EP0414064A2 - Piston with a variable headroom for combustion engines - Google Patents

Piston with a variable headroom for combustion engines Download PDF

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Publication number
EP0414064A2
EP0414064A2 EP90115367A EP90115367A EP0414064A2 EP 0414064 A2 EP0414064 A2 EP 0414064A2 EP 90115367 A EP90115367 A EP 90115367A EP 90115367 A EP90115367 A EP 90115367A EP 0414064 A2 EP0414064 A2 EP 0414064A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
oil
control chamber
plunger according
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90115367A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0414064A3 (en
Inventor
Wolfgang Bierkant
Peter Kemnitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle GmbH
Original Assignee
Mahle GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19893927521 external-priority patent/DE3927521C2/en
Priority claimed from DE19904022508 external-priority patent/DE4022508C2/en
Application filed by Mahle GmbH filed Critical Mahle GmbH
Publication of EP0414064A2 publication Critical patent/EP0414064A2/en
Publication of EP0414064A3 publication Critical patent/EP0414064A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/044—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of an adjustable piston length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the invention relates to a plunger with a variable compression height for internal combustion engines according to the preambles of claims 1 and 10.
  • Such pistons are known for example from DE 27 19 043 C2 and US 32 05 878.
  • the object of the invention is to improve the function of the individual valves.
  • these valves should have the smallest possible mass to be moved and require the smallest possible installation space in the direction of the piston axis.
  • the parts of the piston which are relatively movable in the axial direction are an upper piston part 1 and a lower piston part 2.
  • the upper piston part 1 in turn consists of the piston crown 3 with the ring grooves 4, to which a locking ring 5 is attached from the open side.
  • the lower piston part 2 essentially consists of a base body 6 with the shaft and the hubs as well as a cover plate 7 attached to the end of the base body facing the piston head 3 and projecting radially beyond the base body 6.
  • the upper piston part 1 is guided to be longitudinally displaceable on the outer circumference of the cover plate 7, the locking ring 5 striking the cover plate 7 from below at the maximum compression height.
  • the control chamber 8 of the piston is located between the cover plate 7 and the piston crown 3, while the damping chamber 9 is formed by the annular space between the cover plate 7 and the locking ring 5.
  • the pressure relief valve 10 for the control chamber 8 is located at the lower end of the base body 6 and is connected to the control chamber 8 via a line 11.
  • the pressure oil supply valve for the control chamber 8 is a tongue-shaped lamella 12, which acts as a one-way valve only allows oil to flow into the control chamber 8 while blocking a backflow.
  • the lamella 12 is part of a membrane plate 13 made of flexible, uniform material and clamped between the base body 6 and the cover plate 7.
  • the function of the one-way valve designed as a tongue-shaped lamella 12 is as follows.
  • the lamella 12 lies flat on a correspondingly designed counter surface of the base body 6.
  • this counter surface of the base body 6 there is an opening of an oil supply line 15 covered by the lamella 12.
  • On the side of the lamella 12 facing away from the opening of the oil supply line 15 there is a cavity 16 in the cover plate 7 which allows the lamella 12 to be lifted off.
  • This cavity 16 is in turn connected to the control chamber 8 via bores 17. If there is a higher pressure on the inflow side of the lamella 12 than on the outflow side, the lamella 12 opens and allows oil to enter the control chamber 8. As soon as the pressure on the downstream side in the control chamber 8 has become greater than that pressure on the upstream side of the lamella 12, the lamella acts to prevent backflow.
  • the closing of the slat is supported or accelerated by the spring force stored when opening.
  • the control is on the membrane plate 13 Erkhunt 8 with the damping chamber 9 connecting one-way valve formed as a further tongue-shaped lamella 18.
  • This lamella 18 covers the opening of a channel 19 penetrating the cover plate 7 and opening into the control chamber 8.
  • a flat cavity 20 is formed in the base body 6, which is connected to the damping chamber.
  • the lamella 18 Since the valve connecting the two chambers 8 and 9 should not only function as a one-way valve, but at the same time as a throttle valve for an oil return from the damping chamber 9 into the control chamber 8, the lamella 18 has a throttle bore 21 in the region of the opening of the channel 19 a diameter of about 0.3-0.5 mm with a piston diameter of about 100 mm.
  • This throttle bore 21 has the effect that the piston crown can be moved slightly in the direction of the increase in the compression height relative to the base body 6 with each upward stroke. As a result, the desired compression height increase of the piston is achieved at combustion chamber pressures which do not yet cause the pressure limiting valve 6 to open.
  • the advantage of the invention consists in particular in an extremely compact design of the valves formed by the lamellae 12 and 18.
  • This compact design means that the valve masses to be moved are extremely small, which means that the valves respond quickly and the wear behavior of the valves is considerably improved becomes.
  • the membrane plate 13 can be made of steel, metal, plastic or another elastic material.
  • a plurality of membrane plates 13 of the same or different thickness can also be layered in order to obtain a corresponding spring characteristic of the lamellae 12, 18. Due to a disk-shaped or ring-shaped design of the membrane plate, it can be clamped on the base body 6 practically like a seal through the cover plate 7.
  • the membrane plate 13 can also be coated on one or both sides with elastic material in order to additionally achieve a seal at the openings between the upper and lower part.
  • the arrangement of the throttle bore 21 in the lamella 18 saves a separate nozzle and, on the one hand, prevents the opening 21 from being clogged by the very short bore and, on the other hand, by the continuous movement of the lamella 18.
  • the lamella shape is expediently chosen so that it corresponds approximately to a beam of the same bend. This can also be achieved by appropriately shaped bores or slots in the lamella 12, 18.
  • the contact surface 14 in the cavities 16, 20 for the slats 12, 18 to limit the opening stroke can be designed so that their respective shape corresponds to the bending line of the slats 12, 18 or at least approximates it.
  • the piston according to FIGS. 4-8 again consists of an outer and an inner part 100 and 200. In terms of structure and function, these two parts are comparable to the relevant parts 1 and 2 of the first exemplary embodiment. This also applies to piston pins 300 and 3.
  • a control chamber 400 and a damping chamber 500 are located between the outer piston part 100 and the inner piston part 200, both of which are filled with oil during engine operation.
  • the two chambers 400 and 500 are connected to one another via a one-way overflow valve 600.
  • the structure of this valve according to the invention and the other valves to be described will be discussed in more detail below.
  • the damping chamber 500 can only be supplied with oil from the control chamber 400. Oil flowing out of the damping chamber 500 can only get into the control chamber 400.
  • the one-way overflow valve is provided with a throttle bore 700 which is constantly open. The oil enters control chamber 400 through one-way inlet valve 800.
  • Oil to be drained from the control chamber 400 passes through one or both of the one-way pressure relief valves 900.
  • the individual valves 600, 800 and 900 are each formed by openings covered by a closure part.
  • the closure parts are tongues made of resilient material, which are made in one piece from a membrane plate 110.
  • the membrane plate 110 consists of a thin, flexible metal and is fixed in relation to the valve openings via a pressure plate 111.
  • the respective tongues each spring out of themselves.
  • the tongues of the pressure relief valves 900 are preloaded by additional springs 114 or 115 in the direction of a closure of the relevant valves.
  • the spring 114 is a leaf spring
  • the spring 115 is a coil spring.
  • special bearings can be provided between the springs 114 and 115 and the free-swinging end region of the tongues of the valves 900.
  • a kind of rivet 116 for example made of plastic, is attached to the free end of the tongue, on the curved rivet head of which the helical spring 115 can be supported and centered.
  • the rivet fastening is designed such that it can be freely accommodated in the valve opening when the valve is closed.
  • the contact pressure of the coil spring 115 is adjustable via a screw 117.
  • a division of the pressure relief valve 900 into two valves makes it possible to design each of these two valves with a different opening response pressure. In this way it can be achieved that with a large pressure increase in the combustion chamber acted upon by the piston both valves 900 open, whereas at a lower pressure only one of the two valves 900 is open.
  • the opening of both valves 900 with a large pressure increase brings about a rapid reduction in the compression height, while such a compression height reduction takes place more slowly with lower valve chamber ratios when only one valve 900 is open.
  • valve design according to the invention is that all the valves have tongues formed together from a membrane plate 210, which as valve closure parts do not require any special guidance and storage and, overall, are extremely space-saving.

Abstract

In the case of a piston with variable compression height for internal combustion engines the functioning of one-way valves for the control chambers is to be improved and their overall dimensions reduced. To this end the one-way valves are designed as flexible, preferably tongue-shaped plates. These plates are formed on a diaphragm plate, especially in one piece. Individual tongue-shaped plates may be spring-loaded.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben mit varia­bler Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10.The invention relates to a plunger with a variable compression height for internal combustion engines according to the preambles of claims 1 and 10.

Derartige Kolben sind beispielsweise aus der DE 27 19 043 C2 und US 32 05 878 bekannt.Such pistons are known for example from DE 27 19 043 C2 and US 32 05 878.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­grunde, die einzelnen Ventile funktionsmäßig zu ver­bessern. Darüber hinaus sollen diese Ventile eine möglichst kleine zu bewegende Massen besitzen und in Kolbenachsenrichtung einen möglichst kleinen Einbau­raum benötigen.Proceeding from this, the object of the invention is to improve the function of the individual valves. In addition, these valves should have the smallest possible mass to be moved and require the smallest possible installation space in the direction of the piston axis.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Ventile mit einem Aufbau nach den kennzeichnenden Merkmalen des An­spruchs 1 bzw. 10.This object is achieved by valves with a structure according to the characterizing features of claims 1 and 10 respectively.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der je­weils nachgereichten Unteransprüche.Appropriate configurations are the subject of the subsequent subclaims.

Die Funktion und der Aufbau der erfindungsgemäßen Ventile sowie die mit diesen Ventilen erzielbarenThe function and structure of the valves according to the invention as well as those achievable with these valves

Vorteile werden im Zusammenhang mit den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.Advantages will be explained in more detail in connection with the exemplary embodiments to be described below.

Es zeigen in der Zeichnung

  • Fig. 1 einen Schnitt durch einen VKH-Kolben nach der Linie I - I in Fig. 2
  • Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie II - II in Fig. 1
  • Fig. 3 ein Teilschnitt durch den Kolben nach Linie III - III
  • Fig. 4 einen Kolben mit einer alternativen Ventil-Membranplatte halb im Schnitt nach Linie IV - IV in Fig. 4, halb in Ansicht
  • Fig. 5 einen Schnitt durch den Kolben nach Linie V -V in Fig. 3 und 7
  • Fig. 6 eine Darstellung des Kolbens nach Fig. 4 mit einer alternativen Aus­führung eines der Ventile
  • Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII - VII in Fig. 4
  • Fig. 8 eine Ausführung eines Druckbegrenzungs­ ventiles als Ausschnitt aus Fig. 6
It show in the drawing
  • 1 shows a section through a VKH piston along the line I - I in Fig. 2nd
  • 2 shows a section through the piston according to line II-II in FIG. 1
  • Fig. 3 is a partial section through the piston along line III - III
  • Fig. 4 shows a piston with an alternative valve membrane plate half in section along the line IV - IV in Fig. 4, half in view
  • 5 shows a section through the piston along line V -V in FIGS. 3 and 7
  • Fig. 6 is an illustration of the piston of FIG. 4 with an alternative embodiment of one of the valves
  • 7 shows a section along line VII - VII in FIG. 4
  • Fig. 8 shows an embodiment of a pressure limitation valves as a detail from FIG. 6

Die relativ in Achsrichtung gegeneinander bewegbaren Teile des Kolbens sind ein Kolbenoberteil 1 sowie ein Kolbenunterteil 2. Das Kolbenoberteil 1 besteht wie­derum aus dem Kolbenboden 3 mit den Ringnuten 4, an dem von der offenen Seite aus ein Verschlußring 5 an­gebracht ist.The parts of the piston which are relatively movable in the axial direction are an upper piston part 1 and a lower piston part 2. The upper piston part 1 in turn consists of the piston crown 3 with the ring grooves 4, to which a locking ring 5 is attached from the open side.

Das Kolbenunterteil 2 besteht im wesentlichen aus ei­nem Grundkörper 6 mit dem Schaft und den Naben sowie einer an dem dem Kolbenboden 3 zugewandten Ende des Grundkörpers angebrachten Deckplatte 7, die radial über den Grundkörper 6 hinausragt.The lower piston part 2 essentially consists of a base body 6 with the shaft and the hubs as well as a cover plate 7 attached to the end of the base body facing the piston head 3 and projecting radially beyond the base body 6.

Das Kolbenoberteil 1 ist auf dem Außenumfang der Deckplatte 7 längs verschiebbar geführt, wobei der Verschlußring 5 bei maximaler Kompressionshöhe an die Deckplatte 7 von unten anschlägt. Die Steuerkammer 8 des Kolbens befindet sich zwischen der Deckplatte 7 und dem Kolbenboden 3, während die Dämpfungskammer 9 durch den zwischen Deckplatte 7 und Verschlußring 5 liegenden Ringraum gebildet wird.The upper piston part 1 is guided to be longitudinally displaceable on the outer circumference of the cover plate 7, the locking ring 5 striking the cover plate 7 from below at the maximum compression height. The control chamber 8 of the piston is located between the cover plate 7 and the piston crown 3, while the damping chamber 9 is formed by the annular space between the cover plate 7 and the locking ring 5.

Das Druckbegrenzungsventil 10 für die Steuerkammer 8 befindet sich am unteren Ende des Grundkörpers 6 und ist mit der Steuerkammer 8 über eine Leitung 11 ver­bunden.The pressure relief valve 10 for the control chamber 8 is located at the lower end of the base body 6 and is connected to the control chamber 8 via a line 11.

Das Drucköl-Zuführventil für die Steuerkammer 8 ist eine zungenförmige Lamelle 12, die als Einwegeventil lediglich einen Ölzufluß in die Steuerkammer 8 er­laubt, während sie einen Rückfluß sperrt.The pressure oil supply valve for the control chamber 8 is a tongue-shaped lamella 12, which acts as a one-way valve only allows oil to flow into the control chamber 8 while blocking a backflow.

Die Lamelle 12 ist Bestandteil einer zwischen dem Grundkörper 6 und der Deckplatte 7 eingespannten Mem­branplatte 13 aus flexiblem einheitlichem Material.The lamella 12 is part of a membrane plate 13 made of flexible, uniform material and clamped between the base body 6 and the cover plate 7.

Die Funktion des als zungenförmige Lamelle 12 ausge­bildeten Ölzufuhr-Einwegeventils ist wie folgt. Die Lamelle 12 liegt bei einem nicht mit Öl beaufschlag- ten Kolben flach auf einer entsprechend gestalteten Gegenfläche des Grundkörpers 6 an. In dieser Gegen­fläche des Grundkörpers 6 befindet sich eine von der Lamelle 12 abgedeckte Öffnung einer Ölzufuhrleitung 15. Auf der der Öffnung der Ölzufuhrleitung 15 abge­wandten Seite der Lamelle 12 befindet sich in der Ab­deckplatte 7 ein Hohlraum 16, der ein Abheben der La­melle 12 erlaubt. Dieser Hohlraum 16 ist wiederum über Bohrungen 17 mit der Steuerkammer 8 verbunden. Steht an der Anströmseite der Lamelle 12 ein höherer Druck als auf der Abströmseite an, so öffnet die La­melle 12 und läßt Öl in die Steuerkammer 8 eintreten. Sobald der Druck abströmseitig in der Steuerkammer 8 größer geworden ist als derjenige Druck anströmseitig der Lamelle 12, wirkt die Lamelle rückflußsperrend.The function of the one-way valve designed as a tongue-shaped lamella 12 is as follows. In the case of a piston which is not loaded with oil, the lamella 12 lies flat on a correspondingly designed counter surface of the base body 6. In this counter surface of the base body 6 there is an opening of an oil supply line 15 covered by the lamella 12. On the side of the lamella 12 facing away from the opening of the oil supply line 15 there is a cavity 16 in the cover plate 7 which allows the lamella 12 to be lifted off. This cavity 16 is in turn connected to the control chamber 8 via bores 17. If there is a higher pressure on the inflow side of the lamella 12 than on the outflow side, the lamella 12 opens and allows oil to enter the control chamber 8. As soon as the pressure on the downstream side in the control chamber 8 has become greater than that pressure on the upstream side of the lamella 12, the lamella acts to prevent backflow.

Das Schließen der Lamelle wird durch die beim Öffnen gespeicherte Federkraft unterstützt, bzw. beschleu­nigt.The closing of the slat is supported or accelerated by the spring force stored when opening.

Gemeinsam mit der als Einwege-Zufuhrventil wirkenden Lamelle 12 ist an die Membranplatte 13 das die Steu­ erkammer 8 mit der Dämpfungskammer 9 verbindende Ein­wegeventil als weitere zungenförmige Lamelle 18 ange­formt. Diese Lamelle 18 deckt die Öffnung eines die Abdeckplatte 7 durchdringenden in die Steuerkammer 8 mündenden Kanals 19 ab. Zum Abheben der Lamelle 18 von der Öffnung des Kanals 19 ist in dem Grundkörper 6 ein flacher mit der Dämfpungskammer in Verbindung stehender Hohlraum 20 ausgebildet.Together with the lamella 12 acting as a one-way supply valve, the control is on the membrane plate 13 Erkkammer 8 with the damping chamber 9 connecting one-way valve formed as a further tongue-shaped lamella 18. This lamella 18 covers the opening of a channel 19 penetrating the cover plate 7 and opening into the control chamber 8. To lift the lamella 18 from the opening of the channel 19, a flat cavity 20 is formed in the base body 6, which is connected to the damping chamber.

Da das die beiden Kammern 8 und 9 verbindende Ventil nicht nur als Einwegeventil fungieren soll, sondern gleichzeitig noch als Drosselventil für einen Ölrück­fluß aus der Dämpfungskammer 9 in die Steuerkammer 8 hinein, besitzt die Lamelle 18 im Bereich der Öffnung des Kanals 19 eine Drosselbohrung 21 mit einem Durch­messer von etwa 0,3 - 0,5 mm bei einem Kolbendurch­messer von ungefähr 100 mm. Diese Drosselbohrung 21 bewirkt, daß der Kolbenboden bei jedem Aufwärtshub geringfügig in Richtung Kompressionshöhenvergrößerung gegenüber dem Grundkörper 6 verschoben werden kann. Hierdurch wird bei Brennraumdrücken, die noch kein Öffnen des Druckbegrenzungsventiles 6 bewirken, die angestrebte Kompressionshöhenvergrößerung des Kolbens erreicht.Since the valve connecting the two chambers 8 and 9 should not only function as a one-way valve, but at the same time as a throttle valve for an oil return from the damping chamber 9 into the control chamber 8, the lamella 18 has a throttle bore 21 in the region of the opening of the channel 19 a diameter of about 0.3-0.5 mm with a piston diameter of about 100 mm. This throttle bore 21 has the effect that the piston crown can be moved slightly in the direction of the increase in the compression height relative to the base body 6 with each upward stroke. As a result, the desired compression height increase of the piston is achieved at combustion chamber pressures which do not yet cause the pressure limiting valve 6 to open.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere in ei­ner äußerst kompakten Ausbildung der durch die Lamel­len 12 und 18 gebildeten Ventile. Durch diese kompak­te Bauweise sind die zu bewegenden Ventilmassen äu­ßerst gering, wodurch einerseits ein schnelles An­sprechen der Ventile gegeben ist und andererseits das Verschleißverhalten der Ventile erheblich verbessert wird. Die Membranplatte 13 kann aus Stahl, Metall, Kunststoff oder einem anderen elastischen Material sein. Es können auch mehrere Membranplatten 13 glei­cher oder unterschiedlicher Dicke geschichtet sein, um eine entsprechende Federkennlinie der Lamellen 12, 18 zu erhalten. Durch eine scheiben- oder ringförmige Ausbildung der Membranplatte kann diese praktisch wie eine Dichtung durch die Deckplatte 7 auf dem Grund­körper 6 verspannt werden.The advantage of the invention consists in particular in an extremely compact design of the valves formed by the lamellae 12 and 18. This compact design means that the valve masses to be moved are extremely small, which means that the valves respond quickly and the wear behavior of the valves is considerably improved becomes. The membrane plate 13 can be made of steel, metal, plastic or another elastic material. A plurality of membrane plates 13 of the same or different thickness can also be layered in order to obtain a corresponding spring characteristic of the lamellae 12, 18. Due to a disk-shaped or ring-shaped design of the membrane plate, it can be clamped on the base body 6 practically like a seal through the cover plate 7.

Die Membranplatte 13 kann auch ein- oder beidseitig mit elastischem Material beschichtet sein, um zusätz­lich eine Abdichtung an den Durchbrüchen zwischen Ober- und Unterteil zu erreichen. Die Anordnung der Drosselbohrung 21 in der Lamelle 18 erspart eine se­parate Düse und verhindert einerseits durch die sehr kurze Bohrung und andererseits durch die dauernde Be­wegung der Lamelle 18 ein Verstopfen der Öffnung 21.The membrane plate 13 can also be coated on one or both sides with elastic material in order to additionally achieve a seal at the openings between the upper and lower part. The arrangement of the throttle bore 21 in the lamella 18 saves a separate nozzle and, on the one hand, prevents the opening 21 from being clogged by the very short bore and, on the other hand, by the continuous movement of the lamella 18.

Um die Spannungen an den Lamellen 12, 18-Einspannstellen zu verringern, wird die Lamellen­form zweckmäßigerweise so gewählt, daß sie ungefähr einem Träger gleicher Biegung entspricht. Dies kann auch durch entsprechend geformte Bohrungen oder Schlitze in der Lamelle 12, 18 erreicht werden.In order to reduce the stresses on the lamellae 12, 18 clamping points, the lamella shape is expediently chosen so that it corresponds approximately to a beam of the same bend. This can also be achieved by appropriately shaped bores or slots in the lamella 12, 18.

Die Anlagefläche 14 in den Hohlräumen 16, 20 für die Lamellen 12, 18 zur Begrenzung des Öffnungshubes kön­nen so ausgeführt sein, daß ihre jeweilige Formgebung der Biegelinie der Lamellen 12, 18 entspricht oder ihr zumindest angenähert ist.The contact surface 14 in the cavities 16, 20 for the slats 12, 18 to limit the opening stroke can be designed so that their respective shape corresponds to the bending line of the slats 12, 18 or at least approximates it.

Der Kolben nach den Fig. 4 - 8 besteht wiederum aus einem äußeren und einem inneren Teil 100 und 200. Im Aufbau und in der Funktion sind diese beiden Teile mit den betreffenden Teilen 1 und 2 des ersten Aus­führungsbeispieles vergleichbar. Das gilt auch für die Kolbenbolzen 300 und 3.The piston according to FIGS. 4-8 again consists of an outer and an inner part 100 and 200. In terms of structure and function, these two parts are comparable to the relevant parts 1 and 2 of the first exemplary embodiment. This also applies to piston pins 300 and 3.

Zwischen dem äußeren Kolbenteil 100 und dem inneren Kolbenteil 200 befinden sich eine Steuerkammer 400 sowie eine Dämpfungskammer 500, die beide im Motorbe­trieb mit Öl gefüllt sind. Die beiden Kammern 400 und 500 sind über ein Einweg-Überströmventil 600 mitein­ander verbunden. Auf den erfindungsgemäßen Aufbau dieses Ventils sowie die übrigen noch zu beschreiben­den Ventile wird weiter unten noch näher eingegangen werden. Die Dämpfungskammer 500 kann nur aus der Steuerkammer 400 mit Öl gespeist werden. Auch aus der Dämpfungskammer 500 abströmendes Öl kann nur in die Steuerkammer 400 gelangen. Für derart aus der Dämp­fungskammer abströmendes Öl ist das Einwegeüberströmventil mit einer Drosselbohrung 700 versehen, die ständig geöffnet ist. In die Steuerkam­mer 400 gelangt das Öl durch das Einweg-Einlaßventil 800.A control chamber 400 and a damping chamber 500 are located between the outer piston part 100 and the inner piston part 200, both of which are filled with oil during engine operation. The two chambers 400 and 500 are connected to one another via a one-way overflow valve 600. The structure of this valve according to the invention and the other valves to be described will be discussed in more detail below. The damping chamber 500 can only be supplied with oil from the control chamber 400. Oil flowing out of the damping chamber 500 can only get into the control chamber 400. For oil flowing out of the damping chamber in this way, the one-way overflow valve is provided with a throttle bore 700 which is constantly open. The oil enters control chamber 400 through one-way inlet valve 800.

Aus der Steuerkammer 400 abzuführendes Öl passiert eines oder beide der Einwege-Druckbegrenzungsventile 900.Oil to be drained from the control chamber 400 passes through one or both of the one-way pressure relief valves 900.

Die einzelnen Ventile 600, 800 und 900 sind jeweils von durch ein Verschlußteil abgedeckten Öffnungen ge­bildet. Die Verschlußteile sind dabei jeweils Zungen aus federndem Material, die einstückig aus einer Mem­branplatte 110 herausgearbeitet sind. Die Membran­platte 110 besteht aus einem dünnen biegsamen Metall und ist über eine Druckplatte 111 gegenüber den Ven­tilöffnungen fixiert. Auf eine Seite der einzelnen Ventilöffnungen angrenzend sind jeweils im Druckstück 111 bzw. in dem Material des Innenteils 200 Ausspa­rungen 112, 113, 113′ für ein Auslenken der Zungen der Ventile 600, 800, 900 vorgesehen. Bei den Venti­len 600 und 800, d.h. dem Einlaß- und dem Überström­ventil federn die jeweiligen Zungen jeweils aus sich heraus. Die Zungen der Druckbegrenzungsventile 900 sind dagegen durch zusätzliche Federn 114 oder 115 in Richtung einer Schließung der betreffenden Ventile vorbelastet. Dabei ist die Feder 114 eine Blattfeder, während die Feder 115 eine Schraubenfeder ist. Um we­gen der Auslenkung der Zungen des Ventiles 900 eine gezielte Relativbewegung gegenüber den die Zungen stützenden Federn 114 oder 115 zu erreichen, können zwischen den Federn 114 bzw. 115 und dem freischwin­genden Endbereich der Zungen der Ventile 900 jeweils besondere Lager vorgesehen sein. Bei der in Fig. 3 gezeigten Variante einer Schraubenfeder ist an dem freien Ende der Zunge eine Art Niet 116, beispiels­weise aus Kunststoff, angebracht, auf dessen gewölb­tem Nietkopf sich die Schraubenfeder 115 abstützen und zentrieren kann. Auf der der Ventilöffnung zuge­kehrten Seite der Ventilzunge ist die Nietbefestigung so ausgebildet, daß sie in der Ventilöffnung bei ge­schlossenem Ventil ungehindert Platz findet. Über eine Schraube 117 ist die Anpreßkraft der Schrauben­feder 115 verstellbar. Bei der Beaufschlagung der Druckbegrenzungsventil-Zungen durch eine Blattfeder 114 kann diese Feder direkt an den Zungen anliegen oder aber auch über spezielle Lager 118 sich an die­sen abstützen.The individual valves 600, 800 and 900 are each formed by openings covered by a closure part. The closure parts are tongues made of resilient material, which are made in one piece from a membrane plate 110. The membrane plate 110 consists of a thin, flexible metal and is fixed in relation to the valve openings via a pressure plate 111. On one side of the individual valve openings adjacent in the pressure piece 111 or in the material of the inner part 200 recesses 112, 113, 113 'are provided for deflecting the tongues of the valves 600, 800, 900. In the case of the valves 600 and 800, ie the inlet and the overflow valve, the respective tongues each spring out of themselves. The tongues of the pressure relief valves 900, on the other hand, are preloaded by additional springs 114 or 115 in the direction of a closure of the relevant valves. The spring 114 is a leaf spring, while the spring 115 is a coil spring. In order to achieve a specific relative movement relative to the springs 114 or 115 supporting the tongues due to the deflection of the tongues of the valve 900, special bearings can be provided between the springs 114 and 115 and the free-swinging end region of the tongues of the valves 900. In the variant of a helical spring shown in FIG. 3, a kind of rivet 116, for example made of plastic, is attached to the free end of the tongue, on the curved rivet head of which the helical spring 115 can be supported and centered. On the side of the valve tongue facing the valve opening, the rivet fastening is designed such that it can be freely accommodated in the valve opening when the valve is closed. The contact pressure of the coil spring 115 is adjustable via a screw 117. When applying the Pressure-limiting valve tongues by means of a leaf spring 114, this spring can bear directly on the tongues or can also be supported on these via special bearings 118.

Eine Aufteilung des Druckbegrenzungsventiles 900 in zwei Ventile ermöglicht es, jedes dieser beiden Ven­tile mit einem unterschiedlichen Öffnungs-Ansprech­druck auszulegen. Auf diese Weise kann erreicht wer­den, daß bei einer großen Drucksteigerung in dem von dem Kolben beaufschlagten Brennraum beide Ventile 900 öffnen, während bei einem niedrigeren Druck lediglich eines der beiden Ventile 900 geöffnet ist. Die Öff­nung beider Ventile 900 bei einer großen Drucksteige­rung bewirkt ein schnelles Vermindern der Kompressi­onshöhe, während eine solche Kompressionshöhenvermin­derung bei geringeren Brennraumdruckverhältnissen bei dann nur einem geöffneten Ventil 900 langsamer er­folgt.A division of the pressure relief valve 900 into two valves makes it possible to design each of these two valves with a different opening response pressure. In this way it can be achieved that with a large pressure increase in the combustion chamber acted upon by the piston both valves 900 open, whereas at a lower pressure only one of the two valves 900 is open. The opening of both valves 900 with a large pressure increase brings about a rapid reduction in the compression height, while such a compression height reduction takes place more slowly with lower valve chamber ratios when only one valve 900 is open.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ventil­ausführung besteht darin, daß sämtliche Ventile ge­meinsam aus einer Membranplatte 210 ausgeformte Zun­gen besitzen, die als Ventilverschlußteile keiner be­sonderen Führung und Lagerung bedürfen und insgesamt äußerst platzsparend bauen.The particular advantage of the valve design according to the invention is that all the valves have tongues formed together from a membrane plate 210, which as valve closure parts do not require any special guidance and storage and, overall, are extremely space-saving.

Claims (13)

1. Tauchkolben mit variabler Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren, bei dem ein Kolbenboden (3) mit zumindest einem Teil der Kolbenringpartie axial relativ verschiebbar auf einem den Kolben­bolzen aufnehmenden Kolbenunterteil (2) angeord­net ist und bei dem zwei mit Drucköl füllbare über ein mit einem Drossel-Bypass (21) versehenes Einwegeventil (18) miteinander verbundene Kammern (Steuerkammer 8, Dämpfungskammer 9) vorgesehen sind, deren jeweiliges Volumen sich bei Relativ­verschiebung des Kolbenbodens (3) in reziprokem Verhältnis ändert, wobei die Steuerkammer noch ein Einwegventil (12) zur Zufuhr von Drucköl so­wie ein Druckbegrenzungsventil (10) zur Abfuhr von Drucköl aus dem Kolben heraus besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ölzufuhr-Einwegeventil der Steuerkammer (8) und/oder das die beiden Kammern (8, 9) ver­bindende Einwegeventil eine flexible Lamelle (12) bzw. flexible Lamellen (12, 18) sind, die jeweils eine zugeordnete Durchflußöffnung einer Zu- bzw. Ableitung (15, 19) abdeckt bzw. abdecken.1. plunger with variable compression height for internal combustion engines, in which a piston crown (3) with at least part of the piston ring section is arranged axially relatively displaceably on a piston lower part receiving the piston pin and in which two can be filled with pressure oil via one with a throttle bypass (21) provided one-way valve (18) interconnected chambers (control chamber 8, damping chamber 9) are provided, the respective volume of which changes in reciprocal proportion when the piston head (3) is displaced relative to one another, the control chamber also having a one-way valve (12) for supplying pressurized oil and a pressure relief valve (10) for the discharge of pressure oil from the piston,
characterized by
that the oil supply one-way valve of the control chamber (8) and / or the one-way valve connecting the two chambers (8, 9) are a flexible lamella (12) or flexible lamellae (12, 18), each of which has an associated flow opening of a supply or Cover or cover lead (15, 19). 2. Tauchkolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bypassleitung in der Lamelle (18) eine feine im Bereich der Öffnung der Leitung (19) liegende Bohrung (21) ist.2. plunger according to claim 1,
characterized by
that the bypass line in the lamella (18) is a fine bore (21) lying in the region of the opening of the line (19). 3. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lamellen (12, 18) zungenförmig sind.3. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the lamellae (12, 18) are tongue-shaped. 4. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lamellen (12, 18) einstückiger Bestand­teil einer aus durchgehend gleichem Material be­stehenden ring- oder scheibenförmigen Membran­platte (13) sind.4. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the lamellae (12, 18) are an integral part of an annular or disc-shaped membrane plate (13) made of the same material throughout. 5. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranplatte (13) mit Hilfe einer stei­fen Deckplatte (7) an einem Grundkörper (6) des Kolbenunterteiles (2) befestigt ist, wobei Hohl­räume (16, 20) zum Abheben der Lamellen (12, 18) von den durch diese jeweils abgedeckten Öffnungen zum Aufnehmen und Weiterleiten von Drucköl vorge­sehen sind.5. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the membrane plate (13) is fixed by means of a rigid cover plate (7) to a base body (6) of the lower piston part (2), cavities (16, 20) for lifting the lamellae (12, 18) from those covered by them Openings for receiving and passing on pressure oil are provided. 6. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlräume (16, 20) eine Form aufweisen, die der Biegelinie der Lamelle (12, 18) ganz oder annähernd entspricht und mit ihren jeweiligen Ab­ständen die Öffnungshübe begrenzen.6. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the cavities (16, 20) have a shape that corresponds to the bending line of the lamella (12, 18) completely or approximately and limit the opening strokes with their respective distances. 7. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranplatte (13) aus einem Eisenwerk­stoff besteht und eine Dicke zwischen etwa 0,1 und 0,2 mm aufweist.7. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the membrane plate (13) consists of an iron material and has a thickness between about 0.1 and 0.2 mm. 8. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine oder mehrere Membranplatten (13) glei­cher oder unterschiedlicher Dicke mit gleicher oder unterschiedlicher Lamellenform übereinander geschichtet sind.8. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that one or more membrane plates (13) of the same or different thickness with the same or different lamella shape are layered one above the other. 9. Tauchkolben nach einem der vorhergehenden Ansprü­che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranplatte (13) ein- oder beidseitig beschichtet ist.9. plunger according to one of the preceding claims,
characterized by
that the membrane plate (13) is coated on one or both sides. 10. Tauchkolben mit variabler Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen a) ein den Verbrennungsgasen ausgesetztes äußeres Teil (100) des Kolbens ist axial verschieblich mit einem inneren Kolbenteil (200) verbunden, b) das innere Kolbenteil (200) ist über einen Kolben­bolzen (300) an einem mit der Kurbelwelle verbin­denden Pleuel angelenkt, c) zwischen dem äußeren und inneren Kolbenteil (100, 200) sind zwei Kammern (Steuerkammer (400) bzw. Dämpfungskammer (500)) angeordnet, deren Volumen sich bei Relativverschiebung der beiden Teile ge­geneinander in reziprokem Verhältnis verändert, d) die beiden Kammern (400, 500) sind mit Öl beauf­schlagt, e) lediglich die Steuerkammer (400) ist über ein Ein­wege-Einlaßventil (800) mit einer Ölzufuhr von au­ßen verbunden, f) die beiden Kammern (400 und 500) sind über ein Einwege-Überströmventil (600) miteinander verbun­den, über das Öl aus der Steuerkammer (400) in die Dämpfungskammer (500) strömen kann, g) über eine insbesondere in die Steuerkammer (400) führende Drosselbohrung (700) kann Öl aus der Dämpfungskammer (500) austreten, h) von der Steuerkammer (400) nach außen abströmendes Öl passiert mindestens ein Einwege-Druckbegren­zungsventil (900)
 dadurch gekennzeichnet
daß die drei Ventile (600, 800, 900) in einer ge­meinsamen Ebene mündende Öffnungen besitzen, die jede für sich von einer flexiblen Zunge abdeckbar ist, wobei die einzelnen Zungen einstückiger Be­standteil einer Membranplatte (210) sind.10. Plunger with variable compression height for internal combustion engines with the features a) an outer part (100) of the piston exposed to the combustion gases is axially displaceably connected to an inner piston part (200), b) the inner piston part (200) is articulated via a piston pin (300) to a connecting rod connecting the crankshaft, c) two chambers (control chamber (400) or damping chamber (500)) are arranged between the outer and inner piston parts (100, 200), the volume of which changes in a reciprocal ratio when the two parts are displaced relative to one another, d) the two chambers (400, 500) are charged with oil, e) only the control chamber (400) is connected to an external oil supply via a one-way inlet valve (800), f) the two chambers (400 and 500) are connected to one another via a one-way overflow valve (600), via which oil can flow from the control chamber (400) into the damping chamber (500), g) oil can escape from the damping chamber (500) via a throttle bore (700) leading in particular into the control chamber (400), h) oil flowing out of the control chamber (400) passes through at least one one-way pressure relief valve (900)
characterized
that the three valves (600, 800, 900) have openings opening in a common plane, each of which can be covered by a flexible tongue, the individual tongues being an integral part of a membrane plate (210). 11. Tauchkolben nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zunge des wenigstens einen Einwege-Druck­begrenzungsventils (900) federbeaufschlagt ist.11. plunger according to claim 10,
characterized by
that the tongue of the at least one one-way pressure relief valve (900) is spring-loaded. 12. Tauchkolben nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei auf unterschiedliche Öffnungs-Ansprech­drücke ausgelegte Einwege-Druckbegrenzungsventile (900) vorgesehen sind.12. plunger according to claim 10 or 11,
characterized,
that two one-way pressure relief valves (900) designed for different opening response pressures are provided. 13. Tauchkolben nach einem der Ansprüche 10 - 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Ventile (900) belastenden Federn (114, 115) über Lager (116, 118) an der jeweili­gen Zunge dieser Ventile angreifen.13. plunger according to one of claims 10 - 12,
characterized by
that the springs loading the valves (900) (114, 115) via bearings (116, 118) on the respective tongue of these valves.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE29613109U1 (en) * 1996-07-18 1997-11-13 Pollerhoff Holger Pistons with self-oscillation for internal combustion engines

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DE2719043A1 (en) * 1977-04-28 1978-11-02 Teledyne Ind Variable compression ratio piston - has relatively movable outer and inner members controlled by hydraulic system using oil from engine lubrication system
DE3416346A1 (en) * 1984-05-03 1985-11-07 Mahle Gmbh, 7000 Stuttgart Piston with adjustable compression height for combustion engines

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