DE2719043C2 - Piston for an internal combustion engine with a variable compression ratio - Google Patents

Piston for an internal combustion engine with a variable compression ratio

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DE2719043C2 DE19772719043 DE2719043A DE2719043C2 DE 2719043 C2 DE2719043 C2 DE 2719043C2 DE 19772719043 DE19772719043 DE 19772719043 DE 2719043 A DE2719043 A DE 2719043A DE 2719043 C2 DE2719043 C2 DE 2719043C2
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Description

zwischen der Unterkante der Platte 22, dem Außenteil IS und dem Ring 24 nahe dem Kolbenringabschnitt 37 des Kolbens 10 gebildetbetween the lower edge of the plate 22, the outer part IS and the ring 24 near the piston ring section 37 of the piston 10 is formed

Wie aus Fig.5 hervorgeht, ist ein Kanal 40 in der Platte 22 gebildet und verbindet die obere Steuerkamraer mit einer Nut 33, die den Dichtungsring 32 aufnimmt Ein Kanal 41 ist gegenüber dem Kanal 40 leicht versezt vorgesehen und verbindet die Nut 33 mit der unteren Steuerkammer 38. Der Dichtungsring 32 ist in der Nut 33 angeordnet und unter dem Einfluß der Massenträgheit in noch zu beschreibender Weise bewegbar. Diese Bewegung erfolgt aus der in F i g. 5 gezeigten Stellung, in der eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kanälen 40 und 41 besteht in eine Stellung, in der der Ring 32 an der oberen Fläche der Nut 33 anliegt und die Flüssigkeitsströmung durch den Kanal 40 hindurch sperrtAs can be seen from Figure 5, a channel 40 is in the Plate 22 is formed and connects the upper control chamber with a groove 33, which the sealing ring 32 A channel 41 is provided slightly offset from the channel 40 and connects the groove 33 with the lower control chamber 38. The sealing ring 32 is arranged in the groove 33 and under the influence of the Inertia can be moved in a manner yet to be described. This movement takes place from the in FIG. 5 position shown in which there is a fluid connection between the channels 40 and 41 in a Position in which the ring 32 rests against the upper surface of the groove 33 and the liquid flow through the Channel 40 blocks through

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Innenteil 12 des Kolbens 10 mit einer Pleuelstange 42 über einen Kolbenbolzen 44 in üblicher Weise verbunden. Ein ölsammler 46 ist in einem Teil 48 des Innenteils 12 angeordnet, und er steht mit dem oberen Ende der Pleuelstange 42 in Verbindung. Der ölsammler 46 ist vorzugsweise ein hohles Element 50, das in einer Aussparung 52 im Innenteil 12 verschiebbar geführt ist und dessen Unterkante so ausgebildet ist daß sie der oberen Fläche der Pleuelstange 42 angepaßt ist so daß bei Schwenkung der Pleuelstange 42 auf dem Kolbenbolzen 44 bzw. relativ zum Innenteil 12 die untere Fläche des Elements 50 fest auf der oberen Fläche der Pleuelstange 42 aufsitzt. Eine Feder 54 in der Aussparung 52 drückt das Element 50 gegen die Pleuelstange 42.According to FIGS. 1 and 2, the inner part 12 of the piston 10 is connected to a connecting rod 42 via a piston pin 44 connected in the usual way. An oil collector 46 is arranged in a part 48 of the inner part 12, and it stands with the upper end of the connecting rod 42 in connection. The oil collector 46 is preferably a hollow element 50 which is slidably guided in a recess 52 in the inner part 12 and its The lower edge is designed so that it is adapted to the upper surface of the connecting rod 42 so that at Pivoting of the connecting rod 42 on the piston pin 44 or relative to the inner part 12, the lower surface of the Element 50 is firmly seated on the upper surface of the connecting rod 42. A spring 54 in the recess 52 presses the element 50 against the connecting rod 42.

Das Element 50 hat die Form einer Kappe. Es ist mit einer zentralen öffnung 56 versehen, die auf einen Austrittskanal 58 in der Pleuelstange 42 ausgerichtet ist. Der Kanal 58 ist mit dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine in nicht dargestellter Weise verbunden. The element 50 is in the form of a cap. It is provided with a central opening 56 that opens onto a Exit channel 58 in connecting rod 42 is aligned. The channel 58 is connected to the lubrication system of the Internal combustion engine connected in a manner not shown.

Eine Ventilanordnung 60 ist in einer Kammer 62 vorgesehen, die in der Platte 22 ausgebildet ist. Sie umfaßt einen zentralen, rohrförmigen Teil 64, dessen unteres Ende durch den oberen Teil des Innenteils 12 verläuft und auf die Aussparung 52 ausgerichtet ist. Ein oberes Ende verläuft durch die Platte 22 und enthält einen Kanal 66, der in die obere Steuerkammer 36 mündet. Eine Kugel 68 ist in dem Rohrteil 64 geführt und befindet sich normalerweise auf einem Sitz 70, so daß Flüssigkeitsströmung durch den rohrförmigen Teil 64 zum Kanal 66 gesperrt ist. Die Kugel 68 kann jedoch durch Druckeinwirkung und Massenträgheit in eine solche Stellung gebracht werden, daß eine Flüssigkeitsströmung möglich ist.A valve assembly 60 is provided in a chamber 62 formed in the plate 22. she comprises a central, tubular part 64, the lower end of which passes through the upper part of the inner part 12 and is aligned with the recess 52. An upper end extends through plate 22 and contains a channel 66 which opens into the upper control chamber 36. A ball 68 is guided in the tubular part 64 and is normally located on a seat 70 so that fluid flow through the tubular portion 64 to channel 66 is blocked. The ball 68 can, however, by the action of pressure and inertia in a be brought into such a position that a liquid flow is possible.

Ein radial verlaufender mittlerer Teil 72 der Ventilanordnung 60 trägt ein Austrittsventil 74 in Form einer Tellerfeder, das in seiner Schließstellung eine Strömung von einem Kanal 76, der von der oberen Steuerkammer 36 durch die Platte 22 führt, zu einem Kanal 78 sperrt, der durch den Innenteil 12 zu dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine führt.A radially extending central part 72 of the valve arrangement 60 carries an outlet valve 74 in the form a plate spring, which in its closed position, a flow from a channel 76 that of the upper Control chamber 36 leads through the plate 22, to a channel 78 blocks that through the inner part 12 to the not illustrated crankcase of the internal combustion engine leads.

Der Innenteil 12, de- in üblicher Weise mit einer Pleuelstange 42 verbunden ist bewegt sich im Zylinder einer Brennkraftmaschine wie ein normaler Kolben zwischen festen Grenzstellungen aufwärts und abwärts. Der Außenteil 16 bewegt sich innerhalb des Zylinders zwischen einer unteren Grenzstellung, die dadurch bestimmt ist daß der Kolbenboden 18 die Oberseite der Platte 22 berührt, und einer oberen Grenzstellung, die dadurch bestimmt ist daß die Oberseite des Ringes 24The inner part 12, which is connected to a connecting rod 42 in the usual way, moves in the cylinder an internal combustion engine like a normal piston between fixed limit positions upwards and downwards. The outer part 16 moves within the cylinder between a lower limit position, which thereby is determined that the piston head 18 touches the top of the plate 22, and an upper limit position that is determined by the fact that the top of the ring 24

ίο die untere Fläche der Platte 22 berührt Während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 10 zeigt also der Außenteil 16 unter dem Einfluß der Massenträgheit die Neigung, sich zur extremen obersten und zur extremen untersten Grenzstellung hin zu bewegen. Das den Steuerkammern 36 und 38 zugeführte Schmiermittel reguliert diese Bewegung jedoch so, daß ein erhöhtes Kompressionsverhältnis für die Brennkraftmaschine erzeugt und gleichzeitig ein vorbestimmter maximaler Brennkammerdruck beibehalten wird, bestimmt durch die Einstellung des Öffnungsdrucks des Ventils 74.ίο the lower surface of the plate 22 touches during the To and fro movement of the piston 10 shows the outer part 16 under the influence of inertia Tendency to move towards the extreme uppermost and extreme lower limit position. That the Control chambers 36 and 38 supplied lubricant regulates this movement, however, so that an increased Compression ratio generated for the internal combustion engine and at the same time a predetermined maximum Combustion chamber pressure is maintained, determined by the setting of the opening pressure of the valve 74.

Dies erfolgt durch die Massenträgheit und die Einwirkung des Öldrucks auf den Außenteil 16 am oberen Ende des Auspuffhubes und während des ersten Teils des nach unten gerichteten Ansaughubes, wodurch der Außenteil 16 von dem Innenteil 12 getrennt wird. Bei der Trennung der Teile wird die obere Steuerkammer 36 vergrößert und die Kugel 68, die als ein Einweg-Eintrittsventil dient bewegt sich in eine solche Stellung, daß der sich ausdehnenden Steuerkammer 36This takes place through the inertia and the action of the oil pressure on the outer part 16 on the upper end of the exhaust stroke and during the first part of the downward intake stroke, whereby the outer part 16 is separated from the inner part 12. When the parts are separated, the upper control chamber becomes 36 is enlarged and the ball 68, which serves as a one-way inlet valve, moves into one Position that the expanding control chamber 36

aus dem Kanal 66 öl zugeführt werden kann. Die Kugel 68 verhindert einen Rückfluß des Öls in die Ventilanordnung 60 von der oberen Steuerkammer 36 beim Abwärtshub des Kolbens.
Wenn sich der Kolben abwärts bewegt, wird in ähnlicher Weise der Dichtungsring 32 in die in F i g. 5 gezeigte Position gebracht, in der Öl von der oberen Steuerkammer 36 zur unteren Steuerkammer 38 fließen kann. Ein Rückfluß wird jedoch während des Aufwärtshubes des Kolbens verhindert da die Massenträgheit den Dichtungsring 32 in eine Position bewegt, in der die Flüssigkeitsströmung durch den Kanal 40 gesperrt ist.from the channel 66 oil can be supplied. The ball 68 prevents backflow of the oil into the valve assembly 60 from the upper control chamber 36 on the downstroke of the piston.
Similarly, when the piston moves downward, the seal ring 32 is inserted into the position shown in FIG. 5 brought the position shown in the oil from the upper control chamber 36 to the lower control chamber 38 can flow. However, backflow is prevented during the upward stroke of the piston because the inertia moves the sealing ring 32 into a position in which the flow of liquid through the channel 40 is blocked.

Das Ergebnis besteht darin, daß der Kolben 10 allmählich vergrößert wird, bis ein vorbestimmter Brennkammerdruck erreicht ist. Dies ergibt sich aus dem mit zunehmender Kolbenlänge abnehmenden Brennkammervolumen. Wenn der Brennkammerdruck den vorbestimmten Wert erreicht hat, wird er auf die Flüssigkeit in der oberen Steuerkammer 36 übertragen und öffnet das Ventil 23, so daß das in der Steuerkammer 36 vorhandene öl in das Kurbelgehäuse geführt wird.The result is that the piston 10 is gradually enlarged until a predetermined one Combustion chamber pressure is reached. This results from the decrease with increasing piston length Combustion chamber volume. When the combustion chamber pressure has reached the predetermined value, it is set to the Transfer fluid in the upper control chamber 36 and opens the valve 23, so that in the Control chamber 36 existing oil is passed into the crankcase.

Im Bereich des Dichtungsringes 32 ist ausreichend Raum vorhanden, damit das Öl aus der unteren Steuerkammer 38 austreten kann. Eine nicht dargestell-In the area of the sealing ring 32 there is sufficient space so that the oil from the lower Control chamber 38 can escape. A not shown

te kleine Öffnung kann gegebenenfalls vorgesehen sein, um den ölaustritt aus der unteren Steuerkammer 38 zu steuern.te small opening can optionally be provided in order to prevent the oil from escaping from the lower control chamber 38 steer.

Der Dichtungsring 32 stellt also ein billiges Einwegventil zur Regulierung der Ölströmung von der oberen Steuerkammer 36 zur unteren Steuerkammer 38 dar.The sealing ring 32 thus provides an inexpensive one-way valve for regulating the flow of oil from the upper one Control chamber 36 represents the lower control chamber 38.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Kolben für eine Brennkraftmaschine mit veränderbarem Kompressionsverhältnis, bestehend aus einem Innenteil und einem daran teleskopisch gehaltenen Außenteil, die während der Arbeitsbewegung des Kolbens relativ zueinander bewegbar sind, mit einer ersten und einer zweiten Steuerkammer, deren Volumen abhängig von der Relativbewegung und von einer in ihnen vorhandenen inkompressiblen Flüssigkeitsmenge veränderbar ist und denen die inkompressible Flüssigkeit über einen ersten, ein Einwegventil enthaltenden Kanal und über einen zweiten, von der ersten zur zweiten Steuerkammer verlaufenden Kanal zuführbar ist, wobei im Innenteil eine einen Dichtungsring enthaltende Dichtungsnut vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (40, 41) durch die Dichtungsnut (33) verläuft und daß der Dichtungsring (32) als Einwegventil zur Regulierung der Flüssigkeitsströmung zwischen beiden Steuerkammern (36, 38) dient wobei der Dichtungsring (32) in der Dichtungsnut (33) durch Massenträgheit zwischen einer Position, in der der zweite Kanal (40,41) geöffnet ist, und einer Position, in der der zweite Kanal (40, 41) geschlossen ist, bewegbar istPiston for an internal combustion engine with variable compression ratio, consisting of an inner part and an outer part telescopically held thereon, which during the working movement of the piston are movable relative to one another, with a first and a second control chamber, their volume depends on the relative movement and on an incompressible one that is present in them Fluid amount is changeable and which the incompressible fluid over a first, a one-way valve containing channel and through a second, from the first to the second Control chamber extending channel can be fed, wherein a sealing ring in the inner part containing sealing groove is provided, characterized in that the second Channel (40, 41) runs through the sealing groove (33) and that the sealing ring (32) is used as a one-way valve Regulation of the flow of liquid between the two control chambers (36, 38) is used Sealing ring (32) in the sealing groove (33) by inertia between a position in which the second channel (40,41) is open, and a position in which the second channel (40, 41) is closed, is movable Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit veränderbarem Kompressionsverhältnis, bestehend aus einem Innenteil und einem daran teleskopisch gehaltenen Außenteil, die während der Arbeitsbewegung des Kolbens relativ zueinander bewegbar sind, mit einer ersten und einer zweiten Steuerkammer, deren Volumen abhängig von der Relativbewegung und von einer in ihnen vorhandenen inkompressiblen Flüssigkeitsmenge veränderbar ist und denen die inkompressible Flüssigkeit über einen ersten, ein Einwegventil enthaltenden Kanal bzw. über einen zweiten, von der ersten zur zweiten Stfcuerkammer verlaufenden Kanal zuführbar ist, wobei im Innenteil eine einen Dichtungsring enthaltende Dichtungsnut vorgesehen ist.The invention relates to a piston for an internal combustion engine with a variable compression ratio, consisting of an inner part and a on it telescopically held outer part, which relative to each other during the working movement of the piston are movable, with a first and a second control chamber, the volume of which depends on the Relative movement and is changeable by an incompressible amount of liquid present in them and which the incompressible liquid via a first, a one-way valve containing channel or via a second channel running from the first to the second control chamber can be supplied, wherein in the inner part a sealing groove containing a sealing ring is provided. Ein derartiger Kolben (siehe z. B. US-PS 40 16 841) ist mit seinem Innenteil in der üblichen Art mit einer Pleuelstange verbunden und trägt den Außenteil, der den Kolbenboden bildet, an seinem oberen Ende. Durch die Relativbewegung beider Teile zueinander wird das Kompressionsverhältnis des Zylinders verändert, in dem der Kolben geführt ist. Zwischen dem oberen Ende des Innenteiles und dem unteren Ende des Außenteiles sind Abstandsräume gebildet, die eine obere und eine untere Steuerkammer eingrenzen, deren Volumen abhängig von der Relativbewegung der beiden Kolbenteile zueinander gegens;nnig veränderbar ist. Eine inkompressible Flüssigkeit wie z. B. Schmieröl wird den Kammern derart zugeführt, daß eine automatische Bewegungsregelung der beiden Kolbenteile zur allmählichen Änderung des Kompressionsverhältnisses erfolgt, bis ein vorbestimmter Kompressionsdruck erreicht ist. Das hydraulische System der Brennkraftmaschine ändert dann die Bewegung der beiden Kolbenteile derart, daß ein maximaler Kompressionsdruck gleichmäßig beibehalten wird.Such a piston (see z. B. US-PS 40 16 841) is connected with its inner part in the usual way with a connecting rod and carries the outer part, which forms the piston head, at its upper end. The relative movement of the two parts to one another changes the compression ratio of the cylinder in which the piston is guided. Between the upper end of the inner part and the lower end of the outer part, spacing spaces are formed which delimit an upper and a lower control chamber, the volume of which depends on the relative movement of the two piston parts to one another ; is not changeable. An incompressible liquid such as B. Lubricating oil is supplied to the chambers in such a way that an automatic movement control of the two piston parts takes place to gradually change the compression ratio until a predetermined compression pressure is reached. The hydraulic system of the internal combustion engine then changes the movement of the two piston parts in such a way that a maximum compression pressure is evenly maintained. Nach diesem und ähnlichem Prinzip (siehe z. B. US-PS 37 04 695) arbeitende Kolben wurden bereits in einer leichten und kostensparenden Konstruktion verwirklicht wodurch die Auswirkungen der Massenträgheit auf das Austrittsventil minimal gehalten werden und ein schnelles Ansprechen auf Änderungen der Maschinenbelastung gewährleistet istAccording to this and a similar principle (see z. B. US-PS 37 04 695) working pistons have already been in a lightweight and cost-saving construction, thereby reducing the effects of inertia on the outlet valve are kept to a minimum and a quick response to changes in the Machine load is guaranteed Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kolbenkonstruktion anzugeben, durch die sich eine noch genauereIt is the object of the invention to provide a piston construction which allows an even more precise ίο Regulierung der Flüssigkeitsströmung zwischen den beiden Steuerkammern ohne zusätzlichen Aufwand ergibtίο Regulation of the liquid flow between the results in both control chambers without additional effort Diese Aufgabe wird für einen Kolben eingangs genannter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der zweite Kanal durch die Dichtungsnut verläuft und daß der Dichtungsring als Einwegventil zur Regulierung der Flüssigkeitsströmung zwischen den beiden Steuerkammern dient wobei der Dichtungsring in der Dichtungsnut durch Massenträgheit zwischen einer Position, in der der zweite Kanal geöffnet ist und einer Position, in der der zweite Kanal geschlossen ist bewegbar istThis object is achieved according to the invention for a piston of the type mentioned at the outset in that the second channel runs through the sealing groove and that the sealing ring as a one-way valve to regulate the Fluid flow between the two control chambers is used, the sealing ring in the sealing groove between a position in which the second channel is open and a position in which the second channel is closed can be moved Bei einem Kolben gemäß dem Patentanspruch verläuft also ein Kanal zwischen der unteren Steuerkammer und der oberen Steuerkammer durch dieIn the case of a piston according to the patent claim, a channel runs between the lower control chamber and the upper control chamber through the ?'·> Dichtungsnut, in der ein Dichtungsring angeordnet ist. Der Dichtungsring erfüllt zusätzlich zu seiner normalen Dichtungsfunktion die Funktion eines Einwegventils, welches die Flüssigkeitsströmung von der oberen Steuerkammer zur unteren Steuerkammer so reguliert, daß das Kompressionsverhältnis der Maschine allmählich ansteigt, bis ein vorbestimmter maximaler Druck in der Verbrennungskammer erreicht ist. ? '·> Sealing groove in which a sealing ring is arranged. In addition to its normal sealing function, the sealing ring fulfills the function of a one-way valve which regulates the flow of fluid from the upper control chamber to the lower control chamber so that the compression ratio of the engine gradually increases until a predetermined maximum pressure is reached in the combustion chamber. Ein Ausführungsbeispiel wild im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigtAn exemplary embodiment is described below with reference to the figures. It shows F i g. 1 den Längsschnitt eines Kolbens in einer ersten Betriebsstellung,F i g. 1 shows the longitudinal section of a piston in a first operating position, F i g. 2 den Längsschnitt des in F i g. 1 gezeigten Kolbens in einer weiteren Betriebsstellung,
F i g. 3 den Schnitt 3-3 aus F i g. 1,F i g. 2 shows the longitudinal section of the in F i g. 1 piston shown in a further operating position,
F i g. 3 shows section 3-3 from FIG. 1, F i g. 4 den Schnitt 4-4 aus F i g. 2 undF i g. 4 shows section 4-4 from FIG. 2 and F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in F i g. 1 und 2 gezeigten Kolbens.F i g. 5 is an enlarged illustration of part of the FIG. 1 and 2 piston shown. Der in den Figuren dargestellte Kolben 10 umfaßt einen Innenteil 12 mit einem oberen Abschnitt 14 verringerten Durchmessers. Ein Außenteil 16 ist auf der Außenfläche des Abschnitts 14 befestigt.The piston 10 shown in the figures comprises an inner part 12 with an upper section 14 reduced diameter. An outer part 16 is attached to the outer surface of the section 14. Der Aüßenteil 16 hat eine Deckfläche 18, die als Kolbenboden des Kolbens 10 dient und eine bewegliche Wandung am unteren Ende der Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine bildet. Der Außenteil 16 ist in axialer Richtung auf die Außenfläche des Abschnitts 14 des Innenteils 12 aufgeschoben.The outer part 16 has a top surface 18 which serves as the piston head of the piston 10 and a movable one Forms wall at the lower end of the combustion chamber of an internal combustion engine. The outer part 16 is in pushed onto the outer surface of section 14 of inner part 12 in the axial direction. Am oberen Ende des Innenteils 12 ist vorzugsweise mit Schraubbolzen 23 (F i g. 3) eine Platte 22 befestigt, und am Außenteil 16 ist ein Ring 24 mit seinem Außengewinde 26 in ein innengewinde 28 des Außenteils 16 eingeschraubt. Diese Verbindungsart der beiden Teile 24 und 16 ist nur als Beispiel genannt. Ein Fixierstift 30 hält den Ring 24 in seiner durch die Einschraubung erreichten Lage fest. Ein Dichtungsring 32 ist an der Platte 22 vorgesehen, und ein Dichtungsring 34 am Abschnitt 14 des Innenteils 12 wirkt auf den Ring 24 ein und bildet eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den beiden Kolbenteilen im Bereich ihrer Gleitverbindung.A plate 22 is fastened to the upper end of the inner part 12, preferably with screw bolts 23 (FIG. 3), and on the outer part 16 is a ring 24 with its external thread 26 in an internal thread 28 of the Outer part 16 screwed in. This type of connection of the two parts 24 and 16 is only mentioned as an example. A Fixing pin 30 holds the ring 24 in its position reached by the screwing. A sealing ring 32 is provided on the plate 22 and a sealing ring 34 is provided on the section 14 of the inner part 12 acts on the ring 24 and forms a fluid-tight connection between the two piston parts in the area of their sliding connection. Eine obere Steuerkammer 36 ist zwischen der Platte 22 und der Innenfläche des Kolbenbodens 18 gebildet, und eine untere, ringförmige Steuerkammer 38 istAn upper control chamber 36 is formed between the plate 22 and the inner surface of the piston head 18, and a lower, annular control chamber 38 is
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