DE102018111437A1 - 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, wobei wenigstens ein Stützzylinder (46, 48) wenigstens eine Hydraulikölbohrung (66, 68) aufweist, und wobei der Stützkolben (50, 52) Mittel (84, 88) aufweist, so dass ein Hydraulikölflußwiderstand der wenigstens einen Hydraulikölbohrung (66, 68) vor Erreichen wenigstens einer Endlage des Pleuels (18) erhöht ist.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 support cylinder (46, 48), wherein at least one support cylinder (46, 48) at least one hydraulic oil bore (66, 68), and wherein the support piston (50, 52) means (84, 88), so a hydraulic oil flow resistance of the at least one hydraulic oil bore (66, 68) is increased before reaching at least one end position of the connecting rod (18).
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
Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, umfassend 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, wobei wenigstens ein Stützzylinder wenigstens eine Hydraulikölbohrung aufweist, und wobei der Stützkolben Mittel aufweist, so dass ein Hydraulikölflußwiderstand der wenigstens einen Hydraulikölbohrung vor Erreichen wenigstens einer Endlage des Pleuels erhöht ist. Als Mittel im Sinne der Erfindung werden dabei jegliche konstruktive Änderungen eines Stützkolbens verstanden, welche zur Erhöhung eines Hydaulikölflußwiderstandes dienen. Dabei können diese Mittel sowohl durch Auftragung als auch durch Abtragung von Material gebildet sein. Als Endlage des Pleuels wird dabei die maximale oder minimale Pleuellänge des längenveränderlichen Pleuels bezeichnet. Durch den Hydraulikölflußwiderstand lassen sich Rückschlüsse ziehen, wie schnell das Hydrauliköl den Stützzylinder verlässt. Durch eine Erhöhung des Hydraulikölflußwiderstandes wird im Gegenzug die Geschwindigkeit mit dem das Hydrauliköl den Stützzylinder verlässt, verlangsamt. Durch einen Anstieg des Hydraulikölflußwiderstandes und damit einer Verlangsamung der Abflußgeschwindigkeit des Hydrauliköls vor Erreichen einer Endlage des Pleuels erfährt der Stützkolben einen wesentlichen Abbremseffekt.Reciprocating piston engine, in particular an internal combustion engine, with a variable compression ratio, comprising a crankshaft, at least one crankshaft movable connecting rod having a connecting rod shank, carried by the connecting rod compression piston, preferably a combustion chamber piston, which is adjustable by means of an eccentric and an adjusting mechanism, wherein the adjusting mechanism has at least one support piston movable in a support cylinder of the connecting rod, which is arranged in a support cylinder located in the connecting rod, wherein at least one support cylinder has at least one hydraulic oil bore, and wherein the support piston has means such that a hydraulic oil flow resistance of the at least one hydraulic oil bore before reaching is increased at least one end position of the connecting rod. As means in the context of the invention, any structural changes of a support piston are understood, which serve to increase a Hydaulikölflußwiderstandes. These agents can be formed both by application and by removal of material. The end position of the connecting rod is the maximum or minimum connecting rod length of the length-adjustable connecting rod. The hydraulic oil flow resistance allows conclusions to be drawn as to how quickly the hydraulic oil leaves the support cylinder. By increasing the Hydraulikölflußwiderstandes in turn, the speed at which the hydraulic oil leaves the support cylinder, slowed down. Due to an increase in the Hydraulikölflußwiderstandes and thus a slowing down of the discharge rate of the hydraulic oil before reaching an end position of the connecting rod of the support piston undergoes a significant Abbremseffekt.
Dadurch wird die Geschwindigkeit des Kolbens kurz vor dem Auftreffen auf den Boden des Stützzylinders, durch welchen die Verstellbewegung des Kolbens in der Regel durch einen „harten“ metallischen Endanschlag begrenzt wird, reduziert, so dass eine mechanische Belastung im System weiter minimiert werden kann. Dadurch können im Gegenzug die Verstellzeiten weiter verkürzt und damit die Verstell- und Auftreffgeschwindigkeiten weiter gesteigert werden, ohne das System derart mechanisch zu belasten, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit signifikant erhöht wird.As a result, the speed of the piston is reduced shortly before hitting the bottom of the support cylinder, through which the adjustment of the piston is usually limited by a "hard" metallic end stop, so that a mechanical load in the system can be further minimized. As a result, in turn, the adjustment can be further shortened and thus the adjustment and Auftreffgeschwindigkeiten be further increased without burdening the system so mechanically that the probability of failure is significantly increased.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Stützzylinder wenigstens zwei Hydraulikölbohrungen auf. Dies hat den Vorteil, dass der Hydraulikölflußwiderstand lediglich vorzugsweise einer der zwei Hydraulikölbohrungen erhöht werden kann. Zudem haben zwei Hydraulikölbohrungen den Vorteil, dass jede Bohrung bezüglich ihrer Funktion optimal positionierbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the support cylinder has at least two hydraulic oil holes. This has the advantage that the Hydraulikölflußwiderstand only preferably one of the two hydraulic oil holes can be increased. In addition, two hydraulic oil holes have the advantage that each hole can be optimally positioned with regard to its function.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der zwei Hydraulikölbohrungen in einer Zylinderwand des Stützzylinders angeordnet. Als Zylinderwand im Sinne der Erfindung wird dabei die den Zylinder radial begrenzende Wand angesehen. Dies ermöglicht eine gute Füllung des Stützzylinders mit Hydrauliköl.In a further preferred embodiment, at least one of the two hydraulic oil holes is arranged in a cylinder wall of the support cylinder. As a cylinder wall in the context of the invention, the cylinder radially limiting wall is considered. This allows a good filling of the support cylinder with hydraulic oil.
Vorzugsweise ist das Mittel eine Umfangsfläche des Stützkolbens, welche vor Erreichen der Endlage des Pleuels die Hydraulikölbohrung in der Zylinderwand verschließt. Dadurch wird ein Gesamtabflussquerschnitt für Hydrauliköl verkleinert, so dass ein Hydraulikölflußwiderstand erhöht ist. Diese Merkmale haben den Vorteil, dass die Hydraulikölbohrung in der Zylinderwand genau positionierbar ist, so dass der Stützkolben die Hydraulikölbohrung vor Erreichen einer Endlage verschließt. Zudem ist damit auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Endlagendämpfung möglich.Preferably, the means is a peripheral surface of the support piston, which closes the hydraulic oil bore in the cylinder wall before reaching the end position of the connecting rod. As a result, a total drainage area for hydraulic oil is reduced, so that a hydraulic oil flow resistance is increased. These features have the advantage that the hydraulic oil hole in the cylinder wall can be accurately positioned, so that the support piston closes the hydraulic oil hole before reaching an end position. In addition, this is a simple and economical way a cushioning possible.
Vorteilhafterweise ist das Mittel eine Aussparung in der Umfangsfläche des Stützkolbens, welche vor Erreichen der Endlage des Pleuels die Hydraulikölbohrung in der Zylinderwand überdeckt. Als Aussparung wird dabei eine Materialabtragung an der Umfangsfläche des Stützkolbens angesehen. Durch diese Aussparung wird der Hydraulikölflußwiderstand der Hydraulikölbohrung in der Zylinderwand erhöht. Diese Merkmale haben den Vorteil, dass eine Endlagendämpfung durch eine einfache Anpassung des Stützkolbens möglich ist.Advantageously, the means is a recess in the peripheral surface of the support piston, which covers the hydraulic oil bore in the cylinder wall before reaching the end position of the connecting rod. As a recess while a material removal on the peripheral surface of the support piston is considered. This recess increases the hydraulic oil flow resistance of the hydraulic oil bore in the cylinder wall. These features have the advantage that a cushioning by a simple adjustment of the support piston is possible.
Besonders bevorzugt weist die Aussparung in einer zur Endlage des Pleuels gerichteten Bewegung des Stützkolbens eine konstante Größe auf. Dies bedeutet, dass über die gesamte axiale Ausdehnung der Aussparung ein radialer Abstand zur Stützzylinderwand gleich ist. Dies ermöglicht eine einfache und wirtschaftliche Fertigung des Stützkolbens.Particularly preferably, the recess has a constant size in a movement of the support piston directed towards the end position of the connecting rod. This means that over the entire axial extent of the recess, a radial distance to the support cylinder wall is the same. This allows a simple and economical production of the support piston.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aussparung in einer zur Endlage des Pleuels gerichteten Bewegung des Stützkolbens wenigstens eine die Aussparung verkleinernde Stufe auf. Dies bedeutet, dass sich die Aussparung in axialer Richtung, ausgehend von einem Kolbenboden, welcher in Kontakt mit dem Hydrauliköl ist, stufenförmig radial verkleinert. Dadurch kann der Hydraulikölflußwiderstand und damit der Abbremseffekt bei einer weiteren Annäherung an die Endlage des Stützkolbens weiter erhöht werden.In a preferred embodiment, the recess in a directed to the end position of the connecting rod movement of the support piston on at least one recess reducing step. This means that the recess in the axial direction, starting from a piston head, which is in contact with the hydraulic oil, stepped radially reduced. As a result, the Hydraulikölflußwiderstand and thus the Abbremseffekt be further increased in a further approach to the end position of the support piston.
Vorzugsweise verkleinert sich die Aussparung in einer zur Endlage des Pleuels gerichteten Bewegung des Stützkolbens konstant. Dies bedeutet, dass sich die Aussparung in axialer Richtung, ausgehend von einem Kolbenboden, welcher in Kontakt mit dem Hydrauliköl ist, konstant radial verkleinert. Dadurch kann der Hydraulikölflußwiderstand und damit der Abbremseffekt stetig bis zum Erreichen der Endlage des Stützkolbens erhöht werden. Durch eine stetige Erhöhung des Abbremseffektes kann eine mechanische Belastung auf die Hubkolbenmaschine gering gehalten werden.Preferably, the recess decreases in a direction of the end position of the connecting rod directed movement of the support piston constant. This means that the recess in the axial direction, starting from a piston head, which is in contact with the hydraulic oil, constantly reduced radially. As a result, the Hydraulikölflußwiderstand and thus the Abbremseffekt be steadily increased until reaching the end position of the support piston. Through a steady increase in the braking effect, a mechanical load on the reciprocating engine can be kept low.
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, -
2 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
3 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und -
4 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a first embodiment of the invention, -
2 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a second embodiment of the invention, -
3 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a third embodiment of the invention, and -
4 A reciprocating engine with a variable compression ratio according to a fourth embodiment of the invention.
In
In weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können mehrere Stufen
Obwohl die Endlagendämpfung in den voran gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich an einem einzigen Stützzylinder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2017/0082021 A1 [0002]US 2017/0082021 A1 [0002]
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US20170082021A1 (en) | 2014-05-15 | 2017-03-23 | Fev Gmbh | Variable compression ratio piston machine and method for adjusting the variable compression ratio piston machine |
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