DE602004000901T2

DE602004000901T2 - Hydraulic actuator for an internal combustion engine

Info

Publication number: DE602004000901T2
Application number: DE602004000901T
Authority: DE
Inventors: Aurelien Huss; Olivier Venuti
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: EP1520970B1; DE602004000901D1; EP1520970A1; ATE326623T1; FR2860551A1; FR2860551B1; ES2264098T3

Abstract

The actuator has a unit including two passages and a control unit to control fluid flow between lower and upper chambers (24, 25) by valves. The unit maintains a piston (22) at a fixed position or adjusts position of the piston in a body by selected passage of fluid between the chambers due to pressure difference in the chambers, when a force is exerted on the piston by a hinged type connecting rod assembly. An independent claim is also included for an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Stellglied für einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis und variablem Hubraum und einen Verbrennungsmotor, der mit mindestens einem solchen hydraulischen Stellglied ausgestattet ist.The The present invention relates to a hydraulic actuator for a Internal combustion engine with variable compression ratio and variable displacement and an internal combustion engine having at least one such hydraulic Actuator is equipped.

Da sich das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors als Verhältnis zwischen den Verbrennungskammerrauminhalten eines Zylinders beim unteren Totpunkt und oberen Totpunkt definiert, ist die Wahl des Verdichtungsverhältnisses ein Kompromiss zwischen dem Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl und Belastung, d.h. bei einem schwachen Leistungsbedarf, und dem Auftreten von Klopfen unter Bedingungen eines Betriebs mit stärkerer Belastung.There the compression ratio an internal combustion engine as a ratio between the combustion chamber space contents of a cylinder at bottom dead center and top dead center is defined the choice of the compression ratio a compromise between low-speed efficiency and load, i. at a low power requirement, and the Occurrence of knock under conditions of operation with heavier load.

Es ist von Interesse, das Verdichtungsverhältnis sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors verändern zu lassen. Dazu sind Vorrichtungen bekannt, die die Phasenverschiebung der Verteilung betreffen, was die Senkung des effektiven Verhältnisses gegenüber dem geometrischen Grundverhältnis bewirkt.It is of interest, the compression ratio depending on be changed by the operating conditions of the engine. These are devices known, which affect the phase shift of the distribution, what the lowering of the effective ratio across from the geometric base ratio causes.

Die Veränderung des Totvolumens und/oder des Spülvolumens war Gegenstand zahlreicher Vorschläge, denen aber keine bekannten industriellen Verwertungen in großem Umfang folgten.The change the dead volume and / or the flush volume has been the subject of numerous proposals, but no known industrial exploitation on a large scale followed.

Die Gattungen der vorgeschlagenen Lösungen sind im Wesentlichen die folgenden:

– Modifizierung des zylinderkopfseitigen Totvolumens durch einen zusätzlichen Kolben,
– variable Pleuelstangenlänge,
– „aufblasbarer" Kolben,
– variabler Abstand Kurbelstangenachse – Ebene der Zylinderkopfdichtung,
– variabler Hub.

The genera of the proposed solutions are essentially the following:

Modification of the cylinder head side dead volume by an additional piston,
- variable connecting rod length,
- "inflatable" piston,
- Variable distance between crank rod axis - Cylinder head gasket level,
- variable stroke.

Diese verschiedenen Vorschläge führen zu einer eingeschränkten Veränderung des Hubraums in einem Anteil von unter 25% und weisen verschiedene Nachteile auf.These various suggestions to lead to a limited change of the cubic capacity in a proportion of less than 25% and have different Disadvantages.

Im Ubrigen ist aus der FR-A-2 807 105 ein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis und variablem Hubraum bekannt, der mindestens einen Zylinder umfasst, in dem sich ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegen kann.in the Incidentally, from FR-A-2 807 105 an internal combustion engine with variable compression ratio and variable displacement known, comprising at least one cylinder, in which a piston between a top dead center and a bottom dead center can move.

Dieser Motor umfasst auch Einrichtungen, um die Position des oberen Totpunkts sich innerhalb vorbestimmter Grenzen ändern zu lassen, um gleichzeitig den Hubweg des Kolbens, die Position des unteren Totpunkts und verhältnisgleich das Verdichtungsverhältnis und den Hubbraum sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors verändern zu lassen.This Engine also includes facilities to the top dead center position to change within predetermined limits, at the same time the stroke of the piston, the position of the bottom dead center and proportional the compression ratio and the Hubbraum depending on be changed by the operating conditions of the engine.

Diese Einrichtungen umfassen eine einerseits am Kolben des Motors und andererseits an einer Hauptpleuelstange angelenkte Pleuelstange, die sich auf einer Kurbelwelle dreht und auch an einer einen Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange angelenkt ist, die mit einem Einstellglied für die Stellung der Pleuelstange verbunden ist, das die Positionen des oberen und unteren Totpunkts steuert. Aus der JP 62041970 ist ein Stellglied bekannt, wobei die Stellung des Kolbens bei einem durch die Pleueleinheit auf den Kolben ausgeübten Kraft geregelt wird.These devices comprise a connecting rod articulated, on the one hand, to the piston of the engine and, on the other hand, to a main connecting rod, which rotates on a crankshaft and is also articulated to a connecting lever forming a balancing lever connected to a connecting rod position adjusting member which adjusts the positions of the connecting rod controls upper and lower dead center. From the JP 62041970 An actuator is known, wherein the position of the piston is controlled at a force exerted by the connecting rod on the piston force.

Die Erfindung hat es zum Ziel, ein hydraulisches Stellglied vorzuschlagen, das dieser Gabelpleueleinheit zugeordnet ist und es ermöglicht, die Position des oberen Totpunkts und die Position des unteren Totpunkts sich schnell verändern zu lassen, sowie diesen oberen und unteren Totpunkt an einer feststehenden Stelle zu halten, indem gleichzeitig ein Minimum an Energie verbraucht wird.The The invention aims to propose a hydraulic actuator, which is associated with this Gabelpleueleinheit and makes it possible the position of top dead center and the bottom dead center position to change quickly as well as this upper and lower dead center at a fixed To keep a job while consuming a minimum of energy becomes.

Die Erfindung hat somit ein hydraulisches Stellglied für einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis und variablem Hubraum zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es in einem Körper einen Kolben, der über eine Gabelpleueleinheit mit einem Kolben des Motors verbunden ist und in dem Körper eine untere Kammer und eine obere Kammer begrenzt, die mit Flüssigkeit gefüllt sind, und Einrichtungen zum Halten des Kolbens in einer feststehenden Lage oder zur Lageregelung dieses Kolbens im Körper durch selektiven Durchtritt der Flüssigkeit zwischen den beiden Kammern unter der Wirkung des Druckunterschieds in den Kammern bei einer auf den Kolben dieses Stellglieds durch die Pleueleinheit ausgeübten Kraft umfasst, wobei die Wirkfläche des Kolbens in der unteren Kammer kleiner ist als die Wirkfläche des Kolbens in der oberen Kammer.The The invention thus has a hydraulic actuator for a Internal combustion engine with variable compression ratio and variable displacement to the object, which is characterized in that it in one body a piston that over a Gabelpleueleinheit is connected to a piston of the engine and in the body delimiting a lower chamber and an upper chamber filled with liquid, and means for holding the piston in a fixed one Position or position control of this piston in the body through selective passage the liquid between the two chambers under the effect of the pressure difference in the chambers at one on the piston of this actuator the connecting rod exercised Force includes, wherein the effective area of the piston in the lower chamber is smaller than the effective area of the Piston in the upper chamber.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung:

– umfassen die Regeleinrichtungen:
– einen ersten Durchgang, der im Kolben ausgebildet ist und ein erstes Ende umfasst, das in die untere Kammer mündet, und ein zweites Ende, das in die obere Kammer mündet und mit einem Sicherheitsventil versehen ist,
– einen zweiten Durchgang, der im Kolben ausgebildet ist und ein erstes Ende umfasst, das in die untere Kammer mündet und mit einem Sicherheitsventil versehen ist, und ein zweites Ende, das zwischen dem ersten Ende und dem Ventil des ersten Durchgangs in den ersten Durchgang mündet, und
– Einrichtungen zum Steuern des Fließens der Flüssigkeit zwischen den Kammern mittels der Ventile,
– wobei die Steuereinrichtungen umfassen:
– einen ersten Schaft, der im ersten Durchgang angeordnet ist und auf das Ventil dieses ersten Durchgangs wirkt, wobei der erste Schaft einen axialen Kanal zum Durchgang der Flüssigkeit von der unteren Kammer zur oberen Kammer umfasst,
– einen zweiten Schaft, der in der Achse des ersten Schafts angeordnet und mit einem Stellsystem verbunden ist, und
– einen Stößel, der zwischen den Schäften angeordnet und entgegen Rückstellfedern durch den zweiten Schaft zwischen einer Verschließstellung des Kanals des ersten Schafts, in der das Ventil des ersten Durchgangs offen ist, und einer Öffnungsstellung dieses Kanals, in der das Ventil des ersten Durchgangs geschlossen ist, verschiebbar ist,
– das Ventil des ersten Durchgangs von einer Druckfeder gegen eine im ersten Durchgang ausgebildete Auflage gedrückt gehalten wird, um das Fließen der Flüssigkeit von der unteren Kammer zur oberen Kammer zu steuern,
– das Ventil des zweiten Durchgangs von einer Druckfeder gegen eine im zweiten Durchgang ausgebildete Auflage gedrückt gehalten wird, um das Fließen der Flüssigkeit von der oberen Kammer zur unteren Kammer zu steuern,
– die Rückstellfedern des Stößels eine erste Feder umfassen, die zwischen der Unterseite des Kolbens und dem Stößel eingesetzt ist, und eine zweite Feder, die zwischen dem Boden des Kanals des Schafts und dem Stößel eingesetzt ist,
– die untere Kammer an eine Flüssigkeitsüberdruckpumpe angeschlossen ist.

According to further features of the invention:

- include the control equipment:
A first passage formed in the piston and comprising a first end opening into the lower chamber and a second end opening into the upper chamber and provided with a safety valve,
A second passage formed in the piston and including a first end opening into the lower chamber and provided with a safety valve and a second end opening into the first passage between the first end and the first passage valve , and
- means for controlling the flow of liquid between the chambers by means of valves,
- wherein the control devices comprise:
A first shaft disposed in the first passage and acting on the valve of this first passage, the first shaft including an axial passage for passage of the fluid from the lower chamber to the upper chamber,
A second shaft arranged in the axis of the first shaft and connected to a control system, and
A plunger disposed between the shafts and against return springs by the second shaft between a closing position of the channel of the first shaft in which the valve of the first passage is open and an opening position of this channel in which the valve of the first passage is closed , is displaceable,
The valve of the first passage is kept pressed by a pressure spring against a support formed in the first passage to control the flow of the fluid from the lower chamber to the upper chamber,
The valve of the second passage is kept pressed by a pressure spring against a support formed in the second passage, in order to control the flow of the fluid from the upper chamber to the lower chamber,
The return springs of the plunger comprise a first spring inserted between the underside of the plunger and the plunger and a second spring inserted between the bottom of the channel of the shaft and the plunger,
- The lower chamber is connected to a fluid pressure pump.

Die Erfindung hat auch einen Verbrennungsmotor zum Gegenstand, der mindestens einen Zylinder, in dem sich ein Kolben zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt verschieben kann, und Einrichtungen umfasst, um die Lage des oberen Totpunkts zwischen vorbestimmten Grenzen sich verändern zu lassen, um gleichzeitig den Laufweg bzw. Hub des Kolbens, die Lage des unteren Totpunkts und verhältnisgleich das Verdichtungsverhältnis und den Hubraum in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors sich verändern zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen ein wie vorstehend erwähntes hydraulisches Stellglied umfassen, das über eine Gabelpleueleinheit mit dem Kolben verbunden ist.The The invention also relates to an internal combustion engine, at least a cylinder in which a piston between a top dead center and a bottom dead center, and includes facilities, around the top dead center position between predetermined limits change at the same time the stroke or stroke of the piston, the Position of the bottom dead center and proportional to the compression ratio and the displacement in dependence be changed by the operating conditions of the engine, characterized in that in that the devices are a hydraulic actuator as mentioned above include that over a Gabelpleueleinheit is connected to the piston.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung deutlich, die beispielhaft wiedergegeben wird und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erstellt wurde:

– 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Kolbens eines Verbrennungsmotors, der mit einem erfindungsgemäßen Stellglied ausgestattet ist, das es ermöglicht, das Verdichtungsverhältnis und den Hubraum dieses Motors einzustellen,
– die 2 und 3 sind 1 ähnliche schematische Seitenansichten, die die Lage des oberen und unteren Totpunkts des Kolbens bei einem starken Druckbetrag bzw. einem schwachen Hubweg dieses Kolbens zeigen,
– die 4 und 5 sind 2 ähnliche schematische Seitenansichten, die die Lage des oberen und unteren Totpunkts des Kolbens bei einem schwachen Druckbetrag bzw. einem starken Hubweg dieses Kolbens zeigen,
– 6 ist eine schematische Ansicht im Axialschnitt des erfindungsgemäßen hydraulischen Stellglieds,
– die 7, 8 und 9 sind schematische Ansichten im vergrößerten Maßstab und im Axialschnitt, die den Funktionsablauf der Ventile dieses hydraulischen Stellglieds zeigen.

Other features and advantages of the invention will become apparent in the course of the following description, given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:

- 1 is a schematic side view of a piston of an internal combustion engine, which is equipped with an actuator according to the invention, which makes it possible to adjust the compression ratio and the displacement of this engine,
- the 2 and 3 are 1 similar schematic side views showing the position of the top and bottom dead center of the piston at a high pressure amount or a weak stroke of this piston,
- the 4 and 5 are 2 similar schematic side views showing the position of the top and bottom dead center of the piston at a low pressure amount or a strong stroke of this piston,
- 6 is a schematic view in axial section of the hydraulic actuator according to the invention,
- the 7 . 8th and 9 Fig. 3 are schematic views, on an enlarged scale and in axial section, showing the operation of the valves of this hydraulic actuator.

In 1 ist ein Zylinder 1 eines Verbrennungsmotors schematisch dargestellt, in dem ein Kolben 2 Hübe zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt vollführen kann. Der Kolben 2 ist mit einer Hilfspleuelstange genannten Pleuelstange 3 verbunden, die einerseits am Kolben 2 und andererseits an einer Hauptpleuelstange 4 angelenkt ist, die sich an einer Kurbelwelle 5 dreht. Die Hauptpleuelstange 4 ist ebenfalls über eine Achse 6 an einer einen Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange 7 angelenkt, die zu einer Einstellvorrichtung für die Lage dieser Pleuelstange 7 gehört und ein hydraulisches Stellglied umfasst, das insgesamt mit der Bezugszahl 20 bezeichnet ist.In 1 is a cylinder 1 an internal combustion engine shown schematically, in which a piston 2 Strokes between an upper and a lower dead center can perform. The piston 2 is with a connecting rod called connecting rod 3 connected, on the one hand to the piston 2 and on the other hand at a main connecting rod 4 is articulated, attached to a crankshaft 5 rotates. The main connecting rod 4 is also about an axis 6 on a connecting lever forming a balance lever 7 articulated, leading to an adjustment for the position of this connecting rod 7 belongs and includes a hydraulic actuator, the whole with the reference number 20 is designated.

An ihrem der Achse 6 entgegengesetzten Ende ist die einen Ausgleichshebel bildende Pleuelstange 7 über eine Gelenkverbindung 9 mit dem hydraulischen Stellglied 20 verbunden. Die Hauptpleuelstange 4 umfasst einen kurzen Schenkel 4a und einen langen Schenkel 4b, der fest mit einem rohrförmigen Körper 4c verbunden ist, der sich an einem Kurbelzapfen 10 drehen kann, der einen integralen Bestandteil der Kurbelwelle 5 bildet. Der kurze Schenkel 4a stellt die Verbindung zwischen dem Kurbelzapfen 10 und der Achse 11 der Pleuelstange 3 sicher, während der lange Schenkel 4b die Verbindung zwischen dem Kurbelzapfen 10 und der Gelenkverbindungsachse 6 an der den Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange 7 sicherstellt.At her the axle 6 opposite end is a connecting lever forming a balance lever 7 via a joint connection 9 with the hydraulic actuator 20 connected. The main connecting rod 4 includes a short leg 4a and a long thigh 4b That stuck with a tubular body 4c connected to a crankpin 10 can rotate, which is an integral part of the crankshaft 5 forms. The short thigh 4a represents the connection between the crank pin 10 and the axis 11 the connecting rod 3 sure, while the long thigh 4b the connection between the crankpin 10 and the articulation axis 6 at the connecting lever forming the balance lever 7 ensures.

Die Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 wie auch das hydraulische Stellglied sind in einem Zylindergehäuse 12 untergebracht.The connecting rod unit 3 . 4 and 7 as well as the hydraulic actuator are in a cylinder housing 12 accommodated.

Das Stellglied 20 muss es ermöglichen, den Punkt der Gelenkverbindung 9 der den Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange 7 an einer festen Stelle zu halten, wie auch diesen Punkt der Gelenkverbindung 9 schnell zu einem vorbestimmten Vorgabepunkt in beiden Richtungen, d.h. nach oben oder unten, und entlang eines Teilhubs oder Gesamthubs und mit einer Dynamik von unter einer Sekunde zu verschieben. Jeder Position des Punkts der Gelenkverbindung 9, die durch das Stellglied 20 angesteuert wird, entspricht eine Position der den Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange 7, der Hauptpleuelstange 4, der Kurbelwelle 5, der Pleuelstange 3 und des Kolbens 2.The actuator 20 It must enable the point of articulation 9 the connecting rod forming the balance lever 7 to hold it in place, as well as this point of articulation 9 quickly to a predetermined preset point in either direction, ie up or down, and along a partial or total lift and with a dynamic of less than one second. Each position of the point of articulation 9 passing through the actuator 20 is activated, corresponds to a position of the connecting lever forming the balance lever 7 , the main connecting rod 4 , the crankshaft 5 , the connecting rod 3 and the piston 2 ,

Die 2 und 3 stellen die extremen Positionen des Kolbens 2 bei einem starken Druckbetrag und einem schwachen Hub dar. 2 zeigt den Zustand der Pleuelstangen 3, 4 und 7 am oberen Totpunkt, und 3 zeigt dieselben Bauteile am unteren Totpunkt dieses Kolbens 2.The 2 and 3 set the extreme positions of the piston 2 at a high pressure amount and a weak stroke. 2 shows the condition of the connecting rods 3 . 4 and 7 at top dead center, and 3 shows the same components at the bottom dead center of this piston 2 ,

Die 4 und 5 zeigen die extremen Positionen des Kolbens 2 bei einem schwachen Druckbetrag und einem starken Hub des Kolbens 2. 4 zeigt den Zustand der Pleuelstangen 3, 4 und 7 und des Kolbens 2 am oberen Totpunkt, und 5 zeigt dieselben Bauteile am unteren Totpunkt dieses Kolbens 2.The 4 and 5 show the extreme positions of the piston 2 at a weak pressure amount and a strong stroke of the piston 2 , 4 shows the condition of the connecting rods 3 . 4 and 7 and the piston 2 at top dead center, and 5 shows the same components at the bottom dead center of this piston 2 ,

Indem nun Bezug auf die 6 und 7 genommen wird, wird das hydraulische Stellglied ausführlicher beschrieben. Dieses hydraulische Stellglied 20 besteht aus einem Körper 21, in dessen Innerem ein Kolben 22 translatorisch verschiebbar angebracht ist, der mit der den Ausgleichshebel bildenden Pleuelstange 7 über den Gelenkverbindungspunkt 9 verbunden ist. Der Kolben 22 ist an seinem Umfang mit einer Dichtung 23 versehen und begrenzt im Inneren des Körpers 21 eine untere Kammer 24 und eine obere Kammer 25, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind.Referring now to the 6 and 7 is taken, the hydraulic actuator will be described in more detail. This hydraulic actuator 20 consists of a body 21 , inside which a piston 22 is mounted translationally displaceable, with the connecting lever forming the balance lever 7 over the joint connection point 9 connected is. The piston 22 is at its periphery with a seal 23 provided and limited inside the body 21 a lower chamber 24 and an upper chamber 25 which are filled with a liquid.

Die Wirkfläche 22a des Kolbens in der unteren Kammer 24 ist kleiner als die Wirkfläche 22b des Kolbens 22 in der oberen Kammer 25 (6).The effective area 22a of the piston in the lower chamber 24 is smaller than the effective area 22b of the piston 22 in the upper chamber 25 ( 6 ).

Allgemein umfasst das hydraulische Stellglied 20 Einrichtungen zum Halten des Kolbens 22 in einer feststehenden Lage oder zur Lageregelung dieses Kolbens 22 im Körper 21 durch selektiven Durchtritt der Flüssigkeit zwischen den beiden Kammern 24 und 25 unter der Wirkung des Druckunterschieds in den Kammern 24 und 25 bei einer auf den Kolben 22 dieses Stellglieds 20 durch die Pleueleinheit 3, 4 und 7 ausgeübten Kraft.Generally, the hydraulic actuator includes 20 Means for holding the piston 22 in a fixed position or to the position control of this piston 22 in the body 21 by selective passage of the liquid between the two chambers 24 and 25 under the effect of the pressure difference in the chambers 24 and 25 at one on the piston 22 this actuator 20 through the connecting rod unit 3 . 4 and 7 applied force.

Die Einrichtungen umfassen einen ersten Durchgang 30, der im Kolben 22 ausgebildet ist und ein erstes Ende 30a umfasst, das in die untere Kammer 24 mündet, und ein zweites Ende 30b, das in die obere Kammer 25 mündet. Dieses zweite Ende 30b ist mit einem Sicherheitsventil 31 versehen.The facilities include a first pass 30 who in the butt 22 is formed and a first end 30a that covers the lower chamber 24 flows, and a second end 30b in the upper chamber 25 empties. This second end 30b is with a safety valve 31 Mistake.

Diese Einrichtungen umfassen auch einen zweiten Durchgang 32, der im Kolben 22 ausgebildet ist und ein erstes Ende 32a umfasst, das in die untere Kammer 24 mündet und mit einem Sicherheitsventil 33 ausgestattet ist. Dieser Durchgang 32 umfasst ein zweites Ende 32b, das zwischen dem ersten Ende 30a und dem Ventil 31 in den ersten Durchgang 30 mündet. Schließlich umfassen die Einrichtungen auch noch Einrichtungen zum Steuern des Fließens der Flüssigkeit zwischen den Kammern 24 und 25 mittels der Ventile 31 und 33, und die durch die allgemeine Bezugszahl 40 bezeichnet sind.These facilities also include a second passage 32 who in the butt 22 is formed and a first end 32a that covers the lower chamber 24 opens and with a safety valve 33 Is provided. This passage 32 includes a second end 32b that between the first end 30a and the valve 31 in the first round 30 empties. Finally, the devices also include means for controlling the flow of liquid between the chambers 24 and 25 by means of the valves 31 and 33 , and by the general reference number 40 are designated.

Die Steuereinrichtungen 40 bestehen aus einem ersten Schaft 41, der im ersten Durchgang 30 angeordnet ist und dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser des Durchgangs 30 entspricht. Dieser erste Schaft 41 umfasst einen axialen Kanal 42 zum Durchgang der Flüssigkeit von der unteren Kammer 24 zur oberen Kammer 25, wie später noch zu sehen sein wird. Der erste Schaft 41 ist dazu bestimmt, auf das Ventil 31 zu wirken.The control devices 40 consist of a first shaft 41 , in the first round 30 is arranged and whose outer diameter is substantially the diameter of the passage 30 equivalent. This first shaft 41 includes an axial channel 42 to the passage of the liquid from the lower chamber 24 to the upper chamber 25 , as will be seen later. The first shaft 41 is destined to the valve 31 to act.

Die Steuereinrichtungen 40 umfassen einerseits einen zweiten Schaft 43, der in der Achse des ersten Schafts 41 angeordnet und mit einem nicht dargestellten Betätigungssystem verbunden ist, und andererseits einen Stößel 44, der zwischen den Schäften 41, 43 angeordnet und entgegen Rückstellfedern 35 und 46 durch den zweiten Schaft 43 zwischen einer Verschließstellung des Kanals 42 des ersten Schafts 41 und einer Öffnungsstellung dieses Kanals 42 verschiebbar ist.The control devices 40 on the one hand comprise a second shaft 43 which is in the axis of the first shaft 41 arranged and connected to an actuating system, not shown, and on the other hand, a plunger 44 that between the shafts 41 . 43 arranged and opposite return springs 35 and 46 through the second shaft 43 between a closing position of the channel 42 of the first shaft 41 and an open position of this channel 42 is displaceable.

Der zweite Schaft 43 wird in einer Öffnung 45 geführt, die im Körper 21 ausgebildet ist, und das Betätigungssystem dieses zweiten Schafts 43 besteht, um ihn vertikal nach oben oder unten zu verschieben, aus jedem geeigneten System wie beispielsweise einem System mit Zahnrad und Zahnstange, das von einem Elektromotor angetrieben wird.The second shaft 43 will be in an opening 45 led in the body 21 is formed, and the actuating system of this second shaft 43 To move it vertically up or down, any suitable system, such as a gear and rack system, is driven by an electric motor.

Das Ventil 31 des ersten Durchgangs 30 wird von einer Druckfeder 37 gegen eine im ersten Durchgang 30 ausgebildete Auflage 36 gedrückt gehalten, um das Fließen der Flüssigkeit aus der unteren Kammer 24 zur oberen Kammer 25 zu steuern.The valve 31 the first passage 30 is from a compression spring 37 against one in the first round 30 trained edition 36 kept pressed to the flow of liquid from the lower chamber 24 to the upper chamber 25 to control.

Das Ventil 33 des zweiten Durchgangs 32 wird von einer Druckfeder 48 gegen eine im zweiten Durchgang 32 ausgebildete Auflage 47 gedrückt gehalten, um das Fließen der Flüssigkeit von der oberen Kammer 25 zur unteren Kammer 24 zu steuern.The valve 33 the second passage 32 is from a compression spring 48 against one in the second round 32 trained edition 47 kept pressed to the flow of liquid from the upper chamber 25 to the lower chamber 24 to control.

Die zum Stößel 44 gehörenden Rückstellfedern umfassen eine erste Feder 35, die zwischen der Seite 22a des Kolbens 22 und diesem Stößel 44 eingesetzt ist, um den Stößel 44 gegen das Ende des zweiten Schafts 43 gedrückt zu halten, und eine zweite Feder 46, die zwischen dem Boden des Kanals 42 und dem Stößel 44 eingesetzt ist, um das obere Ende des Schafts 41 gegen das Ventil 31 gedrückt zu halten.The to the pestle 44 belonging return springs comprise a first spring 35 that is between the page 22a of the piston 22 and this pestle 44 is inserted to the plunger 44 towards the end of the second shaft 43 hold down, and a second spring 46 between the bottom of the canal 42 and the pestle 44 is used to that upper end of the shaft 41 against the valve 31 keep pressed.

In der wie in 7 gezeigten Ruhestellung ist ein Raum zwischen dem unteren Ende des Schafts 41 und dem Stößel 44 gebildet.In the how in 7 shown rest position is a space between the lower end of the shaft 41 and the pestle 44 educated.

Wie auch in 6 gezeigt ist, ist die untere Kammer 24 an eine Flüssigkeitsüberdruckpumpe 50 dieser unteren Kammer 24 angeschlossen.As well as in 6 shown is the lower chamber 24 to a fluid pressure pump 50 this lower chamber 24 connected.

Durch das Stellglied 20 wird der Gelenkverbindungspunkt 9 beibehalten oder verschoben und von daher wird mittels der Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 auch die Lage des oberen Totpunkts und die Lage des unteren Totpunkts des Kolbens 2 im Zylinder 1 in zwei entgegengesetzte Richtungen verschoben, wobei dieser Gelenkverbindungspunkt 9 durch die Einheit abwechselnd einer starken asymmetrischen Kraft ausgesetzt wird.Through the actuator 20 becomes the joint point 9 maintained or moved and therefore by means of the connecting rod unit 3 . 4 and 7 also the position of the top dead center and the position of the bottom dead center of the piston 2 in the cylinder 1 shifted in two opposite directions, this joint point 9 alternately subjected to a strong asymmetric force by the unit.

Um dazu den Kolben 22 zu halten oder die Lage des Kolbens 22 im Körper 21 bei einer durch den Kolben 22 auf die Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 ausgeübten Kraft beim Aufwärts- oder Abwärtshub auf gleiche Weise zu regeln, können sich verschiedene Fälle des Funktionsablaufs dieses Stellglieds 20 anbieten.To do this, the piston 22 to hold or the position of the piston 22 in the body 21 at one through the piston 22 on the connecting rod unit 3 . 4 and 7 To regulate applied force in the upward or downward stroke in the same way, may be different cases of the operation of this actuator 20 to offer.

Um den Kolben 22 nach oben zu verschieben, das heißt in Richtung des Aufwärtshubs, hebt das nicht dargestellte Betätigungssystem den zweiten Schaft 43, der seinerseits den ersten Schaft 41 mittels des Stößels 44 hebt, der den axialen Kanal 42 verschließt, wie in 8 gezeigt ist. Dieser erste Schaft 41 öffnet das Ventil 31, das sich von seinem Sitz 36 erhebt.To the piston 22 To shift upward, that is, in the direction of the upward stroke, the actuating system, not shown, lifts the second shaft 43 , which in turn is the first shaft 41 by means of the plunger 44 raises the axial channel 42 closes, as in 8th is shown. This first shaft 41 opens the valve 31 that is from his seat 36 rises.

Im Falle, dass die auf den Kolben 22 wirkende Kraft positiv ist, d.h. mittels der Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 nach oben gerichtet wird, nimmt der Druck in der oberen Kammer 25 zu und wird höher als der Druck in der unteren Kammer 24. Unter der Wirkung des Druckunterschieds, der durch die Kraft zwischen den beiden Kammern 24 und 25 entsteht, geht die Flüssigkeit von der oberen Kammer 25 zur unteren Kammer 24 über das offene Ventil 31 und das Ventil 33 über, das sich unter der Wirkung des Drucks der Flüssigkeit öffnet, der im zweiten Durchgang 32 herrscht. Während dieser Phase steigt der Kolben 22 im Körper 21 wieder, wodurch ermöglicht wird, dass die Lage des Kolbens 2 im Zylinder 1 mittels der Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 verschoben werden kann.In case of that on the piston 22 acting force is positive, ie by means of the connecting rod unit 3 . 4 and 7 is directed upward, the pressure in the upper chamber decreases 25 to and becomes higher than the pressure in the lower chamber 24 , Under the effect of the pressure difference caused by the force between the two chambers 24 and 25 arises, the liquid goes from the upper chamber 25 to the lower chamber 24 over the open valve 31 and the valve 33 over, which opens under the effect of the pressure of the fluid, in the second pass 32 prevails. During this phase, the piston rises 22 in the body 21 again, thereby allowing the position of the piston 2 in the cylinder 1 by means of the connecting rod unit 3 . 4 and 7 can be moved.

Ist die auf den Kolben 22 ausgeübte Kraft negativ, d.h. nach unten gerichtet, nimmt der Druck in der unteren Kammer 24 zu. Da der Druck in dieser unteren Kammer 24 höher ist als derjenige der oberen Kammer 25, bleibt das Ventil 33 auf seinen Sitz 47 gedrückt, was den Durchtritt der Flüssigkeit zwischen der unteren Kammer 24 und der oberen Kammer 25 verhindert.Is that on the piston 22 applied force negative, ie directed downward, the pressure in the lower chamber decreases 24 to. Because the pressure in this lower chamber 24 higher than that of the upper chamber 25 , the valve remains 33 in his seat 47 pressed, indicating the passage of liquid between the lower chamber 24 and the upper chamber 25 prevented.

Der Kolben 22 bleibt also in seiner Stellung.The piston 22 So he stays in his position.

Auf diese Weise lässt eine abwechselnd auf den Kolben 22 wirkende Kraft diesen Kolben 22 ruckweise ansteigen.In this way one leaves alternately on the piston 22 acting force this piston 22 rise in jerks.

Um den Kolben 22 nach unten zu verschieben, d. h. in der Richtung des Abwärtshubs, senkt das nicht dargestellte Betätigungssystem den zweiten Schaft 43, was zur Wirkung hat, dass der Stößel 44 und der Eingang des Kanals 42 freigegeben werden. Das Ventil 31 wird unter der Einwirkung der Druckfeder 37 auf seinen Sitz 36 gedrückt.To the piston 22 to shift downwards, ie in the direction of the downward stroke, the actuating system, not shown, lowers the second shaft 43 , which has the effect that the pestle 44 and the entrance of the canal 42 be released. The valve 31 is under the action of the compression spring 37 in his seat 36 pressed.

Ist die durch die Pleuelstangeneinheit 3, 4 und 7 auf den Kolben 22 ausgeübte Kraft positiv, d. h. nach oben gerichtet, bleibt das Ventil 31 auf seinen Sitz 36 gedrückt, weil der Druck in der oberen Kammer 25 höher ist als derjenige, der in der unteren Kammer 24 herrscht. Der Kolben 22 verschiebt sich nicht.Is that through the connecting rod unit 3 . 4 and 7 on the piston 22 applied force positive, ie directed upward, the valve remains 31 in his seat 36 pressed because of the pressure in the upper chamber 25 is higher than the one in the lower chamber 24 prevails. The piston 22 does not shift.

Ist die auf den Kolben 22 wirkende Kraft negativ, steigt der Druck in der unteren Kammer 24, so dass die Flüssigkeit durch den axialen Kanal 42 des ersten Schafts 41 durchtritt, das Ventil 31 von seinem Sitz 36 hebt und in die obere Kammer 25 fließt ( 9). Der Anstieg des Drucks in der oberen Kammer 25 und der Unterschied der Wirkflächen 22a und 22b des Kolbens 22 bewirken, dass die auf die Fläche 22b ausgeübte Kraft, die größer ist als diejenige, die auf die Fläche 22a ausgeübt wird, den Abwärtshub des Kolbens 22 im Körper 21 hervorruft.Is that on the piston 22 negative force, the pressure in the lower chamber increases 24 so that the liquid passes through the axial channel 42 of the first shaft 41 passes through the valve 31 from his seat 36 lifts and into the upper chamber 25 flows ( 9 ). The increase in pressure in the upper chamber 25 and the difference of the effective areas 22a and 22b of the piston 22 cause that on the surface 22b applied force that is greater than the one on the surface 22a is exercised, the downward stroke of the piston 22 in the body 21 causes.

Aber in den meisten Fällen sind die Kräfte, die auf den Kolben 22 nach unten ausgeübt werden, kleiner als die Kräfte, die auf den Kolben 22 nach oben ausgeübt werden.But in most cases, the forces are on the piston 22 be exercised down, smaller than the forces acting on the piston 22 be exercised upward.

Die Überdruckpumpe 50 arbeitet praktisch ständig und wirkt wie eine Vorspannfeder.The overpressure pump 50 works almost constantly and acts as a biasing spring.

Um den Abwärtshub des Kolbens 22 in dem Fall zu erleichtern, dass die Kräfte nach unten gerichtet sind, wird der beste Kompromiss zwischen dem Querschnittsverhältnis, dem Überdruck und der Regulierung des Ventils 23 gewählt.To the downstroke of the piston 22 in the event that the forces are directed downwards, the best compromise will be between the aspect ratio, the overpressure and the regulation of the valve 23 selected.

Indem auf diese Parameter eingewirkt wird, wird auch der beste Kompromiss zwischen der Aufwärtshub- und Abwärtshubgeschwindigkeit des Kolbens 22 und der Pleuelstange 7 ermittelt, denn wenn man die eine bevorzugt, setzt man die andere herab, und umgekehrt.By acting on these parameters, also the best compromise between the upstroke and downstroke speed of the piston becomes 22 and the connecting rod 7 determined, because if you prefer one, you put down the other, and vice versa.

Um den Kolben 22 im Körper 21 in einer feststehenden Lage zu halten, wenn die auf den Kolben 22 wirkende Kraft nach oben gerichtet ist, wird das Ventil 31 durch den Flüssigkeitsdruck in der oberen Kammer 25 auf seinen Sitz 36 gedrückt gehalten, so dass keine Flüssigkeit zwischen den Kammern 24 und 25 fließt und der Kolben 22 in derselben Position bleibt.To the piston 22 in the body 21 in a fixed to keep standing when the on the piston 22 acting force is directed upward, the valve becomes 31 by the fluid pressure in the upper chamber 25 in his seat 36 kept pressed, so no liquid between the chambers 24 and 25 flows and the piston 22 remains in the same position.

Wenn die auf den Kolben 22 wirkende Kraft nach unten gerichtet ist, bleibt das Ventil 33 durch den Flüssigkeitsdruck in der unteren Kammer 24 auf seinen Sitz 47 gedrückt, und der Stößel 44 verschließt den axialen Kanal 42 des ersten Schafts 41, und in diesem Fall zirkuliert auch keine Flüssigkeit zwischen den Kammern 24 und 25 und der Kolben 22 bleibt in derselben Position.When the on the piston 22 acting force is directed downwards, the valve remains 33 by the fluid pressure in the lower chamber 24 in his seat 47 pressed, and the plunger 44 closes the axial channel 42 of the first shaft 41 , and in this case no fluid circulates between the chambers 24 and 25 and the piston 22 stays in the same position.

Das erfindungsgemäße hydraulische Stellglied ermöglicht es, den Kolben dieses Stellglieds und von daher den Gelenkverbindungspunkt des Kolbens mit der Pleuelstangeneinheit in einer feststehenden Position zu halten, oder die Position dieses Kolbens und die Position dieses Gelenkverbindungspunkts entsprechend einer Dynamik, die unter einer Sekunde liegt, zu einem bestimmten Vorgabepunkt sich ändern zu lassen, um die Position des oberen Totpunkts des Kolbens des Verbrennungsmotor sich innerhalb von vorbestimmten Grenzen verändern zu lassen und in der Folge den Hub dieses Kolbens, die Lage der unteren Totpunkts und verhältnisgleich das Verdichtungsverhältnis und der Hubraum in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors sich gleichzeitig verändern zu lassen.The inventive hydraulic Actuator allows it, the piston of this actuator and therefore the joint point of the piston with the connecting rod unit in a fixed Position, or the position of this piston and the position This articulation point according to a dynamic, the under One second is to change to a certain default point Let the position of the top dead center of the piston of the internal combustion engine to change within predetermined limits and in the Follow the stroke of this piston, the position of the bottom dead center and proportionally the compression ratio and the displacement in dependence from the operating conditions of the engine are changing at the same time to let.

Im Übrigen dient die durch dieses Stellglied verbrauchte Energie nur dem Überdruck des Systems und nicht zur Durchführung einer Arbeit, und angesichts des geringen Querschnitts der Steuerstangen ist die zur Verschiebung dieser Steuerstangen aufzuwendende Energie sehr gering.Incidentally, serves the energy consumed by this actuator only the overpressure of the system and not to carry a job, and given the small cross section of the control rods is the energy required to move these control rods very low.

Das erfindungsgemäße hydraulische Stellglied lässt sich auf jedes mechanische System, das derselben Art von Kräften ausgesetzt ist und im Spezielleren auf jeden Motoraufbau anwenden.The inventive hydraulic Actuator leaves on any mechanical system exposed to the same kind of forces and more specifically apply to any engine design.

Claims

Hydraulic actuator for a variable compression ratio variable displacement internal combustion engine, characterized in that it is mounted in a body ( 21 ) a piston ( 22 ), which via a Gabelpleueleinheit ( 3 . 4 . 7 ) with a piston ( 2 ) of the engine and in the body ( 21 ) a lower chamber ( 24 ) and an upper chamber ( 25 ), which are filled with liquid, and means for holding the piston ( 22 ) in a fixed position or for the position control of this piston ( 22 ) in the body ( 21 ) by selective passage of the liquid between the two chambers ( 24 . 25 ) under the effect of the pressure difference in the chambers ( 24 . 25 ) at one on the piston ( 22 ) of this actuator by the connecting rod unit ( 3 . 4 . 7 ) applied force, wherein the effective area ( 22a ) of the piston ( 22 ) in the lower chamber ( 24 ) is smaller than the effective area ( 22b ) of the piston ( 22 ) in the upper chamber ( 25 ).

Hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that the control means comprise: - a first passage ( 30 ), which is in the piston ( 22 ) and a first end ( 30a ), which enters the lower chamber ( 24 ), and a second end ( 30b ), which enters the upper chamber ( 25 ) and with a safety valve ( 31 ), - a second passage ( 32 ), which is in the piston ( 22 ) and a first end ( 32a ), which enters the lower chamber ( 24 ) and with a safety valve ( 33 ), and a second end ( 32b ), which is between the first end ( 30a ) and the valve ( 31 ) of the first round ( 30 ) in the first round ( 30 ), and - facilities ( 40 ) for controlling the flow of liquid between the chambers ( 24 . 25 ) by means of the valves ( 31 . 33 ).

Hydraulic actuator according to claim 2, characterized in that the control devices ( 40 ) comprise: - a first shaft ( 41 ), in the first round ( 30 ) and on the valve ( 31 ) of this first round ( 30 ), wherein the first shaft ( 41 ) an axial channel ( 42 ) for the passage of the liquid from the lower chamber ( 24 ) to the upper chamber ( 25 ), - a second shaft ( 43 ), which in the axis of the first shaft ( 41 ) and connected to a control system, and - a plunger ( 44 ), between the shafts ( 41 . 43 ) and against return springs ( 35 . 46 ) through the second shaft ( 43 ) between a Vexschließstellung the channel ( 42 ), in which the valve ( 31 ) of the first round ( 30 ) is open, and an opening position of this channel ( 42 ), in which the valve ( 31 ) of the first passage is closed, is displaceable.

Hydraulic actuator according to claims 2 and 3, characterized in that the valve ( 31 ) of the first round ( 30 ) of a compression spring ( 37 ) against one in the first round ( 30 ) trained edition ( 36 ) to keep the fluid from flowing from the lower chamber ( 24 ) to the upper chamber ( 25 ) to control.

Hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the valve ( 33 ) of the second passage ( 32 ) from a compression spring ( 48 ) against one in the second round ( 32 ) trained edition ( 47 ) to keep the fluid flowing from the upper chamber ( 25 ) to the lower chamber ( 24 ) to control.

Hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the return springs of the plunger ( 44 ) a first spring ( 35 ) between the underside ( 22a ) of the piston ( 22 ) and the plunger ( 44 ) is inserted, and a second spring ( 46 ) located between the bottom of the canal ( 42 ) of the shaft ( 41 ) and the plunger ( 44 ) is used.

Hydraulic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the lower chamber ( 24 ) to a fluid pressure pump ( 50 ) connected.

Internal combustion engine, the at least one cylinder ( 1 ), in which a piston ( 2 ) between a top dead center and a bottom dead center, and includes means for varying the top dead center position between predetermined limits to simultaneously control the travel of the piston ( 2 ) to change the position of the lower low point and proportionally the compression ratio and the displacement as a function of the operating conditions of the engine, characterized in that the devices are a hydraulic actuator ( 20 ) according to one of the preceding claims, which is connected via a fork splitting unit ( 3 . 4 . 7 ) with the piston ( 2 ) connected is.