Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis und Verfahren zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine Reciprocating piston engine with variable compression ratio and method for changing the compression ratio of a reciprocating engine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei es sich bei der Hubkolbenmaschine insbesondere um eine Hubkolben-Brennkraftmaschine handelt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. The invention relates to a reciprocating engine with variable compression ratio, wherein it is in particular a reciprocating internal combustion engine in the reciprocating piston engine. Furthermore, the invention relates to a method for changing the compression ratio of a reciprocating piston engine, in particular a reciprocating internal combustion engine.
Hubkolbenmaschinen und insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis sind grundsätzlich bekannt. Ihre Vorzüge sind insbesondere in einem erhöhten Wirkungsgrad zu sehen. Reciprocating engines and in particular reciprocating internal combustion engines with variable compression ratio are known in principle. Their advantages are to be seen in particular in an increased efficiency.
Um das Verdichtungsverhältnis zu verändern, weisen Hubkolbenbrennkraftma- schinen mit variablem Verdichtungsverhältnis mindestens eine Triebwerkskomponente auf, deren Geometrie oder Lage veränderbar ist, um das Verdichtungsverhältnis zu verstellen. Die Verstellung der besagten Triebwerkskomponente kann dabei elektrisch oder magnetisch erfolgen. Als zweckmäßig hat sich eine hydraulische Verstellung der Triebwerkskomponente herausgestellt, wobei als Hydraulikfluid das Motoröl verwendet wird, wie es zur Schmierung und Kühlung der Hubkolbenmaschine eingesetzt wird. In order to change the compression ratio, reciprocating internal combustion engines with a variable compression ratio have at least one engine component whose geometry or position is variable in order to adjust the compression ratio. The adjustment of said engine component can be done electrically or magnetically. As appropriate, a hydraulic adjustment of the engine component has been found to be used as hydraulic fluid, the engine oil, as it is used for lubrication and cooling of the reciprocating engine.
Hinsichtlich der Verstellung der Triebwerkskomponente ist es von Vorteil, wenn hierzu während des Betriebs der Hubkolbenmaschine auf die besagte Triebwerkskomponente wirkende Kräfte genutzt werden. Dann nämlich bedarf es keines separaten Stellantriebs zum Verstellen der Triebwerkskomponente. With regard to the adjustment of the engine component, it is advantageous if forces acting on the engine component during operation of the reciprocating piston engine are used for this purpose. For then it does not require a separate actuator for adjusting the engine component.
Als Triebwerkskomponente, die zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses veränderbar ist, hat sich insbesondere der Pleuel mit Verdichtungskolben als
zweckmäßig erwiesen. Durch Relativverschiebung von Verdichtungskolben und Pleuel lässt sich die effektive Pleuellänge und damit das Verdichtungsverhältnis verändern. Auf den Verdichtungskolben wirken während des Betriebs der Hubkolbenmaschine sogenannte Gas- und Massenkräfte. Die Gaskräfte entstehen bei der Expansion des Gas- Kraftstoff-Gemisches. Diese Kräfte drücken den Verdichtungskolben gegen den Pleuel . Bei exzentrischer Lagerung des Verdichtungskolbens relativ zur Längsachse des Pleuels kann erreicht werden, dass diese Gaskräfte den Verdichtungskolben in Richtung Pleuel verschieben. Auf diese Weise lässt sich das Verdichtungsverhältnis von hohen Werten zu niedrigen Werten hin verändern. Sofern dies nicht gewünscht ist, weil nämlich die Hubkolbenmaschine bei hohem Verdichtungsverhältnis betrieben werden soll, wird das Verstellelement für den Verdichtungskolben verriegelt, was beispielsweise durch eine Zylinder/Kolben-Stützeinheit geschieht. As an engine component that is changeable to adjust the compression ratio, in particular the connecting rod with compression piston as proved appropriate. By relative displacement of compression piston and connecting rod, the effective connecting rod length and thus the compression ratio can be changed. During operation of the reciprocating piston engine, so-called gas and mass forces act on the compression piston. The gas forces arise during the expansion of the gas-fuel mixture. These forces press the compression piston against the connecting rod. With eccentric mounting of the compression piston relative to the longitudinal axis of the connecting rod can be achieved that these gas forces move the compression piston in the direction of the connecting rod. In this way the compression ratio can be changed from high values to low values. If this is not desired, namely because the reciprocating engine is to be operated at a high compression ratio, the adjusting element is locked for the compression piston, which is done for example by a cylinder / piston support unit.
Umgekehrt lässt sich unter Ausnutzung der Massenkräfte das Verdichtungsverhältnis von niedrigen zu hohen Werten hin verändern. Hierbei werden die Beschleunigungen ausgenutzt, die auf den Verdichtungskolben wirken, wenn dieser seinen oberen Totpunkt durchfährt. Eine Bewegung des Verdichtungskolbens in diesen Phasen kann wiederum durch eine Zylinder/Kolben-Stützeinheit verhindert werden, die am Verstellelement für den Verdichtungskolben angreift. Es ist aber auch möglich, dass ein und dieselbe Zylinder/Kolben- Stützeinheit für beide Funktionen ausgelegt ist; eine derartige Stützeinheit arbeitet mit einem doppelseitig wirkenden Stützkolben. Conversely, using the mass forces, the compression ratio can be changed from low to high values. Here, the accelerations are used, which act on the compression piston when it passes through its top dead center. A movement of the compression piston in these phases can in turn be prevented by a cylinder / piston support unit which acts on the adjusting element for the compression piston. But it is also possible that one and the same cylinder / piston support unit is designed for both functions; such a support unit operates with a double-acting support piston.
Wie oben erwähnt, wird die Stützeinheit hydraulisch betrieben, und zwar vorzugsweise nicht aktiv, sondern passiv, indem zur Verschiebung des Stützkolbens innerhalb des Stützzylinders entweder Hydraulikfluid in den Arbeitsraum ansaugbar ist bzw. aus dem Arbeitsraum in Folge eines durch die oben beschriebenen Kräfte induzierten Verschiebens des Stützkolbens verdrängt wird. As mentioned above, the support unit is operated hydraulically, preferably not actively, but passively by either hydraulic fluid is sucked into the working space or from the working space as a result of induced by the forces described above displacement of the support piston within the support cylinder Support piston is displaced.
Ein Beispiel für eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis (auch VCR genannt) ist in WO 2014/019683 AI bzw. WO 2014/019684 AI beschrieben.
Wie oben erwähnt wird bei der hydraulischen Verstellung des Verdichtungsverhältnisses Hydraulikfluid aus dem Arbeitsraum eines Stützzylinders verdrängt, und zwar als Folge einer Verschiebung des Stützkolbens, was wiederum die Folge von auf den Verdichtungskolben wirkenden Kräften ist. Dabei wird das Hydraulikfluid sozusagen "umgepumpt", wobei der Strömungswiderstand so gering wie möglich sein sollte. An example of a reciprocating engine with variable compression ratio (also called VCR) is described in WO 2014/019683 AI and WO 2014/019684 AI. As mentioned above, in the hydraulic adjustment of the compression ratio hydraulic fluid is displaced from the working space of a support cylinder, as a result of a displacement of the support piston, which in turn is the result of forces acting on the compression piston. In this case, the hydraulic fluid is "pumped", so to speak, whereby the flow resistance should be as low as possible.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis und ein Verfahren zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer derartigen Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolben- Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die versehen ist mit The object of the invention is a reciprocating engine with variable compression ratio and a method for changing the compression ratio of such a reciprocating engine, in particular a reciprocating internal combustion engine proposed, which is provided with
einem Gehäuse, a housing,
einer in dem Gehäuse angeordneten, drehbar gelagerten Kurbelwelle, mindestens einem Pleuel, der mittels eines einen Schmiermittelpfad aufweisenden Kurbelwellenlagers an der Kurbelwelle drehbar gelagert ist, wobei der Pleuel einen Verdichtungskolben trägt, der in einem im Gehäuse ausgebildeten Zylinder bidirektional bewegbar geführt ist, und einem Verstellmechanismus zum Verstellen des Verdichtungskolbens relativ zum Pleuel zwecks Veränderung des Verdichtungsverhältnisses, wobei der Verstellmechanismus ein Verstellelement zum Verschieben des Verdichtungskolbens relativ zum Pleuel und mindestens eine Zylinder/Kolben-Stützeinheit mit einem Stützzylinder und einen in diesem verschiebbar geführten Stützkolben aufweist, der in Wirkverbindung mit dem Verstellelement steht, a rotatably mounted crankshaft arranged in the housing, at least one connecting rod, which is rotatably mounted on the crankshaft by means of a crankshaft bearing having a lubricant path, wherein the connecting rod carries a compression piston, which is bidirectionally movably guided in a cylinder formed in the housing, and an adjusting mechanism for adjusting the compression piston relative to the connecting rod for the purpose of changing the compression ratio, wherein the adjusting mechanism comprises an adjusting element for displacing the compression piston relative to the connecting rod and at least one cylinder / piston support unit with a support cylinder and a support piston guided displaceably in this, which in operative connection with the adjusting element stands,
wobei der Stützzylinder mindestens einen mit einem im Wesentlichen in- kompressiblen Fluid, insbesondere Öl, befüllbaren Arbeitsraum aufweist, das wahlweise in den Arbeitsraum einlassbar oder aus dem Arbeitsraum ablassbar ist, und wherein the support cylinder has at least one work space which can be filled with a substantially incompressible fluid, in particular oil, which can optionally be introduced into the work space or can be discharged from the work space, and
wobei der Arbeitsraum über einen Zulaufkanal in Fluidverbindung mit dem Schmiermittelpfad des Kurbelwellenlagers des Pleuels steht. wherein the working space via an inlet channel in fluid communication with the lubricant path of the crankshaft bearing of the connecting rod.
Diese Hubkolbenmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass
der Pleuel einen sich von dem mindestens einen Arbeitsraum des Stützzylinders aus erstreckenden Ablaufkanal aufweist, der zum Abführen von Fluid aus dem mindestens einen Arbeitsraum in das Gehäuse mit einer in der Außenfläche des Pleuels angeordneten Auslassöffnung in Fluidverbindung bringbar ist. This reciprocating engine is inventively characterized in that the connecting rod has a flow channel extending from the at least one working chamber of the support cylinder, which can be brought into fluid communication with a discharge opening arranged in the outer surface of the connecting rod for discharging fluid from the at least one working space into the housing.
Der Pleuel umfasst dabei den eigentlichen Pleuelkörper und an/in diesem angeordnete Teile, die wie der Pleuelkörper die Außenfläche des Pleuels im Sinne der Erfindung definieren. The connecting rod comprises the actual Pleuelkörper and arranged on / in this parts, which define as the Pleuelkörper the outer surface of the connecting rod in the context of the invention.
Ferner dient zur Lösung der Aufgabe ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, insbesondere für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, die ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete, drehbar gelagerte Kurbelwelle, mindestens einen in dem Gehäuse ausgebildeten Zylinder und einen in dem Zylinder bidirektional bewegbaren Verdichtungskolben aufweist, wobei der Pleuel versehen ist mit Furthermore, to solve the problem, a connecting rod for a reciprocating engine with variable compression ratio, in particular for a reciprocating internal combustion engine, a housing, a housing disposed in the rotatably mounted crankshaft, at least one cylinder formed in the housing and a bidirectionally movable in the cylinder Compression piston, wherein the connecting rod is provided with
einem Pleuelkörper mit einem Kurbelwellenlager zur drehbaren Lagerung des Pleuelkörpers an der Kurbelwelle, wobei das Kurbelwellenlager einen Schmiermittelpfad aufweist, a connecting rod body with a crankshaft bearing for rotatably supporting the connecting rod body on the crankshaft, wherein the crankshaft bearing has a lubricant path,
einem Verdichtungskolbenlager zur Lagerung eines Verdichtungskolbens am Pleuelkörper, a compression piston bearing for mounting a compression piston on the connecting rod body,
einem Verstellmechanismus zum Verschieben des Verdichtungskolbenlagers relativ zum Pleuelkörper zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine, an adjusting mechanism for displacing the compacting piston bearing relative to the connecting rod body for changing the compression ratio of the reciprocating piston engine,
wobei der Verstellmechanismus ein Verstellelement zum Verschieben des Verdichtungskolbenlagers relativ zum Pleuelkörper und mindestens eine Zylinder/Kolben-Stützeinheit mit einem Stützzylinder und einem in diesem verschiebbar geführten Stützkolben aufweist, der in Wirkverbindung mit dem Verstellelement steht, wherein the adjusting mechanism has an adjusting element for displacing the compacting piston bearing relative to the connecting rod body and at least one cylinder / piston supporting unit with a supporting cylinder and a support piston displaceably guided in this, which is in operative connection with the adjusting element,
wobei der Stützzylinder mindestens einen mit einem im Wesentlichen in- kompressiblen Fluid, insbesondere Öl, befüllbaren Arbeitsraum aufweist, das wahlweise in den Arbeitsraum einlassbar oder aus dem Arbeitsraum ablassbar ist, und wherein the support cylinder has at least one work space which can be filled with a substantially incompressible fluid, in particular oil, which can optionally be introduced into the work space or can be discharged from the work space, and
wobei der Arbeitsraum über einen Zulaufkanal in Fluidverbindung mit
dem Schmiermittelpfad des Kurbelwellenlagers des Pleuelkörpers steht. wherein the working space via an inlet channel in fluid communication with the lubricant path of the crankshaft bearing of the connecting rod body is.
Erfindungsgemäß ist der Pleuel dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelkörper einen sich von dem mindestens einen Arbeitsraum des Stützzylinders aus erstreckenden Ablaufkanal aufweist, der zum Abführen von Fluid aus dem mindestens einen Arbeitsraum in das Gehäuse mit einer in der Außenfläche des Pleuelkörpers angeordneten Auslassöffnung in Fluidverbindung bringbar ist. According to the invention, the connecting rod is characterized in that the connecting rod body has a flow channel extending from the at least one working space of the support cylinder, which can be brought into fluid communication with an outlet opening arranged in the outer surface of the connecting rod body for discharging fluid from the at least one working space into the housing ,
Zum Pleuelkörper gehört dabei neben dem strukturellen Teil des Pleuels auch in/an diesem angeordnete Teile, die wie der Pleuelkörper die Außenfläche desselben im Sinne der Erfindung definieren. In addition to the structural part of the connecting rod, the connecting rod body also includes parts arranged in / on it, which, like the connecting rod body, define the outer surface thereof in the sense of the invention.
Schließlich wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit variablem Verdichtungsverhältnis wie oben beschrieben und/oder mit mindestens einem Pleuel, ebenfalls wie oben beschrieben, wobei das Fluid aus dem mindestens einen Arbeitsraum des mindestens einen Stützzylinders zwecks Veränderung des Verdichtungsverhältnisses direkt in das Gehäuse der Hubkolbenmaschine abgeführt wird. Finally, the above object is also achieved by a method for changing the compression ratio of a reciprocating engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, with variable compression ratio as described above and / or with at least one connecting rod, also as described above, wherein the fluid from the at least one Working space of the at least one support cylinder for the purpose of changing the compression ratio is discharged directly into the housing of the reciprocating engine.
Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass in einer Verschiebeposition des Stützkolbens, die einem von mindestens zwei Verdichtungsverhältnissen entspricht, durch den Stützkolben eine Fluidverbindung zwischen den dem Stützzylinder zugeordneten Zulauf- und Ablaufkanälen blockiert wird. In this case, it is preferably provided that, in a displaced position of the support piston, which corresponds to one of at least two compression ratios, a fluid connection between the inlet and outlet channels assigned to the support cylinder is blocked by the support piston.
Nach der Erfindung ist also sinngemäß vorgesehen, dass das Hydraulikfluid, welches beim Verschieben des Stützkolbens aus dem Arbeitsraum des Stützzylinders abgeführt wird, direkt in das Gehäuse der Hubkolbenmaschine abgelassen wird. Dadurch ist der Strömungswiderstand so gering wie möglich, da das abgelassene Hydraulikfluid keinerlei Umschaltventile o.dgl. den Strömungswiderstand erhöhende fluidische Elemente durchströmen muss.
Nach der Erfindung wird als das aus einem Stützzylinder "herausgedrückte" Hydraulikfluid, insbesondere Motoröl, frei in den Ölsumpf der Hubkolbenmaschine abgeführt, während das dem Arbeitsraum zuzuführende bzw. in den Arbeitsraum des Stützzylinders gelangende Motoröl komplett aus dem Ölkreislauf entnommen wird, und zwar im Regelfall vom Kurbelwellen-Pleuellager. Alternativ kann hier aber auch das Öl von einem anderen Lager, welches mit dem Motoröl geschmiert und gekühlt wird, entnommen werden. Sofern ausreichend Öl von dem betreffenden Lager zugeführt werden kann, wird hierdurch die Verstellung des Verdichtungskolbens schneller bewerkstelligt als bei bekannten Systemen, da die Druckdifferenz für das abzuführende Öl dabei höher und der Strömungswiderstand geringer ist als wenn das Öl gegen den Öldruck abzuführen ist, wie dies bei den bekannten insoweit mit "geschlossenem" Hydraulikkreislauf arbeitenden Systemen der Fall ist. According to the invention, it is accordingly provided that the hydraulic fluid, which is removed during displacement of the support piston from the working space of the support cylinder, is discharged directly into the housing of the reciprocating engine. As a result, the flow resistance is as low as possible, since the drained hydraulic fluid no changeover valves or the like. must flow through the flow resistance increasing fluidic elements. According to the invention, as the "hydraulic fluid" pressed out of a support cylinder, in particular engine oil, is discharged freely into the oil sump of the reciprocating engine, while the engine oil to be supplied to the working space or into the working chamber of the support cylinder is completely removed from the oil circuit, and as a rule from the crankshaft connecting rod bearing. Alternatively, however, the oil can also be taken from another bearing, which is lubricated and cooled with the engine oil. If sufficient oil can be supplied from the respective bearing, thereby the adjustment of the compression piston is accomplished faster than in known systems, since the pressure difference for the dissipated oil while higher and the flow resistance is lower than when the oil is dissipate against the oil pressure, as in the known so far with "closed" hydraulic circuit operating systems is the case.
Wie oben beschrieben, sind dem Arbeitsraum eines Stützzylinders ein Zuführkanal und ein Abführkanal zugeordnet, die beide in den Arbeitsraum des Stützzylinders einmünden. Die Zu- und Abfuhr von Hydraulikfluid in den bzw. aus dem Arbeitsraum sollte zweckmäßigerweise lediglich während der Verstellphasen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses erfolgen. Da nun aber der Abführkanal in Fluidverbindung mit einer an der Außenfläche des Pleuels angeordneten Auslassöffnung bringbar ist, was zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses erfindungsgemäß vorgesehen ist, existiert über den Arbeitsraum des Stützzylinders eine Fluidverbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkanal. Im Zulaufkanal steht der aktuelle Hydraulikfluiddruck an, beispielsweise der aktuelle Motoröldruck. Damit fließt über den Zulaufkanal Hydraulikfluid in den Arbeitsraum des Stützzylinders, um über dessen Ablaufkanal sogleich wieder in das Gehäuse abzufließen. Da dies insbesondere bei gleichbleibendem Verdichtungsverhältnis ohne Nutzen ist und darüber hinaus die Nachteile eines erhöhten Ölbedarfs, des Erfordernisses einer größeren Ölpumpe und einer vermehrten Motorreibung mit sich bringt, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Stützkolben in einer Verschiebeposition, die einem von mindestens zwei einstellbaren Verdichtungsverhältnissen entspricht, den Zulaufkanal gegenüber dem Ablaufkanal blockiert. In dieser Ver-
schiebeposition stützt sich der Stützkolben vorzugsweise nicht gegenüber einem Hydraulikfluidpolster im Arbeitsraum des Stützzylinders, sondern direkt am Boden des Arbeitsraums ab. Der Stützkolben wirkt in dieser Situation als Blockier- bzw. Sperrelement zur Unterbrechung der "lichten" Fluidverbindung von Zulauf- und Ablaufkanal. As described above, the working space of a support cylinder is associated with a supply channel and a discharge channel, both of which open into the working space of the support cylinder. The supply and removal of hydraulic fluid into and out of the working space should be carried out expediently only during the adjustment phases for changing the compression ratio. Since, however, the discharge channel can be brought into fluid communication with an outlet opening arranged on the outer surface of the connecting rod, which is provided according to the invention for adjusting the compression ratio, a fluid connection exists between the inlet and outlet channels via the working space of the support cylinder. In the inlet channel is the current hydraulic fluid pressure, for example, the current engine oil pressure. Hydraulic fluid thus flows into the working chamber of the support cylinder via the inlet channel in order to immediately discharge into the housing via its outlet channel. Since this is without benefit in particular with constant compression ratio and also brings the disadvantages of increased oil requirements, the requirement of a larger oil pump and increased engine friction, according to an advantageous embodiment of the invention provides that the support piston in a displacement position, the one of at least two adjustable compression ratios, the inlet channel blocked with respect to the flow channel. In this Sliding position, the support piston is preferably not supported against a hydraulic fluid in the working space of the support cylinder, but directly from the bottom of the working space. The support piston acts in this situation as a blocking or blocking element to interrupt the "light" fluid connection of inlet and outlet channel.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Stützkolben der mindestens einen oder jeder Zylinder/Kolben-Stützeinheit ein Umfangsdichtelement zur Abdichtung des Arbeitsraums des Stützzylinders aufweist und dass das Umfangsdichtelement in einer Verschiebeposition, die einem von mindestens zwei einstellbaren Verdichtungsverhältnissen entspricht, die Fluidverbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkanal in dem Arbeitsraum des Stützzylinders blockiert, und zwar insbesondere die Einmündungsöffnung des Zulauf- und/oder des Ablaufkanals in den Arbeitsraum des Stützzylinders verschließt. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the support piston of the at least one or each cylinder / piston support unit has a circumferential sealing element for sealing the working space of the support cylinder and that the circumferential sealing element in a displacement position corresponding to one of at least two adjustable compression ratios, the Blocked fluid communication between the inlet and outlet channel in the working space of the support cylinder, and in particular closes the mouth of the inlet and / or the discharge channel in the working space of the support cylinder.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der Stützkolben mindesten einer oder jeder Zylinder/Kolben-Stützeinheit an seinem dem Boden des Arbeitsraums des Stützzylinders zugewandten Stirnseite ein Dichtelement aufweist, wobei der Zulauf- und/oder Ablaufkanal am Boden und/oder an der Seitenwand des Stützzylinders in den Arbeitsraum einmünden und wobei das Dichtelement in einer Verschiebeposition, die einem von mindestens zwei einstellbaren Verdichtungsverhältnissen entspricht, die Fluidverbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkanal in dem Arbeitsraum des Stützzylinders blockiert, und zwar insbesondere die Einmündungsöffnung des Zulauf- und/oder des Ablaufkanals in den Arbeitsraum des Stützzylinders verschließt. According to a further embodiment of the invention, it is expedient if the support piston has at least one or each cylinder / piston support unit at its the bottom of the working space of the support cylinder end facing a sealing element, wherein the inlet and / or outlet channel on the ground and / or at the side wall of the support cylinder open into the working space and wherein the sealing element in a displacement position corresponding to one of at least two adjustable compression ratios, the fluid communication between inlet and outlet channel blocked in the working space of the support cylinder, in particular the mouth of the inlet and / or the drainage channel closes in the working space of the support cylinder.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement ringförmig und insbesondere ein O-Ring ist und/oder dass das Dichtelement ein Lamellendichtelement ist oder nach Art einer Lamellendichtung arbeitet und/oder dass das Dichtelement plattenförmig ist.
Schließlich ist es auch denkbar und vorteilhaft, wenn das Dichtelement nach Art einer Labyrinth-Dichtung arbeitet und dass entweder in dem Stützkolben eine Vertiefung ausgebildet ist, in die in der besagten Verschiebeposition des Stützkolbens ein von dem Stützzylinder in den Arbeitsraum hineinragender Vorsprung eingetaucht ist, oder in dem Stützzylinder eine Vertiefung ausgebildet ist, in die in der besagten Verschiebeposition des Stützkolbens ein von dem Stützkolben in den Arbeitsraum hineinragender Vorsprung eingetaucht ist. Es können auch mehrere Paare aus derartigen Vertiefungen und Vorsprüngen vorhanden sein. In a further advantageous embodiment of the invention can be provided that the sealing element is annular and in particular an O-ring and / or that the sealing element is a lamellar sealing element or operates in the manner of a lamellar seal and / or that the sealing element is plate-shaped. Finally, it is also conceivable and advantageous if the sealing element works in the manner of a labyrinth seal and that either a depression is formed in the support piston, in which in the said displacement position of the support piston immersed by the support cylinder in the working space protruding projection, or in the support cylinder, a recess is formed, in which in the said displacement position of the support piston, a projecting from the support piston into the working space projection is immersed. There may also be several pairs of such recesses and projections.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Im Einzelnen zeigen dabei : The invention will be described below with reference to several embodiments and with reference to the drawings. In detail, they show:
Fign. 1 bis 12 FIGS. 1 to 12
die einzelnen Phasen der Relativverschiebung des Verdichtungskolbens gegenüber dem Pleuel unter Verwendung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Umschaltventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zum bedarfsweisen Freigeben bzw. Sperren bzw. Sperren des Zu- und Ablaufs von Hydrauliköl aus bzw. in die Arbeitsräume zweier Zylinder- Kolbenstützeinheiten, the individual phases of the relative displacement of the compression piston relative to the connecting rod using a first embodiment of a changeover valve according to a first embodiment for releasing or blocking the supply and discharge of hydraulic oil from or into the working spaces of two cylinder piston support units, as required;
Fign. 13 bis 24 FIGS. 13 to 24
die einzelnen Phasen der Relativverschiebung des Verdichtungskolbens gegenüber dem Pleuel unter Verwendung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Umschaltventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zum bedarfsweisen Freigeben bzw. Sperren bzw. Sperren des Zu- und Ablaufs von Hydrauliköl aus bzw. in die Arbeitsräume zweier Zylinder- Kolbenstützeinheiten und
Fign. 25 bis 28 the individual phases of the relative displacement of the compression piston relative to the connecting rod using a first embodiment of a switching valve according to a second embodiment for releasing or blocking or blocking the inflow and outflow of hydraulic oil from or into the working spaces of two cylinder piston support units and FIGS. 25 to 28
vier Varianten des Blockierens einer Fluidverbindung zwischen Zulauf- und Ablaufkanal bei mindestens einer Zylinder/Kolben-Stützeinheit, wie sie gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fign. 1 bis 12 bzw. 13 bis 24 eingesetzt werden können. four variants of blocking a fluid connection between inlet and outlet channel in at least one cylinder / piston support unit, as according to the embodiments of FIGS. 1 to 12 or 13 to 24 can be used.
Anhand von Fig. 1 soll nachfolgend kurz auf die wesentlichen Komponenten einer Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 eingegangen werden, bei der das Verdichtungsverhältnis veränderbar ist, und zwar in zwei Stufen, wobei anzumerken ist, dass die Erfindung auf die Anzahl der einstellbaren Verdichtungsverhältnisse nicht beschränkt ist. With reference to FIG. 1, the essential components of a reciprocating internal combustion engine 10 will briefly be discussed below, in which the compression ratio is variable, in two stages, it being noted that the invention is not limited to the number of adjustable compression ratios.
Die Brennkraftmaschine 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem mindestens ein Zylinder 14 ausgebildet ist. In dem Zylinder 14 bewegt sich ein Verdichtungskolben 16, der an einem Pleuel 18 gelagert ist. Oberhalb des Verdichtungskolbens 16 befindet sich der Brennraum 20, in den ein Einlasskanal sowie ein Auslasskanal 24 münden. Die Zündeinrichtung für das Luft-Kraftstoff-Gemisch ist in den Fign. nicht dargestellt. The internal combustion engine 10 has a housing 12, in which at least one cylinder 14 is formed. In the cylinder 14, a compression piston 16, which is mounted on a connecting rod 18 moves. Above the compression piston 16 is the combustion chamber 20, into which an inlet channel and an outlet channel 24 open. The ignition device for the air-fuel mixture is shown in FIGS. not shown.
Der Pleuel 18 wird in bekannter Weise von einer Kurbelwelle 26 bewegt. Diese Kurbelwelle 26 weist Gegengewichte 28 mit Hubzapfen 30 auf, an denen die einzelnen Pleuel 18 gelagert sind. Das Kurbelwellenpleuellager 32 wird in bekannter Weise mit unter Druck stehendem Motoröl beaufschlagt und weist einen Schmiermittelpfad 33 auf. Das entsprechende Schmiermittelsystem weist eine Pumpe 34 auf, die Motoröl aus dem Ölsumpf 36 des Gehäuses 12 ansaugt. Neben der Schmierung dient das Motoröl auch der Kühlung beispielsweise der Lager der Brennkraftmaschine 10. The connecting rod 18 is moved in a known manner by a crankshaft 26. This crankshaft 26 has counterweights 28 with crank pins 30, on which the individual connecting rods 18 are mounted. The Kurbelwellenpleuellager 32 is acted upon in a known manner with pressurized engine oil and has a lubricant path 33. The corresponding lubricant system has a pump 34, which sucks engine oil from the oil sump 36 of the housing 12. In addition to lubrication, the engine oil also serves to cool, for example, the bearings of the internal combustion engine 10.
Wie anhand von Fig. 1 zu erkennen ist, befindet sich am oberen Ende des Pleuels 18 ein (z. B. Exzenter-)Verstellelement 38 in Form eines Verstellhebels 39, der schwenkbar am Pleuel 18 gelagert ist. Exzentrisch zum Schwenkpunkt 40 des Verstellelements 38 ist der Zapfen 42 gelagert, der den Verdichtungskolben 16 trägt. Der Mittelpunkt des Zapfens 42 ist bei 44 gezeigt.
Durch Verschwenken des Verstellelements 38 verschiebt sich also der Verdichtungskolben 16 gegenüber dem Pleuel 18. 1, at the upper end of the connecting rod 18 there is a (for example eccentric) adjusting element 38 in the form of an adjusting lever 39, which is pivotably mounted on the connecting rod 18. Eccentrically to the pivot point 40 of the adjusting element 38, the pin 42 is mounted, which carries the compression piston 16. The center of the pin 42 is shown at 44. By pivoting the adjusting element 38 so the compression piston 16 moves relative to the connecting rod 18th
Der Verstellhebel 39 weist ein erstes Ende 46 und ein diesem abgewandtes zweites Ende 48 auf, an denen jeweils Kolbenstangen 50, 52 gelenkig gelagert sind. Die Kolbenstangen 50, 52 sind Teil zweier Zylinder/Kolben-Stützeinheiten 54, 56, von denen die erste Stützeinheit 54 einen im Pleuel 18 ausgebildeten ersten Stützzylinder 58 mit einem in diesem verschiebbar geführten erste Stützkolben 60 aufweist, während die zweite Stützeinheit 56 einen zweiten Stützzylinder 62 mit in diesem geführten zweiten Stützkolben 64 aufweist. Diese beiden Stützeinheiten 54, 56 dienen der Verriegelung des Verstellelements 38 in seinen beiden Maximalverschwenkpositionen, in denen jeweils ein anderer der beiden Stützkolben 60, 64 am Boden 66 bzw. 68 des jeweiligen Stützzylinders 58 bzw. 62 anliegt. The adjusting lever 39 has a first end 46 and a remote from this second end 48, on each of which piston rods 50, 52 are articulated. The piston rods 50, 52 are part of two cylinder / piston support units 54, 56, of which the first support unit 54 has a first support cylinder 58 formed in the connecting rod 18 with a displaceably guided in this first support piston 60, while the second support unit 56 has a second support cylinder 62 having guided in this second support piston 64. These two support units 54, 56 serve to lock the adjusting element 38 in its two Maximalverschwenkpositionen, in each of which another of the two support piston 60, 64 abuts the bottom 66 and 68 of the respective support cylinder 58 and 62 respectively.
Zwischen dem Stützkolben und dem Boden des zugehörigen Stützzylinders einer jeden Stützeinheit 54, 56 bildet sich der Arbeitsraum 70 bzw. 72, in den bzw. aus dem Hydraulikfluid gelangt bzw. abgeführt wird, wenn das Verdichtungsverhältnis verstellt wird. Hierzu münden in jeden der beiden Arbeitsräume 70, 72 jeweils ein Zulaufkanal 74 bzw. 76 und ein Ablaufkanal 78 bzw. 80 ein. Über einen hydraulischen Schaltkreis mit beispielsweise Drosseln bzw. Blenden 82, 84, Rückschlagventilen 86, 88 sowie einem Umschaltventil 90 sind die beiden Arbeitsräume 70, 72 miteinander verschaltet, so dass die gewünschte Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem hohen auf einen niedrigen Wert oder umgekehrt erfolgen kann. Der Hydraulikschaltkreis ist dabei über den Kanal 92 mit dem Pleuellager 32 und somit mit dem Between the support piston and the bottom of the associated support cylinder of each support unit 54, 56, the working space 70 and 72, respectively, flows into or out of the hydraulic fluid when the compression ratio is adjusted. For this purpose, an inlet channel 74 or 76 and an outlet channel 78 or 80 open into each of the two working chambers 70, 72. Via a hydraulic circuit with, for example, throttles or orifices 82, 84, check valves 86, 88 and a changeover valve 90, the two working chambers 70, 72 interconnected, so that the desired adjustment of the compression ratio can be made from a high to a low value or vice versa , The hydraulic circuit is via the channel 92 with the connecting rod bearing 32 and thus with the
Schmiermittelpfad 33 des Pleuellagers 32 verbunden. Somit wird der Hydraulikkreislauf letztendlich mit Motoröl versorgt. Lubricant path 33 of the connecting rod bearing 32 is connected. Thus, the hydraulic circuit is ultimately supplied with engine oil.
Bei dem Umschaltventil 90 handelt es sich um ein 2/3-Wegeventil, also um ein Ventil, dass zwei Schaltstellungen einnehmen kann und drei Anschlüsse aufweist. Die drei Anschlüsse werden in den zwei Schaltstellungen in unterschied-
licher Weise miteinander verbunden bzw. untereinander blockiert. Die Betätigung des Umschaltventils 90 erfolgt beispielsweise mechanisch, elektrisch, magnetisch oder hydraulisch und zwar immer dann, wenn das Verdichtungsverhältnis von dem einen Wert auf den anderen Wert verändert werden soll . Die konstruktive Lösung zur Verstellung des Umschaltventils 90 ist nicht Gegenstand der Erfindung und soll hier daher auch nicht weiter beschrieben werden. Beispiele für diesbezügliche Konstruktionen sind in WO 2014/019683 AI und WO 2014/019684 AI beschrieben. The switching valve 90 is a 2/3-way valve, ie a valve that can assume two switching positions and has three connections. The three connections are in the two switch positions in different Licher manner interconnected or blocked with each other. The actuation of the switching valve 90, for example, mechanically, electrically, magnetically or hydraulically, and indeed whenever the compression ratio is to be changed from one value to the other value. The constructive solution for adjusting the switching valve 90 is not the subject of the invention and will therefore not be further described here. Examples of related constructions are described in WO 2014/019683 AI and WO 2014/019684 AI.
In den Fign. 1 bis 6 befindet sich das Umschaltventil 90 in derjenigen Stellung, in der sich das Verdichtungsverhältnis von einem hohen auf einen niedrigen Wert verändern lässt. Ausgangspunkt ist Fig. 1; das Verdichtungsverhältnis ist in diesem Fall maximal, was bedeutet, dass der Verdichtungskolben 16 seinen größtmöglichen Abstand zum Pleuel 18 hat. Der zweite Stützkolben 64 liegt am Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 an, während sich der Stützkolben 60 im Stützzylinder 58 auf einem Ölpolster abstützt, da der Arbeitsraum 70 des Stützzylinders 58 mit Motoröl gefüllt ist. In the Fign. 1 to 6, the switching valve 90 is in the position in which the compression ratio can be changed from a high to a low value. The starting point is Fig. 1; the compression ratio is maximum in this case, which means that the compression piston 16 has its greatest possible distance from the connecting rod 18. The second support piston 64 abuts the bottom 68 of the second support cylinder 62, while the support piston 60 is supported in the support cylinder 58 on an oil pad, since the working space 70 of the support cylinder 58 is filled with engine oil.
In der ersten Umschaltstellung des Umschaltventils 90 gemäß den Fign. 1 bis 6 kann Motoröl als Folge eines Verschiebens des ersten Stützkolbens 60 in den ersten Stützzylinder 58 hinein aus dessen Arbeitsraum 70 herausgedrückt werden, wobei als Folge der Verschiebung des ersten Stützkolbens 60 der zweite Stützkolben 64 sich vom Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 wegbewegt und somit Motoröl in den zweiten Stützzylinder angesaugt wird. Ein dazu umgekehrter Motorölfluss ist durch den Hydraulikschaltkreis und in Folge der Einnahme der ersten Stellung des Umschaltventils 90 ausgeschlossen. In the first switching position of the switching valve 90 according to FIGS. 1 to 6, engine oil may be forced out of the working space 70 thereof as a result of displacement of the first support piston 60 into the first support cylinder 58, as a result of displacement of the first support piston 60, the second support piston 64 moves away from the bottom 68 of the second support cylinder 62 and thus Engine oil is sucked into the second support cylinder. A reverse engine oil flow is excluded by the hydraulic circuit and as a result of taking the first position of the switching valve 90.
Fig. 1 zeigt die Situation unmittelbar vor Zündung des im Brennraum 20 verdichteten Luft- Kraftstoff-Gemisches. Als Folge der Zündung wirken auf den Verdichtungskolben 16 Gaskräfte, die bei freigegebenem Ablaufkanal 78 zu einer Verdrehung des Verstellelements 38 in Richtung des Pfeils 96 führen. Wenn der Verdichtungskolben 16 seinen unteren Totpunkt erreicht hat (siehe Fig. 2), ist demzufolge der erste Stützkolben 60 bereits weiter in den ersten
Arbeitsraum 70 des ersten Stützzylinders 58 eingetaucht, während der zweite Stützkolben 64 sich vom Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 wegbewegt hat und dabei Hydraulikfluid in dessen Arbeitsraum 72 gelangt. Fig. 3 zeigt die Situation, wenn Verdichtungskolben 16 zum Ende des Ausstoßtakts wieder seinen oberen Totpunkt erreicht, von dem aus er während des Ansaugtakts wieder seinen unteren Totpunkt erreicht, was in Fig. 4 gezeigt ist. In dieser Phase wirken keinerlei Gaskräfte auf den Verdichtungskolben, die diesen relativ zum Pleuel 18 verschieben könnten. Allenfalls könnten bei oder kurz nach dem Durchfahren des unteren Totpunkts (Fig. 2) auf den Verdichtungskolben 16 Massenkräfte wirken, die den Verdichtungskolben 16 gegen den Pleuel 18 drücken/bewegen. Fig. 1 shows the situation immediately prior to ignition of the compressed air in the combustion chamber 20 air-fuel mixture. As a result of the ignition, gas forces act on the compression piston 16, which lead to a rotation of the adjusting element 38 in the direction of the arrow 96 when the discharge channel 78 is released. As a result, when the compression piston 16 has reached its bottom dead center (see FIG. 2), the first support piston 60 is already further in the first Workspace 70 of the first support cylinder 58 immersed, while the second support piston 64 has moved away from the bottom 68 of the second support cylinder 62 while hydraulic fluid passes into its working space 72. FIG. 3 shows the situation when compression piston 16 returns to its top dead center at the end of the exhaust stroke, from which point it returns to its bottom dead center during the intake stroke, as shown in FIG. In this phase, no gas forces acting on the compression piston, which could move this relative to the connecting rod 18. At most, at or shortly after passing through the bottom dead center (FIG. 2), mass forces acting on the compression piston 16 may act on the compression piston 16 against the connecting rod 18.
Diese Gaskräfte wirken aber wieder bei der nächsten Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Als Folge davon verschwenkt der Verstellelement 38 wiederum in Richtung des Pfeils 96, wobei hier angenommen wird, dass nach zweimaligem Wirken von Gaskräften auf den Verdichtungskolben dieser seine zum Pleuel 18 hin naheste Position einnimmt. In dieser Position ist der erste Stützkolben 60 gegen den Boden 66 des ersten Stützzylinders 58 verfahren, während der zweite Stützkolben 64 seine Position mit maximalem Abstand zum Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 eingenommen hat. Der gesamte zweite Arbeitsraum 72 des zweiten Stützzylinders 62 ist mit Motoröl gefüllt. In der Folge wirkende Gaskräfte verstellen den Verdichtungskolben 16 also nicht weiter. However, these gas forces act again at the next ignition of the air-fuel mixture, as shown in Fig. 5. As a result thereof, the adjusting element 38 again pivots in the direction of the arrow 96, it being assumed here that, after the action of gas forces on the compression piston twice, it assumes its position closest to the connecting rod 18. In this position, the first support piston 60 has moved against the bottom 66 of the first support cylinder 58, while the second support piston 64 has assumed its position at a maximum distance from the bottom 68 of the second support cylinder 62. The entire second working space 72 of the second support cylinder 62 is filled with engine oil. As a result, acting gas forces do not further adjust the compression piston 16.
In den Fig. 7 bis 12 sind einzelne Phasen zweier aufeinander folgender Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine 10 gezeigt, die genutzt werden, um das Verdichtungsverhältnis ausgehend von dem gemäß Fig. 6 eingestellten niedrigen auf den hohen Wert gemäß Fig. 12 bzw. gemäß Fig. 1 zu verstellen. Das Umschaltventil 90 nimmt dabei seine zweite Stellung ein, in der Motoröl aus dem zweiten Arbeitsraum 72 abführbar ist, während Motoröl in den ersten Arbeitsraum 70 ansaugbar einbringbar ist. Die Abführung von Motoröl aus dem zweiten Arbeitsraum 72 erfolgt in Folge des sich (weiter) in den zweiten Stützzylinder 62 vorbewegenden zweiten Stützkolben 64, was bedeutet, dass sich
gleichzeitig der erste Stützkolben 60 vom Boden 66 des ersten Stützzylinders 58 wegbewegt und sozusagen Motoröl ansaugt. In der zweiten Stellung des Umschaltventils 90 ist ausschließlich diese Richtung von Motoröltransfer möglich; ein Zurückfließen von Motoröl ist durch den Hydraulikschaltkreis ausgeschlossen. In FIGS. 7 to 12, individual phases of two successive operating cycles of the internal combustion engine 10 are shown, which are used to increase the compression ratio from the low value set according to FIG. 6 to the high value according to FIG. 12 or FIG adjust. The switching valve 90 assumes its second position, in the engine oil from the second working space 72 can be discharged, while engine oil in the first working space 70 is introduced einaugbar. The removal of engine oil from the second working space 72 takes place as a result of the (further) in the second support cylinder 62 advancing second support piston 64, which means that at the same time the first support piston 60 moves away from the bottom 66 of the first support cylinder 58 and sucks engine oil, so to speak. In the second position of the change-over valve 90, only this direction of engine oil transfer is possible; Backflow of engine oil is excluded by the hydraulic circuit.
Ausgangspunkt ist die Situation gemäß Fig. 7. Nach Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erreicht der Verdichtungskolben 16 seinen unteren Totpunkt. Aufgrund der Beschleunigungen, die auf den Verdichtungskolben 16 beim Durchfahren des unteren Totpunkts wirken, entsteht eine auf den Verdichtungskolben 16 wirkende Kraft, die den Kolben 16 nach unten drückt, während der Pleuel 18 sich bereits nach oben bewegt. Eine Relativverschiebung von Verdichtungskolben 16 und Pleuel 18 und damit eine "Stauchung" der effektiven Länge des Pleuels 18 ist nicht möglich, da der erste Stützkolben 60 auf dem Boden 66 des ersten Stützzylinders 58 aufliegt. Bei Erreichen des nächsten oberen Totpunkts gemäß Fig. 8 wirken auf den Verdichtungskolben 16 Massenkräfte, die an dem Verdichtungskolben 16 "ziehen), wenn sich der Pleuel 18 nach dem Durchfahren des oberen Totpunkts wieder nach unten bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich beim nächsten Durchfahren des oberen Totpunkts (siehe die Fig. 10), wobei auch hier angenommen wird, dass die Endverschiebung des Verdichtungskolbens 16 relativ zum Pleuel 18 bereits nach zwei Arbeitszyklen erreicht ist, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. In der Situation gemäß Fign. 9 und 11 verschiebt sich beim Durchfahren des unteren Totpunkts des Pleuels 18 der Verdichtungskolben 16, auf den gegen diesen drückende Massenkräfte wirken, relativ zum Pleuel 18 nicht, da dies durch das Sperren des Rückflusses von Motoröl innerhalb des Hydraulikschaltkreises verhindert wird. Starting point is the situation shown in FIG. 7. After ignition of the air-fuel mixture of the compression piston 16 reaches its bottom dead center. Due to the accelerations acting on the compression piston 16 when passing through the bottom dead center, a force acting on the compression piston 16 force that pushes the piston 16 down while the connecting rod 18 is already moving upwards. A relative displacement of compression piston 16 and connecting rod 18 and thus a "compression" of the effective length of the connecting rod 18 is not possible because the first support piston 60 rests on the bottom 66 of the first support cylinder 58. When the next top dead center of FIG. 8 is reached, mass forces acting on the compression piston 16, which pull on the compression piston 16 ", when the connecting rod 18 moves down again after passing through top dead center 10), wherein it is also assumed here that the final displacement of the compression piston 16 relative to the connecting rod 18 is already reached after two working cycles, as shown in Fig. 12. In the situation according to Figs 11 shifts when driving through the bottom dead center of the connecting rod 18 of the compression piston 16, act against the oppressive inertial forces relative to the connecting rod 18, since this is prevented by blocking the backflow of engine oil within the hydraulic circuit.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass man in beiden Varianten des Systems gemäß den Fign. 1 bis 12 und 13 bis 24 auch ein Umschaltventil einsetzen kann, das in einer dritten Umschaltstellung den Abfluss (und ggf. auch den Zufluss) von Motoröl in Arbeitsräume und aus diesen heraus unterbindet. Somit könnte das Verstellelement 38 in einer Zwischenstellung zwischen den
Endstellungen gemäß Fign. 1 und 6 bzw. Fign. 13 und 19 verbleiben. Beide Stützkolben würden sich also jeweils auf einem Motorölpolster abstützen. It should be noted at this point that in both variants of the system according to FIGS. 1 to 12 and 13 to 24 can also use a changeover valve, which in a third changeover position prevents the outflow (and possibly also the inflow) of engine oil into and out of working spaces. Thus, the adjusting element 38 could be in an intermediate position between the End positions according to Figs. 1 and 6 or Fign. 13 and 19 remain. Both support pistons would thus each be supported on a motor oil pad.
Wie bereits oben erwähnt, sind die aus den Massenkräften resultierenden Verstellkräfte insbesondere bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine deutlich geringer als die aus den Gaskräften resultierenden Verstellkräfte. Die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem kleinen Wert auf einen großen Wert ist also deutlich kritischer als die Verstellung von einem großen Verdichtungsverhältnis zu einem kleinen Verdichtungsverhältnis. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wird erfindungsgemäß das bei Verstellung von kleinem zu großem Verdichtungsverhältnis aus dem zweiten Stützzylinder 62 herausgedrückte Motoröl direkt in das Gehäuse 12 der Brennkraftmaschine 10 und damit in den Ölsumpf 36 abgelassen. Dies ist in den Fign. 7 bis 12 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 1 bis 12 gilt diese Vorgehensweise auch für den Fall, dass Motoröl aus dem Arbeitsraum 70 des ersten Stützzylinders 58 herausgedrückt wird, wenn sich der erste Stützkolben 60 weiter in den ersten Stützzylinder 58 hineinbewegt (siehe Fign. 1 bis 6). Bei dieser Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von hohem zu niedrigem Wert wäre aber eine derartige Maßnahme nicht zwingend erforderlich, da, wie oben erwähnt, die Gaskräfte ausreichend groß sind. Die zuvor beschriebene Maßnahme ist also insbesondere hilfreich bei Ausnutzung der Massenkräfte zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses, was in erster Linie zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses von einem kleinen Wert auf einen großen Wert erforderlich ist. As already mentioned above, the adjusting forces resulting from the inertial forces, in particular at low rotational speeds of the internal combustion engine, are significantly lower than the adjusting forces resulting from the gas forces. The adjustment of the compression ratio from a small value to a large value is thus much more critical than the adjustment of a large compression ratio to a small compression ratio. In order to take this circumstance into account, according to the invention, the engine oil forced out of the second support cylinder 62 when adjusting from small to large compression ratio is discharged directly into the housing 12 of the internal combustion engine 10 and thus into the oil sump 36. This is shown in FIGS. 7 to 12 shown. In the embodiment according to FIGS. 1 to 12, this procedure also applies to the case where engine oil is forced out of the working space 70 of the first support cylinder 58 when the first support piston 60 moves further into the first support cylinder 58 (see Figs. With this adjustment of the compression ratio from high to low value, however, such a measure would not be absolutely necessary since, as mentioned above, the gas forces are sufficiently large. The measure described above is therefore particularly helpful in utilizing the mass forces to change the compression ratio, which is required primarily for the adjustment of the compression ratio from a small value to a large value.
Durch das Ablassen des Motoröls aus dem zweiten Stützzylinder 62 direkt in das Gehäuse 12 der Brennkraftmaschine ist der Strömungswiderstand, den das herausgedrückte Motoröl erfährt deutlich geringer als in den Fällen, in denen das abgelassene Motoröl wieder in dem Hydraulikkreislauf direkt eingekoppelt wird. By discharging the engine oil from the second support cylinder 62 directly into the housing 12 of the internal combustion engine, the flow resistance experienced by the pressed out engine oil is significantly lower than in the cases in which the drained engine oil is directly coupled into the hydraulic circuit again.
Wie bereits oben erwähnt, bedarf es dieser Maßnahme nicht zwingend für den Fall, dass das Motoröl aus dem ersten Arbeitsraum 70 des ersten Stützzylin-
ders 58 herausgedrückt wird. In den Fign. 13 bis 24 ist daher eine Variante des Hydraulikschaltkreises mit gegenüber den Fig. 1 bis 12 alternativ ausgestaltetem Umschaltventil 90' gezeigt. Das Umschaltventil 90' ist als 2/4-Wege- ventil ausgebildet, wobei über einen der Ventilanschlüsse Motoröl direkt in das Gehäuse abgelassen werden kann, während es über einen anderen Anschluss direkt dem Hydraulikkreis zugeführt wird. Die Situationen gemäß den Fign. 13 bis 18 entspricht den in den Fign. 1 bis 6 gezeigten Situationen. Hier wird also wiederum gezeigt, wie die Verstellung des Verdichtungskolbens 16 in Richtung auf den Pleuel 18, also eine "Pleuelstauchung" erfolgt. Das aus dem ersten Arbeitsraum 70 verdrängte Motoröl gelangt dabei direkt in den Hydraulikkreislauf zurück. Demgegenüber ist die Schaltstellung des Umschaltventils 90' gemäß den Fign. 19 bis 24 derart, dass aus dem Arbeitsraum 72 des zweiten Stützzylinders 62 verdrängtes Motoröl direkt in das Gehäuse der Brennkraftmaschine 10 und damit in dessen Sumpf 36 abgelassen wird. As already mentioned above, this measure does not necessarily require the case in which the engine oil from the first working space 70 of the first supporting cylinder 58 is pushed out. In the Fign. 13 to 24 is therefore a variant of the hydraulic circuit with respect to FIGS. 1 to 12 alternatively ausgestaltetem switching valve 90 'shown. The switching valve 90 'is designed as a 2/4-way valve, it being possible to discharge engine oil directly into the housing via one of the valve connections, while it is fed directly to the hydraulic circuit via another connection. The situations according to FIGS. 13 to 18 corresponds to those in FIGS. 1 to 6 shown situations. Here, in turn, it is shown how the adjustment of the compression piston 16 in the direction of the connecting rod 18, so a "Pleuelstauchung" takes place. The displaced from the first working chamber 70 engine oil passes back directly into the hydraulic circuit. In contrast, the switching position of the switching valve 90 'according to FIGS. 19 to 24 such that from the working space 72 of the second support cylinder 62 displaced engine oil is discharged directly into the housing of the internal combustion engine 10 and thus in the sump 36.
Ein gewisses Problem der Abführung von beim Verstellen des Verdichtungsverhältnisses aus dem betreffenden Stützzylinder verdrängtem Motoröl direkt in das Gehäuse der Brennkraftmaschine besteht darin, dass es einer Fluidverbin- dung von Zulaufkanal und Ablaufkanal über den Arbeitsraum des betreffenden Stützzylinders bedarf. Solange die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses noch nicht abgeschlossen ist, ist dieser "Kurzschluss" aus den oben genannten Gründen gewünscht. Wenn sich aber der Verdichtungskolben 16 gegenüber dem Pleuel 18 bis in eine der beiden Endstellungen verschoben hat, die Brennkraftmaschine also bei dem gewünschten eingestellten Verdichtungsverhältnis arbeitet, ist es zweckmäßig, wenn dieser Kurzschluss nicht mehr existiert. Zu diesem Zweck wird nachfolgend anhand der Fign. 25 bis 28 auf mehrere Ausführungsbeispiele Bezug genommen, bei denen der Stützkolben in dem betreffenden Stützzylinder für eine Blockierung der Fluidverbindung von Zulaufkanal und Ablaufkanal sorgt. Dies wird nachfolgend am Beispiel der zweiten Zylinder/Kolben-Stützeinheit 56 erläutert, wobei in den Fign. 25 bis 28 ein Teil des Hydraulikschaltkreises der Fign. 1 bis 24 gezeigt und insbesondere die wahlweise in Fluidverbindung mit dem Auslasskanal 80 bringbare Auslassöffnung 97 gezeigt ist, die sich in der Außenseite 98 des Pleuels 18 befindet und über
die Motoröl des Hydraulikschaltkreises direkt in das Gehäuse 12 der Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 abgelassen wird. A certain problem with the discharge of engine oil displaced from the relevant support cylinder during the adjustment of the compression ratio directly into the housing of the internal combustion engine is that it requires a fluid connection between inlet channel and outlet channel via the working space of the respective support cylinder. As long as the adjustment of the compression ratio has not been completed, this "short circuit" is desired for the reasons mentioned above. However, when the compression piston 16 has moved relative to the connecting rod 18 to one of the two end positions, the internal combustion engine thus operates at the desired set compression ratio, it is expedient if this short circuit no longer exists. For this purpose, with reference to FIGS. 25 to 28 referred to several embodiments, wherein the support piston in the respective support cylinder for blocking the fluid connection of inlet channel and outlet channel provides. This will be explained below using the example of the second cylinder / piston support unit 56, wherein in FIGS. 25 to 28 a part of the hydraulic circuit of Figs. 1 to 24 and in particular the selectively selectively in fluid communication with the outlet channel 80 can be brought outlet opening 97 which is located in the outer side 98 of the connecting rod 18 and over the engine oil of the hydraulic circuit is discharged directly into the housing 12 of the reciprocating internal combustion engine 10.
Gemäß Fig. 25 weist der zweite Stützkolben 64 einen Kolbenring in Form eines Umfangs-Dichtelements 100 auf, über den der zweite Arbeitsraum 72 im zweiten Stützzylinder 62 abgedichtet ist. Bis zur Einnahme der Endstellung des Stützkolbens 64, in der dieser an der Bodenwand 68 des zweiten Stützzylinders 62 anliegt, wird die Fluidverbindung zwischen dem Zulaufkanal 76 und dem Ablaufkanal 80 aufrechterhalten. Bei am Boden 68 des ersten Stützzylinders 62 anliegenden zweiten Stützkolben 64 verschließt nun das Umfangs- Dichtelement 100 die Einmündungsöffnung 102 des Ablaufkanals 80. Die Situation könnte auch umgekehrt realisiert sein, indem nämlich die Einmündungsöffnung 104 des Zulaufkanals 76 durch das Umfangs-Dichtelement 100 verschlossen ist. According to FIG. 25, the second support piston 64 has a piston ring in the form of a peripheral sealing element 100, via which the second working space 72 in the second support cylinder 62 is sealed. Until the end position of the support piston 64, in which this rests against the bottom wall 68 of the second support cylinder 62, the fluid connection between the inlet channel 76 and the outlet channel 80 is maintained. When at the bottom 68 of the first support cylinder 62 adjacent second support piston 64 now closes the peripheral sealing element 100, the mouth opening 102 of the drain passage 80. The situation could also be realized vice versa, namely the mouth opening 104 of the inlet channel 76 is closed by the circumferential sealing element 100 ,
Fig. 26 zeigt eine Ausgestaltung für die Versperrung der Fluidverbindung zwischen dem Zulaufkanal 76 und dem Ablaufkanal 80 in Form einer Labyrinth- Dichtung 105. Hierbei ist in der dem Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 zugewandten Stirnseite 106 des zweiten Stützkolbens 64 eine ringförmige Vertiefung 108 eingearbeitet, in die ein vom Boden 68 aufragender ringförmiger Vorsprung 110 eintaucht, wenn der zweite Stützkolben 64 am Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 anliegt. Anstelle einer ringförmigen Vertiefung 108 im zweiten Stützkolben 64 können auch mehrere, vorzugsweise konzentrisch angeordnete ringförmig Vertiefungen 108 vorgesehen sein, wobei dann auch vom Boden 68 des zweiten Stützzylinders 62 mehrere vorzugsweise konzentrische, ringförmige Vorsprünge 110 aufragen. Durch diese Labyrinth-Dichtung ist die Fluidverbindung zwischen Zulaufkanal 76 und Ablaufkanal 80 versperrt. FIG. 26 shows an embodiment for the obstruction of the fluid connection between the inlet channel 76 and the outlet channel 80 in the form of a labyrinth seal 105. In this case, an annular recess 108 is incorporated in the end face 106 of the second supporting piston 64 facing the bottom 68 of the second supporting cylinder 62 in which a protruding from the bottom 68 annular projection 110 is immersed when the second support piston 64 rests against the bottom 68 of the second support cylinder 62. Instead of an annular recess 108 in the second support piston 64, a plurality of preferably concentrically arranged annular recesses 108 may be provided, in which case a plurality of preferably concentric, annular projections 110 also project from the bottom 68 of the second support cylinder 62. By this labyrinth seal the fluid connection between inlet channel 76 and outlet channel 80 is blocked.
Im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 26 ist die Vertiefung 108 im zweiten Stützkolben 64 und der Vorsprung 110 am Boden des zweiten Stützzylinders 62 ausgebildet. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Situation auch genau umgekehrt möglich ist bzw. dass bei mehreren Vertiefungen und Vorsprüngen diese wechselweise im zweiten Stützzylinder 62 und im zwei-
ten Stützkolben 64 angeordnet sein können. Entscheidend ist, dass durch das Zusammenwirken von Vertiefung und Vorsprung es zu einer Verengung und Verlängerung der Fluidverbindung zwischen Zulaufkanal 76 und Ablaufkanal 80 kommt, womit die gewünschte Abdichtwirkung erzielt wird. In the previously described embodiment according to FIG. 26, the depression 108 in the second support piston 64 and the projection 110 at the bottom of the second support cylinder 62 are formed. It should be mentioned at this point that the situation is also possible the other way round or that with several recesses and projections these alternately in the second support cylinder 62 and in the second th support piston 64 may be arranged. It is crucial that through the interaction of recess and projection, there is a constriction and extension of the fluid connection between inlet channel 76 and outlet channel 80, whereby the desired sealing effect is achieved.
In den Fign. 27 und 28 sind Ausführungsformen gezeigt, bei denen in der Stirnseite 106 des zweiten Stützkolbens 64 ein Dichtelement 112 bzw. 114 angeordnet sind, das entweder die Einmündungsöffnung 104 des Zulaufkanals 76 oder die Einmündungsöffnung 102 des Ablaufkanals 80 allseitig versperren. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 27 handelt es sich bei dem Dichtelement um einen O-Ring, während das Dichtelement 114 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 28 als Plättchen, Scheibe, Block, Streifen o.dgl . ausgebildet ist. Während gemäß Fig. 28 das Dichtelement 114 die Einmündungsöffnung 104 bzw. 102 (je nach Ausgestaltung) verschließt, bleibt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 27 die entsprechende Öffnung unverschlossen, wobei jedoch durch das Dichtelement 112 die Fluidverbindung zur jeweils anderen Einmündungsöffnung versperrt wird. In the Fign. 27 and 28 embodiments are shown in which in the end face 106 of the second support piston 64, a sealing element 112 and 114 are arranged, which obstruct either the mouth opening 104 of the inlet channel 76 or the mouth opening 102 of the drain channel 80 on all sides. In the embodiment according to FIG. 27, the sealing element is an O-ring, while the sealing element 114 of the exemplary embodiment according to FIG. 28 is a plate, disk, block, strip or the like. is trained. While according to FIG. 28 the sealing element 114 closes the inlet opening 104 or 102 (depending on the embodiment), in the embodiment according to FIG. 27 the corresponding opening remains unlocked, whereby, however, the fluid connection to the respective other opening is obstructed by the sealing element 112.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer VCR-Hubkolbenmaschine beschrieben, bei der zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses die effektive Länge des Pleuels verändert wird. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass die Erfindung nicht auf derartige VCR-Hubkolbenmaschinen beschränkt ist. Die Erfindung ist vielmehr generell anzuwenden bei der hydraulischen Verstellung einer Triebwerkskomponente unter Ausnutzung der während des Betriebs auf die Triebwerkskomponente wirkenden Kräfte. Auch ist es möglich, dass die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses durch Variation des Öldrucks unterstützt wird. The invention has been described above with reference to a VCR reciprocating engine in which the effective length of the connecting rod is changed to adjust the compression ratio. It should be emphasized at this point that the invention is not limited to such VCR reciprocating engines. Rather, the invention is generally applicable to the hydraulic adjustment of an engine component utilizing the forces acting on the engine component during operation. It is also possible that the adjustment of the compression ratio is supported by variation of the oil pressure.
Das Verdichtungsverhältnis lässt sich erfindungsgemäß für sämtliche Zylinder der Verbrennungskraftmaschine, für sämtliche Zylinder einer Zylinderbank der Verbrennungskraftmaschine und/oder für die einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine aktiv oder passiv einstellen. Hierbei wird bevorzugt die Geometrie einer Triebwerkskomponente wie beispielsweise die Pleuellänge, der
Kurbelwellenradius, die Lagerung der Kurbelwelle und/oder die Lagerung des Verdichtungskolbens am Pleuel und damit die effektive Pleuellänge verändert. Bevorzugt erfolgt dies hydraulisch, d.h. unter Einsatz eines Mediums. Hier eignet sich vor allem als Medium das Motoröl. Die aktive Verstellung bedeutet, dass durch Einwirken von externen Verstellkräften auf den Verstellmechanismus eine Verstellung der betreffenden Triebwerkskomponente erzielt wird. Die passive Verstellung besagt, dass auf die Triebwerkskomponente beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wirkende Kräfte wie die Gasdruckkräfte und die Massenkräfte ausgenutzt werden, um eine Verstellung der Triebwerkskomponente zu bewirken. Bei der passiven Verstellung kommt es also aufgrund der Ausnutzung dieser Kräfte zu einer automatischen Verstellung der Triebwerkskomponente, während bei der aktiven Verstellung von außen, d.h. zusätzlich zu den zuvor genannten wirkenden Kräften oder unabhängig von diesen noch weitere Verstellkräfte eingebracht werden.
According to the invention, the compression ratio can be actively or passively set for all cylinders of the internal combustion engine, for all cylinders of a cylinder bank of the internal combustion engine and / or for the individual cylinders of the internal combustion engine. In this case, preference is given to the geometry of an engine component such as, for example, the connecting rod length, the Crankshaft radius, the bearing of the crankshaft and / or the storage of the compression piston on the connecting rod and thus changed the effective connecting rod length. This is preferably done hydraulically, ie using a medium. Here, the motor oil is especially suitable as a medium. The active adjustment means that an adjustment of the relevant engine component is achieved by the action of external adjusting forces on the adjusting mechanism. The passive adjustment means that acting on the engine component during operation of the internal combustion engine forces such as the gas pressure forces and the inertial forces are utilized to effect an adjustment of the engine component. In the case of passive adjustment, therefore, due to the utilization of these forces, an automatic adjustment of the engine component takes place, while in the active adjustment from the outside, ie in addition to the aforementioned acting forces or independently thereof, further adjusting forces are introduced.
Bezugszeichenliste Hubkolben-Brennkraftmaschine List of reciprocating piston internal combustion engine
Gehäuse casing
Zylinder cylinder
Verdichtungskolben compression piston
Pleuel pleuel
Brennraum combustion chamber
Auslasskanal exhaust port
Kurbelwelle crankshaft
Gegengewichte counterweights
Hubzapfen crank pins
Kurbelwellenpleuellager Kurbelwellenpleuellager
Schmiermittelpfad lubricant path
Motoröl-Pumpe Engine oil pump
Ölsumpf oil sump
Verstellelement adjustment
Verstellhebel adjusting
Schwenkpunkt des Verstellelements/Verstellhebels Lagerzapfen für den Verdichtungskolben Pivot point of the adjusting element / adjusting lever Bearing journal for the compression piston
erstes Ende des Verstellelements first end of the adjusting element
zweites Ende des Verstellelements second end of the adjusting element
Kolbenstange piston rod
Kolbenstange piston rod
Zylinder/Kolben-Stützeinheit Cylinder / piston support unit
Zylinder/Kolben-Stützeinheit Cylinder / piston support unit
Stützzylinder supporting cylinders
Stützkolben support piston
Stützzylinder supporting cylinders
Stützkolben support piston
Boden, Bodenwand des Stützzylinders Floor, bottom wall of the support cylinder
Boden, Bodenwand des Stützzylinders Floor, bottom wall of the support cylinder
Arbeitsraum des Stützzylinders
72 Arbeitsraum des Stützzylinders Working space of the support cylinder 72 working space of the support cylinder
74 Zulaufkanal zum Arbeitsraum 74 inlet channel to the working area
76 Zulaufkanal zum Arbeitsraum 76 inlet channel to the working area
78 Ablaufkanal vom Arbeitsraum 78 drainage channel from the working area
80 Ablaufkanal vom Arbeitsraum 80 drainage channel from the work area
82 Blende des Hydraulikschaltkreises 82 Iris of the hydraulic circuit
84 Blende des Hydraulikschaltkreises 84 Iris of the hydraulic circuit
86 Rückschlagventil des Hydraulikschaltkreises 86 Check valve of the hydraulic circuit
88 Rückschlagventil des Hydraulikschaltkreises88 Check valve of the hydraulic circuit
90 Umschaltventil des Hydraulikschaltkreises90 Changeover valve of the hydraulic circuit
90' Umschaltventil des Hydraulikschaltkreises90 'reversing valve of the hydraulic circuit
92 Kanal 92 channel
94 Pfeil 94 arrow
96 Pfeil 96 arrow
97 Auslassöffnung 97 outlet opening
98 Außenseite des Pleuels 98 outside of the connecting rod
100 Umfangs-Dichtelement 100 circumferential sealing element
102 Einmündungsöffnung des Ablaufkanals 102 mouth of the drainage channel
104 Einmündungsöffnung des Zulaufkanals104 mouth of the inlet channel
105 Labyrinth-Dichtung 105 labyrinth seal
106 Stirnseite des Stützkolbens 106 Front side of the support piston
108 Vertiefung 108 deepening
110 Vorsprung 110 advantage
112 Dichtelement 112 sealing element
114 Dichtelement
114 sealing element