DE102018111435A1 - Reciprocating engine with variable compression ratio - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine (10), insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, und einen Pleuel (18) für eine solche Hubkolbenmaschine (10). Die Hubkolbenmaschine umfasst eine Kurbelwelle (14), mindestens einen von der Kurbelwelle (14) bewegbaren Pleuel (18), der einen Pleuelschaft (26) aufweist, einen von dem Pleuel (18) getragenen Verdichtungskolben (34), vorzugsweise einem Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters (38) und eines Verstellmechanismus (42) verstellbar ist, wobei der Verstellmechanismus (42) mindestens einen in einem Stützzylinder (46, 48) des Pleuels (18) verfahrbaren Stützkolben (50, 52) aufweist, der in einem in dem Pleuelshaft (26) befindlichen Stützzylinder (46, 48) angeordnet ist, und ein mechanisches Mittel (66) zum Aufbringen eines Drehmomentes auf den Exzenter (38).The invention relates to a reciprocating piston engine (10), in particular an internal combustion engine, with a variable compression ratio, and a connecting rod (18) for such a reciprocating piston engine (10). The reciprocating piston engine comprises a crankshaft (14), at least one connecting rod (18) movable by the crankshaft (14) and having a connecting rod shank (26), a compression piston (34) carried by the connecting rod (18), preferably a combustion chamber piston an eccentric (38) and an adjusting mechanism (42) is adjustable, wherein the adjusting mechanism (42) at least one in a support cylinder (46, 48) of the connecting rod (18) movable support piston (50, 52), in one in the Pleuelshaft (26) located supporting cylinder (46, 48) is arranged, and a mechanical means (66) for applying a torque to the eccentric (38).
Description
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderlichen Verdichtungsverhältnis und einen Pleuel für eine solche Hubkolbenmaschine.The invention relates to a reciprocating engine with a variable compression ratio and a connecting rod for such a reciprocating engine.
Aus der
Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, umfasst eine Kurbelwelle, mindestens einen von der Kurbelwelle bewegbaren Pleuel, der einen Pleuelschaft aufweist, einen von dem Pleuel getragenen Verdichtungskolben, vorzugsweise einem Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters und eines Verstellmechanismus verstellbar ist, wobei der Verstellmechanismus mindestens einen in einem Stützzylinder des Pleuels verfahrbaren Stützkolben aufweist, der in einem in dem Pleuelshaft befindlichen Stützzylinder angeordnet ist, und ein mechanisches Mittel zum Aufbringen eines Drehmomentes auf den Exzenter. Unter einem mechanischen Mittel wird dabei ein zusätzliches Bauteil verstanden, welches allein durch seine Anordnung in der Hubkolbenmaschine eine Kraft und damit ein Drehmoment auf den Exzenter ausübt. Durch das Drehmoment wird dadurch eine Vorspannung auf den Exzenter und damit auf den Verdichtungskolben aufgebracht. Das Drehmoment auf den Exzenter wird dabei vorzugsweise permanent aufgebracht. Die an dem Exzenter ungleich wirkenden Kräfte können dadurch ausgeglichen werden.The reciprocating piston engine according to the invention, in particular an internal combustion engine with a variable compression ratio, comprises a crankshaft, at least one connecting rod movable by the crankshaft, having a connecting rod shaft, a compression piston carried by the connecting rod, preferably a combustion chamber piston which is adjustable by means of an eccentric and an adjusting mechanism wherein the adjusting mechanism comprises at least one supporting piston displaceable in a supporting cylinder of the connecting rod, which is arranged in a supporting cylinder located in the connecting rod, and a mechanical means for applying a torque to the eccentric. Under a mechanical means while an additional component is understood, which exerts only by its arrangement in the reciprocating engine, a force and thus a torque on the eccentric. As a result of the torque, a preload is applied to the eccentric and thus to the compression piston. The torque on the eccentric is preferably applied permanently. The unequal forces acting on the eccentric can be compensated.
Dies hat den Vorteil, dass die in der Regel zum Ausgleich dieser Kräfte mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildeten Stützkolben beziehungsweise Stützzylinder aneinander angeglichen oder sogar gleich ausgebildet sein können. Durch eine Angleichung der Durchmesser muss während einer Bewegung der Stützkolben, durch eine ähnliche Volumenänderung in beiden Stützzylindern, weniger Öl dem Verstellmechanismus zu- oder abgeführt werden. Dadurch kann eine Ölunterversorgung der Stützzylinder oder von Lagern vermieden werden. Auch kann durch die Vorspannung des Exzenters und damit die Verringerung der Kolbendurchmesser die Größe des Pleuels reduziert werden, wodurch dieses in bauraumkritischen Bereichen einsetzbar ist und Material eingespart wird, so dass der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen gesenkt werden können.This has the advantage that the usually formed to compensate for these forces with different diameters support piston or support cylinder can be matched to each other or even formed the same. By adjusting the diameters, during a movement of the support pistons, less oil must be added to or removed from the adjustment mechanism by a similar volume change in both support cylinders. As a result, an oil shortage of the support cylinder or bearings can be avoided. Also, the size of the connecting rod can be reduced by the bias of the eccentric and thus the reduction of the piston diameter, whereby this can be used in space-critical areas and material is saved, so that fuel consumption and emissions can be reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bringt das mechanische Mittel ein Drehmoment in Richtung eines hohen Verdichtungsverhältnisses auf den Exzenter auf. Als ein hohes Verdichtungsverhältnis im Sinne der Erfindung wird dabei eine durch den Exzenter bewirkte Verstellung des Verdichtungskolbens bezeichnet, bei welcher dieser in Richtung eines Zylinderkopfes verstellt ist, so dass ein Brennkammervolumen reduziert ist. Das Drehmoment, das das mechanische Mittel auf den Exzenter aufbringt bewirkt dabei die vorgenannte Verstellung beziehungsweise eine Vorspannung in diese Richtung. Dadurch kann eine hydraulische Vorspannung gesenkt werden.In a preferred embodiment of the invention, the mechanical means applies a torque in the direction of a high compression ratio to the eccentric. As a high compression ratio in the context of the invention thereby caused by the eccentric adjustment of the compression piston is referred to, in which this is adjusted in the direction of a cylinder head, so that a combustion chamber volume is reduced. The torque that applies the mechanical means on the eccentric causes the aforementioned adjustment or a bias in this direction. As a result, a hydraulic bias can be lowered.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mechanische Mittel eine Feder. Als Feder wird dabei ein Bauteil verstanden, bei welchem durch elastische Verformung eine Energie speicherbar ist. Eine Feder hat den Vorteil, dass sie ein einfaches Bauteil ist, welches kostengünstig herstellbar ist. Dadurch kann auf einfache und wirtschaftliche Weise die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden.In a further preferred embodiment, the mechanical means is a spring. As a spring is understood a component in which by elastic deformation energy can be stored. A spring has the advantage that it is a simple component, which is inexpensive to produce. This can be solved in a simple and economical manner, the object underlying the invention.
Vorzugsweise ist die Feder in dem Stützzylinder angeordnet und übt eine Druckkraft auf den in diesem Stützzylinder verfahrbaren Stützkolben aus. Eine Anordnung der Feder ist dadurch ohne konstruktive Änderungen des Gesamtsystems möglich, so dass die Feder kostengünstig eingebaut werden kann und in bestehende System nachrüstbar ist.Preferably, the spring is arranged in the support cylinder and exerts a compressive force on the movable in this support cylinder support piston. An arrangement of the spring is thereby possible without structural changes of the overall system, so that the spring can be installed inexpensively and can be retrofitted into existing system.
Vorteilhafterweise ist die Feder zwischen dem Verdichtungskolben und dem Verstellmechanismus angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Feder leichter und damit kostengünstiger einbaubar und wartbar ist.Advantageously, the spring between the compression piston and the adjusting mechanism is arranged. This has the advantage that the spring is easier and thus less expensive to install and maintain.
Besonders bevorzugt ist die Feder zwischen dem Verdichtungskolben und dem Exzenter angeordnet. Dabei kann die Feder vorzugsweise direkt an dem Exzenter oder alternativ an einem formschlüssig mit dem Exzenter verbundenen Exzenterhebel angreifen. Dies hat den Vorteil, dass ein Drehmoment, das auf den Exzenter wirkt noch genauer einstellbar ist.Particularly preferably, the spring between the compression piston and the eccentric is arranged. In this case, the spring can preferably act directly on the eccentric or alternatively on a form-fitting connected to the eccentric eccentric lever. This has the advantage that a torque acting on the eccentric is even more precisely adjustable.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder eine Torsionsfeder. Eine Torsionsfeder hat den Vorteil, dass sie platzsparend um den Exzenter anordenbar ist.In a preferred embodiment, the spring is a torsion spring. A torsion spring has the advantage that it can be arranged to save space around the eccentric.
Vorzugsweise weist der Verstellmechanismus zwei Stützzylinder mit verfahrbaren Stützkolben auf, wobei ein Durchmesser beider Stützzylinder gleich groß ist. Dadurch muss kein Öl dem Verstellmechanismus zu- oder abgeführt werden, so dass eine Ölunterversorgung der Stützzylinder oder von Lagern vermieden werden.Preferably, the adjustment mechanism comprises two support cylinders with movable support pistons, wherein a diameter of both support cylinders is the same size. As a result, no oil must be added to or removed from the adjustment mechanism, so that an oil shortage of the support cylinders or bearings can be avoided.
Die Erfindung umfasst zusätzlich einen Pleuel mit einem Stützzylinder und einem mechanischen Mittel für eine Hubkolbenmaschine. Mittels eines solchen Pleuels können die zu der Hubkolbenmaschine genannten Vorteile erzielt werden. The invention additionally comprises a connecting rod with a support cylinder and a mechanical means for a reciprocating engine. By means of such a connecting rod, the advantages mentioned for the reciprocating piston engine can be achieved.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt
-
1 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und -
2 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a first embodiment of the invention, and -
2 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a second embodiment of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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