DE102020002316B3 - Internal combustion engine with adjustable connecting rod - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit einem verstellbaren Verdichtungsverhältnis durch ein in seiner Länge verstellbares Pleuel. Hierzu sind ein Pleueloberteil und ein Pleuelunterteil über eine dreh- und verriegelbare Gewindebuchse mit zwei entgegengesetzt ausgerichteten Steilgewinden verbunden. Bei entriegelter Gewindebuchse erfolgt die Verstellung zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis durch am Pleuel periodisch wirkende Druckkräfte, während zur Verstellung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis periodisch am Pleuel wirkende Zugkräfte genutzt werden. Eine vorgespannten Torsionsfeder der Gewindebuchse unterstützt die Verstellung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis. Durch eine Bremsfeder wird die Verdrehung der Gewindebuchse am Verstellende verzögert.

The invention relates to internal combustion engines with an adjustable compression ratio by means of a connecting rod which is adjustable in length. For this purpose, a connecting rod upper part and a connecting rod lower part are connected via a rotatable and lockable threaded bushing with two oppositely aligned coarse threads. When the threaded bushing is unlocked, the adjustment to a low compression ratio takes place by pressure forces acting periodically on the connecting rod, while tensile forces acting periodically on the connecting rod are used to adjust to a high compression ratio. A pre-tensioned torsion spring on the threaded bushing supports the adjustment to a high compression ratio. The twisting of the threaded bushing at the end of the adjustment is delayed by a brake spring.

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit einer verstellbaren Verdichtung. Ein Verdichtungsverhältnis drückt die Höhe einer von einem Hubkolben im Verdichtungstakt vorgenommenen Gasverdichtung in ein im oberen Totpunkt verbleibendes Brennraumvolumen aus. Eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bewirkt Wirkungsgradvorteile. Bei Ottomotoren von Kraftfahrzeugen mit häufig wechselnden Betriebsbedingungen zwischen Teillast- und Volllastbetrieb ist das maximal nutzbare Verdichtungsverhältnis jedoch abhängig von der betriebsabhängig variablen Frischgasmenge. Denn bei einem für eine bestimmte Frischgasmenge zu hohem Verdichtungsverhältnis führen zu hohe Verdichtungstemperaturen zu einer Selbstentzündung des Frischgases. Hiernach setzt eine zu früh beginnende unkontrollierte Verbrennung mit schädlich hohen Verbrennungsdrücken ein. Während ein bei hoher Motorleistung niedrig eingestelltes Verdichtungsverhältnis eine Frischgas-Selbstentzündung verhindert, bewirkt ein bei Teillastbetrieb mit geringer Frischgasmenge hoch eingestelltes Verdichtungsverhältnis Vorteile hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emission. Bei Dieselmotoren können durch ein den wechselnden Betriebsbedingungen angepasstes Verdichtungsverhältnis neben Kraftstoffverbrauchs- und CO₂-Vorteilen auch NO_x-Vorteile erzielt werden.The invention relates to internal combustion engines with adjustable compression. A compression ratio expresses the amount of gas compression carried out by a reciprocating piston in the compression stroke into a combustion chamber volume remaining at top dead center. An increase in the compression ratio of an internal combustion engine brings about advantages in terms of efficiency. In the case of gasoline engines in motor vehicles with frequently changing operating conditions between part-load and full-load operation, however, the maximum usable compression ratio is dependent on the fresh gas quantity that is variable depending on the operation. This is because if the compression ratio is too high for a certain amount of fresh gas, excessively high compression temperatures lead to spontaneous ignition of the fresh gas. This is followed by uncontrolled combustion that begins too early with harmful high combustion pressures. While a compression ratio set low when the engine output is high prevents fresh gas spontaneous ignition, a compression ratio set high during partial load operation with a small amount of fresh gas produces advantages in terms of fuel consumption and CO ₂ emissions. In the case of diesel engines, a compression ratio adapted to the changing operating conditions can _{achieve not only fuel consumption and CO 2} advantages, but also NO _x advantages.

Unter mehreren unterschiedlichen Lösungen für eine Verdichtungsverstellung sind insbesondere Lösungen bekannt, die zwischen einem Kolbenbolzen und einem dem Pleuel zugehörigen Pleuelkopf einen schwenkbar angeordneten Exzenter aufweisen. Hierdurch kann indirekt die effektive Länge eines Pleuels verstellt werden. Weiterhin sind auch Lösungen mit direkt verstellbarer Pleuellänge bekannt. Weitgehend ist allen bekannten Lösungen gemeinsam, dass für die Verstellung der Verdichtung die vom Hubkolben verursachten, periodische wechselnden Pleueldruck- und Pleuelzugkräfte genutzt werden, während die jeweilige Ausbildungsart die Umsetzung der Verstellung aufzeigt.Among several different solutions for a compression adjustment, in particular solutions are known which have a pivotably arranged eccentric between a piston pin and a connecting rod head associated with the connecting rod. This allows the effective length of a connecting rod to be adjusted indirectly. Solutions with a directly adjustable connecting rod length are also known. To a large extent, all known solutions have in common that the periodically changing connecting rod pressure and connecting rod tensile forces caused by the reciprocating piston are used to adjust the compression, while the respective type of training shows the implementation of the adjustment.

Die DE102020001743A1 zeigt für eine Brennkraftmaschine eine Lösung, bei der ein zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuelkopf angeordneter Exzenter von einer Rückstellfeder vorgespannt ist. Während die Verstellung zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen durch Kolbengaskräfte erfolgt, unterstützt die Rückstellfeder die Rückverstellung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis. Durch eine Bremsfeder wird eine verschleißarme Verriegelung des Exzenters erzielt.The DE102020001743A1 shows a solution for an internal combustion engine in which an eccentric arranged between a piston pin and a connecting rod head is pretensioned by a return spring. While the adjustment to a low compression ratio takes place essentially through piston gas forces, the return spring supports the adjustment to a high compression ratio. A low-wear locking of the eccentric is achieved by a brake spring.

Die DE102016117875A1 zeigt eine weitere Lösung, bei der der Verstellablauf eines zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuelkopf angeordneten Exzenters durch zwei an einer Pleuelstange sich hydraulisch abstützende Verstellkolben kontrolliert und bedämpft wird. Ein am Pleuel angeordnetes, mechanisch betätigtes Umschaltventil beaufschlagt wechselweise die Verstellkolben mit Öldruck.The DE102016117875A1 shows a further solution in which the adjustment process of an eccentric arranged between a piston pin and a connecting rod head is controlled and damped by two adjusting pistons which are hydraulically supported on a connecting rod. A mechanically operated switch valve arranged on the connecting rod alternately applies oil pressure to the adjusting pistons.

Weiterhin ist aus der DE102019115994A1 eine Lösung bekannt, bei der ein in einem Pleuelkopf schwenkbar angeordneter Exzenter mit dem ihn umschließenden Pleuelkopf Kammern aufweist, die hydraulisch schaltbar mit Öldruck beaufschlagt sind und ein Moment zum Verschwenken des Exzenters erzeugen. Durch entsprechend ausgebildete Drosselquerschnitte kann auch eine abbremsende Bedämpfung der Verschwenkung erzielt werden, um mechanische Schäden an die Verstellung begrenzenden Anschlägen zu vermeiden.Furthermore, from the DE102019115994A1 a solution is known in which an eccentric pivotably arranged in a connecting rod head has chambers with the connecting rod head surrounding it, which are hydraulically switchable with oil pressure and generate a moment for pivoting the eccentric. By means of appropriately designed throttle cross-sections, a braking damping of the pivoting can also be achieved in order to avoid mechanical damage to the stops that limit the adjustment.

Die DE102010061361A1 zeigt ein Umschaltventil für eine Verdichtungsverstellung einer Brennkraftmaschine, das in einer Pleuelstange mit einer effektiv durch einen Exzenter verstellbaren Pleuellänge angeordnet ist. Das Umschaltventil wird vom Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt und schaltet in Abhängigkeit von der regelbaren Höhe des Öldrucks das Verdichtungsverhältnis um.The DE102010061361A1 shows a switching valve for a compression adjustment of an internal combustion engine, which is arranged in a connecting rod with a connecting rod length that can be effectively adjusted by an eccentric. The switching valve is acted upon by the oil pressure of the internal combustion engine and switches the compression ratio depending on the controllable level of the oil pressure.

Die DE102017107720A1 zeigt eine hydraulische Lösung für ein in seiner Länge verstellbares Pleuel, wobei ein Pleuelunterteil über eine Zylinder-Kolbeneinheit mit einem verschiebbaren Pleueloberteil verbunden ist. Der beidseitig mit Öldruck beaufschlagbare Kolben überträgt die Pleuelkraft und bewirkt die Verstellung der Pleuellänge.The DE102017107720A1 shows a hydraulic solution for a connecting rod whose length is adjustable, a connecting rod lower part being connected to a displaceable connecting rod upper part via a cylinder-piston unit. The piston, which can be pressurized on both sides, transmits the connecting rod force and adjusts the connecting rod length.

Die DE102019102413A1 zeigt eine mechanische Lösung für ein in seiner Länge verstellbares Pleuel. Hierbei ist ein Pleuelunterteil über ein verdrehbares Gewindeelement mit zwei gegenläufig ausgebildeten Gewinden mit einem Pleueloberteil verbunden. Die Verdrehung des Gewindeelements erfolgt über mechanisch aktivierbare Betätigungskontakte, die die rotatorisch-translatorisch ablaufende Pleuelbewegung nutzen.The DE102019102413A1 shows a mechanical solution for a connecting rod with adjustable length. Here, a connecting rod lower part is connected to a connecting rod upper part via a rotatable threaded element with two opposing threads. The twisting of the threaded element takes place via mechanically activated actuation contacts that use the rotary-translatory connecting rod movement.

Aus der AT519012A4 geht eine Lösung für ein in seiner Länge verstellbares Pleuel hervor, bei der ein mit einem Steilgewinde ausgebildetes Gewindeelement eine Längenverstellung ermöglicht. Ein Keilelement dient der schaltbaren Sperre der Längenverstellung.From the AT519012A4 is a solution for a connecting rod adjustable in its length, in which a threaded element designed with a coarse thread enables a length adjustment. A wedge element is used to switch the length adjustment lock.

Die DE102016114978A1 zeigt für einen zur Längenverstellung eines Pleuels genutzten Exzenter zu dessen Ver- und Entriegelung hydraulisch entriegelbare Verriegelungskolben.The DE102016114978A1 shows for an eccentric used to adjust the length of a connecting rod for its locking and unlocking hydraulically unlockable locking piston.

In der DE102018111435A1 ist ein zur Längenverstellung eines Pleuels genutzter Exzenter von einer Torsionsfeder vorgespannt, wodurch eine Verlängerung des Pleuels unterstützt wird.In the DE102018111435A1 is an eccentric from a torsion spring preloaded, whereby an extension of the connecting rod is supported.

Es ist Aufgabe der Erfindung für eine zweistufige Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine eine Lösung zu schaffen, die bei kompakter und kostengünstiger Ausbildung betriebssicher verstellt werden kann.It is the object of the invention to create a solution for a two-stage adjustment of the compression ratio of an internal combustion engine, which can be adjusted in an operationally reliable manner with a compact and inexpensive design.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Hauptanspruch, weitere Unteransprüche beschreiben die Ausgestaltung der Erfindung.This object is achieved according to the main claim; further subclaims describe the embodiment of the invention.

In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine als Ottomotor mit zumindest einem Zylinder ausgebildet. Die erfindungsgemäße Lösung für die Verdichtungsverstellung verwendet ein in seiner Länge verstellbares Pleuel, das die von einem Hubkolben über einen Kolbenbolzen einwirkenden Kräfte auf einen Hubzapfen einer Kurbelwelle überträgt und ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Das mehrteilig ausgebildete Pleuel weist im Wesentlichen ein den Kolbenbolzen umschließendes Pleueloberteil und ein auf dem Hubzapfen gelagertes Pleuelunterteil auf, die über ein verstellbares Gewindeelement verbunden sind. Das Gewindeelement ist vorzugsweise als Gewindebuchse mit zwei gegenläufigen Innengewinden ausgebildet, die jeweils in Eingriff mit entsprechenden Außengewinden des Pleueloberteils und des Pleuelunterteils stehen. Durch eine Verdrehung der Gewindebuchse verstellt sich die Länge des Pleuels und damit das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine.In a preferred application of the invention, the internal combustion engine is designed as a gasoline engine with at least one cylinder. The solution according to the invention for the compression adjustment uses a length-adjustable connecting rod which transmits the forces acting from a reciprocating piston via a piston pin to a crank pin of a crankshaft and generates a corresponding torque. The multi-part connecting rod essentially has an upper connecting rod part enclosing the piston pin and a lower connecting rod part mounted on the crank pin, which are connected via an adjustable threaded element. The threaded element is preferably designed as a threaded bushing with two opposing internal threads which each engage with corresponding external threads of the connecting rod upper part and the connecting rod lower part. By twisting the threaded bushing, the length of the connecting rod and thus the compression ratio of the internal combustion engine are adjusted.

Während eine stufenlos variable Verstellung der Verdichtung zwar das hierdurch theoretisch nutzbare Verbesserungspotenzial weitgehend erschließen kann, ist deren Realisierung jedoch sehr aufwendig. Die Erfindung bezieht sich deshalb auf eine wesentlich einfachere zweistufige Verstellung des Verdichtungsverhältnisses, beispielsweise auf 10/1 bei Volllast und 15/1 bei Teillast des Ottomotors, wodurch das theoretische Verbesserungspotenzial der stufenlos variablen Verdichtungsregelung bereits schon um ca. 75% ausgeschöpft werden kann.While an infinitely variable adjustment of the compression can largely open up the potential for improvement that can theoretically be used as a result, its implementation is, however, very complex. The invention therefore relates to a much simpler two-stage adjustment of the compression ratio, for example to 10/1 at full load and 15/1 at part load of the gasoline engine, whereby the theoretical improvement potential of the continuously variable compression control can already be exploited by approx. 75%.

Für die Verstellung der Verdichtung ist die gegenläufig ausgebildete Gewindeverbindung von Pleuelober- und Pleuelunterteil erfindungsgemäß mit einem Steilgewinde ausgebildet, wodurch die periodisch wechselnden Pleuelkräfte entsprechende Drehmomente an der Gewindebuchse hervorrufen. Hierdurch führt eine beispielsweise durch Verbrennungsdruck hervorgerufene Pleueldruckkraft bei sich dadurch verdrehender Gewindebuchse zu einer Verkürzung des Pleuels und einem entsprechend abgesenkten Verdichtungsverhältnis. Umgekehrt führt eine Pleuelzugkraft, hervorgerufen durch nach oben gerichtete, negative Kolbenmassenkräfte oder auch durch Ansaugunterdruck im Brennraum, zu einer Verlängerung des Pleuels mit einem dann erhöhten Verdichtungsverhältnis. In den bei Verstellende jeweils erreichten Verstellpositionen muss dann eine Verriegelung der Gewindebuchse erfolgen, um einen Motorbetrieb bei gesichertem hohen oder niedrigen Verdichtungsverhältnis zu gewährleisten. Da die im Brennraum wirkenden Verbrennungs- und Verdichtungsgaskräfte wesentlich höhere Pleuelkräfte als der Ansaugunterdruck und die negativen Kolbenmassenkräfte erzeugen, sind zusätzliche Maßnahmen zur Vergleichmäßigung der Verdichtungsverstellung in beiden Verstellrichtungen erforderlich. Erfindungsgemäß ist hierfür eine vorgespannte Torsionsfeder vorgesehen, die ein die Verdichtungserhöhung durch Verlängerung des Pleuels unterstützendes Drehmoment auf die Gewindebuchse ausübt. Die Torsionsfeder wird bei entriegelter Gewindebuchse bei durch Kolbengaskräfte sich verkürzendem Pleuel zusätzlich gespannt, um bei Rückverstellung der Verdichtung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis mit ihrem auf die Gewindebuchse ausgeübten Drehmoment den Verstellvorgang zu beschleunigen. Es versteht sich von selbst, dass hierzu eine funktionsgerechte Auslegung des Steilgewindes und der Torsionsfeder erforderlich sind. Auch die Gewindereibung und das Massenträgheitsmoment der bei Verstellung drehbeschleunigten Gewindebuchse wirken sich auf den Verstellablauf aus. Letztlich muss die Verdichtungsverstellung bei allen im Motorbetrieb vorkommenden Betriebsbedingungen sicher funktionieren.To adjust the compression, the opposing threaded connection of the upper and lower parts of the connecting rod is designed according to the invention with a steep thread, whereby the periodically changing connecting rod forces produce corresponding torques on the threaded bushing. As a result, a connecting rod pressure force caused for example by combustion pressure leads to a shortening of the connecting rod and a correspondingly reduced compression ratio when the threaded bushing is twisted as a result. Conversely, a connecting rod tensile force, caused by upwardly directed, negative piston mass forces or by suction negative pressure in the combustion chamber, leads to an elongation of the connecting rod with an increased compression ratio. The threaded bushing must then be locked in the adjustment positions reached at the end of the adjustment in order to ensure engine operation with a secured high or low compression ratio. Since the combustion and compression gas forces acting in the combustion chamber generate significantly higher connecting rod forces than the intake vacuum and the negative piston mass forces, additional measures are required to make the compression adjustment even more in both directions of adjustment. According to the invention, a pre-tensioned torsion spring is provided for this purpose, which exerts a torque on the threaded bushing that supports the increase in compression by lengthening the connecting rod. The torsion spring is additionally tensioned when the threaded bushing is unlocked and the connecting rod is shortened by piston gas forces, in order to accelerate the adjustment process with its torque exerted on the threaded bushing when the compression is reset to a high compression ratio. It goes without saying that this requires a functionally appropriate design of the coarse thread and the torsion spring. The thread friction and the mass moment of inertia of the threaded bushing, which is rotationally accelerated during adjustment, also have an effect on the adjustment process. Ultimately, the compression adjustment must function reliably under all operating conditions occurring during engine operation.

Weiterhin sind am Ende einer jeweiligen Verstellung der Verdichtung wirksame Maßnahmen zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zur Vermeidung von mechanischen Schäden an verstellbegrenzenden Anschlägen oder Verriegelungselementen vorzusehen. Hierzu kann bei Ende einer Verdichtungsverstellung eine Ölbedämpfung oder auch eine die Verstellung verzögernde Feder zur Anwendung kommen.Furthermore, at the end of each adjustment of the compression, effective measures are to be taken to slow down the adjustment speed in order to avoid mechanical damage to adjustment-limiting stops or locking elements. For this purpose, at the end of a compression adjustment, oil damping or a spring delaying the adjustment can be used.

Die erforderliche Verriegelung der Verdichtungsverstellung in den beiden Endpositionen kann durch wechselweise mit Öldruck beaufschlagbare Bolzen erfolgen. Hierzu verwendet die Erfindung vorzugsweise zwei Verriegelungskolben, die im Pleuelunterteil angeordnet sind und in den jeweiligen Verriegelungspositionen der Gewindebuchse in ihr zugehörige Vertiefungen einrücken. Vorzugsweise ist dieser Formschluss zwischen den Verriegelungskolben und der Gewindebuchse konisch ausgebildet, um einen beim Verriegelungsablauf zunehmenden Formschluss zu bewirken. Eine an den Verriegelungskolben wirksame Feder sichert auch bei Motorstillstand die Verriegelung der Gewindebuchse für einen Wiederstart des Ottomotors.The required locking of the compression adjustment in the two end positions can be achieved by means of bolts that can be alternately pressurized with oil. For this purpose, the invention preferably uses two locking pistons which are arranged in the lower part of the connecting rod and which, in the respective locking positions of the threaded bushing, engage in their associated recesses. This form fit between the locking piston and the threaded bushing is preferably designed conically in order to bring about an increasing form fit during the locking process. A spring acting on the locking piston secures the locking of the threaded bushing for restarting the gasoline engine even when the engine is at a standstill.

Zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit bei einer Verdichtungsabsenkung ist bei der Erfindung eine Bremsfeder vorgesehen, die vorzugsweise als Tellerfeder ausgebildet ist. Sie wird von der bei der Verstellung sich längs zur Pleuellängsachse verdrehenden Gewindebuchse durch eine etwas über ihre Verriegelungsposition hinaus ablaufende Verstellung verspannt, um die Gewindebuchse dann nach erfolgter Abbremsung bis zum Stillstand wieder in die Verriegelungsposition zurückzudrücken. Der bei einsetzender Verriegelung der Gewindebuchse zunehmend konische Formschluss des entsprechenden Verriegelungskolbens ermöglicht die vorhergehende Abbremsung durch die Tellerfeder. Zusätzlich zur Bremswirkung der Tellerfeder ist auch eine abbremsende Ölbedämpfung der Verdichtungsverstellung möglich. Hierzu kann eine vorteilhafte Axialführung zwischen dem Pleuelober- und dem Pleuelunterteil genutzt werden. Ein beispielsweise in einer konzentrisch zur Pleuellängsachse angeordneten Führungsbohrung des Pleueloberteils axial beweglicher Führungsdorn des Pleuelunterteils kann neben der Axialführung auch eine bei Verstellende einsetzende Ölbedämpfung über ein sich in einer Kammer ausbildendes Druckpolster bewirken.To slow down the adjustment speed when the compression is lowered, a brake spring is provided in the invention, which is preferably designed as a plate spring. It is tensioned by the threaded bushing, which rotates along the longitudinal axis of the connecting rod during the adjustment, by an adjustment running slightly beyond its locking position, in order to then push the threaded bushing back into the locking position after braking until it comes to a standstill. The increasingly conical form fit of the corresponding locking piston when the threaded bushing begins to be locked enables the previous braking by the plate spring. In addition to the braking effect of the disc spring, braking oil damping of the compression adjustment is also possible. For this purpose, an advantageous axial guide between the upper part of the connecting rod and the lower part of the connecting rod can be used. An axially movable guide pin of the connecting rod lower part, for example in a guide bore of the connecting rod upper part arranged concentrically to the connecting rod longitudinal axis, can effect not only the axial guidance but also an oil damping that starts at the time of adjustment via a pressure cushion that forms in a chamber.

Als bevorzugte Verdrehsicherung zwischen dem Pleueloberteil und dem Pleuelunterteil ist ein im Pleueloberteil fixierter, quer die Führungsbohrung durchdringender Führungsbolzen vorgesehen, der seitlich eng von einem Langloch des Führungsdorns des Pleuelunterteils umschlossen ist. Diese Verdrehsicherung kann auch zur Bedämpfung der Verdichtungsverstellung genutzt werden, in dem das Langloch eine Ölfüllung aufweist, die bei Verdichtungsverstellung durch den sich im Langloch verschiebenden Führungsbolzen von einem Langlochende zum anderen Langlochende verdrängt werden muss. Das Langloch kann bei sich an dessen Enden anlegendem Führungsbolzen auch als Verstellanschlag des verstellbaren Pleuels dienen.As a preferred anti-rotation device between the upper connecting rod part and the lower connecting rod part, a guide bolt fixed in the upper connecting rod part and transversely penetrating the guide bore is provided, which is laterally tightly enclosed by an elongated hole in the guide pin of the lower connecting rod part. This anti-rotation device can also be used to dampen the compression adjustment, in which the elongated hole has an oil filling which, when the compression is adjusted, has to be displaced from one elongated hole end to the other elongated hole end by the guide bolt moving in the elongated hole. The elongated hole can also serve as an adjustment stop for the adjustable connecting rod when the guide pin rests on its ends.

Gegebenenfalls sind weitere Maßnahmen zur Abbremsung bzw. hydraulischen Bedämpfung der Verdichtungsverstellung erforderlich, um durch geminderten Verschleiß die Langlebigkeit des verstellbaren Pleuels zu erhöhen. So können beispielsweise die Verriegelungskolben wie auch entsprechend die als Konusbohrungen ausgebildeten Vertiefungen der Gewindebuchse für den zu bildenden Formschluss neben einem Verriegelungskonus jeweils auch eine Verzögerungskontur aufweisen. Im einfachsten Fall ist die Verzögerungskontur als Verzögerungskonus ausgebildet, der einen größeren Konuswinkel als der selbsthemmende Verriegelungskonus aufweist. Bei Verriegelungsbeginn mit Vorrücken des unter Öldruck stehenden Verriegelungskolbens erfolgt dann der Erstkontakt zwischen dem Verriegelungskolben und der Konusbohrung der Gewindebuchse über den Verzögerungskonus. Aufgrund des großen Konuswinkels bewirken die auftretenden Kontaktkräfte eine kurzeitige Rückbewegung des Verriegelungskolbens mit entsprechender Abbremsung der sich dadurch noch etwas weiterdrehenden Gewindebuchse bis zu deren Stillstand. Danach rückt dann der Verriegelungskolben mit dem Verriegelungskonus bis zum vollständigen Formschluss in die Konusbohrung der Gewindebuchse ein. Hierbei verdreht sich die Gewindebuchse zurück in ihre endgültige Verstellposition. Die über die kurzzeitige Rückbewegung des Verriegelungskolbens bewirkte Abbremsung der Gewindebuchse wird letztlich über einen Rückfluss des mit Öldruck am Verriegelungskolben wirkenden Öls hervorgerufen. Ein zusätzlich in einer das Öl zuführenden Leitung vorgesehenes, sich bei Ölrückfluss schließendes Rückschlagventil kann vorteilhaft durch kurzzeitige Druckerhöhung am Verriegelungskolben die Abbremswirkung erhöhen.If necessary, further measures for braking or hydraulic damping of the compression adjustment are necessary in order to increase the longevity of the adjustable connecting rod through reduced wear. For example, the locking pistons as well as the depressions of the threaded bushing, which are designed as conical bores, for the form fit to be formed can each also have a delay contour in addition to a locking cone. In the simplest case, the delay contour is designed as a delay cone which has a larger cone angle than the self-locking locking cone. When locking begins with advancement of the locking piston, which is under oil pressure, the first contact between the locking piston and the conical bore of the threaded bushing takes place via the delay cone. Due to the large cone angle, the contact forces that occur cause a brief return movement of the locking piston with a corresponding braking of the threaded bushing, which thereby continues to rotate, until it comes to a standstill. The locking piston with the locking cone then moves into the conical bore of the threaded bushing until there is a complete positive fit. The threaded bush rotates back into its final adjustment position. The braking of the threaded bushing brought about by the brief return movement of the locking piston is ultimately brought about by a backflow of the oil acting with oil pressure on the locking piston. A non-return valve which is additionally provided in a line supplying the oil and which closes when the oil flows back can advantageously increase the braking effect by briefly increasing the pressure on the locking piston.

Eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses bei einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine wird im Wesentlichen durch den Fahrer ausgelöst, der über das Fahrpedal wie auch gegebenenfalls durch eine Betätigung der Getriebeschaltung auf das Steuergerät der Brennkraftmaschine Einfluss nimmt. Hierbei kann das Motorsteuergerät sofort oder auch verzögert die Verdichtung verstellen. So kann beispielsweise bei Erkennen einer beabsichtigten Fahrzeugbeschleunigung kurzfristig noch vor über mehrere Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine ansteigendem Verbrennungsdruck das Verdichtungsverhältnis bei noch moderaten Gaskräften abgesenkt werden, was die an der Verdichtungsverstellung beteiligten Bauteile schont. Andererseits kann auch für eine Verdichtungserhöhung bei einer Drehmomentreduzierung wie auch beim Herunterschalten des Getriebes kurzzeitig durch entsprechendes Schließen der Drosselklappe ein beim Ladungswechsel im Brennraum erhöhter Unterdruck erzeugt werden, wodurch die Verdichtungserhöhung unterstützt wird. Weiterhin ist auch denkbar, durch einmalige oder kurzzeitig mehrmalige Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung, bei Mehrzylindermotoren zeitlich versetzt, die brennraumdruckabhängige Verdichtungsverstellung zu unterstützen.An adjustment of the compression ratio in a motor vehicle internal combustion engine is essentially triggered by the driver, who influences the control unit of the internal combustion engine via the accelerator pedal and possibly also by actuating the gear shift. The engine control unit can adjust the compression either immediately or with a delay. For example, when an intended vehicle acceleration is detected, the compression ratio can be reduced for a short time before the combustion pressure increases over several work cycles of the internal combustion engine, while the gas forces are still moderate, which protects the components involved in the compression adjustment. On the other hand, for a compression increase with a torque reduction as well as when downshifting the transmission, an increased negative pressure can be generated in the combustion chamber during the gas exchange by correspondingly closing the throttle valve, whereby the compression increase is supported. Furthermore, it is also conceivable to switch off the fuel injection once or briefly several times, in the case of multi-cylinder engines, to support the compression adjustment which is dependent on the combustion chamber pressure.

Anhand der nachfolgend beschriebenen 1 bis 6 wird die Erfindung näher erläutert.

• Die 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in der Länge verstellbaren Pleuel.
• Die 2 zeigt das Pleuel bei hoch eingestelltem Verdichtungsverhältnis.
• Die 3 zeigt das Pleuel bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis.
• Die 4 zeigt die Verriegelung der Verstellung bei hohem Verdichtungsverhältnis.
• Die 5 zeigt die Verriegelung der Verstellung bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
• Die 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt zu 4.

Using the below described 1 to 6th the invention is explained in more detail.

• The 1 shows a preferred embodiment of the invention with a length-adjustable connecting rod.
• The 2 shows the connecting rod with the compression ratio set high.
• The 3 shows the connecting rod with the compression ratio set low.
• The 4th shows the locking of the adjustment at a high compression ratio.
• The 5 shows the locking of the adjustment at a low compression ratio.
• The 6th shows an enlarged section 4th .

In der 1 ist ein bevorzugtes Ausbildungsbeispiel der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder dargestellt. Im Zylinder 1 ist ein entlang einer Zylinderachse 2 beweglicher Hubkolben 3 angeordnet. Der Zylinder 1 ist von einem Zylinderkopf 4 verschlossen, wodurch zwischen dem Hubkolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ein Brennraum 5 gebildet ist. Der vom veränderlichen Gasdruck im Brennraum 5 beaufschlagte Hubkolben 3 überträgt die resultierenden Gaskräfte wie auch Kolbenmassenkräfte über einen Kolbenbolzen 6 auf ein Pleuel 7, das sich an einem Hubzapfen 8 einer Kurbelwelle 9 abstützt und in bekannter Weise ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine erzeugt.In the 1 is shown a preferred embodiment of the invention for an internal combustion engine with at least one cylinder. In the cylinder 1 is one along a cylinder axis 2 movable piston 3 arranged. The cylinder 1 is from a cylinder head 4th closed, whereby between the reciprocating piston 3 and the cylinder head 4th a combustion chamber 5 is formed. The variable gas pressure in the combustion chamber 5 acted upon reciprocating piston 3 transmits the resulting gas forces as well as piston mass forces via a piston pin 6th on a connecting rod 7th that is on a crank pin 8th a crankshaft 9 and generates a corresponding torque of the internal combustion engine in a known manner.

Das mehrteilig ausgebildete Pleuel 7 weist ein den Kolbenbolzen 6 umschließendes Pleueloberteil 10 und ein Pleuelunterteil 11 auf, das am Hubzapfen 8 mit einem Pleueldeckel 12 verschraubt ist. Das Pleueloberteil 10 ist über eine Gewindebuchse 14 mit zwei entgegengesetzt ausgerichteten Steilgewinden mit dem Pleuelunterteil 11 formschlüssig verbunden. Durch Verdrehung der Gewindebuchse 14 um die Pleuelachse 13 ist dadurch die Länge des Pleuels 7 verstellbar. Eine vorgespannte Torsionsfeder 15 verdreht die Gewindebuchse 14 im Sinne einer großen Pleuellänge, wodurch ein hohes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Bei entsprechender Gaskraft im Brennraum 5 bewirkt die resultierende Pleueldruckkraft über die gegenläufig ausgebildeten Steilgewinde eine Verdrehung der Gewindebuchse 14 im Sinne einer Verkürzung des Pleuels 7 für ein niedriges Verdichtungsverhältnis. In den jeweiligen Endlagen ist die Gewindebuchse 14 durch hydraulisch mit Öldruck beaufschlagbare Bolzen verriegelt. Für die Ver- und Entriegelung der Bolzen ist im Pleueldeckel 12 ein Umschaltventil 16 angeordnet, das den im Betrieb der Brennkraftmaschine in einer Bohrung 17 der Kurbelwelle 9 herrschenden Öldruck nutzt. Die Höhe des Öldrucks wird von einem Öldruckregler 18 der Brennkraftmaschine bedarfsgerecht geregelt.The multi-part connecting rod 7th has a piston pin 6th enclosing upper part of the connecting rod 10 and a connecting rod lower part 11 on, the one on the crank pin 8th with a connecting rod cap 12th is screwed. The connecting rod top 10 is via a threaded bushing 14th with two oppositely aligned high helix threads with the connecting rod lower part 11 positively connected. By twisting the threaded bush 14th around the connecting rod axis 13th is therefore the length of the connecting rod 7th adjustable. A preloaded torsion spring 15th twists the threaded bush 14th in the sense of a large connecting rod length, which results in a high compression ratio of the internal combustion engine. With the appropriate gas power in the combustion chamber 5 the resulting connecting rod pressure force causes the threaded bush to twist via the counter-coarse threads 14th in the sense of a shortening of the connecting rod 7th for a low compression ratio. The threaded bush is in the respective end positions 14th locked by bolts that can be hydraulically pressurized with oil. For locking and unlocking the bolts is in the connecting rod cover 12th a switching valve 16 arranged that the operation of the internal combustion engine in a bore 17th the crankshaft 9 uses the prevailing oil pressure. The level of the oil pressure is determined by an oil pressure regulator 18th the internal combustion engine regulated as required.

Die 2 zeigt eine Schnittansicht zu 1 von links auf das mehrteilige Pleuels 7, wobei sich der Hubzapfen 8 der Kurbelwelle 9 in seiner tiefsten Position und damit der Hubkolben 3 in UT-Stellung befindet. Hierbei steht der Kolbenbolzen 6 mit seiner zugehörigen Kolbenbolzenachse 6a in einer Verstellposition V1 des Pleueloberteils 10 bei einer maximalen Länge L1 des Pleuels 7 und dann hohem Verdichtungsverhältnis. Das Pleuelunterteil 11 weist ein rechtsgängiges Trapezgewinde 20 auf und ragt mit einem Führungsdorn 21 in eine gestuft ausgebildete Führungsbohrung 22 des Pleueloberteils 10 hinein. Ein im Pleueloberteil 10 fixierter Führungsbolzen 23 ragt in ein Langloch 24 des Führungsdorns 21, wodurch das Pleueloberteil 10 gegenüber dem Pleuelunterteil 11 drehgesichert ist. Die Gewindebuchse 14 steht mit dem Pleueloberteil 10 über ein linksgängiges Trapezgewinde 25 und mit dem Pleuelunterteil 11 mit dem rechtsgängigen Trapezgewinde 25 in Formschluss. Die Torsionsfeder 15 stützt sich einerseits an einem ersten Stift 26 des Pleueloberteils 10 und andererseits an einem zweiten Stift 27 der Gewindebuchse 14 ab. Bei am Hubkolben 3 nach oben gerichteten Kräften, wie in OT-Nähe auftretende Kolbenmassenkräfte und durch zeitweisen Ansaugunterdruck im Brennraum 5 am Hubkolben 3 wirkende Unterdruckkräfte, treten am Pleuel 7 Zugkräfte auf. Hierbei verdreht das rechtsdrehende Moment der Torsionsfeder 15 die Gewindebuchse 14, wodurch sich das Pleueloberteil 10 nach oben verlagert. Hierdurch weist das Pleuel 7 die maximale Länge L1 für ein hoch eingestelltes Verdichtungsverhältnis in der Verstellposition V1 auf. Die zugehörige Drehposition D1 der Gewindebuchse 14 ist für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine durch Formschluss mit einer Verriegelungseinheit 30 verriegelt, die im Pleuelunterteil 11 angeordnet ist. Anhand der nachfolgenden 4 bis 6 wird die Verriegelung der Gewindebuchse 14 durch die Verriegelungseinheit 30 detailliert beschrieben. Die bei Verdichtungsverstellung wechselseitig mit Öldruck beaufschlagte Verriegelungseinheit 30 leitet den Öldruck über eine Bohrung 31 des Pleuelunterteils 11 permanent in das Langloch 24 zur inneren Schmierung des Pleuels 7.The 2 shows a sectional view of FIG 1 from the left onto the multi-part connecting rod 7th , being the crank pin 8th the crankshaft 9 in its lowest position and thus the reciprocating piston 3 is in the BDC position. The piston pin is stationary here 6th with its associated piston pin axis 6a in an adjustment position V1 of the upper part of the connecting rod 10 at a maximum length L1 of the connecting rod 7th and then high compression ratio. The connecting rod lower part 11 has a right-hand trapezoidal thread 20th and protrudes with a guide pin 21 into a stepped guide bore 22nd of the upper part of the connecting rod 10 into it. One in the connecting rod top 10 fixed guide pin 23 protrudes into an elongated hole 24 of the guide mandrel 21 , making the connecting rod top 10 compared to the lower part of the connecting rod 11 is secured against rotation. The threaded bush 14th stands with the connecting rod top 10 via a left-hand trapezoidal thread 25th and with the connecting rod lower part 11 with the right-hand trapezoidal thread 25th in form fit. The torsion spring 15th is based on the one hand on a first pin 26th of the upper part of the connecting rod 10 and on the other hand on a second pin 27 the threaded bush 14th from. At on the reciprocating piston 3 forces directed upwards, such as piston mass forces occurring near TDC and through temporary negative intake pressure in the combustion chamber 5 on the reciprocating piston 3 acting vacuum forces occur at the connecting rod 7th Tensile forces on. Here, the clockwise torque of the torsion spring twists 15th the threaded bush 14th , making the connecting rod top 10 shifted upwards. As a result, the connecting rod 7th the maximum length L1 for a high compression ratio in the adjustment position V1 on. The associated rotation position D1 the threaded bush 14th is for a safe operation of the internal combustion engine through a form fit with a locking unit 30th locked in the lower part of the connecting rod 11 is arranged. Using the following 4th to 6th becomes the locking of the threaded bushing 14th through the locking unit 30th described in detail. The locking unit alternately acted upon with oil pressure when the compression is adjusted 30th directs the oil pressure through a bore 31 of the connecting rod lower part 11 permanently in the elongated hole 24 for internal lubrication of the connecting rod 7th .

In 3 ist nach einer Verdichtungsumschaltung auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis das Pleuel 7 bei einer minimalen Länge L2 in der Verstellposition V2 der Kolbenbolzenachse 6a dargestellt. Für die vorausgegangene Verdichtungsverstellung wurde das Umschaltventil 16 durch eine Öldruckanhebung aktiviert, wodurch die Verriegelungseinheit 30 die ursprüngliche Verriegelung der Gewindebuchse 14 entsprechend 2 aufgehoben hat. Bei im Wesentlichen durch Gaskräfte am Hubkolben 3 gedrücktem Pleuel 7 verursachen die beiden Trapezgewinde 20 und 25 eine linksdrehende Verdrehung der Gewindebuchse 14 gegen die sich dabei zunehmend spannende Torsionsfeder 15, wodurch sich das Pleuel 7 auf die Länge L2 verkürzt. Die sich dabei relativ nach oben zum Pleueloberteil 10 bewegende Gewindebuchse 14 erreicht in einer Drehposition D2, entsprechend der zugehörigen Verstellposition V2, eine als Bremsfeder ausgebildete Tellerfeder 28, die sich am Pleueloberteil 10 abstützt und durch einen Sicherungsring 29 fixiert ist. Die zunächst in der Drehposition D2 noch mit Weiterdrehen der Gewindebuchse 14 bestehende Verstellgeschwindigkeit wird durch die sich zunehmend spannende Tellerfeder 28 bis zum Stillstand abgebremst, wonach dann die Gewindebuchse 14 durch die Tellerfeder 28 wieder in die Drehposition D2 zurückgedrückt wird. Die vorgespannte Verriegelungseinheit 30 verriegelt dann die Gewindebuchse 14 in der Drehposition D2 für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine bei niedrigem Verdichtungsverhältnis. Zur Unterstützung der Abbremsung der Verdichtungsverstellung in die Verstellposition V2 durch die Tellerfeder 28 ist zusätzlich eine hydraulische Bedämpfung des Verstellvorgangs vorgesehen. Hierzu weist der Führungsdorn 21 an seinem oberen Ende einen Endzapfen 38 auf, der kurz vor Erreichen der Verstellposition V2 in die sich verengende Führungsbohrung 22 eintaucht. Die in einer dadurch sich schließenden Ölkammer 39 befindliche Ölfüllung baut kurzzeitig ein abbremsendes Druckpolster auf, dass sich über Leckagen schließlich wieder abbaut.In 3 is the connecting rod after a compression switch to a low compression ratio 7th at a minimal length L2 in the adjustment position V2 the piston pin axis 6a shown. The switching valve was used for the previous compression adjustment 16 activated by an oil pressure increase, whereby the locking unit 30th the original locking of the threaded bushing 14th corresponding 2 has repealed. With essentially gas forces on the reciprocating piston 3 pressed connecting rod 7th cause the two trapezoidal threads 20th and 25th a counterclockwise twisting of the threaded bushing 14th against the increasingly exciting torsion spring 15th , making the connecting rod 7th on the length L2 shortened. Which is relatively upwards to the upper part of the connecting rod 10 moving threaded bushing 14th reached in a rotating position D2 , according to the associated adjustment position V2 , a plate spring designed as a brake spring 28 that are located on the upper part of the connecting rod 10 and supported by a locking ring 29 is fixed. The first in the turning position D2 with further turning of the threaded bushing 14th existing adjustment speed is due to the increasingly exciting disc spring 28 braked to a standstill, after which the threaded bushing 14th through the disc spring 28 in again the turning position D2 is pushed back. The pre-tensioned locking unit 30th then locks the threaded bushing 14th in the turning position D2 for safe operation of the internal combustion engine at a low compression ratio. To support the braking of the compression adjustment in the adjustment position V2 through the disc spring 28 Hydraulic damping of the adjustment process is also provided. For this purpose, the guide pin 21 an end pin at its upper end 38 shortly before reaching the adjustment position V2 into the narrowing guide hole 22nd immersed. In an oil chamber that closes as a result 39 Any oil filling that is present briefly builds up a braking pressure cushion that eventually breaks down again through leaks.

Die in der Verstellposition V2 maximal gespannte Torsionsfeder 15 hat ihre sich dadurch verengten Windungen in vertiefte Kontoren 19 der Gewindebuchse 14 zusammengezogen. Hierdurch ist bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis bei im hohen Drehzahlbereich hohen Beschleunigungen der Triebwerksteile eine hohe Betriebssicherheit durch eine formschlüssige Führung der Torsionsfeder 15 gewährleistet.The one in the adjustment position V2 maximum tensioned torsion spring 15th has its convolutions, which are narrowed as a result, into deepened contours 19th the threaded bush 14th drawn together. As a result, with a low compression ratio and high accelerations of the engine parts in the high speed range, a high level of operational reliability is achieved through positive guidance of the torsion spring 15th guaranteed.

Eine Rückverstellung der Verdichtung auf ein hohes Verdichtungsverhältnis in die Verstellposition V1 der Kolbenbolzenachse 6a wird durch eine Öldruckabsenkung ausgelöst, wodurch das Umschaltventil 18 die Verriegelungseinheit 30 zunächst entriegelt. Bei periodisch auftretenden Zugkräften am Pleuel 7 verdreht die Torsionsfeder 15 die Gewindebuchse 14 dann wieder in die Drehposition D1. Das Pleueloberteil 10 bewegt sich dabei mit dem Führungsbolzen 23 im Langloch 24 des Führungsdorns 21 nach oben. Da das Langloch 24 über die Bohrung 31 von der Verriegelungseinheit 30 mit Öl gefüllt ist, erfolgt durch die resultierende Ölverdrängung im Langloch 24 von einem zum anderen Ende eine gewisse Ölbedämpfung des Verstellvorgangs.A return of the compression to a high compression ratio in the adjustment position V1 the piston pin axis 6a is triggered by a drop in oil pressure, which causes the switchover valve 18th the locking unit 30th initially unlocked. With periodic tensile forces on the connecting rod 7th twists the torsion spring 15th the threaded bush 14th then back to the rotating position D1 . The connecting rod top 10 moves with the guide pin 23 in the elongated hole 24 of the guide mandrel 21 up. Because the elongated hole 24 about the hole 31 from the locking unit 30th is filled with oil, takes place through the resulting oil displacement in the elongated hole 24 from one end to the other there is a certain amount of oil damping of the adjustment process.

Die 4 zeigt das Pleuelunterteil 11 aus 2 in einer vergrößerten Schnittansicht von rechts. Die Verriegelungseinheit 30 ist in einer Bohrung 32 des Pleuelunterteils 11 angeordnet. Sie besteht aus einem ersten Verriegelungskolben 33 und einem zweiten Verriegelungskolben 34, die jeweils einen konisch ausgebildeten Kolbenkopf aufweisen und von einer zwischen ihnen befindlichen Feder 35 auseinandergedrückt werden. Das im Bereich der Verriegelungseinheit 30 zylindrisch ausgebildete Pleuelunterteil 11 ist vom unteren Ende der Gewindebuchse 14 in deren Drehposition D1 umschlossen. Der Verriegelungskolben 33 ist zur Verriegelung der Gewindebuchse 14 in eine ihr zugehörige erste Konusbohrung 36 verschoben. Durch diese Verriegelung ist das in 2 hoch eingestellte Verdichtungsverhältnis in der Verstellposition V1 gesichert.The 4th shows the connecting rod lower part 11 out 2 in an enlarged sectional view from the right. The locking unit 30th is in a hole 32 of the connecting rod lower part 11 arranged. It consists of a first locking piston 33 and a second locking piston 34 each having a conical piston head and a spring located between them 35 be pushed apart. That in the area of the locking unit 30th Cylindrical connecting rod lower part 11 is from the bottom of the threaded bushing 14th in their rotational position D1 enclosed. The locking piston 33 is for locking the threaded bushing 14th into a first conical hole belonging to it 36 postponed. This lock makes it in 2 Compression ratio set high in the adjustment position V1 secured.

Das im Pleueldeckel 12 angeordnete Umschaltventil 18 weist einen Schaltkolben 40 auf, an dem mehrere Nuten und Kanäle zur Umschaltung des die Verriegelungseinheit 30 beaufschlagenden Öldrucks angebracht sind. Er ist durch eine in einer drucklosen Federkammer 41 angeordnete Feder 42 vorgespannt und befindet sich in einer linksseitigen Schaltposition. Der vom Ölkreislauf der Brennkraftmaschine bereitgestellte Öldruck gelangt im Hubzapfen 8 von einer Zentralbohrung 43 über eine Querbohrung 44 in die Gleitlagerung des Hubzapfens 8, die aus einer oberen Lagerhalbschale 45 und einer unteren Lagerhalbschale 46 besteht. Die untere Lagerhalbschale 46 weist eine Lagernut 47 auf, in der sich im Betrieb immer unter Öldruck stehendes Schmieröl befindet. Über eine Radialbohrung 48 der unteren Lagerhalbschale 46 und vorzugsweise ein Rückschlagventil 49 steht dadurch auch permanent Öldruck am Schaltkolben 40 und dessen linksseitiger Stirnseite an. Bei niedrigem Betriebs-Öldruck von beispielsweise 2 bar steht der Schaltkolben 40 durch die Auslegungskraft der Feder 42 in linksseitiger Schaltposition. Hierbei leitet er über das Rückschlagventil 49 anstehenden Öldruck über eine Bohrung 50 und einen halbseitig die Lagerhalbschalen 45 und 46 umschließenden Kanal 51 in eine mit der Verriegelungseinheit 30 in hydraulischer Verbindung stehende Bohrung 52 des Pleuelunterteils 11. Eine auch an der Verriegelungseinheit 30 angeschlossene Bohrung 53 des Pleuelunterteils 11 ist hingegen drucklos, da sie hydraulisch über einen Kanal 54 und eine Bohrung 55 mit der drucklosen Federkammer 41 in Verbindung steht. Durch den in der Bohrung 32 auf den Verriegelungskolben 34 wirkenden Öldruck ist die Gewindebuchse 14 durch den in ihre drucklose Konusbohrung 36 gedrückten Verriegelungskolben 33 in der Drehposition D1 bei hohem Verdichtungsverhältnis verriegelt. Der in der Bohrung 52 anstehende Öldruck wird über den Verriegelungskolben 34 auch in die Bohrung 31 des Pleuelunterteils 12 zur inneren Schmierung des Pleuels 7 geleitet.That in the connecting rod cap 12th arranged switching valve 18th has a switching piston 40 on which several grooves and channels for switching the locking unit 30th applied oil pressure are attached. It is in a pressureless spring chamber by means of one 41 arranged spring 42 biased and is in a left-hand switching position. The oil pressure provided by the oil circuit of the internal combustion engine reaches the crank pin 8th from a central hole 43 via a cross hole 44 into the plain bearing of the crank pin 8th that come from an upper bearing half-shell 45 and a lower bearing half-shell 46 consists. The lower bearing half-shell 46 has a bearing groove 47 in which there is always lubricating oil under pressure during operation. Via a radial hole 48 the lower bearing half-shell 46 and preferably a check valve 49 This means that there is also permanent oil pressure on the shift piston 40 and its left-hand front side. When the operating oil pressure is low, for example 2 bar, the switching piston is stationary 40 by the design force of the spring 42 in the left-hand switching position. Here it passes through the check valve 49 pending oil pressure via a hole 50 and one half of the bearing half-shells 45 and 46 enclosing canal 51 into one with the locking unit 30th hydraulically connected bore 52 of the connecting rod lower part 11 . One also on the locking unit 30th connected hole 53 of the connecting rod lower part 11 is pressureless, however, because it is hydraulic via a channel 54 and a hole 55 with the pressureless spring chamber 41 communicates. Through the one in the hole 32 on the locking piston 34 acting oil pressure is the threaded bushing 14th through the pressureless conical bore 36 depressed locking piston 33 in the turning position D1 locked at high compression ratio. The one in the hole 52 pending oil pressure is via the locking piston 34 also in the hole 31 of the connecting rod lower part 12th for internal lubrication of the connecting rod 7th directed.

Die 5 zeigt das Umschaltventil 16 nach einer Öldruckerhöhung auf beispielsweise 4 bar für Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine. Der Kolben 40 ist nun nach rechts gegen die Feder 52 in eine rechtsseitige Schaltposition verschoben, wobei die beispielsweise für einen Umschaltdruck von 3 bar ausgelegt Feder 52 zusammengedrückt ist. Hierdurch wechselt nun die Druckbeaufschlagung der Verriegelungseinheit 30 mit in der Bohrung 53 anstehendem Öldruck sowie der Druckentlastung der Bohrung 52. Der rechtsseitig in der Bohrung 32 wirkende Öldruck verschiebt den Verriegelungskolben 33 nach links und den Verriegelungskolben 34 gegen die nun entriegelte Gewindebuchse 14. Diese verdreht sich unter der Wirkung der Kolbengaskraft entsprechend 3 in die dargestellte Drehposition D2 und stellt durch die resultierende Verkürzung des Pleuels 7 auf die Pleuellänge L2 ein niedriges Verdichtungsverhältnis ein. Nach Erreichten der Drehposition D2 der Gewindebuchse 14 verschiebt sich dann der vorgespannte Verriegelungskolben 34 in die nun druckentlastete zweite Konusbohrung 37 zur Sicherung der Drehposition D2. Die Bohrung 31 ist weiterhin mit Öldruck beaufschlagt, nun jedoch über den Verriegelungskolben 33 mit Öldruck aus der Bohrung 53.The 5 shows the switching valve 16 after an oil pressure increase to, for example, 4 bar for full load operation of the internal combustion engine. The piston 40 is now right against the spring 52 Moved to a switching position on the right, the spring being designed for a switching pressure of 3 bar, for example 52 is compressed. As a result, the application of pressure to the locking unit now changes 30th with in the hole 53 pending oil pressure as well as the pressure relief of the bore 52 . The one on the right in the hole 32 acting oil pressure moves the locking piston 33 to the left and the locking piston 34 against the now unlocked threaded bushing 14th . This rotates accordingly under the effect of the piston gas force 3 into the illustrated rotary position D2 and represents the resulting shortening of the connecting rod 7th on the connecting rod length L2 a low one Compression ratio on. After reaching the turning position D2 the threaded bush 14th the pre-tensioned locking piston then moves 34 into the second conical bore, now relieved of pressure 37 to secure the rotary position D2 . The hole 31 Oil pressure is still applied, but now via the locking piston 33 with oil pressure from the bore 53 .

Bei Abschaltung der Brennkraftmaschine sorgt der versiegende Öldruck unterhalb des oben genannten Umschaltdrucks von beispielsweise 3 bar über das Umschaltventil 16 automatisch für ein hoch eingestelltes Verdichtungsverhältnis in der Verstellposition V1. Entsprechend 4 ist die Gewindebuchse 14 dann wieder über die Verriegelungskolben 33 und 34 zunächst in ihre gezeigten Positionen mit Verriegelung der Gewindebuchse 14 über die Konusbohrung 36 verriegelt. Sobald bei Abschaltung der Brennkraftmaschine der in der Bohrung 32 wirkende Öldruck jedoch einen minimalen Betriebsöldruck von beispielsweise 1 bar unterschreitet, drückt die Feder 35 die Verriegelungskolben 33 und 34 auseinander. Der sich dann an der Gewindebuchse 14 abstützende Verriegelungskolben 34 sichert damit bei Stillstand der Brennkraftmaschine über die Feder 35 den Verbleib des Verriegelungskolbens 33 in der Konusbohrung 36. Ein nachfolgender Wiederstart der Brennkraftmaschine erfolgt dann vorteilhaft bei hohem Verdichtungsverhältnis mit besten Zündbedingungen.When the internal combustion engine is switched off, the dwindling oil pressure ensures that the switchover pressure is below the above-mentioned switchover pressure of, for example, 3 bar via the switchover valve 16 automatically for a high compression ratio in the adjustment position V1 . Corresponding 4th is the threaded bush 14th then again over the locking piston 33 and 34 first in their positions shown with locking of the threaded bushing 14th over the cone bore 36 locked. As soon as the internal combustion engine is switched off in the bore 32 If the oil pressure that is acting falls below a minimum operating oil pressure of, for example, 1 bar, the spring pushes 35 the locking piston 33 and 34 apart. Which is then on the threaded bush 14th supporting locking piston 34 thus secures via the spring when the engine is at a standstill 35 the whereabouts of the locking piston 33 in the conical bore 36 . A subsequent restart of the internal combustion engine then advantageously takes place at a high compression ratio with the best ignition conditions.

Die 6 zeigt, gegenüber 4 mit vollständiger Verriegelung der Gewindebuchse 14 in der Drehposition D1, in einer vergrößerten Schnittdarstellung eine durch den Verriegelungskolben 33 beginnende Verriegelung der Gewindebuchse 14. Ausgehend von 5 bei einem niedrig eingestellten Verdichtungsverhältnis bewirkt eine Verdichtungsumschaltung auf ein hohes Verdichtungsverhältnis einen Wechsel der Öldruckbeaufschlagung der Verriegelungseinheit 30 durch das Umschaltventil 16. Hierdurch wird durch den in der Konusbohrung 37 wirkenden Öldruck mit dem Verriegelungskolben 34 bei zusammengedrückter Feder 35 auch der Verriegelungskolben 33 nach rechts verschoben. Die Gewindebuchse 14 ist nun in der Drehposition D2 (5) entriegelt und verdreht sich unter Wirkung von Pleuelzugkräften und der Torsionsfeder 15 im Sinne einer Verlängerung des Pleuels 7. Sobald entsprechend 6 die Konusbohrung 36 der sich verdrehenden Gewindebuchse 14 mit ihrer zum Verriegelungskolben 33 ausgerichteten Öffnung etwa die Drehposition D1 erreicht hat, beginnt sich der vorgespannte Verriegelungskolben 33 in die Konusbohrung 36 zu verschieben. Beide Verriegelungskolben 33 und 34 sind vorzugweise mit je einem Doppelkonus ausgebildet, der aus einem vorderen Verzögerungskonus 56 mit größerem Konuswinkel und einem sich anschließenden Verriegelungskonus 57 mit kleinerem Konuswinkel besteht. Auch die beiden Konusbohrungen 36 und 37 der Gewindebuchse 14 weisen zwei entsprechende Konuswinkel auf. Bei nun beginnendem Formschluss des Verriegelungskolbens 33 mit der Konusbohrung 36 tritt zunächst dessen Verzögerungskonus 56 mit der Konusbohrung 36 entsprechend 6 in Kontakt. Aufgrund des großen Konuswinkels bewirkt die sich noch nach unten bewegende Gewindebuchse 14 eine gewisse Rückverschiebung der beiden Verriegelungskolben 33 und 34 gegen den in der Bohrung 32 wirkenden Öldruck. Hierdurch wird die sich noch etwas über die Drehposition D1 hinaus weiterdrehende Gewindebuchse 14 bis zum Stillstand abbremst und danach durch den in die Konusbohrung 36 einrückenden Verriegelungskolben 33 zurückgedreht und in der Endposition D1 entsprechend 4 verriegelt. Die durch den kleinen Konuswinkel vom Verriegelungskonus 57 bewirkte Selbsthemmung gegen Rückverschiebung gewährleistet eine betriebssichere Verriegelung der Gewindebuchse 14.The 6th shows opposite 4th with complete locking of the threaded bush 14th in the turning position D1 , in an enlarged sectional view one through the locking piston 33 beginning of locking of the threaded bushing 14th . Starting from 5 if the compression ratio is set to a low level, a compression switchover to a high compression ratio causes a change in the application of oil pressure to the locking unit 30th through the switching valve 16 . This is through the in the conical bore 37 acting oil pressure with the locking piston 34 with the spring compressed 35 also the locking piston 33 moved to the right. The threaded bush 14th is now in the turning position D2 ( 5 ) unlocks and rotates under the effect of connecting rod tensile forces and the torsion spring 15th in the sense of an extension of the connecting rod 7th . As soon as accordingly 6th the cone bore 36 the twisting threaded bush 14th with her to the locking piston 33 aligned opening approximately the rotational position D1 reached, the pre-tensioned locking piston begins 33 into the conical bore 36 to move. Both locking pistons 33 and 34 are preferably designed with a double cone each, consisting of a front deceleration cone 56 with a larger cone angle and an adjoining locking cone 57 with a smaller cone angle. Also the two conical bores 36 and 37 the threaded bush 14th have two corresponding cone angles. When the form fit of the locking piston now begins 33 with the conical bore 36 its delay cone occurs first 56 with the conical bore 36 corresponding 6th in contact. Due to the large cone angle, the threaded bush still moves downwards 14th a certain backward displacement of the two locking pistons 33 and 34 against the one in the hole 32 acting oil pressure. This will make the turning position a little bit more D1 further turning threaded bushing 14th brakes to a standstill and then through the into the conical bore 36 engaging locking piston 33 turned back and in the end position D1 corresponding 4th locked. The by the small cone angle from the locking cone 57 The self-locking effect produced against backward displacement ensures that the threaded bushing is locked in an operationally reliable manner 14th .

Das vor dem Umschaltventil 16 angeordnete Rückschlagventil 49 verhindert ein Ölrückströmen, so das die bei Abbremsung der Verstellung erfolgende Rückverschiebung der Verriegelungskolbens 33 und 34 vorteilhaft gegen einen kurzeitig über den Betriebsöldruck ansteigenden Druck mit gesteigerter Abbremswirkung erfolgt.That before the switching valve 16 arranged check valve 49 prevents the oil from flowing back, so that the locking piston shifts back when the adjustment is braked 33 and 34 advantageously takes place against a pressure rising briefly above the operating oil pressure with increased braking effect.

Auch bei der Verriegelung der Gewindebuchse 14 in der Drehposition D2 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis entsprechend 5 bewirkt der ebenfalls mit einem Doppelkonus ausgebildete Verriegelungskolben 34 eine vorteilhafte Abbremsung der Verstellung.Even when locking the threaded bushing 14th in the turning position D2 at a low compression ratio accordingly 5 causes the locking piston, which is also designed with a double cone 34 an advantageous braking of the adjustment.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11

Zylindercylinder

22

ZylinderachseCylinder axis

33

HubkolbenReciprocating piston

44th

ZylinderkopfCylinder head

55

BrennraumCombustion chamber

66th

KolbenbolzenPiston pin

6a6a

KolbenbolzenachsePiston pin axis

77th

PleuelConnecting rod

88th

HubzapfenCrank pin

99

Kurbelwellecrankshaft

1010

PleueloberteilConnecting rod top

1111

PleuelunterteilConnecting rod lower part

1212th

PleueldeckelConnecting rod cap

1313th

PleuelachseConnecting rod axis

1414th

GewindebuchseThreaded bushing

1515th

TorsionsfederTorsion spring

1616

UmschaltventilChangeover valve

1717th

Bohrungdrilling

1818th

ÖldruckreglerOil pressure regulator

1919th

AußenkonturOuter contour

2020th

rechtsgängiges Trapezgewinderight-hand trapezoidal thread

2121

FührungsdornGuide mandrel

2222nd

FührungsbohrungPilot hole

2323

FührungsbolzenGuide pin

2424

LanglochLong hole

2525th

linksgängiges Trapezgewindeleft-hand trapezoidal thread

2626th

erster Stiftfirst pen

2727

zweiter Stiftsecond pen

2828

TellerfederDisc spring

2929

SicherungsringCirclip

3030th

VerriegelungseinheitLocking unit

3131

Bohrungdrilling

3232

Bohrungdrilling

3333

erster Verriegelungskolbenfirst locking piston

3434

zweiter Verriegelungskolbensecond locking piston

3535

Federfeather

3636

erste Konusbohrungfirst cone hole

3737

zweite Konusbohrungsecond conical hole

3838

EndzapfenEnd pin

3939

ÖlkammerOil chamber

4040

SchaltkolbenShift piston

4141

Federkammer Spring chamber

4242

Federfeather

4343

ZentralbohrungCentral bore

4444

QuerbohrungCross hole

4545

obere Lagerhalbschaleupper bearing half-shell

4646

untere Lagerhalbschalelower bearing half shell

4747

LagernutBearing groove

4848

RadialbohrungRadial bore

4949

Rückschlagventilcheck valve

5050

Bohrungdrilling

5151

erster Kanalfirst channel

5252

Bohrungdrilling

5353

Bohrungdrilling

5454

zweiter Kanalsecond channel

5555

Bohrungdrilling

5656

BremskonusBrake cone

5757

Verriegelungskonus Locking cone

L1L1

maximale Pleuellängemaximum connecting rod length

L2L2

minimale Pleuellängeminimal connecting rod length

V1V1

Verstellposition 1 Adjustment position 1

V2V2

Verstellposition 2 Adjustment position 2

D1D1

Drehposition 1 Turning position 1

D2D2

Drehposition 2 Turning position 2

Claims (11)

Vorrichtung zur Verstellung einer Verdichtung einer Brennkraftmaschine zwischen einem niedrigen und einem hohen Verdichtungsverhältnis, umfassend mindestens einen Zylinder (1) mit einer Zylinderachse (2), einen entlang der Zylinderachse (2) beweglichen Hubkolben (3), ein in seiner Länge zwischen zwei Verstellpositionen V1 und V2 verstellbares Pleuel (7), das ein Pleuelunterteil (11) und ein relativ zu diesem verstellbares Pleueloberteil (10) aufweist, ein verdrehbares Gewindeelement (14), dass das das Pleueloberteil (10) mit dem Pleuelunterteil (11) mit zwei entgegengesetzt ausgerichteten Gewinden verbindet, mindestens einen im Pleuel (7) angeordneten Verriegelungskolben (33, 34) zur Verriegelung des Gewindeelements (14) in zwei Drehpositionen D1 und D2, ein mit einem Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagtes Umschaltventil (16) für eine umschaltbare Druckbeaufschlagung des Verriegelungskolbens (33, 34), mindestens eine Vorrichtung zur Abbremsung der Verstellung des Pleuels (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement (14) mit zwei Steilgewinden (20, 25) ausgebildet und von einer Torsionsfeder (15) vorgespannt ist.Device for adjusting the compression of an internal combustion engine between a low and a high compression ratio, comprising at least one cylinder (1) with a cylinder axis (2), a reciprocating piston (3) movable along the cylinder axis (2), one in its length between two adjustment positions V1 and V2 adjustable connecting rod (7), which has a connecting rod lower part (11) and a connecting rod upper part (10) adjustable relative to this, a rotatable threaded element (14) that the connecting rod upper part (10) with the connecting rod lower part (11) with two oppositely aligned Connects threads, at least one locking piston (33, 34) arranged in the connecting rod (7) for locking the threaded element (14) in two rotational positions D1 and D2, a switching valve (16) to which an oil pressure of the internal combustion engine is applied for a switchable pressure application of the locking piston (33) , 34), at least one device for braking the adjustment of the connecting rod (7), there characterized in that the threaded element (14) is designed with two coarse threads (20, 25) and is pretensioned by a torsion spring (15). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeelement als Gewindebuchse (14) mit zwei Innengewinden ausgebildet ist, die mit je einem Außengewinde des Pleueloberteils (10) und des Pleuelunterteils (11) in Eingriff stehen.Device according to Claim 1 , characterized in that the threaded element is designed as a threaded bushing (14) with two internal threads which each engage with an external thread of the connecting rod upper part (10) and the connecting rod lower part (11). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gewindebuchse (14) zumindest in der Drehposition D2 an einer Bremsfeder (28) abstützt, wobei die Abbremsung der Verstellung der Gewindebuchse (14) in einem über die Drehposition D2 hinausgehenden Verstellbereich erfolgt.Device according to Claim 2 , characterized in that the threaded bushing (14) is supported on a brake spring (28) at least in the rotational position D2, the braking of the adjustment of the threaded bushing (14) taking place in an adjustment range beyond the rotational position D2. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfeder als Tellerfeder (28) ausgebildet ist.Device according to Claim 3 , characterized in that the brake spring is designed as a plate spring (28). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (15) mit ihren Windungen die Gewindebuchse (14) umschließt, wobei die Windungen zumindest in deren Drehposition D2 in Konturen (19) der Gewindebuchse (14) geführt sind.Device according to Claim 2 , characterized in that the turns of the torsion spring (15) surrounds the threaded bushing (14), the turns being guided in contours (19) of the threaded bushing (14) at least in their rotational position D2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebuchse (14) in den Drehpositionen D1 und D2 durch zwei konisch ausgebildete Verriegelungskolben (33, 34) verriegelbar ist, die von einer Feder (35) vorgespannt sind.Device according to Claim 2 , characterized in that the threaded bushing (14) can be locked in the rotational positions D1 and D2 by two conical locking pistons (33, 34) which are pretensioned by a spring (35). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungskolben (33, 34) je einen Doppelkonus aufweisen.Device according to Claim 6 , characterized in that the locking pistons (33, 34) each have a double cone. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleueloberteil (10) eine Führungsbohrung (22) aufweist, in die ein axial beweglicher Führungsdom (21) des Pleuelunterteils (11) hineinragt, wobei im Bereich der Verstellposition V2 eine durch den Führungsdorn (21) sich schließende Ölkammer (39) der Führungsbohrung (22) die Verstellbewegung abbremst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upper connecting rod part (10) has a guide bore (22) into which an axially movable guide dome (21) of the lower connecting rod part (11) protrudes, wherein in the area of the adjustment position V2 a through the guide pin ( 21) the closing oil chamber (39) of the guide bore (22) brakes the adjustment movement. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdrehsicherung ein im Pleueloberteil (10) fixierter Führungsbolzen (23) in ein Langloch (24) des Führungsdorns (21) hineinragt.Device according to Claim 8 , characterized in that a guide bolt (23) fixed in the upper part (10) of the connecting rod protrudes into an elongated hole (24) in the guide mandrel (21) to prevent rotation. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (16) in einem Pleueldeckel (12) angeordnet ist, wobei die Umschaltung des Verdichtungsverhältnisses beim Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Öldrucks erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching valve (16) is arranged in a connecting rod cover (12), the compression ratio being switched when a certain oil pressure is exceeded or not reached. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Umschaltung des Verdichtungsverhältnisses durch ein Steuergerät der Brennkraftmaschine die auf den Hubkolben (3) wirkenden Gasdrücke reduziert werden.Device according to Claim 10 , characterized in that when the compression ratio is switched by a control unit of the internal combustion engine, the gas pressures acting on the reciprocating piston (3) are reduced.

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