstöße ergeben kann, vermieden werden. Zudem kann das rückströmende Öl vereinfacht den Schmierölversorgungskanal 65 erreichen, was das Risiko einer Reduzierung der Schmierwirkung während der Umschaltvorgänge des Verdichtungsverhältnisses reduziert. Und in 5 kommt für die Umschaltung ein 4/2-Wegeventil zum Einsatz.
  • In 6 ist gezeigt, dass das Ölreservoir 40 nicht in dem Bereich der Einsteilvorrichtung 26 mit den Kolben 27 und 28 liegen muss. Eine entsprechende Funktion der Druckentkoppelung kann realisiert werden, indem in dem Bereich des Fluidsystems, welcher für die Schmierölversorgung (siehe Schmierölversorgungskanal 65) der Lagerung dient, ein entsprechendes Ölreservoir 40 angeordnet ist. Während in den vorstehenden Beispielen eine Feder zur Erzeugung einer Elastizität verwendet wird, können andere Methoden, wie z.B. ein mit Druckluft, oder einem sonstigen komprimierten gasförmigen Fluid, gefüllter Bereich zum Einsatz kommen.
  • Um Druckschwankungen in der Schmierölversorgung während des Umschaltvorgangs weiter zu reduzieren, kann Einstellvorrichtung 26 für das Verdichtungsverhältnis weitgehend von der Schmierölversorgung entkoppelt sein. Dies ist bspw. durch eine getrennte Übertragung von den beiden Fluidströmen von der Kurbelwelle 22 in das Pleuel 18 realisiert werden, wie dies in 7 skizziert ist. Dort ist neben dem ersten Ölübertragungskanal 50 für die Umschaltung ein zweiter Ölübertragungskanal 51 gezeigt, der fluidal getrennt vom ersten Ölversorgungskanal 50 Öl in das Pleuel 20 überträgt. Durch die sich so verlängernden Fließwege können Druckschwankungen in der Einstellvorrichtung 26 nicht zu Druckschwankungen im Schmiersystem mit dem Schmierölversorgungskanal 65 führen. Während hier gezeigt ist, dass das Ölreservoir 40 in der Kurbelwelle 22 angeordnet ist, kann es alternativ auch in dem Pleuel angeordnet sein kann. Während das Ölreservoir 40 in 6 relativ mittig im Hubzapfen 20 liegt, kann es (in Bezug auf die Kurbelwellendrehachse) auch radial weiter außenliegend sein, wodurch der Fluidstrom fliehkraftunterstützt besser in das Pleuel.18 gelangen kann.
  • Zusammengefasst in anderen Worten: Durch das Ölreservoir 40, bspw. ähnlich zu Bauteilen, welche u.a. bei Stoßdämpfern zur Anwendung kommt, wird die hydraulische Einstellvorrichtung 26 des längenvariablen Pleuels versorgt und damit eine Entkopplung der Einstellvorrichtung 26 vom Pleuellager erreicht. Das Ölreservoir 40 stellt ein Volumen bereit, in welches Öl aus der Einstellvorrichtung 26 ausströmen kann und bei Bedarf auch Öl zurück in die Einstellvorrichtung 26 strömen kann. Um das variable Volumen zu reduzieren, kann das Ölreservoir durch eine Membran oder einen Kolben in zwei Volumen aufgeteilt. Da das Ölvolumen in der Einstellvorrichtung 26 in Abhängigkeit der verschiedenen Längenstellungen unterschiedlich ist, stellt der Kolben respektive die Membran des Ölreservoirs ein variables Volumen im Ölvolumen bereit. In der so entstehenden zweiten Kammer des Ölreservoirs 40, die die federelastischen Mittel 41 beinhalten kann, kann alternativ (oder zusätzlich) bspw. Gas, wie z.B. Luft enthalten sein. Bei der Verwendung einer Feder kann dort eine Entlüftungsbohrung zum Einsatz kommen, die eine Verbindung dieser Kammer mit dem Motorinneren ermöglicht.
  • Prinzipiell ist dieses System der Einstellvorrichtung 26 geschlossen, d.h. für seine wesentliche Funktion kommt es ohne Zufuhr von Öl aus, das für Schaltaufgaben benötigt würde. Da hingegen mögliche Leckagen nicht auszuschließen sind, kann die Einstellvorrichtung dauerhaft an die Schmierölversorgung des Motors angebunden sein. Wenn die Einflüsse von Leckagen vernachlässigbar sind, kann die Einstellvorrichtung alternativ initial oder während des Wartungsintervalls gefüllt und anschließend getrennt von der Motor-Schmierölversorgung betrieben werden. Wie beschrieben kann die Einstellvorrichtung auch mittels Rückschlagventil 35 mit dem Pleuellager verbunden werden. Durch eine relativ hohe Öffnungsdruckdifferenz des Rückschlagventils 35 bei über 4 bar, sind die Einstellvorrichtung 26 und Pleuellagerung in den kritischen Betriebspunkten nicht gekoppelt. Zum Auffüllen der Einstellvorrichtung 26 können dann Betriebspunkte des Motors und der Ölpumpe so gewählt werden, dass eine Kopplung der beiden Systeme unkritisch ist. Die Erfindung sorgt durch die Entkopplung von der Aufgabe der Pleuellagerung und der Einstellvorrichtung 26 für eine zuverlässige Funktion beider Systeme. Zudem kann ein Ausgleichsbehälter, bzw. das Ölreservoir 40, das unter Druck steht und diesen in einer Feder oder in einem Gasvolumen „speichert“, Die Schaltzeiten auch bei niedrigen Drehzahlen sind reduziert und dabei wird gleichzeitig der Betrieb des Motors auf einer niedrigen Öldruckstufe erlaubt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Hubkolbenmaschine, Verbrennungskraftmaschine
    12
    Gehäuse
    14
    Zylinder
    16
    Verdichtungskolben
    18
    Pleuel
    20
    Hubzapfen
    22
    Kurbelwelle
    24
    Kurbelwellenmittelachse
    26
    Einstellvorrichtung
    27, 28
    Kolben des Verstellmechanismus
    30
    Umschaltelement
    31
    Verteilsystem
    32
    Drossel
    34, 34'
    Rückschlagventil
    35
    Rückschlagventil
    40
    Ölreservoir
    41
    Federelastisch spannbare Mittel
    50
    Ölübertragungskanal
    51
    Ölübertragungskanal
    56
    Bank
    58
    Betätigunselement
    60
    Bewegungskanal
    65
    Schmierölversorgungskanal
    66
    Ölzufuhrkanal
    76
    Aufweitungsabschnitt
    77
    Engstelle des Bewegungskanals
    78
    Bewegungsebene
    79
    Antrieb
    80
    Doppelpfeil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/019683 A1 [0002]
    • WO 2014/019684 A1 [0002]
    • DE 3148193 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Hubkolbenmaschine (10), insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis und mit einer Einstellvorrichtung (26) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses und mit zumindest einem Pleuel (18), dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Kurbelwelle (22) der Hubkolbenmaschine (10) und/oder dem Pleuel (18) ein gesondertes Ölreservoir (40) vorgesehen ist.
  2. Hubkolbenmaschine (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Ölreservoir (40) als eine Querschnittsvergrößerung eines Kanals des Ölversorgungssystems gebildet, wobei der vergrößerte Querschnitt mindestens dem Doppelten und bevorzugt mindestens dem Vierfachen der minimalen Querschnittsfläche des ihn versorgenden Ölversorgungskanal entspricht, ohne dass hierbei Ventile oder Drosseln betrachtet werden und/oder das Ölreservoir (40) ein vom Ölversorgungssystem abgezweigtes und nicht durchströmtes Schmierstoffvolumen umfasst. Bei der Betrachtung der Querschnittsfläche des das Ölreservoir versorgenden Ölversorgungskanal werden bevorzugt Querschnittsverringerungen, die durch ein Ventil verursacht werden, nicht betrachtet.
  3. Hubkolbenmaschine (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Ölreservoir (40) einen Bereich, einen Abschnitt oder eine Querschnittsvergrößerung umfasst, der oder die für die Funktion des Umschaltens des Verdichtungsverhältnisses und die Funktion des Schmierens und Kühlens des Hubkolbens nicht zwingend nötig ist und der oder die mindestens 25% des Volumens der Ölmenge fasst, die für das Umschalten des Verdichtungsverhältnisses notwendig ist und bevorzugt mindestens 40% dieses Volumens umfasst.
  4. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei federelastisch (41) oder pneumatisch spannbare Mittel vorgesehen sind, um druckabhängig das Ölreservoir (40) zu befüllen oder entleeren oder an der Kurbelwelle (22) und/oder dem Pleuel (18) keine federelastisch oder pneumatisch spannbaren Mittel vorgesehen sind, um druckabhängig das Ölreservoir (40) zu befüllen oder entleeren.
  5. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Einstellvorrichtung (26) zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses einen geschlossenen Hydraulikkreis umfasst, der insbesondere einen mit einem Rückschlagventil (35) versehenen Zulauf umfassen kann, um so Leckageverluste auszugleichen.
  6. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an der Lagerstelle von dem Pleuel und einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine (10) zwei voneinander fluidal getrennte Kanäle (50, 51) der Ölübertragung von der Kurbelwelle (20) zum Pleuel (18) vorgesehen sind.
  7. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ölreservoir (40) derart angeordnet ist, dass die definierte Fließrichtung von dort enthaltenem Öl zur Einstellvorrichtung (26) zum Verstellen des Verdichtungsverdichtungsverhältnisses führt und sich von einem Schmiermittelstrom unterscheidet, der im Wesentlichen zum Schmieren und/oder Kühlen des Hubkolbens verwendet wird.
  8. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ölreservoir (40) derart angeordnet ist, dass die definierte Fließrichtung von dort enthaltenem Schmierstoff im Wesentlichen zum Schmieren und/oder Kühlen des Hubkolbens führt und sich insbesondere von einem Schmiermittelstrom (50) unterscheidet, der zu dem Einstellvorrichtung (26) zum Verstellen des Verdichtungsverdichtungsverhältnisses verwendet wird.
  9. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ölreservoir (40) in der Kurbelwelle angeordnet ist und das Ölreservoir (40) und/oder der Auslass des Ölreservoirs an der Kurbelwelle (22) radial außenliegend ist, sodass das Ölreservoir (40) fliehkraftunterstützt entleerbar ist.
  10. Hubkolbenmaschine (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Rückschlagventil (35) am fluidalen Eingang des Pleuels (18) vorgesehen ist, über welches der Pleuel (18) mit Hydraulikfluid befüllbar ist und wobei ein Ölzufuhrkanal (66) zur Versorgung des Pleuels (18) mit dem Hydraulikfluid in Strömungsrichtung vor diesem Rückschlagventil angeordnet ist und der Ölzufuhrkanal (66) zumindest abschnittsweise relativ zur Drehachse der Kurbelwelle (22) radial nach außen weisend ausgeführt ist, dass fliehkraftunterstützt bei jedem Drehwinkel der Kurbelwelle (22) der Füllvorgang des Ölreservoirs (40) erfolgen kann.
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CN113383153A (zh) * 2018-12-04 2021-09-10 Avl 里斯脱有限公司 用于借助润滑剂供应调整连杆的有效长度的系统和方法

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