WO2015155167A2 - Piston engine - Google Patents

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WO2015155167A2
WO2015155167A2 PCT/EP2015/057474 EP2015057474W WO2015155167A2 WO 2015155167 A2 WO2015155167 A2 WO 2015155167A2 EP 2015057474 W EP2015057474 W EP 2015057474W WO 2015155167 A2 WO2015155167 A2 WO 2015155167A2
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WO
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piston
control line
support cylinder
connecting rod
support
Prior art date
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PCT/EP2015/057474
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German (de)
French (fr)
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WO2015155167A3 (en
Inventor
Christoph Müller
Markus Podworny
Original Assignee
Fev Gmbh
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Publication date
Application filed by Fev Gmbh filed Critical Fev Gmbh
Priority to DE112015001700.3T priority Critical patent/DE112015001700A5/en
Publication of WO2015155167A2 publication Critical patent/WO2015155167A2/en
Publication of WO2015155167A3 publication Critical patent/WO2015155167A3/en

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    • 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
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/10—Bearings, parts of which are eccentrically adjustable with respect to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods

Definitions

  • the present invention relates to a piston engine with variable compression (VCR piston engine) with a connecting rod, which carries a compression piston, wherein the connecting rod has an adjusting mechanism for adjusting the compression piston.
  • the adjusting mechanism has a first support piston in a first support cylinder of the connecting rod and a second support piston in a second support cylinder of the connecting rod, wherein the first and the second support cylinder are each connected to a first control line via which a medium in the respective support cylinder and can flow out, specifically for adjusting the respective support cylinder.
  • a method for operating a VCR piston engine is proposed.
  • Adjustable variable compression ratios are known in reciprocating engines, such as in internal combustion engines.
  • EP-A-1 426 584 describes a connecting rod for use in a reciprocating engine of variable compression ratio by pivoting an eccentric, whereby the effective length of the connecting rod is variable.
  • the eccentric is fixed in one or the other end position of the swivel range.
  • This fixation is described in the description, inter alia, as a mechanical fixation by means of pawl.
  • DE-A-10 2005 055 199 likewise shows the mode of operation of a length-variable connecting rod, with which the transition between different NEN compression ratios occurs.
  • the realization takes place via an eccentric in the small connecting rod eye whose position is fixed by two hydraulic cylinders with variable resistance.
  • the switch positions mentioned in this document refer to a two-stage system.
  • Object of the present invention is to provide a piston engine with a multi-stage, d .h. more than two-stage adjustable compression ratio, so that an approximation of the benefits in CO 2 emissions of a continuous system with continuous adjustment of the compression ratio is achieved at the same time still low structural complexity.
  • the adjusting mechanism has a first support piston in a first support cylinder and a second support piston in a second support cylinder of the connecting rod, wherein the first and second support cylinders are each connected to a first, separate for each support cylinder control line through which a medium in the respective support cylinder flows in and out for adjusting the respective support cylinder, wherein in at least one of the two support cylinders at least one further, second control line for at least draining the medium for adjusting the associated support cylinder opens.
  • the two first control lines open into the bottom of the respective support cylinder, so that a medium both in and out of the Support cylinder can flow in and out.
  • the VCR piston engine can be designed, for example, as shown, for example, in each of DE-A-10 2005 055 199, DE-A-10 2011 056 298, DE-A-10 2012 014 917, DE-A-10 2011 108 790, DE-A-10 2010 061 360, DE-A-10 2010 061 359, DE-A-10 2010 061 361 and / or DE-A-10 2008 005 467, to which reference is made in the context of the disclosure in relation to the possible construction of the connecting rod with eccentric adjustment of the compression piston, the adjusting mechanism and the support cylinder or support piston and their operation is pointed out.
  • the contents of these documents are hereby incorporated by reference into the subject of the present application.
  • the invention makes it possible, starting from a two-stage length-variable connecting rod, to provide an extension to at least one further stage.
  • This is realized via at least one additional second control line, which unlike the first control lines for a two-stage system, which preferably opens at a bottom of a support piston, can preferably be arranged in a stroke region of the support cylinder.
  • the second control line opens along a travel path of the associated support piston in the support cylinder.
  • the lower edge of the support piston in the support cylinder can be used as a control edge.
  • the first and second control lines can each be introduced in the form of bores in the connecting rod.
  • the connecting rod in the manufacture for example, casting, the holes have specified as channels.
  • a subsequent manufacturing of the control lines is possible.
  • the control lines may also be located inside the connecting rod.
  • a further embodiment provides that a part of the control line is arranged on the connecting rod, for example as a line connected to the connecting rod is arranged outside. This may be a subsequently attached line as well as an integrated manufactured line.
  • a further embodiment of the VCR piston engine provides that in the first and the second support cylinder in each case at least two control lines open for selectively flowing and admitting the medium into or out of the respective support cylinder.
  • at least one control line opens into the respective support cylinder along the travel path of the control piston, so that the control piston passes over the junction of the at least one control line during displacement within the support cylinder.
  • a first control line opens into a bottom region of the control piston, while the at least one second control line opens into the support cylinder at a point along the travel path.
  • the second control line is provided laterally in the support cylinder at a height opening, which is in a range between one third and two thirds of the travel of the control piston.
  • two second control lines open laterally into a control cylinder
  • one of the two control lines is arranged, for example, in a region comprising a first half of the travel path and the other in a region comprising a second half of the travel path into the support cylinder.
  • more than two second control lines are provided laterally into the support cylinder, they open in an equidistant manner along the travel path according to one embodiment.
  • Another embodiment provides that these open laterally with each other at different distances along the travel in the support cylinder. In this way, for example, a four- or multi-stage adjustment of the compression piston can be achieved. It is preferred if in the region of that support cylinder which supports the inertial mass force of the compression piston, at least one control line is more open than at the other support cylinder, which supports the compression piston at gas side occurring due to the combustion (gas forces.
  • the VCR piston engine is constructed such that the or each second control line is opened or blocked by the support piston in the respective support cylinder.
  • the support piston with one of its edges can not only serve as a control piston. Rather, this allows not only a complete opening as well as a complete closing of the lateral junction and the only partial opening or closing a laterally opening control line.
  • the VCR piston engine has a switch which is in operative connection with the second control line, wherein the second control line is opened or closed by means of the switch.
  • This switch is preferably part of the adjusting mechanism and particularly preferably arranged on or in the connecting rod.
  • the switch is able to allow or prevent an inflow or outflow of the medium, in particular oil of the piston engine, into or out of the respective support cylinder.
  • a multi-way valve is used as a switch over which, for example, a plurality of control lines can be switched simultaneously.
  • the valve system can comprise, for example, a 3/2, a 3/3, a 4/2 or even a 4/3 directional control valve, in particular a valve system, as is apparent from DE-A-10 2012 020 999, to which reference is made in the context of the disclosure of the invention, so that the content of this document is the subject of the present application.
  • a single switch can be provided, which, depending on the position, ensures that the medium can flow in or out of the respective support cylinders.
  • the switch is able to achieve an intermediate position of the adjustable over the eccentric compression piston by activating or deactivating a control line, which opens laterally into one of the support cylinders.
  • a further embodiment of the invention provides that the switch is part of an actuation unit which provides for an independent actuation of the switch for the second control line in relation to a blocking or releasing of the respective first control line.
  • a further embodiment of the invention provides that the switch is part of an actuation unit, which provides an interdependent actuation for opening and locking of each first and second control line.
  • the VCR piston engine has provided a control unit, which in each case coordinates opening and closing of respectively first and at least second control lines in order to set different compression ratios.
  • WO-A-2014/019684 as well as DE-A-10 2012 020 999 each describe VCR systems or actuation units, by means of which the mechanical actuation of the adjusting mechanism for a VCR engine is made possible.
  • the connecting rod its function with the adjustable compression piston, with respect to the adjustment system as well as the Aktuianssaku in the context of the disclosure of the invention proposed here, reference is fully made to these two documents, so that the contents of these two documents belong to the subject of the present application.
  • a method for operating a VCR piston engine wherein a stroke adjustment of a compression piston by means of an adjustment mechanism of a connecting rod, by means of which the compression piston and thus the effective length of the connecting rod is adjusted, wherein a support piston of the adjusting mechanism opens or closes at least one control line which laterally opens into the support cylinder in one (possibly two) support cylinders during the process.
  • an effective (compressor piston) mass inertia force is used, which is utilized for the adjustment.
  • Figure 1 shows a detail of an internal combustion engine in the form of a connecting rod shown schematically as a 3-point connecting rod, which allows three different densities.
  • FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of a 3-point connecting rod with outgoing control channels
  • FIG. 1 shows a part of an internal combustion engine, namely a connecting rod with two-stage variability of the compression ratio of the internal combustion engine.
  • This already existing two-stage variant of a length-variable connecting rod is extended according to the invention by at least one further stage.
  • FIG. 1 shows an embodiment by means of which an adjustable change of a compression ratio in a piston machine 1 in the form of a reciprocating internal combustion engine is made possible.
  • the connecting rod 17 has a large connecting rod bearing eye 3 (stroke bearing) and a small connecting rod bearing eye 2 (piston bearing).
  • an eccentric 5 is arranged, which is rotatably mounted.
  • the eccentric 5 has a bore 18 for receiving a bolt 6, a compression piston 7, which in a cylinder indicated at 8 (or up) and back (or ab-) is movable on.
  • the eccentric 5 On an outer surface, the eccentric 5 has a toothing 19. With this toothing 19 of the eccentric 5 is connected to a lever system 20 which acts as a support mechanism and preferably also as a backstop.
  • the lever system 20 has a first lever 21 and a second lever 22.
  • the two levers 21, 22 are fixedly coupled together.
  • the levers 21, 22 are also connected to the eccentric 5 so as to be non-rotatable via the teeth 19.
  • the lever system 20 with the levers 21, 22 is arranged in a recess 23 in the connecting rod 17.
  • Fig. 1 it can also be seen that the lever system 20 is axially guided in the recess 23. Furthermore, the lever system 20 connection joints 24. About the connecting joints 24 rods 25 are hinged. In the second connecting rod 17 turn support cylinder bores 26 are arranged. In these support piston 27 are guided, where the rods 25 are articulated. By this arrangement, a respective stroke of the two support piston is in direct relation to a rotation angle of the eccentric 5.
  • the support cylinder bores 26 in the connecting rod 17 are closed by check valves 28 to the large connecting rod eye 3, so that in each case a working space 29 is formed.
  • the working space 29 can thus serve as a damping volume as well as a support in the case of a backstop.
  • Pleuellagerschalen 30 are arranged.
  • the connecting rod bearing shells 30 are with Openings 31 provided. Since the bearing shells 30 are provided with a circumferential groove, which is in communication with an oil supply via the crankshaft, is in the groove at any time to an oil pressure. This oil pressure is transferred at any time to the check valves 28. These open or are closed depending on the working pressure present in the working chamber 29.
  • the exact sequence of a possible change in the compression ratio is more apparent from the above-cited prior art, in particular, for example, from DE-A-10 2005 055 199.
  • a Switch instead of switching over the working pressure also a Overall circuit of control lines and control channels is made possible by, for example, a switch.
  • the connecting rod 17 for setting a different compression ratio will be explained below by way of example by setting a low compression ratio as an example.
  • the first support cylinder 31.1 or the second support cylinder 31.2 by at least one additional control line 32, for example in the form of a channel, which does not open into the bottom of the support cylinder, another locking stage and thus a further compression stage of the internal combustion engine introduced.
  • the control line 32 arranged in the stroke region of the second support cylinder 31.2 can be controlled, for example, with a variable resistor.
  • the control channels 33.1, 33.2 in the bottom of the two support cylinders are closed with open control line 32 in the stroke range of a support cylinder.
  • the open control line 32 causes a flow of oil from the second support cylinder 31.2 until the control line 32 is closed by a control edge, which preferably corresponds to the lower edge of the piston.
  • a control edge which preferably corresponds to the lower edge of the piston.
  • Additional compression stages can be achieved by further analogously designed control lines in the stroke region of the support cylinders, preferably in the second support cylinder 31.2.
  • the blocking of the respective control channels 33.1, 33.2 or the control line 32 or of a plurality of control lines is preferably realized by means of a switch 34.
  • both support cylinders can be filled with oil from the stroke bearing, a check valve assigned to each support cylinder prevents the oil from flowing out.
  • a 3/2-way switching valve can open either the GKS or the MKS. This combination of check valves and switching valves forms a hydraulic freewheel whose direction can be selected. In the case of the selected high compression ratio position, also referred to as “ high ", the moments which have a mathematically positive effect on the eccentric are based on the GKS oil column.
  • intermediate positions are required in accordance with the additional compression levels.
  • the sum of intermediate positions and end positions must correspond to the number of compression stages and thus the number of control lines 32 and control channels 33.1, 33.2, wherein the switch 34, preferably a mechanical switch, in each of the positions exactly one control channel 33.1, 33.2 or control line 32 either release itself or open via a valve and the other control channels 33.1, 33.2 or control lines 32 should close.
  • the locking of the respective control channels or control lines can be done for example by a mechanical switch 34, as shown by way of example from FIG. 2, wherein in FIG. 3 of the mechanical switch by way of example
  • the mechanical switch 34 can correspond as closely as possible to the modes of operation shown in DE-A-10 2005 055 199 and described in WO-A-2014/019684.
  • a switching operation of the switch 34 it is moved in the direction of the arrow according to the arrow in the switch 34 along the illustrated ramp of a cam member 35, while the connecting rod, not shown, moves in the direction of the arrow arranged perpendicular thereto.
  • a width of a camshaft element 35 can only be selected to be slightly wider than that of the mechanical switch 34.
  • the inner width of the cam member 35 must be at least as large to prevent tilting or jamming of the mechanical switch 34 in the cam member 35, but may be selected to be as wide as possible that the mechanical switch 34 in the desired intermediate position and not in the next intermediate or final position engages.
  • the catch can be achieved in the intermediate position of the mechanical switch 34 but also via other mechanisms.
  • a blocking of the adjustment in an intermediate position is conceivable, which automatically unlocks after completion of the adjustment and releases a further adjustment. This blockage can be triggered, for example, by centrifugal or acceleration forces. At standstill of the mechanical switch 34 in the intermediate position, the blocking is then released again due to the lack of driving centrifugal or acceleration force.
  • FIG. 4 shows by way of example a simplified, schematic representation of a further possible embodiment of a connecting rod with adjustable compression ratios.
  • the control line opens 32.3 turn laterally into one of the support cylinder, while the control channels 33.1, 33.2 of the respective support cylinder lead into the bottom of the support cylinder.
  • the remaining reference symbols in principle designate identical or similar structural components, as they also appear from FIG. In the following, a sequence of the displacement of the respective support cylinders will be explained in a schematic representation.
  • Fig. 5 shows a first state as a final state "£ high " due to a stop situation in one of the two support cylinders, with a high compression ratio is set.
  • the schematic diagram shows a completely hydraulically locked gas-fired power cylinder GK, wherein a control channel not shown in detail is locked at the bottom of the gas-power cylinder GK as well as at the bottom of the mass cylinder MK.
  • the filling with oil of the gas power cylinder GK is indicated by hatching.
  • a laterally outgoing control line of the mass cylinder MK is locked by its associated piston.
  • Fig. 6 shows an average compression position "£ mi d" on. This is achieved by the mass flow cylinder and the gas power cylinder whose two channels are locked at the bottom of the inertia and gas power cylinder, however, the side-opening control line is just completely closed. As a result, the hatched oil cushion can flow to the height of the junction of the control line.
  • FIG. 7 shows a further end position, namely a compression position "£
  • a completely hydraulically locked mass force cylinder MK in which the control line as well as the opening into the ground control channel of the mass cylinder are locked.
  • FIGS. 5 to 7 illustrate the sequence which is possible in the adjustment from one end position to the other end position, taking into account at least one intermediate position, which may be arranged, for example, centrally as well as off-center to the respective end positions.
  • Fig. 8 shows again in an enlarged view the Fig. 6 with an intermediate compression "£ mid " to show it a special feature that can occur depending on the design.
  • the control line is again partially released, since the piston edge in the mass force cylinder MK rises in accordance with the kinematic conditions during this sagging.
  • oil flows in, for example, through the control channel in the ground.
  • oil sucked in during the gas force action is then discharged again through the control line which has been opened by the raised piston due to inertial force, and the control line is lowered again as a result of the piston descending.
  • the eccentric via which the two pistons of the mass force cylinder and the gas power cylinder are connected to one another, oscillates about one position, for example a middle position.
  • FIGS. FIGS. 9, 10 and 11 show the feasible switching sequences which are possible laterally on the grounding force cylinder MK in the illustrated embodiment with two control channels at the bottom and a single control line.
  • an adjustment is possible as follows: a) Adjustment of £
  • control line of the mass-produced cylinder and control channel of the gas power cylinder blocked; If necessary, the control line of the mass-flow cylinder should be closed by the piston, but must be completely blocked at the latest when switching over to avoid the intake of air.
  • the respective switch positions for the respective compression settings from Figs. 9 to FIG. 11 are shown by way of example in FIGS. 12 to 14 shown.
  • the respective control channels which open into the bottom of the mass force cylinder and the gas-power cylinder, are indicated as the channel MK or the channel GK with the location "down".
  • the control line in turn is referred to as channel MK intermediate position.
  • the respective position of the arrow indicates the respective circuit status: "T" indicates a blocking position, while an arrow indicates the possibility of flow.
  • T indicates a blocking position
  • an arrow indicates the possibility of flow.
  • An actuation for a third switching position provides, for example, to move a stop of the switch.
  • the shifting can be effected beforehand, for example, by the switching operation or else by an actuation unit.
  • a sequential design of the switch allows, for example, the use of a rotary switch. Also allows a sequential design of the switch to realize a middle position via a mechanical latch, which prevents, for example, further drainage of oil through a control channel.
  • an intake of air is prevented, preferably by circuitry. Possibly accidentally an air supply z. B. via a control line, namely, if it inadvertently absorbs air. Such uncontrolled air can cause a malfunction in the system.
  • an air outlet can be provided.
  • a collection point is structurally provided in the system, at which air, in particular also entrained air bubbles accumulate. The collected air can then be drained off via the collection point, for example by means of a valve circuit. It can also be provided that there is another vent through which air can escape from the system.
  • it can be provided to prevent the penetration of air into the system, preferably constructively, namely to prevent it by a valve, for example.
  • a valve for example.
  • this may be provided for a built-in control line check valve.
  • the check valve is integrated in the above circuit. Then there is the possibility with such a switch, in addition to the interconnection of the control line to avoid the suction of air.

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Abstract

The invention relates to a piston engine (1) comprising a connecting rod that is equipped with a compression piston and an adjusting mechanism for adjusting the compression piston, said adjusting mechanism including a first supporting piston (27.1) in a first supporting cylinder (31.1) and a second supporting piston (27.2) in a second supporting cylinder (31.2) of the connecting rod. The first and second supporting cylinders (31.1, 31.2) are each connected to a first control line via which a medium flows into and out of the supporting cylinder in order to adjust the supporting cylinder (31.1, 31.2). At least one additional, second control line (32) for at least draining the medium extends into at least one of the two supporting cylinders (31.2) in order to adjust the associated supporting cylinder (31.2). The invention further relates to a method for operating a piston engine (1), preferably a VCR piston engine according to one of the preceding claims, wherein a compression piston is made to travel by means of an adjusting mechanism of a connecting rod, said mechanism adjusting the compression piston. In the disclosed method, a supporting piston (27.2) of the adjusting mechanism in a supporting cylinder (31.2) opens or closes at least one control line (32) extending laterally into the supporting cylinder (31.2). Also disclosed is a method in which the control line (32) that extends laterally at a mass force end is opened or closed in order to obtain an intermediate position of the adjustable compression piston.

Description

Kolbenmaschine  piston engine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit variabler Kompression (VCR-Kolbenmaschine) mit einem Pleuel, welches einen Verdichtungskolben trägt, wobei das Pleuel einen Verstellmechanismus zur Verstellung des Verdichtungskolbens aufweist. Der Verstellmechanismus weist einen ersten Stützkolben in einem ersten Stützzylinder des Pleuels und einen zweiten Stützkolben in einem zweiten Stützzylinder des Pleuels auf, wobei der erste und der zweite Stützzylinder jeweils mit einer ersten Steuerleitung verbunden sind, über die ein Medium in den jeweiligen Stützzylinder ein- und ausfließen kann, und zwar zum Verstellen des jeweiligen Stützzylinders. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer VCR-Kolbenmaschine vorgeschlagen. The present invention relates to a piston engine with variable compression (VCR piston engine) with a connecting rod, which carries a compression piston, wherein the connecting rod has an adjusting mechanism for adjusting the compression piston. The adjusting mechanism has a first support piston in a first support cylinder of the connecting rod and a second support piston in a second support cylinder of the connecting rod, wherein the first and the second support cylinder are each connected to a first control line via which a medium in the respective support cylinder and can flow out, specifically for adjusting the respective support cylinder. Furthermore, a method for operating a VCR piston engine is proposed.
Für die Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses bei einem Verbrennungsmotor existieren unterschiedliche Lösungen. Diese Lösungen können in solche mit einer kontinuierlichen und einer diskontinuierlichen Verstellung unterteilt werden. Eine kontinuierliche Verstellung ist aufgrund eines in jedem Betriebspunkt optimal einstellbaren Verdichtungsverhältnisses vorteilhaft für den C02-Ausstoß. Dem entgegen steht eine diskontinuierliche Verstellung mit zwei Stufen, jeweils als Endanschlag der Verstellbewegung, mit dem Vorteil der konstruktiv einfachsten Form eines variablen Verdichtungsverhältnisses. Die Vorteile einer diskontinuierlichen zweistufigen Verstellung im Vergleich zu einem konventionellen Kurbeltrieb sind weniger gewichtig als die Vorteile bei der kontinuierlichen Verstellung . For the realization of a variable compression ratio in an internal combustion engine, different solutions exist. These solutions can be divided into those with a continuous and a discontinuous adjustment. A continuous adjustment is advantageous for the CO 2 emission due to an optimally adjustable compression ratio at each operating point. The opposite is a discontinuous adjustment with two stages, each as an end stop of the adjustment, with the advantage of structurally simplest form of a variable compression ratio. The advantages of a discontinuous two-stage adjustment compared to a conventional crank mechanism are less important than the advantages of continuous adjustment.
Einstellbar veränderliche Verdichtungsverhältnisse sind bei Hubkolbenmaschi- nen wie zum Beispiel bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Die EP-A-1 426 584 beschreibt beispielsweise ein Pleuel zur Verwendung in einer Hubkolbenmaschine mit veränderbar einstellbarem Verdichtungsverhältnis durch Verschwenken eines Exzenters, wodurch die effektive Länge des Pleuels veränderbar ist. Dabei erfolgt eine Fixierung des Exzenters in der einen oder ande- ren Endstellung des Schwenkbereichs. Diese Fixierung wird in der Beschreibung unter anderem als mechanische Fixierung mittels Sperrklinke beschrieben. Aus der DE-A-10 2005 055 199 geht ebenfalls die Funktionsweise eines längenvariablen Pleuels hervor, mit dem der Übergang zwischen verschiede- nen Verdichtungsverhältnissen erfolgt. Die Realisierung erfolgt hierbei über einen Exzenter im kleinen Pleuelauge, dessen Position durch zwei Hydraulikzylinder mit veränderbarem Widerstand fixiert wird. Die in dieser Druckschrift erwähnten Schalterpositionen beziehen sich auf ein zweistufiges System. Adjustable variable compression ratios are known in reciprocating engines, such as in internal combustion engines. For example, EP-A-1 426 584 describes a connecting rod for use in a reciprocating engine of variable compression ratio by pivoting an eccentric, whereby the effective length of the connecting rod is variable. In this case, the eccentric is fixed in one or the other end position of the swivel range. This fixation is described in the description, inter alia, as a mechanical fixation by means of pawl. DE-A-10 2005 055 199 likewise shows the mode of operation of a length-variable connecting rod, with which the transition between different NEN compression ratios occurs. The realization takes place via an eccentric in the small connecting rod eye whose position is fixed by two hydraulic cylinders with variable resistance. The switch positions mentioned in this document refer to a two-stage system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenmaschine mit einem vielstufig, d .h. mehr als zweistufig verstellbarem Verdichtungsverhältnis zu schaffen, so dass eine Annäherung hinsichtlich der Vorteile im C02-Ausstoß eines kontinuierlichen Systems mit kontinuierlicher Einstellung des Verdich- tungsverhältnisses bei gleichzeitig weiterhin geringer konstruktiver Komplexität erreicht wird . Object of the present invention is to provide a piston engine with a multi-stage, d .h. more than two-stage adjustable compression ratio, so that an approximation of the benefits in CO 2 emissions of a continuous system with continuous adjustment of the compression ratio is achieved at the same time still low structural complexity.
Diese Aufgabe wird mit einer Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen wie auch aus der Beschreibung hervor. Die vorgeschlagenen unabhängigen Ansprüche betreffen Varianten der Erfindung, ohne diese jedoch darauf zu beschränken. Vielmehr können ein oder mehr Merkmale aus den jeweiligen unabhängigen wie auch abhängigen An- Sprüchen durch ein oder mehrere Merkmale aus der Beschreibung wie auch aus den anderen Ansprüchen ergänzt und/oder ersetzt werden wie auch ein oder mehrere Merkmale aus den jeweiligen Ansprüchen gestrichen werden können. Es wird eine VCR-Kolbenmaschine mit einem Pleuel vorgeschlagen, wobei das Pleuel einen Verdichtungskolben auf- und abbewegt. Das Pleuel weist einen Verstellmechanismus zur Verstellung des Verdichtungskolbens auf. Der Verstellmechanismus weist einen ersten Stützkolben in einem ersten Stützzylinder und einen zweiten Stützkolben in einem zweiten Stützzylinder des Pleuels auf, wobei der erste und der zweite Stützzylinder jeweils mit einer ersten, für jeden Stützzylinder separaten Steuerleitung verbunden sind, über die ein Medium in den jeweiligen Stützzylinder ein- und ausfließt zum Verstellen des jeweiligen Stützzylinders, wobei in zumindest einen der beiden Stützzylinder zumindest eine weitere, zweite Steuerleitung zum zumindest Abfließen des Me- diums zum Verstellen des zugeordneten Stützzylinders mündet. This object is achieved with a piston engine having the features of claim 1 and with a method having the features of claim 10. Further advantageous embodiments and further developments emerge from the respective dependent claims as well as from the description. The proposed independent claims relate to variants of the invention without, however, limiting it thereto. Rather, one or more features of the respective independent and dependent claims may be supplemented and / or replaced by one or more features of the description as well as the other claims as well as one or more features of the respective claims may be deleted. It is proposed a VCR piston engine with a connecting rod, wherein the connecting rod moves up and down a compression piston. The connecting rod has an adjusting mechanism for adjusting the compression piston. The adjusting mechanism has a first support piston in a first support cylinder and a second support piston in a second support cylinder of the connecting rod, wherein the first and second support cylinders are each connected to a first, separate for each support cylinder control line through which a medium in the respective support cylinder flows in and out for adjusting the respective support cylinder, wherein in at least one of the two support cylinders at least one further, second control line for at least draining the medium for adjusting the associated support cylinder opens.
Bevorzugt münden die beiden ersten Steuerleitungen in den Boden des jeweiligen Stützzylinders ein, so dass ein Medium sowohl in wie auch aus dem Stützzylinder ein- und ausströmen kann. Hierzu kann die VCR-Kolbenmaschine beispielsweise ausgestaltet sein, wie es jeweils beispielweise aus jeder der DE- A-10 2005 055 199, DE-A-10 2011 056 298, DE-A-10 2012 014 917, DE-A-10 2011 108 790, DE-A-10 2010 061 360, DE-A-10 2010 061 359, DE-A-10 2010 061 361 und/oder DE-A-10 2008 005 467 hervorgeht, auf die im Rahmen der Offenbarung hinsichtlich des möglichen Aufbaus des Pleuels mit exzentrischer Verstellung des Verdichtungskolbens, des Verstellmechanismus und der Stützzylinder bzw. Stützkolben und deren Betätigung hingewiesen wird. Die Inhalte dieser Schriften gehören hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vor- liegenden Anmeldung . Preferably, the two first control lines open into the bottom of the respective support cylinder, so that a medium both in and out of the Support cylinder can flow in and out. For this purpose, the VCR piston engine can be designed, for example, as shown, for example, in each of DE-A-10 2005 055 199, DE-A-10 2011 056 298, DE-A-10 2012 014 917, DE-A-10 2011 108 790, DE-A-10 2010 061 360, DE-A-10 2010 061 359, DE-A-10 2010 061 361 and / or DE-A-10 2008 005 467, to which reference is made in the context of the disclosure in relation to the possible construction of the connecting rod with eccentric adjustment of the compression piston, the adjusting mechanism and the support cylinder or support piston and their operation is pointed out. The contents of these documents are hereby incorporated by reference into the subject of the present application.
Die Erfindung ermöglicht, ausgehend von einem zweistufig längenvariablen Pleuel, eine Erweiterung um zumindest eine weitere Stufe vorzusehen . Dies wird über mindestens eine zusätzliche zweite Steuerleitung realisiert, welche anders als die ersten Steuerleitungen für ein zweistufiges System, die bevorzugt an einem Boden eines Stützkolbens mündet, bevorzugt in einem Hubbereich des Stützzylinders angeordnet werden kann. Eine Weiterbildung sieht vor, dass bei der VCR-Kolbenmaschine die zweite Steuerleitung entlang eines Verfahrwegs des zugeordneten Stützkolbens in den Stützzylinder mündet. Die Unterkante des Stützkolbens im Stützzylinder kann dabei als Steuerkante verwendet werden. Durch diese geometrieabhängige Steuerung der Sperrung des Stützzylinders kann gemäß einer Ausgestaltung eine aufwendige Regelung des Systems durch Aktuatoren entfallen. Durch die Anordnung von mindestens einer zusätzlichen Steuerleitung im Hubbereich des Stützzylinders, der die Massenkraft abstützt, wird beispielweise eine sich selbst regelnde Funktion des Systems erreicht. Eine Umschaltung der Längenstufen, d .h. der jeweiligen Position des Verdichtungskolbens erfolgt bevorzugt über einen Schalter, welcher beispielweise wahlweise immer nur eine Steuerleitung entsperrt und alle anderen Steuerleitungen sperrt. The invention makes it possible, starting from a two-stage length-variable connecting rod, to provide an extension to at least one further stage. This is realized via at least one additional second control line, which unlike the first control lines for a two-stage system, which preferably opens at a bottom of a support piston, can preferably be arranged in a stroke region of the support cylinder. A development provides that in the VCR piston engine, the second control line opens along a travel path of the associated support piston in the support cylinder. The lower edge of the support piston in the support cylinder can be used as a control edge. By this geometry-dependent control of the blocking of the support cylinder can be omitted by actuators according to one embodiment, a complex control of the system. By arranging at least one additional control line in the stroke region of the support cylinder, which supports the mass force, for example, a self-regulating function of the system is achieved. Switching the length stages, ie. the respective position of the compression piston is preferably carried out via a switch which, for example, optionally always unlocks only one control line and blocks all other control lines.
Die ersten und zweiten Steuerleitungen können jeweils in Form von Bohrungen in das Pleuel eingebracht werden. Auch kann das Pleuel bei der Herstellung, zum Beispiel Gießen, die Bohrungen als Kanäle vorgegeben aufweisen. Auch ein nachträgliches Fertigen der Steuerleitungen ist möglich. Durch weitere Herstellungsverfahren wie zum Beispiel Sintern, 3-D-Drucken und anderen Verfahren können die Steuerungsleitungen ebenfalls innerhalb des Pleuels angeordnet sein. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Teil der Steuerleitung am Pleuel angeordnet ist, beispielsweise als eine Leitung, die am Pleuel außen angeordnet ist. Hierbei kann es sich um eine nachträglich anzubringende Leitung wie auch um eine integriert gefertigte Leitung handeln. The first and second control lines can each be introduced in the form of bores in the connecting rod. Also, the connecting rod in the manufacture, for example, casting, the holes have specified as channels. A subsequent manufacturing of the control lines is possible. By further manufacturing methods such as sintering, 3-D printing and other methods, the control lines may also be located inside the connecting rod. A further embodiment provides that a part of the control line is arranged on the connecting rod, for example as a line connected to the connecting rod is arranged outside. This may be a subsequently attached line as well as an integrated manufactured line.
Eine weitere Ausgestaltung der VCR-Kolbenmaschine sieht vor, dass in den ersten und den zweiten Stützzylinder jeweils zumindest zwei Steuerleitungen zum wahlweise Abfließen und Einlassen des Mediums in bzw. aus dem jeweiligen Stützzylinder einmünden. Bevorzugt mündet davon jeweils zumindest eine Steuerleitung entlang des Verfahrwegs des Steuerkolbens in den betreffenden Stützzylinder ein, so dass der Steuerkolben beim Verschieben innerhalb des Stützzylinders die Einmündung der mindestens einen Steuerleitung überstreicht. Beispielweise mündet eine erste Steuerleitung in einem Bodenbereich des Steuerkolbens ein, während die zumindest eine zweite Steuerleitung an einer Stelle entlang des Verfahrwegs in den Stützzylinder einmündet. Bevorzugt ist die zweite Steuerleitung seitlich in den Stützzylinder auf einer Höhe einmündend vorgesehen, die in einem Bereich zwischen einem Drittel und zwei Drittel des Verfahrwegs des Steuerkolbens liegt. Sind zwei zweite Steuerleitungen seitlich in einen Steuerzylinder einmündend, ist eine der beiden Steuerleitungen zum Beispiel in einem Bereich umfassend eine erste Hälfte des Verfahrwegs und die andere in einem Bereich umfassend eine zweite Hälf- te des Verfahrwegs in den Stützzylinder einmündend angeordnet. Sind mehr als zwei zweite Steuerleitungen seitlich in den Stützzylinder einmündend vorgesehen, münden diese gemäß einer Ausgestaltung äquidistant voneinander beabstandet entlang des Verfahrwegs ein . Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass diese mit jeweils verschiedenem Abstand zueinander entlang des Verfahrwegs in den Stützzylinder seitlich einmünden. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine vier- oder mehrstufige Verstellung des Verdichtungskolbens erzielt werden. Bevorzugt ist es, wenn im Bereich desjenigen Stützzylinders, der die Trägheitsmassekraft des Verdichtungskolbens abstützt, zumindest eine Steuerleitung mehr einmündet ist als am anderen Stützzylinder, der den Ver- dichtungskolben bei infolge der Verbrennung gasseitig auftretenden (Gas- Kräfte abstützt. A further embodiment of the VCR piston engine provides that in the first and the second support cylinder in each case at least two control lines open for selectively flowing and admitting the medium into or out of the respective support cylinder. Preferably, at least one control line opens into the respective support cylinder along the travel path of the control piston, so that the control piston passes over the junction of the at least one control line during displacement within the support cylinder. For example, a first control line opens into a bottom region of the control piston, while the at least one second control line opens into the support cylinder at a point along the travel path. Preferably, the second control line is provided laterally in the support cylinder at a height opening, which is in a range between one third and two thirds of the travel of the control piston. If two second control lines open laterally into a control cylinder, one of the two control lines is arranged, for example, in a region comprising a first half of the travel path and the other in a region comprising a second half of the travel path into the support cylinder. If more than two second control lines are provided laterally into the support cylinder, they open in an equidistant manner along the travel path according to one embodiment. Another embodiment provides that these open laterally with each other at different distances along the travel in the support cylinder. In this way, for example, a four- or multi-stage adjustment of the compression piston can be achieved. It is preferred if in the region of that support cylinder which supports the inertial mass force of the compression piston, at least one control line is more open than at the other support cylinder, which supports the compression piston at gas side occurring due to the combustion (gas forces.
Gemäß einer Weiterbildung ist es zu bevorzugen, erst dann auf den anderen Stützzylinder auszuweichen, wenn zusätzliche Steuerleitungen im Massen- kraftstützzylinder nicht zu fertigen oder nicht mehr sinnvoll umzusetzen sind. Zum Beispiel kann für die Begrenzung der maximal möglichen Steuerleitungen im Massenkraftstützzylinder eine Fertigungsproblematik ursächlich sein, aber auch eine Position der Steuerleitung im Stützzylinder selbst. Wenn zum Bei- spiel zwei gewünschte Zwischenstellungen zu nah an einander liegen, so dass sie sich überschneiden oder eine Restwanddicke im Pleuel zu gering wird, wäre dieses ein Grund, eine zusätzliche Steuerleitung statt in dem Massenkraft- Stützzylinder im anderen Stützzylinder unterzubringen. According to a further development, it is preferable to avoid the other support cylinder only when additional control lines in the mass-output support cylinder can not be finished or are no longer usefully implemented. For example, for the limitation of the maximum possible control lines in the mass force support cylinder, a manufacturing problem can be the cause, but also a position of the control line in the support cylinder itself. play two desired intermediate positions are too close to each other, so that they overlap or a residual wall thickness in the connecting rod is too low, this would be a reason to accommodate an additional control line instead of in the mass force support cylinder in the other support cylinder.
Bevorzugt ist es, wenn der VCR-Kolbenmaschine derart aufgebaut ist, dass die oder jede zweite Steuerleitung durch den Stützkolben in den betreffenden Stützzylinder geöffnet oder versperrt wird . Dadurch kann der Stützkolben mit einer seiner Kanten nicht nur als Steuerkolben dienen. Vielmehr ermöglicht dieses neben einem vollständigen Öffnen wie auch einem vollständigen Schließen der seitlichen Einmündung auch das nur teilweise Öffnen bzw. Schließen einer seitlich einmündenden Steuerleitung. It is preferred if the VCR piston engine is constructed such that the or each second control line is opened or blocked by the support piston in the respective support cylinder. As a result, the support piston with one of its edges can not only serve as a control piston. Rather, this allows not only a complete opening as well as a complete closing of the lateral junction and the only partial opening or closing a laterally opening control line.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die VCR-Kolbenmaschine einen Schalter aufweist, der in Wirkverbindung mit der zweiten Steuerleitung steht, wobei mittels des Schalters die zweite Steuerleitung offen oder geschlossen wird . Dieser Schalter ist bevorzugt Bestandteil des Verstellmechanismus und insbesondere bevorzugt am bzw. im Pleuel angeordnet. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Schalter in der Lage, einen Zufluss bzw. einen Abfluss des Me- diums, insbesondere von Öl der Kolbenmaschine, in bzw. aus dem jeweiligen Stützzylinder zu ermöglichen bzw. zu unterbinden . Bevorzugt wird als Schalter ein Mehr-Wege-Ventil eingesetzt, über das zum Beispiel gleichzeitig mehrere Steuerleitungen geschaltet werden können. Das Ventilsystem kann beispielweise ein 3/2-, ein 3/3-, ein 4/2 oder auch ein 4/3-Wegeventil umfassen, ins- besondere ein Ventilsystem, wie es aus der DE-A-10 2012 020 999 hervorgeht, auf die im Rahmen der Offenbarung der Erfindung hiermit Bezug genommen wird, so dass der Inhalt dieser Schrift Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist. So kann zum Beispiel ein einziger Schalter vorgesehen sein, der je nach Position dafür Sorge trägt, dass in den jeweiligen Stützzylindern das Medium ein- oder abfließen kann. Insbesondere ist der Schalter in der Lage, eine Zwischenstellung des über den Exzenter verstellbaren Verdichtungskolbens durch Aktivierung oder Deaktivierung einer Steuerleitung zu erzielen, die seitlich in einen der Stützzylinder mündet. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schalter Teil einer Aktuierungseinheit ist, die eine unabhängige Aktuierung des Schalters für die zweite Steuerleitung gegenüber einem Sperren oder Freigeben der jeweils ersten Steuerleitung vorsieht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schalter Teil einer Aktuierungseinheit ist, die eine voneinander abhängige Aktuierung zum Öffnen und Sperren von jeweils erster und zweiter Steuerleitung vorsieht. A further embodiment provides that the VCR piston engine has a switch which is in operative connection with the second control line, wherein the second control line is opened or closed by means of the switch. This switch is preferably part of the adjusting mechanism and particularly preferably arranged on or in the connecting rod. According to one embodiment, the switch is able to allow or prevent an inflow or outflow of the medium, in particular oil of the piston engine, into or out of the respective support cylinder. Preferably, a multi-way valve is used as a switch over which, for example, a plurality of control lines can be switched simultaneously. The valve system can comprise, for example, a 3/2, a 3/3, a 4/2 or even a 4/3 directional control valve, in particular a valve system, as is apparent from DE-A-10 2012 020 999, to which reference is made in the context of the disclosure of the invention, so that the content of this document is the subject of the present application. Thus, for example, a single switch can be provided, which, depending on the position, ensures that the medium can flow in or out of the respective support cylinders. In particular, the switch is able to achieve an intermediate position of the adjustable over the eccentric compression piston by activating or deactivating a control line, which opens laterally into one of the support cylinders. A further embodiment of the invention provides that the switch is part of an actuation unit which provides for an independent actuation of the switch for the second control line in relation to a blocking or releasing of the respective first control line. A further embodiment of the invention provides that the switch is part of an actuation unit, which provides an interdependent actuation for opening and locking of each first and second control line.
Bevorzugt ist es, wenn die VCR-Kolbenmaschine eine Steuereinheit vorgesehen hat, die jeweils ein Öffnen und ein Schließen von jeweils erster und zumindest zweiter Steuerleitung koordiniert, um verschiedene Verdichtungsverhältnisse einzustellen. It is preferred if the VCR piston engine has provided a control unit, which in each case coordinates opening and closing of respectively first and at least second control lines in order to set different compression ratios.
WO-A-2014/019684 wie auch die DE-A-10 2012 020 999 beschreiben jeweils VCR-Systeme bzw. Aktuierungseinheiten, mittels derer die mechanische Aktuierung des Verstellmechanismus für einen VCR Motor ermöglicht wird . Auf diese beiden Schriften wird bezüglich des Pleuels, seiner Funktion mit dem verstellbaren Verdichtungskolben, bezüglich des Verstellsystems wie auch der Aktuierungseinheit im Rahmen der Offenbarung der hier vorgeschlagenen Erfindung vollständig Bezug genommen, so dass die Inhalte dieser beiden Schriften zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehören. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung, der mit der vorgeschlagenen VCR-Kolbenmaschine wie auch unabhängig davon einsetzbar ist, wird ein Verfahren zum Betrieb einer VCR-Kolbenmaschine vorgeschlagen, wobei eine Hubverstellung eines Verdichtungskolben mittels eines Verstellmechanismus eines Pleuels erfolgt, mittels dessen der Verdichtungskolben und somit die ef- fektive Länge des Pleuels verstellt wird, wobei ein Stützkolben des Verstellmechanismus in einem (gegebenenfalls von zwei) Stützzylindern beim Verfahren mindestens eine seitlich in den Stützzylinder einmündende Steuerleitung öffnet oder verschließt. Insbesondere wird hierbei auf eine wirkende (Verdichterkolben-)Massenträg- heitskraft abgestellt, die für die Verstellung ausgenutzt wird. WO-A-2014/019684 as well as DE-A-10 2012 020 999 each describe VCR systems or actuation units, by means of which the mechanical actuation of the adjusting mechanism for a VCR engine is made possible. With regard to the connecting rod, its function with the adjustable compression piston, with respect to the adjustment system as well as the Aktuierungseinheit in the context of the disclosure of the invention proposed here, reference is fully made to these two documents, so that the contents of these two documents belong to the subject of the present application. According to a further aspect of the invention, which can be used with the proposed VCR piston engine as well as independently, a method for operating a VCR piston engine is proposed, wherein a stroke adjustment of a compression piston by means of an adjustment mechanism of a connecting rod, by means of which the compression piston and thus the effective length of the connecting rod is adjusted, wherein a support piston of the adjusting mechanism opens or closes at least one control line which laterally opens into the support cylinder in one (possibly two) support cylinders during the process. In particular, an effective (compressor piston) mass inertia force is used, which is utilized for the adjustment.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den Figuren hervorgehenden Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelne Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus ein oder mehreren Ausgestaltungen untereinander wie aber auch mit Merkmalen aus der obigen allgemeinen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Daher dienen die folgenden Ausgestaltungen zur Veranschaulichung von verschiedenen Möglichkeiten und Aspekten der Erfindung, ohne aber diese auf diese Ausgestaltungen beschränken zu wollen. Es zeigen : Further advantageous embodiments and developments will become apparent from the following figures. However, the features resulting from the figures are not limited to the individual embodiment. Rather, one or more features of one or more embodiments may be interlinked with each other as well as with features from the above general description to further embodiments of the invention. Therefore The following embodiments serve to illustrate various possibilities and aspects of the invention, but without wishing to limit these to these embodiments. Show it :
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Verbrennungskraftmaschine in Form eines schematisch dargestellten Pleuels als 3-Punkt-Pleuel, welches drei verschiedene Verdichtungen ermöglicht; Figure 1 shows a detail of an internal combustion engine in the form of a connecting rod shown schematically as a 3-point connecting rod, which allows three different densities.
Fign. 2 und 3 FIGS. 2 and 3
eine mechanische Umschaltung, um die verschiedenen Schaltzustände und damit Verdichtungszustände am 3-Punkt-Pleuel aus Fig. 1 einstellen zu können,  a mechanical changeover in order to be able to set the various switching states and thus the states of compression at the 3-point connecting rod from FIG. 1,
Fig. 4 in schematischer Ansicht eine weitere Ausgestaltung eines 3-Punkt- Pleuels mit nach unten abgehenden Steuerkanälen, 4 is a schematic view of another embodiment of a 3-point connecting rod with outgoing control channels,
Fig. 5 einen ersten Zustand als Endzustand "£high", 5 shows a first state as a final state "£ high ",
Fig. 6 eine mittlere Verdichtungsstellung "£mid", 6 shows a mean compression position "£ mi d",
Fig. 7 eine Verdichtungsstellung "£iow", 7 shows a compression position "Iow",
8 nochmals in vergrößerter Darstellung die Fig. 6 mit einer Zwischenverdichtung "£mid", 8 again in an enlarged view of FIG. 6 with an intermediate compression "£ mid ",
. 9 bis 11 , 9 to 11
die bei der dargestellten Ausführungsform mit zwei Steuerkanälen am Boden und einer einzelnen Steuerleitung seitlich einmündend am Massekraftzylinder MK möglichen, realisierbaren Schalt-Reihenfolgen, und  in the illustrated embodiment with two control channels at the bottom and a single control line laterally merging on the Massekraftzylinder MK possible, realizable switching sequences, and
12 bis 14 12 to 14
beispielhaft eine mögliche Verschaltung  an example of a possible interconnection
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Kolbenmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine mit längenvariablem Pleuel beschrieben. Die nachfolgenden einzelnen Merkmale sind jedoch damit nicht auf eine Verbren- nungskraftmaschine beschränkt, sondern können auch bei einer anderen Kolbenmaschinenart zum Einsatz kommen. In the following, the invention will be described with reference to a piston engine in the form of an internal combustion engine with variable-length connecting rod. The following individual features are not, however, but can also be used in another piston type.
Fig. 1 zeigt einen Teil aus einer Verbrennungskraftmaschine, nämlich ein Pleuel mit zweistufiger Veränderbarkeit des Verdichtungsverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine. Diese bereits existierende zweistufige Variante eines längenvariablen Pleuels ist erfindungsgemäß um mindestens eine weitere Stufe erweitert. Fig. 1 zeigt hierfür eine Ausgestaltung, mittels derer eine einstellbare Änderung eines Verdichtungsverhältnisses bei einer Kolbenma- schine 1 in Form einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine ermöglicht ist. Im Folgenden werden für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Pleuel 17 weist ein großes Pleuellagerauge 3 (Hublager) und ein kleines Pleuellagerauge 2 (Kolbenlager) auf. In dem kleinen Pleuellagerauge 2 ist wiederum ein Exzenter 5 angeordnet, der drehbar gelagert ist. Der Exzenter 5 weist eine Bohrung 18 zur Aufnahme eines Bolzens 6, eines Verdichtungskolbens 7, der in einem bei 8 angedeuteten Zylinder vor- (bzw. auf-) und zurück- (bzw. ab-)bewegbar ist, auf. An einer Außenfläche weist der Exzenter 5 eine Verzahnung 19 auf. Mit dieser Verzahnung 19 ist der Exzenter 5 mit einem Hebelsystem 20 verbunden, das als Abstützmechanik und vorzugsweise auch als Rücklaufsperre wirkt. Das Hebelsystem 20 weist einen ersten Hebel 21 und einen zweiten Hebel 22 auf. Über das Hebelsystem 20 sind die beiden Hebel 21, 22 fest miteinander gekoppelt. Über die Verzahnung 19 wiederum sind die Hebel 21, 22 somit auch drehfest mit dem Exzenter 5 verbunden. Das Hebelsystem 20 mit den Hebeln 21, 22 ist in einer Ausnehmung 23 im Pleuel 17 an- geordnet. Fig. 1 shows a part of an internal combustion engine, namely a connecting rod with two-stage variability of the compression ratio of the internal combustion engine. This already existing two-stage variant of a length-variable connecting rod is extended according to the invention by at least one further stage. For this purpose, FIG. 1 shows an embodiment by means of which an adjustable change of a compression ratio in a piston machine 1 in the form of a reciprocating internal combustion engine is made possible. In the following, the same reference numerals are used for the same components. The connecting rod 17 has a large connecting rod bearing eye 3 (stroke bearing) and a small connecting rod bearing eye 2 (piston bearing). In the small connecting rod eye 2, in turn, an eccentric 5 is arranged, which is rotatably mounted. The eccentric 5 has a bore 18 for receiving a bolt 6, a compression piston 7, which in a cylinder indicated at 8 (or up) and back (or ab-) is movable on. On an outer surface, the eccentric 5 has a toothing 19. With this toothing 19 of the eccentric 5 is connected to a lever system 20 which acts as a support mechanism and preferably also as a backstop. The lever system 20 has a first lever 21 and a second lever 22. About the lever system 20, the two levers 21, 22 are fixedly coupled together. In turn, the levers 21, 22 are also connected to the eccentric 5 so as to be non-rotatable via the teeth 19. The lever system 20 with the levers 21, 22 is arranged in a recess 23 in the connecting rod 17.
Aus Fig . 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass das Hebelsystem 20 in der Ausnehmung 23 axial geführt ist. Ferner weist das Hebelsystem 20 Verbindungsgelenke 24 auf. Über die Verbindungsgelenke 24 sind Stangen 25 angelenkt. Im zweiten Pleuel 17 wiederum sind Stützzylinderbohrungen 26 angeordnet. In diesen werden Stützkolben 27 geführt, an denen die Stangen 25 angelenkt sind. Durch diese Anordnung steht ein jeweiliger Hub der beiden Stützkolben in direkter Beziehung zu einem Verdrehwinkel des Exzenters 5. Die Stützzylinderbohrungen 26 im Pleuel 17 sind durch Rückschlagventile 28 zum großen Pleuellagerauge 3 hin verschlossen, so dass jeweils ein Arbeitsraum 29 gebildet wird . Der Arbeitsraum 29 kann somit als Dämpfungsvolumen wie auch als Abstützung im Falle einer Rücklaufsperre dienen. Im großen Pleuellagerauge 3 sind Pleuellagerschalen 30 angeordnet. Die Pleuellagerschalen 30 sind mit Durchbrüchen 31 versehen. Da die Lagerschalen 30 mit einer umlaufenden Nut versehen sind, die in Verbindung mit einer Ölversorgung über die Kurbelwelle steht, liegt in der Nut zu jedem Zeitpunkt ein Öldruck an. Dieser Öldruck überträgt sich zu jedem Zeitpunkt auf die Rückschlagventile 28. Diese öffnen sich bzw. sind verschlossen in Abhängigkeit von dem im Arbeitsraum 29 vorliegenden Arbeitsdruck. Der genaue Ablauf eines möglichen Änderns des Verdichtungsverhältnisses geht im Übrigen näher aus dem oben angeführten Stand der Technik näher hervor, insbesondere zum Beispiel aus DE-A-10 2005 055 199. Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass anstelle einer Schaltung über den Arbeitsdruck auch eine Gesamtschaltung von Steuerleitungen und Steuerkanälen durch zum Beispiel einen Schalter ermöglicht wird . From Fig. 1 it can also be seen that the lever system 20 is axially guided in the recess 23. Furthermore, the lever system 20 connection joints 24. About the connecting joints 24 rods 25 are hinged. In the second connecting rod 17 turn support cylinder bores 26 are arranged. In these support piston 27 are guided, where the rods 25 are articulated. By this arrangement, a respective stroke of the two support piston is in direct relation to a rotation angle of the eccentric 5. The support cylinder bores 26 in the connecting rod 17 are closed by check valves 28 to the large connecting rod eye 3, so that in each case a working space 29 is formed. The working space 29 can thus serve as a damping volume as well as a support in the case of a backstop. In the big connecting rod bearing eye 3 Pleuellagerschalen 30 are arranged. The connecting rod bearing shells 30 are with Openings 31 provided. Since the bearing shells 30 are provided with a circumferential groove, which is in communication with an oil supply via the crankshaft, is in the groove at any time to an oil pressure. This oil pressure is transferred at any time to the check valves 28. These open or are closed depending on the working pressure present in the working chamber 29. Incidentally, the exact sequence of a possible change in the compression ratio is more apparent from the above-cited prior art, in particular, for example, from DE-A-10 2005 055 199. In addition, there is also the possibility that instead of switching over the working pressure also a Overall circuit of control lines and control channels is made possible by, for example, a switch.
Die Funktionsweise des Pleuels 17 zur Einstellung eines anderen Verdichtungsverhältnisses wird beispielhaft im Folgenden am Beispiel einer Einstellung ei- nes niedrigen Verdichtungsverhältnisses erläutert. In mindestens einem der beiden Stützzylinder, dem ersten Stützzylinder 31.1 oder dem zweiten Stützzylinder 31.2, wird durch mindestens eine zusätzliche Steuerleitung 32 zum Beispiel in Form eines Kanals, welcher nicht in den Boden des Stützzylinders einmündet, eine weitere Sperrstufe und damit eine weitere Verdichtungsstufe des Verbrennungsmotors eingeführt. Die im Hubbereich des zweiten Stützzylinders 31.2 angeordnete Steuerleitung 32 kann zum Beispiel mit einem veränderlichen Widerstand gesteuert werden. Die Steuerkanäle 33.1, 33.2 im Boden der beiden Stützzylinder sind bei geöffneter Steuerleitung 32 im Hubbereich des einen Stützzylinders geschlossen. Hierzu wird auf den Inhalt der DE-A-10 2011 108 790 verwiesen und deren Inhalt in die vorliegende Offenbarung mit aufgenommen. Die geöffnete Steuerleitung 32 bewirkt ein Abfließen des Öls aus dem zweiten Stützzylinder 31.2, bis die Steuerleitung 32 von einer Steuerkante, welche vorzugsweise der unteren Kante des Kolbens entspricht, verschlossen wird. Durch Verschließen der Steuerleitung 32 im Hub- bereich des Stützzylinders sind beide Stützzylinder 31.1, 31.2 verschlossen und gesperrt. The operation of the connecting rod 17 for setting a different compression ratio will be explained below by way of example by setting a low compression ratio as an example. In at least one of the two support cylinders, the first support cylinder 31.1 or the second support cylinder 31.2, by at least one additional control line 32, for example in the form of a channel, which does not open into the bottom of the support cylinder, another locking stage and thus a further compression stage of the internal combustion engine introduced. The control line 32 arranged in the stroke region of the second support cylinder 31.2 can be controlled, for example, with a variable resistor. The control channels 33.1, 33.2 in the bottom of the two support cylinders are closed with open control line 32 in the stroke range of a support cylinder. For this purpose, reference is made to the content of DE-A-10 2011 108 790 and their contents included in the present disclosure. The open control line 32 causes a flow of oil from the second support cylinder 31.2 until the control line 32 is closed by a control edge, which preferably corresponds to the lower edge of the piston. By closing the control line 32 in the stroke region of the support cylinder, both support cylinders 31.1, 31.2 are closed and locked.
Zusätzliche Verdichtungsstufen können durch weitere, analog gestaltete Steuerleitungen im Hubbereich der Stützzylinder, vorzugweise im zweiten Stützzy- linder 31.2 erreicht werden. Das Sperren der jeweiligen Steuerkanäle 33.1, 33.2 bzw. der Steuerleitung 32 bzw. von mehreren Steuerleitungen wird vorzugsweise mittels eines Schalters 34 realisiert. Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ergibt sich aus der Möglichkeit, eine aufwendige Regelung des Systems mittels Aktuatoren vermeiden zu können. Vielmehr kann die vorgeschlagene Lösung dazu genutzt werden, wirkende Kräfte und Momente des Systems (Massenträgheits- und Gaskräfte) ausnutzen zu können, wie nachfolgend verdeutlicht wird. Der in Exzentrizitäts-Richtung weisende Stützzylinder übernimmt die Abstützung der aus den Gaskräften resultierenden Momenten, der gegenüberliegende Zylinder äquivalent die der Massenkräfte. Nachfolgend werden die beiden Seiten des Pleuels daher "GKS", ausgeschrieben GasKraftSeite, und "MKS", ausgeschrieben MassenKraftSeite, genannt. Beide Stützzylinder können bei Bedarf z.B. aus dem Hublager mit Öl gefüllt werden, ein jedem Stützzylinder zugeordnetes Rückschlagventil verhindert ein Abfließen des Öls. Über zum Beispiel ein 3/2-Wege Schaltventil lässt sich wahlweise die GKS bzw. die MKS öffnen. Diese Kombination aus Rückschlagventilen und Schaltventilen bildet einen hydraulischen Freilauf, dessen Laufrichtung wählbar ist. Im Falle der gewählten Stellung eines hohes Verdichtungsverhältnisses, auch "£high" genannt, stützen sich die auf den Exzenter mathematisch positiv wirkenden Momente auf der Ölsäule der GKS ab. Die aus den Massenkräften herrührenden mathematisch negativ wirkenden Momente werden in dieser Stellung über einen direkten, metallischen Kontakt des MKS- Stützkolbens auf das Pleuel übertagen. In der Stellung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses, abgekürzt "£|0W", sind die Verhältnisse vertauscht. Ein positiver Nebeneffekt für die Stellung "£|0W" ist, dass die in dieser Stellung üblicherweise höheren Gaskräfte sich nun nicht mehr auf der Ölsäule abstützen und so der Öldruck in dem Stützzylinder auf einem niedrigeren Niveau bleibt. Additional compression stages can be achieved by further analogously designed control lines in the stroke region of the support cylinders, preferably in the second support cylinder 31.2. The blocking of the respective control channels 33.1, 33.2 or the control line 32 or of a plurality of control lines is preferably realized by means of a switch 34. An advantage of the proposed solution results from the possibility of being able to avoid complex control of the system by means of actuators. Rather, the proposed solution can be used to exploit acting forces and moments of the system (inertia and gas forces), as will be made clear below. The pointing in the direction of eccentricity support cylinder assumes the support of the resulting from the gas forces moments, the opposite cylinder equivalent to the mass forces. Subsequently, the two sides of the connecting rod are called therefore "GKS", spelled out GasKraftSeite, and "MKS", advertised MassenKraftSeite. If required, both support cylinders can be filled with oil from the stroke bearing, a check valve assigned to each support cylinder prevents the oil from flowing out. For example, a 3/2-way switching valve can open either the GKS or the MKS. This combination of check valves and switching valves forms a hydraulic freewheel whose direction can be selected. In the case of the selected high compression ratio position, also referred to as " high ", the moments which have a mathematically positive effect on the eccentric are based on the GKS oil column. The mathematically negative moments resulting from the inertial forces are transmitted in this position via a direct, metallic contact of the MKS support piston on the connecting rod. In the position of a low compression ratio, abbreviated "£ | 0W" the situation is reversed. A positive side effect for the "£ | 0W " position is that the gas forces, which are usually higher in this position, are no longer supported on the oil column and thus the oil pressure in the support cylinder remains at a lower level.
Für das mindestens dreistufig längenverstellbare Pleuel sind entsprechend der zusätzlichen Verdichtungsstufen auch zusätzliche Zwischenstellungen notwendig. Die Summe aus Zwischenstellungen und Endstellungen muss der Anzahl der Verdichtungsstufen und damit der Anzahl der Steuerleitungen 32 und Steuerkanäle 33.1, 33.2 entsprechen, wobei der Schalter 34, vorzugsweis ein mechanische Schalter, in jeder der Stellungen genau einen Steuerkanal 33.1, 33.2 bzw. Steuerleitung 32 entweder selber freigeben oder über ein Ventil öffnen muss und die anderen Steuerkanäle 33.1, 33.2 bzw. Steuerleitungen 32 verschließen soll. For the at least three-stage length-adjustable connecting rod additional intermediate positions are required in accordance with the additional compression levels. The sum of intermediate positions and end positions must correspond to the number of compression stages and thus the number of control lines 32 and control channels 33.1, 33.2, wherein the switch 34, preferably a mechanical switch, in each of the positions exactly one control channel 33.1, 33.2 or control line 32 either release itself or open via a valve and the other control channels 33.1, 33.2 or control lines 32 should close.
Das Sperren der jeweiligen Steuerkanäle bzw. Steuerleitungen kann beispielsweise durch einen mechanischen Schalter 34 erfolgen, wie es beispielhaft aus der Fig . 2 hervorgeht, wobei in Fig . 3 der mechanische Schalter beispielhaft vergrößert dargestellt ist Der mechanische Schalter 34 kann dabei den in der DE-A-10 2005 055 199 gezeigten und in der WO-A-2014/019684 beschriebenen Funktionsweisen weitestgehend entsprechend. Bei einem Schaltvorgang des Schalters 34 wird dieser in Pfeilrichtung entsprechend dem Pfeil im Schal- ter 34 entlang der dargestellten Rampe eines Kurvenschelbenelements 35 bewegt, während das nicht näher dargestellte Pleuel sich in die Richtung des senkrecht dazu angeordneten Pfeils bewegt. Zur Realisierung einer Zwischenstellung kann eine Breite eines Kurvenschelbenelements 35 nur wenig breiter als die des mechanischen Schalters 34 gewählt werden. Die innere Breite des Kurvenschelbenelements 35 muss mindestens so groß gewählt werden, um ein Verkanten oder Klemmen des mechanischen Schalters 34 im Kurvenscheiben- element 35 zu verhindern, aber darf maximal so breit gewählt werden, dass der mechanische Schalter 34 in der gewünschten Zwischenstellung und nicht in der nächsten Zwischen- oder Endstellung einrastet. Grundsätzlich kann die Rast in der Zwischenstellung des mechanischen Schalters 34 aber auch über andere Mechanismen erreicht werden. So ist beispielsweise eine Blockierung der Verstellung in einer Zwischenstellung denkbar, welche nach Beendigung der Verstellung sich selbstständig wieder entsperrt und eine weitere Verstellung freigibt. Diese Blockierung kann beispielsweise durch Flieh- oder Be- schleunigungskräfte ausgelöst werden. Bei Stillstand des mechanischen Schalters 34 in der Zwischenstellung wird die Blockierung dann aufgrund der fehlenden treibenden Flieh- oder Beschleunigungskraft wieder gelöst. The locking of the respective control channels or control lines can be done for example by a mechanical switch 34, as shown by way of example from FIG. 2, wherein in FIG. 3 of the mechanical switch by way of example The mechanical switch 34 can correspond as closely as possible to the modes of operation shown in DE-A-10 2005 055 199 and described in WO-A-2014/019684. During a switching operation of the switch 34, it is moved in the direction of the arrow according to the arrow in the switch 34 along the illustrated ramp of a cam member 35, while the connecting rod, not shown, moves in the direction of the arrow arranged perpendicular thereto. To realize an intermediate position, a width of a camshaft element 35 can only be selected to be slightly wider than that of the mechanical switch 34. The inner width of the cam member 35 must be at least as large to prevent tilting or jamming of the mechanical switch 34 in the cam member 35, but may be selected to be as wide as possible that the mechanical switch 34 in the desired intermediate position and not in the next intermediate or final position engages. In principle, the catch can be achieved in the intermediate position of the mechanical switch 34 but also via other mechanisms. For example, a blocking of the adjustment in an intermediate position is conceivable, which automatically unlocks after completion of the adjustment and releases a further adjustment. This blockage can be triggered, for example, by centrifugal or acceleration forces. At standstill of the mechanical switch 34 in the intermediate position, the blocking is then released again due to the lack of driving centrifugal or acceleration force.
Alternativ zur mechanischen Aktuierung des mechanischen Schalters 34 mit einer Kurvenscheibe 35 sind aber hydraulische Schalter, die beispielsweise über Druckpulse gesteuert werden, sowie jede andere Art von Schalter denkbar, solange sie die oben beschriebene notwendige Anzahl an Schaltstellungen zur Verfügung stellen können. Fig. 4 zeigt beispielhaft in vereinfachter, schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausgestaltung eines Pleuels mit verstellbaren Verdichtungsverhältnissen. Wie dargestellt, mündet hierbei die Steuerleitung 32.3 wiederum seitlich in einen der Stützzylinder ein, während die Steuerkanäle 33.1, 33.2 der jeweiligen Stützzylinder in den Boden der Stützzylinder führen. Die übri- gen Bezugszeichen bezeichnen prinzipiell gleiche oder ähnliche Baukomponenten, wie sie auch aus Fig. 1 hervorgehen. Im Folgenden wird eine Ablauffolge der Verschiebung der jeweiligen Stützzylinder in schematischer Darstellung näher erläutert. As an alternative to the mechanical actuation of the mechanical switch 34 with a cam 35 but hydraulic switches that are controlled for example via pressure pulses, as well as any other type of switch are conceivable, as long as they can provide the necessary number of switching positions described above. 4 shows by way of example a simplified, schematic representation of a further possible embodiment of a connecting rod with adjustable compression ratios. As shown, the control line opens 32.3 turn laterally into one of the support cylinder, while the control channels 33.1, 33.2 of the respective support cylinder lead into the bottom of the support cylinder. The remaining reference symbols in principle designate identical or similar structural components, as they also appear from FIG. In the following, a sequence of the displacement of the respective support cylinders will be explained in a schematic representation.
Fig. 5 zeigt einen ersten Zustand als Endzustand "£high" aufgrund einer An- schlagsituation bei einem der beiden Stützzylinder, wobei ein hohes Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Die schematische Darstellung zeigt einen vollständig hydraulisch gesperrten Gaskraftzylinder GK, wobei ein jeweils nicht näher dargestellter Steuerkanal am Boden des Gaskraftzylinders GK wie auch am Boden des Massenkraftzylinders MK gesperrt ist. Die Befüllung mit Öl des Gaskraftzylinders GK ist schraffiert angedeutet. Weiterhin ist eine seitlich abgehende Steuerleitung des Massenkraftzylinders MK durch dessen zugehörigen Kolben gesperrt. Fig. 5 shows a first state as a final state "£ high " due to a stop situation in one of the two support cylinders, with a high compression ratio is set. The schematic diagram shows a completely hydraulically locked gas-fired power cylinder GK, wherein a control channel not shown in detail is locked at the bottom of the gas-power cylinder GK as well as at the bottom of the mass cylinder MK. The filling with oil of the gas power cylinder GK is indicated by hatching. Furthermore, a laterally outgoing control line of the mass cylinder MK is locked by its associated piston.
Fig. 6 zeigt eine mittlere Verdichtungsstellung "£mid" an. Diese wird erreicht, indem beim Massenkraftzylinder und der Gaskraftzylinder deren beide Kanäle am Boden vom Massenkraft- und Gaskraftzylinder gesperrt sind, hingegen die seitlich einmündende Steuerleitung gerade vollständig geschlossen ist. Dadurch kann bis auf die Höhe der Einmündung der Steuerleitung das schraffierte Ölpolster einströmen. Fig. 6 shows an average compression position "£ mi d" on. This is achieved by the mass flow cylinder and the gas power cylinder whose two channels are locked at the bottom of the inertia and gas power cylinder, however, the side-opening control line is just completely closed. As a result, the hatched oil cushion can flow to the height of the junction of the control line.
Fig. 7 zeigt eine weitere Endstellung, nämlich eine Verdichtungsstellung "£|0W", das bedeutet mit geringer Verdichtung. Hierbei liegt ein vollständig hydraulisch gesperrter Massenkraftzylinder MK vor, bei dem die Steuerleitung wie auch der in den Boden mündende Steuerkanal des Massenkraftzylinders ge- sperrt sind. Somit stellen Fig. 5 bis Fig. 7 den Ablauf dar, der bei der Verstellung von einer Endstellung in die andere Endstellung möglich ist unter Berücksichtigung von zumindest einer Zwischenstellung, die beispielweise mittig wie auch außermittig zu den jeweiligen Endstellungen angeordnet sein kann. Fig. 8 zeigt nochmals in vergrößerter Darstellung die Fig. 6 mit einer Zwischenverdichtung "£mid", um daran eine Besonderheit aufzeigen zu können, die je nach Ausgestaltung auftreten kann. Während die beiden in den jeweiligen Boden des jeweiligen Steuerzylinders einmündenden Steuerkanäle gesperrt sind, ist die seitlich einmündende Steuerleitung des Massenkraftzylinders MK geöffnet. Eine Sperrung der Steuerleitung des Massenkraftzylinders MK erfolgt durch Verschließen des Steuerkanals durch die dargestellte Kolbenkante. Oberhalb der Einmündung der Steuerleitung kann die Kolbenkante in dem Massenkraftzylinder MK hingegen jedoch die Steuerleitung nicht absperren. Dadurch wird zwar ein "Aufpumpen" des im Massenkraftzylinders MK enthaltenen, schraffiert angedeuteten Ölpolsters vermieden. Es kommt aber zu einem "Absacken" aufgrund von kleiner Leckage durch die wirkende Belastung der Gaskraft im Gaskraftzylinder GK. Dadurch wird die Steuerleitung wieder teil- weise frei gegeben, da die Kolbenkante im Massenkraftzylinder MK sich bei diesem Absacken entsprechend der kinematischen Bedingungen anhebt. Durch das Anheben des Kolbens im Massenkraftzylinders ML strömt Öl nach, zum Beispiel durch den Steuerkanal im Boden nach. Im Massenkraftzylinder MK wird sodann während der Gaskraftwirkung angesogenes Öl durch die durch den angehobenen Kolben geöffnete Steuerleitung aufgrund von Massenkraft wieder abgeführt und die Steuerleitung wird durch das Absinken des Kolbens wieder abgesenkt. Auf diese Weise wird das in den Massekraftzylinder zugeflossene Öl wieder abgesteuert. Innerhalb eines Zyklus pendelt somit der Exzenter, über den die beiden Kolben von Massekraftzylinder und Gaskraftzylin- der miteinander verbunden sind, um eine Stellung, zum Beispiel eine Mittelstellung. Fig. 7 shows a further end position, namely a compression position "£ | 0W ", which means with low compression. Here is a completely hydraulically locked mass force cylinder MK, in which the control line as well as the opening into the ground control channel of the mass cylinder are locked. Thus, FIGS. 5 to 7 illustrate the sequence which is possible in the adjustment from one end position to the other end position, taking into account at least one intermediate position, which may be arranged, for example, centrally as well as off-center to the respective end positions. Fig. 8 shows again in an enlarged view the Fig. 6 with an intermediate compression "£ mid " to show it a special feature that can occur depending on the design. While the two opening into the respective bottom of the respective control cylinder control channels are locked, the laterally opening control line of the mass cylinder MK is open. A blocking of the control line of the mass cylinder MK is carried out by closing the control channel through the piston edge shown. However, above the junction of the control line, the piston edge in the mass force cylinder MK, however, can not shut off the control line. As a result, although a "pumping" of the oil contained in the mass cylinder MK, indicated hatched oil pad is avoided. But it comes to a "sagging" due to small leakage by the acting load of the gas power in the gas power cylinder GK. As a result, the control line is again partially released, since the piston edge in the mass force cylinder MK rises in accordance with the kinematic conditions during this sagging. By raising the piston in the mass-flow cylinder ML, oil flows in, for example, through the control channel in the ground. In the mass force cylinder MK, oil sucked in during the gas force action is then discharged again through the control line which has been opened by the raised piston due to inertial force, and the control line is lowered again as a result of the piston descending. In this way, the oil which has flowed into the mass-flow cylinder is again deactivated. Within one cycle, therefore, the eccentric, via which the two pistons of the mass force cylinder and the gas power cylinder are connected to one another, oscillates about one position, for example a middle position.
Fign. 9, 10 und 11 zeigen die bei der dargestellten Ausführungsform mit zwei Steuerkanälen am Boden und einer einzelnen Steuerleitung seitlich einmün- dend am Massekraftzylinder MK möglichen, realisierbaren Schalt-Reihenfolgen. Bei dieser Ausgestaltung, bei der am Gaskraftzylinder GK keine seitlich einmündende Steuerleitung vorliegt, ist eine Verstellung wie folgt möglich : a) Verstellung von £|0W nach £mid und von £mid nach £high b) Verstellung von £|0W nach £high ohne £mid c) Verstellung von £high nach £|0W Eine Verstellung von £high nach £mid ist bei der vorgestellten Ausführungsform so ohne weiteres hingegen nicht möglich. Dieses liegt an den vorgenannten Schaltzuständen, die vorgesehen sind, nämlich FIGS. FIGS. 9, 10 and 11 show the feasible switching sequences which are possible laterally on the grounding force cylinder MK in the illustrated embodiment with two control channels at the bottom and a single control line. In this embodiment, in which there is no laterally opening control line on the gas-force cylinder GK, an adjustment is possible as follows: a) Adjustment of £ | 0W to £ mid and from £ mid to £ high b) Adjustment of £ | 0W to £ high without £ mid c) Adjustment from £ high to £ | 0W An adjustment from £ high to £ mid is not possible in the presented embodiment without further ado. This is due to the aforementioned switching states that are provided, namely
Slow■ Slow ■
vollständig hydraulisch gesperrter Massenkraftzylinder, beide Leitungen, nämlich Steuerleitung und Steuerkanal des Massenkraftzylinders sind gesperrt; £mid■ fully hydraulically locked mass force cylinder, both lines, namely control line and control channel of the mass cylinder are locked; £ mid ■
teilweise hydraulisch gesperrter Massenkraftzylinder, beide im Boden einmündende Kanäle von Massenkraft- und Gaskraftzylinder gesperrt; S igh■ partially hydraulically locked mass force cylinder, both in the ground opening channels of inertia and gas power cylinder locked; Sigh ■
vollständig hydraulisch gesperrter Gaskraftzylinder, Steuerleitung des Massen- kraftzylinders und Steuerkanal des Gaskraftzylinders gesperrt; die Steuerleitung des Massenkraftzylinders sollte ggf. vom Kolben verschlossen werden, muss aber spätestens beim Umschalten komplett gesperrt werden, um Ansau- gen von Luft zu vermeiden. fully hydraulically locked gas power cylinder, control line of the mass-produced cylinder and control channel of the gas power cylinder blocked; If necessary, the control line of the mass-flow cylinder should be closed by the piston, but must be completely blocked at the latest when switching over to avoid the intake of air.
Die jeweiligen Schaltstellungen zu den jeweiligen Verdichtungseinstellungen aus Fign. 9 bis Fig . 11 sind gemäß einer möglichen Verschaltung beispielhaft in den Fign. 12 bis 14 dargestellt. Hierbei sind die jeweiligen Steuerkanäle, die in den Boden von Massekraftzylinder und Gaskraftzylinder münden, als Kanal MK bzw. Kanal GK mit Ortsangabe "unten" angegeben. Die Steuerleitung wiederum wird als Kanal MK Zwischenstellung bezeichnet. Durch die jeweils eingenommene Pfeilposition wird der jeweilige Schaltungszustand angezeigt: "T" zeigt eine Sperrposition an, ein Pfeil hingegen die Möglichkeit des Durchflus- ses. Der Vorteil dieser Art der Verschaltung ist, dass eine sehr einfache Schaltung genutzt werden kann . So kann ein derartiges Schaltbild mittels eines mechanischen Schalters umgesetzt werden. Der Schalter wird zum Beispiel nur longitudinal vor- und zurückbewegt. Auch mittels eines rotatorisch bewegten Schalters ist eine derartige Verschaltung umsetzbar. Weitere beispielhafte Ausgestaltungen können auch folgende Möglichkeiten vorsehen. The respective switch positions for the respective compression settings from Figs. 9 to FIG. 11 are shown by way of example in FIGS. 12 to 14 shown. In this case, the respective control channels, which open into the bottom of the mass force cylinder and the gas-power cylinder, are indicated as the channel MK or the channel GK with the location "down". The control line in turn is referred to as channel MK intermediate position. The respective position of the arrow indicates the respective circuit status: "T" indicates a blocking position, while an arrow indicates the possibility of flow. The advantage of this type of interconnection is that a very simple circuit can be used. Thus, such a circuit diagram can be implemented by means of a mechanical switch. For example, the switch is only moved back and forth longitudinally. Also by means of a rotary switch moving such an interconnection can be implemented. Other exemplary embodiments may also provide the following possibilities.
Eine Aktuierung für eine dritte Schaltstellung sieht beispielweise vor, einen Anschlag des Schalters zu verschieben. Das Verschieben kann zum Beispiel durch den Schaltvorgang zuvor bewirkt werden oder aber durch eine Aktuie- rungseinheit. An actuation for a third switching position provides, for example, to move a stop of the switch. The shifting can be effected beforehand, for example, by the switching operation or else by an actuation unit.
Es besteht die Möglichkeit, dass zwei Schalterstellungen so gestaltet sind, dass statt drei Schalterstellungen nur zwei Stellungen übrig bleiben, welche aber abhängig von der Schaltrichtung drei Schaltzustände ermöglichen. There is the possibility that two switch positions are designed so that only two positions remain, instead of three switch positions, which, depending on the switching direction, allow three switching states.
Eine sequentielle Gestaltung des Schalters erlaubt zum Beispiel die Nutzung eines Drehschalters. Auch erlaubt eine sequentielle Gestaltung des Schalters eine Mittelstellung über eine mechanische Einrastung zu verwirklichen, welche zum Beispiel ein weiteres Abfließen von Öl durch einen Steuerkanal verhindert. A sequential design of the switch allows, for example, the use of a rotary switch. Also allows a sequential design of the switch to realize a middle position via a mechanical latch, which prevents, for example, further drainage of oil through a control channel.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass ein Ansaugen von Luft verhindert wird, und zwar vorzugsweise schaltungstechnisch. Möglicherweise kann unbeabsichtigterweise eine Luftzufuhr z. B. über eine Steuerleitung erfolgen, nämlich dann, wenn diese unbeabsichtigt Luft aufnimmt. Eine derart unkontrollierte Luft kann eine Störung im System bewirken. Um dem entgegenzuwirken, kann einerseits ein Luftablass vorgesehen sein. Vorzugsweise wird hierzu im System eine Sammelstelle konstruktiv vorgesehen, an der sich Luft, insbesondere auch mitgeschleppte Luftbläschen ansammeln. Über die Sammelstelle kann sodann durch zum Beispiel eine Ventilschaltung die gesammelte Luft abgelassen werden. Auch kann vorgesehen sein, dass eine sonstige Entlüftung vorhanden ist, über die Luft aus dem System entweichen kann. Al- ternativ aber auch ergänzend kann vorgesehen sein, ein Eindringen von Luft in das System zu vermeiden, bevorzugt konstruktiv, nämlich beispielsweise durch ein Ventil zu verhindern. Zum Beispiel kann hierfür ein in der Steuerleitung verbautes Rückschlagventil vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Rückschlagventil in die obige Schaltung integriert. Dann besteht mit einem derarti- gen Schalter die Möglichkeit, neben dem Verschalten der Steuerleitung auch das Ansaugen von Luft zu vermeiden. Furthermore, there is the possibility that an intake of air is prevented, preferably by circuitry. Possibly accidentally an air supply z. B. via a control line, namely, if it inadvertently absorbs air. Such uncontrolled air can cause a malfunction in the system. To counteract this, on the one hand, an air outlet can be provided. Preferably, for this purpose, a collection point is structurally provided in the system, at which air, in particular also entrained air bubbles accumulate. The collected air can then be drained off via the collection point, for example by means of a valve circuit. It can also be provided that there is another vent through which air can escape from the system. Alternatively but also in addition, it can be provided to prevent the penetration of air into the system, preferably constructively, namely to prevent it by a valve, for example. For example, this may be provided for a built-in control line check valve. Preferably, the check valve is integrated in the above circuit. Then there is the possibility with such a switch, in addition to the interconnection of the control line to avoid the suction of air.
Die aufgezeigten Ausführungen zeigen nur beispielhaft verschiedene Möglich keiten auf, ohne aber andere Ausgestaltungen dadurch ausschließen zu wol len. The embodiments shown are only examples of different possibilities on opportunities, but without other embodiments exclude to len len.
BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE NUMBERS
Kolbenmaschine piston engine
kleines Pleuellagerauge small connecting rod eye
großes Pleuellagerauge big connecting rod eye
Exzenter  eccentric
Kolbenbolzen  piston pin
Verdichtungskolben  compression piston
Pleuel  pleuel
Bohrung  drilling
Verzahnung  gearing
Hebelsystem  lever system
erster Hebel first lever
zweiter Hebel second lever
Ausnehmung  recess
Verbindungsgelenke  connecting joints
Stangen  rods
Stützzylinderbohrungen  Supporting cylinder bores
Stützkolben  support piston
Stützkolben  support piston
Stützkolben  support piston
Rückschlagventile  check valves
Arbeitsraum  working space
Arbeitsraum  working space
Arbeitsraum  working space
Pleuellagerschalen  connecting rod
Durchbrüche  breakthroughs
Stützzylinder  supporting cylinders
Stützzylinder  supporting cylinders
Steuerleitung  control line
Steuerleitung  control line
Steuerkanal  control channel
Steuerkanal  control channel
mechanischer Schalter mechanical switch
Kurvenscheibe  cam

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kolbenmaschine (1), insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit 1. piston engine (1), in particular reciprocating internal combustion engine, with
einem Pleuel (17),  a connecting rod (17),
einem von dem Pleuel (17) vor- und zurückbewegbaren Verdichtungskolben (7),  one of the connecting rod (17) movable back and forth compression piston (7),
wobei das Pleuel (17) einen Verstellmechanismus zur Verstellung des Verdichtungskolbens (7) relativ zum Pleuel (17) aufweist,  the connecting rod (17) having an adjustment mechanism for adjusting the compression piston (7) relative to the connecting rod (17),
wobei der Verstellmechanismus einen ersten Stützkolben (27.1) in einem ersten Stützzylinder (31.1) und einen zweiten Stützkolben (27.2) in einem zweiten Stützzylinder (31.2) des Pleuels (17) aufweist,  wherein the adjusting mechanism has a first support piston (27.1) in a first support cylinder (31.1) and a second support piston (27.2) in a second support cylinder (31.2) of the connecting rod (17),
wobei der erste und der zweite Stützzylinder (31.1, 31.2) jeweils mit einer ersten Steuerleitung verbunden sind, über die ein Medium in den jeweiligen Stützzylinder (31.1, 31.2) zum Verstellen des jeweiligen Stützzylinders (31.1, 31.2) ein- und ausströmt, und  wherein the first and the second support cylinder (31.1, 31.2) are each connected to a first control line, via which a medium in the respective support cylinder (31.1, 31.2) for adjusting the respective support cylinder (31.1, 31.2) flows in and out, and
wobei in zumindest einen der beiden Stützzylinder (31.2) zumindest eine weitere, zweite Steuerleitung (32) zum zumindest Abfließen des Mediums zum weiteren Verstellen des zugeordneten Stützzylinders (31.2) mündet.  wherein in at least one of the two support cylinders (31.2) at least one further, second control line (32) for at least outflow of the medium for further adjustment of the associated support cylinder (31.2) opens.
2. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerleitung (32) an einer Position innerhalb des Bereichs eines Verfahrwegs des zugeordneten Stützkolbens (27.2) innerhalb des Stützzylinders (31.2) in diesen einmündet. Second piston engine (1) according to claim 1, characterized in that the second control line (32) opens at a position within the range of a travel path of the associated support piston (27.2) within the support cylinder (31.2) in this.
3. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und den zweiten Stützzylinder (31.1, 31.2) jeweils zumindest zwei Steuerleitungen (32) zum Abfließen des Mediums aus dem jeweiligen Stützzylinder (31.1, 31.2) einmünden. 3. piston machine (1) according to claim 1 or 2, characterized in that in the first and the second support cylinder (31.1, 31.2) each at least two control lines (32) for discharging the medium from the respective support cylinder (31.1, 31.2) open.
4. Kolbenmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkolben (27.2) eines Stützzylinders (31.2), in den die zweite Steuerleitung (32) einmündet, diesen abhängig von seiner Verfahrposition öffnet oder versperrt. 4. piston engine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the support piston (27.2) of a support cylinder (31.2), in which the second control line (32) opens, this opens depending on its traversing or blocked.
5. Kolbenmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (34) in Wirkverbindung mit der zweiten Steuerleitung (32) steht, wobei mittels des Schalters (34) die zweite Steuerleitung (32) geöffnet oder geschlossen wird . 5. piston engine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a switch (34) is in operative connection with the second control line (32), wherein by means of the switch (34), the second control line (32) is opened or closed.
6. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerleitung (32) ein Rückschlagventil aufweist, das insbesondere in den Schalter (34) integriert ist. 6. piston engine (1) according to claim 5, characterized in that the second control line (32) has a check valve, which in particular in the switch (34) is integrated.
7. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (34) Teil einer Aktuierungseinheit ist, die eine Aktuie- rung des Schalters (34) für die zweite Steuerleitung (32) vorsieht, und zwar unabhängig von einem Sperren oder Freigeben der jeweils ersten Steuerleitung. 7. piston engine (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the switch (34) is part of an actuation unit, which provides an actuation of the switch (34) for the second control line (32), regardless of one Block or release the first control line.
8. Kolbenmaschine (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (34) Teil einer Aktuierungseinheit ist, die eine voneinander abhängige Aktuierung zum Öffnen und Sperren von jeweils erster und zweiter Steuerleitung (32) vorsieht. 8. piston engine (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the switch (34) is part of an actuation unit, which provides a mutually dependent actuation for opening and locking of each first and second control line (32).
9. Kolbenmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die jeweils ein Öffnen und ein Schließen von jeweils erster und zumindest zweiter Steuerleitung (32) koordiniert, um verschiedene Verdichtungsverhältnisse einzustellen. 9. piston engine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that a control unit is provided, each coordinating an opening and closing of each of the first and at least second control line (32) to set different compression ratios.
10. Verfahren zum Betrieb einer Kolbenmaschine (1), insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und vorzugsweise einer Kolbenmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Hubverstellung eines Verdichtungskolbens (7) mittels eines Verstellmechanismus eines Pleuels (17) erfolgt, mittels dessen der Verdichtungskolben (7) verstellt wird, wobei ein Stützkolben (27.2) des Verstellmechanismus in einem Stützzylinder (31.2) beim Verfahren durch wahlweises Öffnen oder Verschließen zumindest eine seitlich in den Stützzylinder (31.2) mündende Steuerleitung (32) in einer Endstellung oder mindestens einer Zwischenstellung zweier Endstellungen verbleibt. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die auf eine Massekraftseite seitlich mündende Steuerleitung (32) geöffnet oder ge schlössen wird, um eine Zwischenstellung des verstellbaren Verdich tungskolbens zu realisieren . 10. A method for operating a piston engine (1), in particular a reciprocating internal combustion engine and preferably a piston engine according to one of the preceding claims, wherein a stroke adjustment of a compression piston (7) by means of an adjusting mechanism of a connecting rod (17), by means of which the compression piston (7 ), wherein a support piston (27.2) of the adjusting mechanism in a support cylinder (31.2) during the process by selectively opening or closing at least one laterally in the support cylinder (31.2) opens out control line (32) in an end position or at least an intermediate position of two end positions remains. A method according to claim 10, characterized in that on a ground force side laterally open control line (32) is opened or closed ge to realize an intermediate position of the adjustable Verdich tion piston.
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