JP2020510780A - 油圧によって長さ調整可能な少なくとも１つのピストンロッドを有する往復動機関を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッド（１ａ、１ｂ）を有する往復動機関（１０）、特に内燃機関を運転するための方法に関するものであり、前記ピストンロッド（１ａ、１ｂ）は、ピストン（２）と、長さ調整のための油圧シリンダ（３）とを有しており、前記ピストン（２）は、前記油圧シリンダ（３）と共に、少なくとも１つの作動室（４、５）を画定しており、前記作動室の充填レベルによって、前記ピストンロッド（１ａ、１ｂ）の少なくとも２つの切り替え位置（Ｉ、ＩＩ）が可能であり、圧縮比εの調整とは無関係に、作動室（４、５）を少なくとも部分的に充填すること、及び、空にすることが、少なくとも１つの第１の所定の条件に応じて行われ、これによって、少なくとも１つの前記作動室（４、５）における油圧媒体の少なくとも部分的な交換が行われる。

Description

本発明は、圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッドを有する往復動機関、特に内燃機関に関するものであり、ピストンロッドは、ピストンと、長さ調整のための油圧シリンダと、を有しており、ピストンは、油圧シリンダと共に、少なくとも１つの作動室を画定しており、当該作動室の充填レベルによって、ピストンロッドの少なくとも２つの切り替え位置が可能である。さらに、本発明は、当該往復動機関を運転するための方法に関する。

往復動機関の圧縮比の変更によって、駆動モードにおいて、小さい圧縮比εを有する全負荷、及び、部分負荷、及び、増大した圧縮比εを有する往復動機関の始動が、行われ得る。これによって、部分負荷領域において、消費が減少し、始動の際には、圧縮比εの増大と共に圧縮圧力が増大し、高負荷においては、ピーク圧力が、圧縮比εの減少と共に減少し、ノッキングが防止される。

特許文献１は、圧縮比が変更可能な往復動機関のための長さ調整可能なピストンロッドに関するものであり、当該ピストンロッドは、小さいロッドアイを備えた少なくとも１つの第１のロッド部と、大きいロッドアイを備えた第２のロッド部と、を有しており、両方のロッド部は伸縮自在に、互いに対して、及び／又は、互いの中に変位可能であり、第２のロッド部は、ガイドシリンダを構成し、第１のロッド部は、ガイドシリンダ内で長手方向に変位可能なピストン要素を構成しており、大きいロッドアイに対向するピストン要素の側では、第２のロッド部とピストン要素との間に、高圧空間が設けられており、高圧空間には、少なくとも１つの第１のオイルダクトが合流しており、オイルダクト内には、特に第１の高圧空間の方向に開かれた第１の戻し弁が配置されており、第１の高圧空間を始点として、少なくとも１つの第１の戻り流路が延在しており、その流出横断面は、制御弁によって、第１の位置において閉鎖可能であり、第２の位置において開放可能であり、好ましくは、制御弁は、ピストンロッドの第２のロッド部の受容開口部内で軸方向に変位可能であるセットピストンを有しており、セットピストンは、特に伸縮バネを通じて、第１の位置に変位可能であり、作動力によって、伸縮バネの力に反して、第２の位置に変位可能であり、ピストン要素は、２つの面で作用するピストンとして、好ましくは差動ピストンとして構成されている。

圧縮比εを調整するための伸縮自在なシステムの代わりに、偏心配置された小さなロッドアイ、偏心ピストンピン、又は、クランクシャフトの偏心クランクピンを用いることも知られている。

例えば、特許文献２は、圧縮ピストンを備えたピストンロッドを有するＶＣＲ往復動機関に関するものであり、当該ピストンロッドは、圧縮ピストンを位置調節するための調整機構を有しており、当該調整機構は、ピストンロッドの第１の支持シリンダ内に第１の支持ピストンを有し、第２の支持シリンダ内に第２の支持ピストンを有しており、第１の支持シリンダと第２の支持シリンダとはそれぞれ、第１の制御ラインに接続されており、第１の制御ラインを通じて、媒体が、各支持シリンダの位置調節のために、各支持シリンダに流入及び流出し、２つの支持シリンダの内の少なくとも１つには、配設された支持シリンダの位置調節のために、少なくとも媒体が流出するための、少なくとも１つのさらなる第２の制御ラインが合流している。

一般的に、ピストンロッドの長さは、少なくとも１つの長い切り替え位置と短い切り替え位置との間で、エンジン特性に応じて変化し、第１の長い切り替え位置は、高い圧縮比をもたらし、第２の短い切り替え位置は、小さな圧縮比εをもたらす。走行モード及びそれによって要求される負荷に応じては、ピストンロッドの長さは変化しないままである。圧縮比εを他の値に設定すべき場合、例えば全負荷領域から部分負荷領域に変更する場合に初めて、圧縮比ε及びそれに伴ってピストンロッドの長さが変更される。

国際公開第２０１５／０５５５８２号 独国特許出願公開第１０２０１４００４９８７号明細書

本発明の課題は、往復動機関の油圧によって長さ調整可能な少なくとも１つのピストンロッドの機能を保証するような、往復動機関及び当該往復動機関を運転するための方法を提供することにある。特に、油圧によって長さ調整可能なピストンロッドの長さ調整のために用いられる油圧媒体の過熱を防止することが本発明の課題である。

本課題は、請求項１に記載の方法及び請求項１２に記載の往復動機関によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。請求項は、明らかに、明細書の構成要素とされる。

本発明の第１の態様は、圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッドを有する往復動機関、特に内燃機関を運転するための方法に関するものであり、ピストンロッドは、ピストンと、長さ調整のための油圧シリンダと、を有しており、ピストンは、油圧シリンダと共に、少なくとも１つの作動室を画定しており、作動室の充填レベルによって、ピストンロッドの少なくとも２つの切り替え位置が可能であり、圧縮比εの設定とは無関係に、作動室を少なくとも部分的に充填すること、及び、空にすることが、少なくとも１つの第１の所定の条件に応じて行われ、これによって、少なくとも１つの作動室における油圧媒体の少なくとも部分的な交換が行われる。

本発明の第２の態様は、圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッドを有する往復動機関、特に内燃機関に関するものであり、ピストンロッドは、長さ調整のための油圧シリンダを備えたピストンを有しており、ピストンは、油圧シリンダと共に、少なくとも１つの作動室を画定しており、作動室の充填レベルによって、ピストンロッドの少なくとも２つの切り替え位置が可能であり、往復動機関はさらに、少なくとも１つの第１の所定の条件に依存して、かつ、圧縮比εの調整とは無関係に、少なくとも１つの作動室を少なくとも部分的に充填する、及び、空にするための手段を有しており、これによって、少なくとも１つの作動室における油圧媒体の少なくとも部分的な交換が行われる。

本発明は特に、比較的小さな体積の油圧シリンダには、内燃機関の作動室内の圧力に晒されたピストンによって、高い負荷が作用するという認識に基づいている。この高い負荷は、作動室（油圧シリンダの圧力室）内での油圧媒体の温度の上昇につながる。特に、油圧媒体が、比較的長い時間にわたって油圧シリンダに留まる場合、特に過熱によって、油圧媒体のエージング効果が生じ得る。その際、特に油圧媒体内の添加物が、化学的に分解されるか、又は、崩壊し得る。この効果は、それによってさらに促進される。なぜなら、内燃機関では、燃焼プロセスからの廃熱が、放射及び熱伝導を通じて、油圧シリンダに作用するからである。

本発明は、圧縮比εの変更を行うべきではないが、充填及び空にすることによって、油圧媒体の交換をもたらすというアプローチを追求している。その際、好ましくは、圧縮比εは、充填及び空にする前後において、略同じ値を有している。

油圧媒体の交換によって、エージング効果が防止され得る。特に、長さ調整が可能なピストンロッド又はクランクシャフトにおける油圧媒体の導管の閉塞が防止可能であるか、又は少なくともそのような事象が生じる可能性が減少し得る。

その際、少なくとも１つの作動室が、完全に充填され、及び空にされ得る。しかしながら、好ましくは、部分的にのみ充填され、空にされ、それによって、一部の油圧媒体のみが交換される。

本発明の有利な実施形態において、ピストンは、油圧シリンダと共に、２つの作動室を画定しており、そのそれぞれの充填レベルによって、ピストンロッドの少なくとも２つの切り替え位置が可能であり、これらの作動室はそれぞれ、逆方向に充填され、及び空にされる。

本発明のさらなる有利な実施形態において、少なくとも１つの作動室を少なくとも部分的に充填する、及び空にすることは、低い荷重点において、特に最大負荷の半分以下で、及び／又は低いトルクにおいて、特に最大トルクの半分以下で、実施される。比較的低い荷重点において充填及び空にすることによって、ピストンロッドが、充填及び空にする際に少なくとも通過される長い切り替え位置において、長さ調整可能なピストンロッドの損傷につながり得るような大きすぎる負荷に晒されることはないということが保証される。冒頭で言及したように、長い切り替え位置は、高い圧縮比εを調整するために、一般的に、下側の部分負荷領域に存在している。

本発明に係る方法のさらなる有利な実施形態において、燃料の噴射量、及び／又は、少なくとも１つの油圧によって長さ調整可能であるピストンロッドを有する内燃機関のシリンダのラムダ比は、特に短い切り替え位置が存在する場合、シリンダに関する負荷を減少させるために、一時的に調整される。特に、冒頭に述べたように一般的に高い負荷が存在している短い切り替え位置を始点として、作動室を充填及び空にする場合、負荷を減少させることが有利である。これによって、場合によって生じ得る、長さ調整可能なピストンロッドの損傷が回避され得る。

本発明に係る方法のさらなる有利な実施形態において、少なくとも１つの油圧によって長さ調整可能なピストンロッドには、冷却のために、冷却剤、特に油圧媒体及び／又は潤滑剤が噴霧される。好ましくは、この噴霧は、ピストン冷却装置によって行われ、ピストン冷却装置は、付加的に、少なくとも１つの油圧によって長さ調整可能なピストンロッドを湿らせる。これによって、ピストンロッドを外側から冷却することを通じて、油圧媒体の交換とは無関係に、又は油圧媒体の交換に対して付加的に、油圧媒体のエージング効果が防止され得る。

本発明のさらなる有利な実施形態において、ピストンロッドへの噴霧は、少なくとも１つの第２の所定の条件に応じて、特に少なくとも部分的に作動室を充填及び空にする前に導入される。この有利な実施形態によると、油圧媒体を少なくとも部分的に交換するために、作動室を充填及び空にすることは、冷却剤の噴霧による冷却ではもはや不十分である場合に初めて実施される。これによって、最適なピストンロッド長さからの一時的な逸脱が防止され得るか、又は少なくとも最小限の時間に制限され得る。

本発明に係る方法のさらなる有利な実施形態において、少なくとも１つの第１の及び／又は第２の所定の条件は、以下のパラメータを有する群から選択されたパラメータを指している：油圧媒体の温度、圧縮比εを変更してからの時間、最後に少なくとも部分的に油圧媒体を交換してからの時間、最後の少なくとも部分的な油圧媒体の交換の際に交換された油圧媒体の量、切り替え位置、荷重点。

本発明に係る方法のさらなる有利な実施形態において、充填及び空にすることは、油圧によって長さ調整可能な複数のピストンロッドを有する往復動機関において、ピストンロッドに関して連続的に行われる。これによって、充填及び空にすることを通じて、本発明に係る往復動機関を有する車両のドライバビリティにおける、認識可能である変化が、認識され得ることが防止され得る。

本発明の第１の態様に係る方法に関して上述した利点及び特徴は、対応して、本発明の第２の態様に係る往復動機関にも有効であり、逆もまた有効である。

圧縮比εを調整するための油圧によって長さ調整可能なピストンロッドと、ピストン冷却装置と、を有する本発明に係る往復動機関の有利な実施形態において、ピストン冷却装置は、ピストンロッドに冷却剤、特に油圧媒体及び／又は潤滑剤を噴霧するためにも設けられている。

本発明に係る往復動機関のさらなる有利な実施形態において、ピストン冷却装置は、少なくとも１つの噴霧ノズルを有しており、当該噴霧ノズルは、ピストンロッドの移動領域の少なくとも一部に向けられている。

さらなる利点及び特徴は、後続の、図面を用いた、本発明の実施例の説明から明らかになる。示されているのは以下の図である。

本発明に係る長さ調整可能なピストンロッドを示す図である。 ２つの異なる切り替え位置における、図１に係る長さ調整可能なピストンロッドを示す図である。 本発明に係る往復動機関の第１の実施例を示す図である。 本発明に係る往復動機関の第２の実施例を示す図である。

図１は、本発明に係る往復動機関１０で使用され得るような、長さ調整可能なピストンロッド１の実施形態を示している。

ピストンロッドは、好ましくは小さなロッドアイ６と大きなロッドアイ７とを有している。その際、小さなロッドアイ６は、シャフトを通じて、ピストン２に接続されている。大きなロッドアイ７は、油圧シリンダ３に接続されており、油圧シリンダ３内には、ピストン２が移動可能に配置されている。その際、ピストン２は、油圧シリンダ３を、好ましくは２つの作動室４、５に分割する。第２の作動室５は、スリーブ８によって、好ましくは外側に向けて閉じられる。第１の作動室４への油圧媒体の充填及び排出は、好ましくは導管９ｂ、特に好ましくは大きなロッドアイに至る油圧管を通じて行われる。第２の作動室５は、好ましくはさらなる導管９ａを通じて、充填及び空にされる。このさらなる導管９ａも、好ましくは大きなロッドアイに至っている。

導管９ａ、９ｂへの油圧媒体の供給は、好ましくは往復動機関の図示されていないクランクシャフトを通じて行われる。その際、油圧シリンダ３内でのピストン２の位置の変更は、例えば様々な、導管９ａ、９ｂに加えられる油圧媒体の圧力によって実現し得る。好ましくは、さらに加えて、又は代替的に、ピストンロッド１内に、作動室４、５への流入及び／又は作動室４、５からの流出を切り替えるための切り替え装置が設けられていることを規定してもよい。当該切り替え装置も、油圧媒体によって供給される様々な圧力を用いて、及び／又は電磁的に、及び／又は機械的に作動可能である。

しかしながら、本発明に係る、長さ調整可能なピストンロッド１は、図１の実施例に限定されたものではない。特にピストンは、いわゆる回転ピストンであってよく、回転ピストンは、ピストンロッドの長さ調整を、ロック及び／又はネジ式スピンドルを用いて防止又は可能にする。さらに、ピストンは、油圧シリンダと連携して、偏心配置された小さなロッドアイ６の位置を変更するようにも設定可能であり、これによって、実際のピストンロッドの長さ、すなわち大きなロッドアイ７の中心と小さなロッドアイ６の中心との間の距離が、変更され得る。

図２は、図１に係る、長さ調整可能なピストンロッドの２つの切り替え位置を示している。第１の短い切り替え位置では、第１の作動室４は完全に空にされ、及び／又は、第２の作動室５は完全に充填されている。第２の長い切り替え位置ＩＩでは、第１の作動室４は完全に充填され、及び／又は、第２の作動室５は完全に空にされている。従って、ピストンロッド１の少なくとも２つの切り替え位置Ｉ、ＩＩは、長さ調整可能なピストンロッド１の異なる長さの状態に対応している。好ましくは、本発明に基づいて充填及び空にする場合、長さ調整可能なピストンロッド１は、切り替え状態Ｉから第２の切り替え状態ＩＩに移行し、第１の切り替え状態Ｉに戻るように移行する。代替的に、ピストンロッド１は、第２の切り替え状態ＩＩから第１の切り替え状態Ｉに移行し、第２の切り替え状態ＩＩに戻るように移行する。その際好ましくは、作動室４、５はそれぞれ完全に空にされ、充填され、さらに好ましくは部分的にのみ空にされ、充填される。さらに好ましくは、それぞれ作動室４、５の１つのみが、少なくとも部分的に充填され、空にされる。

図３は、本発明に係る往復動機関１０の第１の実施例を示している。当該往復動機関は、２つのシリンダ１４ａ、１４ｂを有しており、当該シリンダはそれぞれ、長さ調整可能なピストンロッド１ａ及び１ｂを有しており、当該ピストンロッドは、ピストンと共に、それぞれシリンダ内の燃焼室を画定している。その際、長さ調整可能なピストンロッド１ａ、１ｂはそれぞれ、シリンダ１４ａ、１４ｂのピストンをクランクシャフト１５に接続している。

さらに、往復動機関１０は、制御部１１を有しており、当該制御部は、好ましくはクランクシャフト１５を通るように誘導された導管１６を通じて、長さ調整可能なピストンロッド１ａ、１ｂの作動室４、５の内の少なくとも１つの充填及び空にするのを制御する。その際、長さ調整可能なピストンロッド１ａ、１ｂの各作動室４、５は、共通の油圧管１６又は別々の油圧管で供給され得る。

図４は、本発明に係る往復動機関１０の第２の実施例を示している。図３に示された、本発明に係る往復動機関１０の第１の実施例とは異なり、第２の実施例は、冷却装置１２を有しており、当該冷却装置は、シリンダ１４ａ、１４ｂの、長さ調整可能なピストンロッド１ａ、１ｂに、冷却剤、特に油圧媒体を噴霧し得る。

このために、好ましくはピストン冷却装置に組み込まれている冷却装置１２は、好ましくは噴霧ノズルを有しており、当該噴霧ノズルは、噴霧円錐１３ａ、１３ｂを形成し、当該噴霧円錐は、長さ調整可能なピストンロッド１ａ、１ｂの、移動領域Ｂの少なくとも一部に噴霧する。第２のシリンダ１４ｂに関しては、第２の長さ調整可能なピストンロッド１ｂの移動領域は、破線で示されており、第２のシリンダ１４ｂに関する、その軸方向の広がりは、波括弧で示されている。図４に示された実施例の代替例として、本発明に係る往復動機関は、付加的に少なくとも部分的に充填及び空にするための手段１１を有することが可能である。この代替例は、図４に係る冷却装置１２を有する、図３に係る実施例に相当する。

１、１ａ、１ｂ ピストンロッド
２ ピストン
３ 油圧シリンダ
４ 第１の作動室
５ 第２の作動室
６ 小さなロッドアイ
７ 大きなロッドアイ
８ スリーブ
９ａ、９ｂ 導管
１０ 往復動機関
１１ 制御部、手段
１２ 冷却装置
１３ａ、１３ｂ 噴霧円錐
１４ａ、１４ｂ シリンダ
１５ クランクシャフト
１６ 導管、油圧管
Ｂ 移動領域
Ｉ 第１の切り替え状態
ＩＩ 第２の切り替え状態

Claims (15)

1. 圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッド（１）を有する往復動機関（１０）、特に内燃機関を運転するための方法であって、前記ピストンロッド（１）は、ピストン（２）と、長さ調整のための油圧シリンダ（３）と、を有しており、前記ピストン（２）は、前記油圧シリンダ（３）と共に、少なくとも１つの作動室（４、５）を画定しており、前記作動室の充填レベルによって、前記ピストンロッド（１）の少なくとも２つの切り替え位置（Ｉ、ＩＩ）が可能であり、
   圧縮比εの調整とは無関係に、少なくとも１つの前記作動室（４、５）を少なくとも部分的に充填すること、及び空にすることが、少なくとも１つの第１の所定の条件に応じて行われ、これによって、少なくとも１つの前記作動室（４、５）における油圧媒体の少なくとも部分的な交換が行われる方法。
2. 前記圧縮比εが、充填及び空にする前後で、略同じ値を有している、請求項１に記載の方法。
3. 前記ピストン（２）が、前記油圧シリンダ（３）と共に、２つの作動室（４、５）を画定しており、前記作動室それぞれの充填レベルによって、前記ピストンロッド（１）の少なくとも２つの切り替え位置（Ｉ、ＩＩ）が可能であり、前記作動室（４、５）はそれぞれ、逆方向に充填され、及び空にされる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 少なくとも１つの前記作動室（４、５）を少なくとも部分的に充填する、及び空にすることが、低い荷重点において、特に最大負荷の半分以下で、及び／又は低いトルクにおいて、特に最大トルクの半分以下で実施される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 燃料の噴射量、及び／又は少なくとも１つの油圧によって長さ調整可能な前記ピストンロッド（１）を有する内燃機関のシリンダのラムダ比が、特に短い切り替え位置が存在する場合、すなわち、前記ピストンロッド（１）の短い長さに対応する切り替え位置が存在する場合、前記シリンダに関する負荷を減少させるために、一時的に調整される、請求項４に記載の方法。
6. 少なくとも１つの油圧によって長さ調整可能な前記ピストンロッド（１）には、冷却のために、冷却剤、特に油圧媒体及び／又は潤滑剤が噴霧される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ピストンロッド（１）への噴霧が、少なくとも１つの第２の所定の条件に応じて、特に少なくとも部分的に作動室（４、５）を充填及び空にする前に導入される、請求項６に記載の方法。
8. 少なくとも１つの前記第１の及び／又は前記第２の所定の条件が、以下のパラメータ：
   油圧媒体の温度、圧縮比εを変更してからの時間、最後に少なくとも部分的に油圧媒体を交換してからの時間、最後の少なくとも部分的な油圧媒体の交換の際に交換された油圧媒体の量、切り替え位置（Ｉ、ＩＩ）、長さ調整可能な前記ピストンロッド（１）を有する往復動機関の荷重点、を有する群から選択されたパラメータを指している、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 充填及び空にすることが、油圧によって長さ調整可能な複数の前記ピストンロッド（１）を有する往復動機関において、前記ピストンロッドに関して連続的に行われる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 好ましくはメモリとマイクロプロセッサとを含み、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実施するために設けられている電子制御部。
11. コンピュータによって実施される場合に、前記コンピュータに、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法のステップを実施させる命令を含むコンピュータプログラム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムが保存されたコンピュータ可読媒体。
13. 圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能なピストンロッド（１ａ、１ｂ）を有する往復動機関（１０）、特に内燃機関であって、前記ピストンロッド（１ａ、１ｂ）は、ピストン（２）と、長さ調整のための油圧シリンダ（３）と、を有しており、前記ピストン（２）は、前記油圧シリンダ（３）と共に、少なくとも１つの作動室（４、５）を画定しており、前記作動室の充填レベルによって、前記ピストンロッド（１）の少なくとも２つの切り替え位置（Ｉ、ＩＩ）が可能であり、前記往復動機関（１０）はさらに、少なくとも１つの第１の所定の条件に依存して、かつ圧縮比εの調整とは無関係に、少なくとも１つの前記作動室（４、５）を少なくとも部分的に充填する、及び空にするための手段（１１）を有しており、これによって、少なくとも１つの前記作動室（４、５）における油圧媒体の少なくとも部分的な交換が行われる往復動機関（１０）。
14. 圧縮比εを調整するための、少なくとも１つの、油圧によって長さ調整可能な前記ピストンロッド（１）及び冷却装置（１２）を有し、前記冷却装置（１２）は、前記ピストンロッド（１）に冷却剤、特に油圧媒体及び／又は潤滑剤を噴霧するためにも設けられている、特に請求項１３に記載の往復動機関（１０）。
15. 前記冷却装置（１２）が、少なくとも１つの噴霧ノズルを有しており、前記噴霧ノズルは、前記ピストンロッドの移動領域Ｂの少なくとも一部に向けられている、請求項１４に記載の往復動機関（１０）。

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