DE102019121488A1

DE102019121488A1 - Reciprocating machine with variable compression ratio

Info

Publication number: DE102019121488A1
Application number: DE102019121488.2A
Authority: DE
Inventors: Kolja Orlowsky; Christoph Müller; Tolga Uhlmann; Markus Jesser; Uwe Schaffrath
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2020-02-13
Also published as: DE102018119654A1

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.A VCR reciprocating machine (10) with an adjusting device (26) for adjusting the compression ratio comprises a separate oil reservoir (40) which is arranged on the crankshaft (22) of the reciprocating engine (10) and / or the connecting rod (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine mit einem „variable compression ratio“ VCR, also einem veränderlichen Verdichtungsverhältnis.The present invention relates to a reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine with a “variable compression ratio” VCR, that is to say a variable compression ratio.

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.In the context of internal combustion engines, the compression ratio is the ratio of the total cylinder space before compression, i.e. the total volume, to the remaining space after compression, i.e. the remaining volume. In order to obtain optimal combustion and performance values, it is known that the compression ratio can be changed for this purpose. Examples of such reciprocating piston machines are in WO 2014/019683 A1 or WO 2014/019684 A1 described.

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 .Different compression ratios in the known reciprocating piston machines are realized, for example, by changing the effective length of the connecting rod, for example by changing the crank radius, the actual connecting rod length and / or the compression height. For this purpose, a setting device, which is usually hydraulically operated, is used with one or more piston / cylinder support units, the working volumes of which are connected via a hydraulic circuit operated with motor oil. The hydraulic circuit also includes a switch for reversing the hydraulic flow direction from one piston / cylinder support unit to the other or from one working volume to the other. An example of a connecting rod for a reciprocating piston machine with a variable compression ratio can be found 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.The object of the present invention is to improve the reliability of known VCR reciprocating piston machines. This task is solved with the means of the independent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims. In the first step of the solution to the problem, it was recognized that when the compression ratio is switched, pressure fluctuations can occur in the oil supply system, which under certain circumstances can lead to an insufficient lubricating effect of the compression piston and / or the crank pin. It was also recognized that the oil supply system of the lubrication can lead to pressure fluctuations in the area of the adjusting device. And in the second step of the invention, subsequent measures of improvement were provided.

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.A reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, comprises an adjusting device for adjusting the compression ratio and at least one connecting rod. And an oil reservoir is provided in the crankshaft and / or the connecting rod. An oil reservoir is understood in particular to be a constructive measure that makes it possible to store oil or lubricant that takes over a buffer task in order to reduce pressure fluctuations.

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.It was recognized that, in known embodiments, pressure pulsations which can occur in the connecting rod bearing can be introduced into the hydraulic adjusting device. This leads to the fact that short-term very low oil pressures in the supply of the adjusting device. On the other hand, the adjusting device removes oil from the connecting rod bearing, which is required for lubrication. Furthermore, modern engines are usually operated at low speeds and low loads with a low oil pressure level. This can also lead to defects in the function of the adjusting device in conventional motors. The oil reservoir helps to reduce such fluctuations. In addition, there is a further advantageous effect of positively influencing the switching times of switching the setting device.

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.In particular, the oil reservoir can be formed as a cross-sectional enlargement of a channel of the oil supply system, the enlarged cross-section corresponding to at least twice and preferably at least four times the minimum cross-sectional area of the oil supply channel supplying it, without considering valves or throttles. The oil reservoir can also comprise a lubricant volume which is branched off from the oil supply system and does not flow through. When considering the cross-sectional area of the oil supply channel supplying the oil reservoir, cross-sectional reductions caused by a valve are preferably not considered.

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.Alternatively or additionally, the oil reservoir can comprise an (additional) area, a section or a cross-sectional enlargement that is not absolutely necessary for the function of switching the compression ratio and the function of lubricating and cooling the reciprocating piston, and that or the at least 25% of the Volume of the amount of oil that is necessary for switching the compression ratio and preferably contains at least 40% of this volume of the amount of oil. The range mentioned can be filled with oil that is used for switching and / or lubrication or cooling. Since a noteworthy proportion of the lubricating oil can be used directly in the other piston (as will be explained later with reference to a preferred exemplary embodiment) when the compression ratio is switched over, a partial amount of the Hydraulic switching volume a good reduction in pressure fluctuations can already be achieved.

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.In particular, spring-elastic or pneumatically tensionable means are provided in order to fill or empty the oil reservoir as a function of pressure. These means can preferably be arranged in or on the crankshaft and / or in or on the connecting rod. Alternatively, these means can be dispensed with in some embodiments. In the latter case, compressibility of the oil itself is exploited. Although oil is known to be a largely incompressible medium, the residual elasticity that still exists can be sufficient for the intended reduction in pressure fluctuations. For example, for the realization of the spring-elastic means, in addition to a spring, a covering such as, for example, a tube or cover can also be provided, which (s) has a relatively thin wall thickness that is sufficiently thin that it is elastic due to the internal pressure can bulge and thus brings about the resilient effect.

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.It is also advantageous if the adjusting device for adjusting the compression ratio comprises a closed hydraulic circuit. This can optionally include an inlet provided with a check valve in order to compensate for leakage losses. This ensures the best possible decoupling of the setting device and the lubrication task.

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.In addition, two channels of oil transmission from the crankshaft to the connecting rod, which are fluidly separated from one another, can be provided at the bearing point of the connecting rod and a crankshaft of the reciprocating piston machine, which decouples these channels due to longer transmission paths.

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.In addition, preferably in the state of switching the compression ratio, or in this period, there can be a fluid connection from an emptying piston of the switching device to the oil reservoir for filling it, which reduces the oil drain to leakage quantities, and thus the pressure drop in the areas that need to be lubricated, reduced.

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.It is also advantageous that the oil reservoir is arranged in such a way that the defined flow direction of oil contained therein leads to the adjusting device for adjusting the compression-compression ratio and differs from a lubricant flow which is essentially used for lubricating and / or cooling the reciprocating piston. Additionally or alternatively, a (further) oil reservoir can be arranged in such a way that the defined direction of flow of the lubricant contained therein essentially leads to the lubrication and / or cooling of the reciprocating piston and in particular differs from a lubricant flow which is used for the adjusting device for adjusting the compression-compression ratio ,

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.In particular, the oil reservoir can be arranged in or on the crankshaft and the oil reservoir and / or the outlet of the oil reservoir on the crankshaft can be located radially on the outside, so that the oil reservoir can be filled and emptied with centrifugal force.

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.It is further preferred if a check valve is provided at the fluidic inlet of the connecting rod, via which the connecting rod can be filled with hydraulic fluid and where an oil supply channel for supplying the connecting rod with the hydraulic fluid is arranged upstream of this check valve and the oil supply channel at least in sections relative to the axis of rotation of the The crankshaft is designed to point radially outwards, so that the oil reservoir can be filled with centrifugal force at any angle of rotation of the crankshaft. In conventionally known embodiments, during the switching operations of the compression ratio, in which additional oil was required in the connecting rod, the conveyance of this oil was only possible at some angular positions of the crankshaft, since the pressure on the connecting rod caused by the combustion at other corresponding angular positions Funding has prevented. By using the oil reservoir, oil can be pumped into the connecting rod even when high combustion forces (or pressures) act on the connecting rod, since the compression ratio does not change under these conditions, but the oil reservoir can be filled. The oil supply channel mentioned here can be designed as part of the crankshaft and / or as part of the connecting rod.

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.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the drawings. The following show in detail:

1 the basic structure of a reciprocating piston internal combustion engine with a switchable compression ratio, a connecting rod of a four-cylinder reciprocating piston machine with a bank shown below the crankshaft being shown from four changeover elements assigned to the respective connecting rods,
2 a section through a crankshaft,
3 to 6 Oil flow diagrams of different embodiments and
7 a section through the crankshaft in a further alternative embodiment.

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.In the 1 and 2 are the relevant components of an internal combustion engine 10 shown as a reciprocating internal combustion engine is trained. The internal combustion engine 10 has a housing 12 on where several cylinders 14 are formed, in each of which a compression piston 16 is guided bidirectionally movable. Every compression piston 16 is from a connecting rod eighteen worn, which in turn on a crank pin 20 a crankshaft 22 with crankshaft center axis 24 is stored. The crankshaft 22 is in turn rotatable in the housing 12 stored.

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.The connecting rod eighteen has an adjusting device 26 on that works hydraulically. The adjustment device 26 ensures a change in the effective length of the connecting rod eighteen , with which the compression ratio of the internal combustion engine 10 can change. A bolt of the compression piston bearing, not shown 16 is eccentrically mounted in an eccentric ring, which in turn is in the connecting rod eighteen is stored. By changing the angular position of the eccentric ring, the effective length of the connecting rod changes eighteen ,

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 sich derjenige 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.A switching element is integrated in the hydraulic circuit described above 30 , which can be moved back and forth between two switching positions, the switching element 30 in each of these at least two switching positions on a different one of the two sides 36 . 38 the connecting rod eighteen survives. Below the crankshaft 22 is inside the housing 12 the internal combustion engine 10 a bench 56 from actuators 58 , with each actuator 58 a connecting rod eighteen assigned. Every actuator 58 has a substantially U-shaped shape and forms a movement channel 60 through which that part of the connecting rod extends eighteen moving it around the crankshaft 22 moved around in which the switching element 30 is arranged. The two opposite inner sides of the movement channel 60 are from two opposing operating surfaces 62 . 64 formed, which form a switching contour and at an acute angle to the movement plane of the connecting rod eighteen running surface sections 66 . 68 have a tapered portion 70 of the movement channel 60 form, and opposite surface sections 72 . 74 that have an expansion section 76 of the movement channel 60 form. at 77 is the narrowest part of the movement channel 60 indicated. The connecting rod's plane of motion eighteen runs perpendicular to the crankshaft center axis 24 what in 1 at 78 is indicated.

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.By means of a schematically indicated drive 79 the bank 56 from actuators 58 move back and forth linearly, in the direction of the double arrow 80 and thus parallel to the extension of the crankshaft center axis 24 , It can be provided that instead of a common displacement of all actuating elements 58 these can also be moved individually. If the compression ratio is to be changed, then the actuating element 58 moving from its rest position.

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. 2 shows a section through the crankshaft 22 that on the housing 12 is rotatably mounted and radially offset crank pin 20 which, in turn, the connecting rods eighteen store with only one shown. To supply the connecting rods eighteen with oil is a channel in the crankshaft bearing 22 integrated and holes in the connecting rod eighteen and an oil transmission channel 50 from the crankshaft 22 in the connecting rod eighteen are provided. The oil reservoir 40 and the oil transmission channel 50 are also in 3 shown. From there, the oil can depend on the position of the switching element 30 via a distribution system 31 and via check valves 34 . 34 ' into the pistons 27 and 28 flow.

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.At the in 3 shown position leaves the switching element 30 a fluid flow from the piston 28 into the manifold too, while the backflow from the flask 27 Is blocked. Because the combustion forces on the compression piston occur with every crankshaft revolution 16 act accordingly high pressures on the fluid in the piston 27 and 28 causes that are significantly higher than the pressure in the distribution system 31 , In the position shown, the oil flows out of the piston 28 into the distribution system 31 , divides and a portion flows through the check valve 34 in the flask 27 and another part is from the oil reservoir 40 added. As a result, the amount of oil required for each changeover is significantly reduced and is essentially limited to leakage flows. From the oil transmission channel 50 preferably discharges a branch that acts as a lubricating oil supply channel 65 a - Oil supply to the bearing of the compression piston 16 with the connecting rod eighteen and the cylinder 14 and serves the cooling. The removal of oil for switching the compression ratio can in principle lead to a certain pressure (or volume flow) reduction in this lubrication and cooling system. Through the oil reservoir 40 these harmful influences are minimized. The outlet of the oil from the crankshaft is directed radially outwards with respect to the crankshaft axis of rotation. The result of this is that the oil is continuously fed into the connecting rod with centrifugal force. In conventionally known embodiments, when the compression ratio is changed, oil can only be pumped into the connecting rod if the combustion forces of the (main) piston are not opposed to this. Through the use of the oil reservoir 40 This results in the advantage that oil circulates around the entire crankshaft rotation and therefore in all combustion-dependent pressure conditions at all times in the connecting rod and specifically in its oil reservoir 40 can be promoted. If the drive 79 is actuated, the switching element comes 30 in its other position and the other of the pistons 27 . 28 is extended to change the compression ratio. The effective diameters of the pistons can be preferred 27 and 28 be different since greater forces occur when switching on the pressure load side, i.e. towards a longer connecting rod. Accordingly, the oil reservoir 40 Record different oil volumes depending on the switching status.

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 4 an alternative oil flow is shown, in which the backflow from the piston 27 and 28 not in the distribution channel 31 flows, but upstream of the fluid in front of the oil reservoir 40 and a check valve arranged there 35 , In this way, an overpressure that can arise or can occur via pressure surges is avoided. In addition, the back-flowing oil can simplify the lubricating oil supply channel 65 achieve, which reduces the risk of a reduction in the lubricating effect during the switching processes of the compression ratio. And in 5 a 4/2-way valve is used for switching.

In 6 ist gezeigt, dass das Ölreservoir 40 nicht in dem Bereich der Einstellvorricfitung 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.In 6 is shown that the oil reservoir 40 not in the area of adjustment 26 with the pistons 27 and 28 must lie. A corresponding function of the pressure decoupling can be realized by in the area of the fluid system that is used for the lubricating oil supply (see lubricating oil supply channel 65 ) is used for storage, a corresponding oil reservoir 40 is arranged. While a spring is used to create elasticity in the above examples, other methods such as an area filled with compressed air or other compressed gaseous fluid can be used.

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.To further reduce pressure fluctuations in the lubricating oil supply during the switching process, adjusting device 26 be largely decoupled from the lubricating oil supply for the compression ratio. This is, for example, by separate transmission of the two fluid flows from the crankshaft 22 in the connecting rod eighteen be realized like this in 7 is outlined. There is next to the first oil transmission channel 50 a second oil transmission channel for switching 51 shown, the fluidally separate from the first oil supply channel 50 Oil in the connecting rod 20 transfers. Due to the lengthening of the flow paths, pressure fluctuations in the setting device 26 not to pressure fluctuations in the lubrication system with the lubricating oil supply channel 65 to lead. While here it is shown that the oil reservoir 40 in the crankshaft 22 is arranged, it can alternatively also be arranged in the connecting rod. While the oil reservoir 40 in 6 relatively centered in the crank pin 20 it can also be located radially further out (in relation to the crankshaft axis of rotation), which means that the fluid flow can get into the connecting rod better with the aid of centrifugal force.

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. In other words: through the oil reservoir 40 , for example similar to components that are used, among other things, in shock absorbers, the hydraulic adjusting device 26 of the variable-length connecting rod and thus a decoupling of the adjusting device 26 reached by the connecting rod bearing. The oil reservoir 40 provides a volume in which oil from the adjuster 26 can flow out and, if necessary, oil back into the adjusting device 26 can flow. To reduce the variable volume, the oil reservoir can be divided into two volumes by a membrane or a piston. Because the volume of oil in the adjuster 26 depending on the different length settings, the piston or the membrane of the oil reservoir provides a variable volume in the oil volume. In the resulting second chamber of the oil reservoir 40 which are the resilient means 41 may contain, alternatively (or additionally), for example, gas, such as air. If a spring is used, a ventilation hole can be used, which enables this chamber to be connected to the interior of the engine.

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.In principle, this system is the adjustment device 26 closed, meaning that its essential function does not require the supply of oil that would be required for switching tasks. However, since possible leaks cannot be ruled out, the setting device can be permanently connected to the lubricating oil supply to the engine. If the effects of leakages are negligible, the setting device can alternatively be filled initially or during the maintenance interval and then operated separately from the engine lubricating oil supply. As described, the adjusting device can also be operated by means of a check valve 35 be connected to the connecting rod bearing. Due to a relatively high opening pressure difference of the check valve 35 at over 4 bar, are the adjustment device 26 and connecting rod storage in the critical operating points are not coupled. For filling the adjustment device 26 operating points of the engine and the oil pump can then be selected so that a coupling of the two systems is not critical. The invention provides by decoupling from the task of connecting rod bearings and the adjusting device 26 for reliable functioning of both systems. In addition, an expansion tank or the oil reservoir 40 , which is under pressure and "stores" it in a spring or in a gas volume. The switching times are reduced even at low engine speeds and at the same time the engine is allowed to operate at a low oil pressure level.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Hubkolbenmaschine, VerbrennungskraftmaschineReciprocating engine, internal combustion engine
1212: Gehäusecasing
1414: Zylindercylinder
1616: Verdichtungskolbencompression piston
1818: Pleuelpleuel
2020: Hubzapfencrank pins
2222: Kurbelwellecrankshaft
2424: KurbelwellenmittelachseCrankshaft center line
2626: Einstellvorrichtungadjustment
27, 2827, 28: Kolben des VerstellmechanismusPiston of the adjustment mechanism
3030: Umschaltelementswitching
3131: Verteilsystemdistribution system
3232: Drosselthrottle
34, 34'34, 34 ': Rückschlagventilcheck valve
3535: Rückschlagventilcheck valve
4040: Ölreservoiroil reservoir
4141: Federelastisch spannbare MittelMeans that can be spring-loaded
5050: ÖlübertragungskanalOil transmission channel
5151: ÖlübertragungskanalOil transmission channel
5656: BankBank
5858: BetätigunselementBetätigunselement
6060: Bewegungskanalmovement channel
6565: SchmierölversorgungskanalLubricating oil supply channel
6666: ÖlzufuhrkanalOil supply channel
7676: Aufweitungsabschnittexpansion section
7777: Engstelle des BewegungskanalsNarrowing of the movement channel
7878: Bewegungsebenemovement plane
7979: Antriebdrive
8080: Doppelpfeildouble arrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2014/019683 A1 [0002]
WO 2014/019684 A1 [0002]
DE 3148193 A1 [0003]

Claims

Reciprocating engine (10), in particular an internal combustion engine, with a variable compression ratio and with an adjusting device (26) for adjusting the compression ratio and with at least one connecting rod (18), characterized in that in or on the crankshaft (22) of the reciprocating engine (10) and / or a separate oil reservoir (40) is provided for the connecting rod (18).

Stroke piston machine (10) according to Claim 1 , wherein the oil reservoir (40) is formed as a cross-sectional enlargement of a channel of the oil supply system, the enlarged cross section corresponding to at least twice and preferably at least four times the minimum cross-sectional area of the oil supply duct supplying it, without considering valves or throttles and / or the oil reservoir (40) comprises a lubricant volume that is branched off and not flowed through by the oil supply system. When considering the cross-sectional area of the oil supply channel supplying the oil reservoir, cross-sectional reductions caused by a valve are preferably not considered.

Reciprocating engine (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the oil reservoir (40) comprises an area, a section or a cross-sectional enlargement which is not absolutely necessary for the function of switching the compression ratio and the function of lubricating and cooling the reciprocating piston and which or the at least 25% of the volume of the Volume of oil that is necessary for switching the compression ratio and preferably comprises at least 40% of this volume.

Reciprocating piston machine (10) according to one of the preceding claims, wherein resilient (41) or pneumatically tensionable means are provided in order to fill or empty the oil reservoir (40) as a function of pressure or on the crankshaft (22) and / or the connecting rod (18) no resilient or Pneumatically tensionable means are provided to fill or empty the oil reservoir (40) as a function of pressure.

Reciprocating piston machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting device (26) for adjusting the compression ratio comprises a closed hydraulic circuit, which in particular can comprise an inlet provided with a check valve (35), so as to compensate for leakage losses.

Reciprocating piston machine (10) according to one of the preceding claims, wherein at the bearing point of the connecting rod and a crankshaft of the reciprocating piston machine (10) two channels (50, 51) of oil transmission from the crankshaft (20) to the connecting rod (18) are provided which are fluidly separated from one another ,

Reciprocating piston engine (10) according to one of the preceding claims, wherein the oil reservoir (40) is arranged such that the defined flow direction of the oil contained therein leads to the adjusting device (26) for adjusting the compression-compression ratio and differs from a lubricant flow which is essentially for lubrication and / or cooling of the reciprocating piston is used.

Reciprocating piston machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the oil reservoir (40) is arranged in such a way that the defined flow direction of the lubricant contained therein essentially leads to lubrication and / or cooling of the reciprocating piston and in particular differs from a lubricant flow (50), which is used for the setting device (26) for adjusting the compression-compression ratio.

Reciprocating engine (10) according to one of the preceding claims, wherein the oil reservoir (40) is arranged in the crankshaft and the oil reservoir (40) and / or the outlet of the oil reservoir on the crankshaft (22) is located radially on the outside, so that the oil reservoir (40) centrifugally assisted can be emptied.

Reciprocating piston machine (10) according to one of the preceding claims, wherein a check valve (35) is provided at the fluidic inlet of the connecting rod (18), via which the connecting rod (18) can be filled with hydraulic fluid, and an oil supply channel (66) for supplying the connecting rod ( 18) with the hydraulic fluid in the flow direction in front of this check valve and the oil supply channel (66) is at least partially designed to point radially outwards relative to the axis of rotation of the crankshaft (22), that the centrifugal force supports the filling process of the oil reservoir at every angle of rotation of the crankshaft (22) 40) can take place.