DE102021002750A1 - Pressure intensifier for adjustable connecting rods - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit Verdichtungsverstellung durch längenverstellbare Pleuel. Zur Verdichtungsumschaltung wird ein zweistufig zwischen einem unteren und einem oberen Druckwert verstellbarer Öldruck der Brennkraftmaschine genutzt. Erfindungsgemäß wird zur Unterstützung der Verdichtungsumschaltung ein Druckverstärker verwendet, der bei Verstellbeginn temporär zumindest den unteren Öldruck im Pleuel erhöht.The invention relates to reciprocating piston internal combustion engines with compression adjustment using length-adjustable connecting rods. An oil pressure of the internal combustion engine that can be adjusted in two stages between a lower and an upper pressure value is used for switching the compression ratio. According to the invention, a pressure booster is used to support the changeover of compression, which temporarily increases at least the lower oil pressure in the connecting rod when the adjustment begins.

Description

Die Erfindung betrifft Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einem umschaltbaren Verdichtungsverhältnis durch längenverstellbare Pleuel, wodurch insbesondere bei füllungsgeregelten Ottomotoren Verbrauchsvorteile erzielbar sind. Als mechanische Lösung hierzu kann an einer herkömmlich einteiligen Pleuelstange mit einem kleinen und einen großen Pleuelauge ein zwischen einem Kolbenbolzen und dem kleinen Pleuelauge angeordneter Exzenter angeordnet sein, bei dessen Verdrehung der effektive Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem großen Pleuelauge veränderbar ist. Weiterhin ist auch eine mechanische Veränderung einer Pleuellänge durch eine Gewindeverstellung möglich, wobei bei einem dann mehrteilig ausgebildeten Pleuel eine verdrehbare Gewindebuchse mit zwei gegenläufigen Gewinden ein Pleueloberteil mit einem Pleuelunterteil verbindet. Die Einstellung des jeweils eingestellten Verdichtungsverhältnisses ist durch eine Fixiereinrichtung zu sichern. Hierfür können formschlüssig verriegelnde Bolzen verwendet werden. Eine Verdichtungsumschaltung wird überwiegend hydraulisch vorgenommen, wozu der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine genutzt wird.The invention relates to reciprocating piston internal combustion engines with a compression ratio that can be switched by means of connecting rods that can be adjusted in length, as a result of which fuel consumption advantages can be achieved, particularly in the case of filling-controlled Otto engines. As a mechanical solution to this, an eccentric arranged between a piston pin and the small connecting rod eye can be arranged on a conventional one-piece connecting rod with a small and a large connecting rod eye. Furthermore, a mechanical change in a connecting rod length by adjusting the thread is also possible, with a connecting rod then having a multipart design, a rotatable threaded bushing with two threads running in opposite directions connects a connecting rod upper part to a connecting rod lower part. The setting of the respectively set compression ratio is to be secured by a fixing device. Positive locking bolts can be used for this. A change in compression is predominantly carried out hydraulically, for which purpose the oil circuit of the internal combustion engine is used.

Die DE102016117875A1 zeigt eine Lösung für eine Verdichtungsverstellung mit einem Pleuel, in dessem kleinen Pleuelauge ein schwenkbarer Exzenter angeordnet ist. Dieser stützt sich über zwei Hebelarme und zwei Hydraulikkolben am Pleuel ab. Während die Verstellung des Exzenters durch periodisch wechselnde Pleuelkräfte erfolgt, kontrollieren die Hydraulikkolben die mehrstufig über mehrere Motorzyklen ablaufende Verdichtungsverstellung und nutzen Rückschlagventile als Rückstellsperren. Die Hydraulikkolben übernehmen in der jeweils erreichten Verdichtungseinstellung auch eine Verstellfixierung.the DE102016117875A1 shows a solution for a compression adjustment with a connecting rod in whose small connecting rod eye a swiveling eccentric is arranged. This is supported by two lever arms and two hydraulic pistons on the connecting rod. While the eccentric is adjusted by periodically changing connecting rod forces, the hydraulic pistons control the compression adjustment, which takes place in several stages over several engine cycles, and use check valves as return locks. The hydraulic pistons also take over an adjustment fixation in the respective compression setting.

In der DE10202001743A1 ist eine Lösung für eine Verdichtungsverstellung beschrieben, bei der ein zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuelkopf angeordneter Exzenter durch zwei in einer Pleuelstange angeordnete Bolzen wechselweise hydraulisch verriegelbar ist. Der Pleuelkopf ist von einer auf den Exzenter wirkenden Rückstellfeder wie auch teilweise von einer Bremsfeder umschlossen, die der Abbremsung der Verdichtungsverstellung bei Verstellende dient.In the DE10202001743A1 a solution for a compression adjustment is described in which an eccentric arranged between a piston pin and a connecting rod head can be hydraulically locked alternately by two bolts arranged in a connecting rod. The connecting rod head is surrounded by a restoring spring acting on the eccentric as well as partially by a brake spring, which serves to brake the compression adjustment at the end of the adjustment.

Die DE102020002316A1 zeigt als weitere Lösung für eine Verdichtungsumschaltung ein längenverstellbares Pleuel mit einer drehbaren Gewindebuchse. Sie verbindet über zwei gegenläufig ausgerichtete Steilgewinde ein Pleueloberteil mit einem Pleueloberteil. Bei entriegelter Gewindebuchse erfolgt deren Verdrehung durch periodisch wechselnde Pleuelkräfte, die über die Steilgewinde entsprechende Verstellmomente erzeugen. Bei Erreichen der jeweiligen Endposition bei hoher oder niedriger Verdichtung wird die Gewindebuchse durch hydraulisch schaltbare Bolzen verriegelt.the DE102020002316A1 shows a length-adjustable connecting rod with a rotatable threaded bush as a further solution for changing the compression ratio. It connects a connecting rod upper part to a connecting rod upper part via two oppositely aligned high-helix threads. When the threaded bush is unlocked, it is rotated by periodically changing connecting rod forces, which generate corresponding adjustment torques via the high-helix thread. When the respective end position is reached with high or low compression, the threaded bush is locked by hydraulically switchable bolts.

In der DE102010061361A1 ist ein Umschaltventil für eine Verdichtungsverstellung einer Brennkraftmaschine dargestellt, 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 verstellbaren Höhe des Öldrucks das Verdichtungsverhältnis um.In the DE102010061361A1 a switching valve for a compression adjustment of an internal combustion engine is shown, which is arranged in a connecting rod with a connecting rod length that can be effectively adjusted by an eccentric. The changeover valve is acted upon by the oil pressure of the internal combustion engine and switches the compression ratio depending on the adjustable level of the oil pressure.

Eine Nutzung des Öldrucks einer Hubkolben-Brennkraftmaschine für eine Verdichtungsumschaltung ist eine vorteilhafte Lösung, da keine zusätzliche Energiequelle für die Verdichtungsumschaltung erforderlich ist. Um die Antriebsleistung von Ölpumpen möglichst niedrig zu halten, werden in neueren Brennkraftmaschinen förderstromvariable Ölpumpen mit minimiertem Öldruckniveau verwendet. Hierbei kann der Öldruck bedarfsweise beispielsweise zwischen 2 bar und 4 bar verstellt werden. Ein auf diese Öldruckverstellung reagierendes Umschaltventil eines längenverstellbaren Pleuels ist daher eine kostengünstige Lösung für eine Verdichtungsverstellung. Da die vom Umschaltventil beaufschlagte Verstellfixierung des Pleuels mit dem aus Verbrauchsgründen reduzierten Öldruckniveau betriebssicher umschalten muss, darf das hierfür genutzte Öldruckniveau jedoch nicht zu niedrig sein. Eine beispielsweise Erhöhung des zweistufig einstellbaren Motoröldrucks auf 4 bar und 6 bar würde zwar eine betriebssichere Verdichtungsverstellung ermöglichen, jedoch entsprechend die Antriebsleistung der Ölpumpe nachteilig erhöhen.Using the oil pressure of a reciprocating internal combustion engine for a compression switch is an advantageous solution, since no additional energy source is required for the compression switch. In order to keep the drive power of oil pumps as low as possible, oil pumps with variable flow rates and a minimized oil pressure level are used in newer internal combustion engines. Here, the oil pressure can be adjusted as required, for example between 2 bar and 4 bar. A switching valve of a length-adjustable connecting rod that reacts to this oil pressure adjustment is therefore a cost-effective solution for adjusting the compression. However, since the adjusting fixation of the connecting rod acted upon by the switching valve must switch reliably with the oil pressure level reduced for reasons of consumption, the oil pressure level used for this must not be too low. For example, an increase in the engine oil pressure, which can be set in two stages, to 4 bar and 6 bar would enable reliable compression adjustment, but would disadvantageously increase the drive power of the oil pump accordingly.

Es ist Aufgabe der Erfindung für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit längenverstellbaren Pleueln eine Lösung zu schaffen, bei der ein aus verbrauchsgründen minimiertes Öldruckniveau der Brennkraftmaschine für eine betriebssichere Verdichtungsverstellung nutzbar ist.The object of the invention is to create a solution for a reciprocating piston internal combustion engine with length-adjustable connecting rods in which an oil pressure level of the internal combustion engine that is minimized for reasons of consumption can be used for reliable compression adjustment.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Druckverstärker gemäß dem Hauptanspruch, weitere Unteransprüche beschreiben die Ausgestaltung der Erfindung.This problem is solved by a pressure booster according to the main claim, further subclaims describe the embodiment of the invention.

In einer Anwendung der Erfindung ist die Brennkraftmaschine als Ottomotor mit zumindest einem Zylinder ausgebildet. Die bevorzugt zweistufige Verdichtungsverstellung erfolgt durch ein in seiner wirksamen Länge verstellbares Pleuel, das die von einem Hubkolben über einen Kolbenbolzen einwirkenden Kräfte auf einen Hubzapfen einer Kurbelwelle überträgt und dadurch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Für die Schmierung der Brennkraftmaschine ist dessen Ölkreislauf von einer Ölpumpe mit einem bedarfsweise verstellbaren Öldruck versorgt, der beispielsweise entweder auf einen unteren Öldruck von 2 bar oder auf einen oberen Öldruck von 4 bar einstellbar ist.In one application of the invention, the internal combustion engine is designed as an Otto engine with at least one cylinder. The preferably two-stage compression adjustment is carried out by a connecting rod that can be adjusted in terms of its effective length, which transmits the forces acting from a reciprocating piston via a piston pin to a crankpin of a crankshaft and thereby generates a corresponding torque. For the lubrication of the internal combustion engine is the oil circuit of a Oil pump supplied with an oil pressure that can be adjusted as needed, which can be set, for example, either to a lower oil pressure of 2 bar or to an upper oil pressure of 4 bar.

Das längenverstellbare Pleuel ist beispielsweise in seinem kleinen Pleuelauge mit einem den Kolbenbolzen umschließenden Exzenter ausgebildet, durch dessen Verdrehung in bekannter Weise der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Hubzapfen der Kurbelwelle verstellbar ist. Zur zweistufigen Arretierung des Exzenters bei niedrigem bzw. bei hohem Verdichtungsverhältnis sind beispielsweise im Pleuel zwei Bolzen angeordnet, die in bekannter Weise wechselweise den Exzenter verriegeln. Bevorzugt sind die Bolzen von je einer Feder gegen den Exzenter vorgespannt sowie an je einer ersten Wirkflächen mit Druck beaufschlagt und an einer der ersten Wirkfläche gegenüberliegenden zweiten Wirkfläche druckentlastet. Zur Umschaltung der Verdichtung wird die Druckbeaufschlagung der beiden Wirkflächen in bekannter Weise wechselweise umgeschaltet, wobei nach erfolgter Verdichtungsumschaltung jeweils ein Bolzen den Exzenter verriegelt. Für die Verdichtungsumschaltung ist bevorzugt in einem Pleueldeckel ein Umschaltventil angeordnet, dass über je eine Verbindungsleitung die Bolzen wechselweise mit Öldruck beaufschlagt oder druckentlastet. Vom Hubzapfen der Kurbelwelle aus ist das Umschaltventil permanent mit dem Motoröldruck beaufschlagt, wobei das Umschaltventil durch eine Öldruckumschaltung zwischen dem oberen und dem unteren Öldruck in bekannter Weise die Verdichtungsverstellung bewirkt. Bevorzugt wird für Teillastbetrieb mit hohem Verdichtungsverhältnis der untere Öldruck und bei Volllastbetrieb mit niedrigem Verdichtungsverhältnis der obere Öldruck eingestellt.The length-adjustable connecting rod is designed, for example, in its small connecting rod eye with an eccentric enclosing the piston pin, by rotating the eccentric in a known manner, the distance between the piston pin and the crank pin of the crankshaft can be adjusted. For two-stage locking of the eccentric at a low or high compression ratio, two bolts are arranged, for example, in the connecting rod, which alternately lock the eccentric in a known manner. The bolts are preferably each biased against the eccentric by a spring and are each subjected to pressure on a first effective surface and relieved of pressure on a second effective surface opposite the first effective surface. To switch over the compression, the pressurization of the two active surfaces is alternately switched over in a known manner, with a bolt locking the eccentric in each case after the compression has been switched over. For compression switching, a switching valve is preferably arranged in a connecting rod cap, which alternately applies oil pressure to the bolts or relieves pressure via a respective connecting line. From the crank pin of the crankshaft, the changeover valve is constantly subjected to the engine oil pressure, the changeover valve causing the compression adjustment in a known manner by changing over the oil pressure between the upper and the lower oil pressure. The lower oil pressure is preferably set for part-load operation with a high compression ratio and the upper oil pressure is set for full-load operation with a low compression ratio.

Der in den beiden Verbindungsleitungen wirksame Druck muss zumindest so hoch sein, dass die bei beginnender Verdichtungsumschaltung erforderliche Exzenter-Entriegelung durch den einen Bolzen und nach erfolgter Verdrehung des Exzenters dessen Verriegelung durch den anderen Bolzen betriebssicher erfolgen kann.The effective pressure in the two connecting lines must be at least so high that the eccentric unlocking required at the beginning of the compression changeover can be carried out reliably by one bolt and, after the eccentric has been rotated, its locking by the other bolt.

Erfindungsgemäß sind mindestens an einer Verbindungsleitung ein Rückschlagventil und ein Kolben angeordnet, um zumindest den unteren Öldruck für eine Verdichtungserhöhung temporär in der Verbindungsleitung für die hydraulisch beaufschlagten Bolzen zu erhöhen. Der Kolben ist vorzugsweise als Zapfen eines Stufenkolbens mit einem großen und einem kleinen Durchmesser ausgebildet. Eine hydraulisch wirksame große Kolbenfläche des Stufenkolbens ist mit dem unteren Öldruck beaufschlagt, während eine kleine Kolbenfläche des Zapfens hydraulisch an der Verbindungsleitung angeschlossen ist. Bei vom Umschaltventil über das zugehörige Rückschlagventil in der Verbindungsleitung und an der großen Kolbenfläche des Stufenkolbens aufgeschaltetem unteren Öldruck kann der den Exzenter verriegelnde erste Bolzen dessen Entriegelung vornehmen. Wird jedoch die Entriegelung durch auf den Bolzen wirkende Reibkräfte verzögert oder gar verhindert, bewirkt der Stufenkolben entsprechend seinem hydraulischen Flächenverhältnis in der Verbindungsleitung eine erfindungsgemäße Druckerhöhung zur Unterstützung der Exzenter-Entriegelung. Das Rückschlagventil unterbindet dabei eine Ölrückströmen zum Umschaltventil. Nach Erreichen eines hubbegrenzenden Anschlags des Stufenkolbens sinkt infolge Leckagen der Druck in der Verbindungsleitung wieder ab, wobei dann aber das sich wieder öffnende Rückschlagventil die Druckbeaufschlagung der Verbindungsleitung mit dem unteren Öldruck aufrechterhält.According to the invention, a check valve and a piston are arranged on at least one connecting line in order to temporarily increase at least the lower oil pressure for an increase in compression in the connecting line for the hydraulically operated bolts. The piston is preferably designed as a trunnion of a stepped piston with a large and a small diameter. A hydraulically effective, large piston area of the stepped piston is subjected to the lower oil pressure, while a small piston area of the journal is hydraulically connected to the connecting line. When the lower oil pressure is applied by the switching valve via the associated check valve in the connecting line and on the large piston surface of the stepped piston, the first bolt locking the eccentric can unlock it. However, if unlocking is delayed or even prevented by frictional forces acting on the bolt, the stepped piston causes a pressure increase according to the invention in accordance with its hydraulic area ratio in the connecting line to support the eccentric unlocking. The check valve prevents oil from flowing back to the switchover valve. After reaching a stroke-limiting stop of the stepped piston, the pressure in the connecting line drops again due to leaks, but then the check valve, which opens again, maintains the pressurization of the connecting line with the lower oil pressure.

Durch die erfindungsgemäß temporäre Druckerhöhung in mindestens einer Verbindungsleitung wird vor einer Verdichtungsverstellung eine beschleunigte Bolzen-Entriegelung des Exzenters erreicht, so dass die Verdichtungsumschaltung auch bei einem aus Verbrauchsgründen niedrig eingestelltem unteren Öldruck sichergestellt ist.Due to the temporary pressure increase according to the invention in at least one connecting line, an accelerated bolt unlocking of the eccentric is achieved before a compression adjustment, so that the compression switchover is ensured even when the lower oil pressure is set low for reasons of consumption.

Für eine Rückverstellung auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis wird zunächst der Öldruck der Brennkraftmaschine auf den oberen Öldruck erhöht. Durch das sich hierdurch verstellende Umschaltventil wird in bekannter Weise die Druckbeaufschlagung der beiden Verbindungsleitungen gewechselt. Hierdurch wird die großen Kolbenfläche des Stufenkolbens druckentlastet und eine ihr gegenüberliegende kleine Ringfläche mit dem oberen Öldruck beaufschlag, wodurch sich der Stufenkolben zurückverstellt und dadurch über seinen Zapfen eine Druckentlastung in der ersten Verbindungsleitung bewirkt. Vor Beendigung der Rückverstellung des Stufenkolbens gibt sein kleiner Zapfen eine parallel zum Rückschlagventil der ersten Verbindungsleitung angeordnete Entlastungsbohrung frei, so dass die erste Verbindungsleitung dann über das Umschaltventil drucklos geschaltet ist. Nach erfolgter Verdichtungsverstellung verriegelt der zweite Bolzen durch die Druckbeaufschlagung der zweiten Verbindungsleitung den Exzenter.For a return to a low compression ratio, the oil pressure of the internal combustion engine is first increased to the upper oil pressure. The pressurization of the two connecting lines is changed in a known manner by the changeover valve, which is adjusted as a result. This relieves the pressure on the large piston surface of the stepped piston and applies the upper oil pressure to a small annular surface opposite it, causing the stepped piston to move back and thus causing pressure relief in the first connecting line via its pin. Before the end of the return movement of the stepped piston, its small pin releases a relief bore arranged parallel to the check valve of the first connecting line, so that the first connecting line is then depressurized via the changeover valve. After the compression has been adjusted, the second bolt locks the eccentric by applying pressure to the second connecting line.

Erfindungsgemäß kann aber auch für die zweite Verbindungsleitung eine temporäre Druckerhöhung erfolgen, wobei an ihr dann ebenfalls ein Rückschlagventil wie auch ein zweiter Stufenkolben anzuordnen ist. Vorteilhafterweise können der erste und der zweite Stufenkolben durch einen einzigen Doppel-Stufenkolben ersetzt werden, der einen größeren Mittelkolben und zwei gegenüberliegende Zapfen zur Druckerhöhung in den jeweils angeschlossenen Verbindungsleitungen aufweist.According to the invention, however, a temporary increase in pressure can also take place for the second connecting line, in which case a check valve and a second stepped piston must then also be arranged on it. Advantageously, the first and second stepped pistons can be replaced by a single double stepped piston, which has a larger central piston and two opposing pins for increasing the pressure in the connecting lines connected in each case.

Da die beiden Bolzen über die beiden Verbindungsleitungen in bekannter Weise jeweils einseitig mit Druck und gegenseitig druckentlastet sind, kann bei einer entriegelnden Verschiebung eines Bolzens der zwischen den beiden Verbindungsleitungen angeordnete Doppel-Stufenkolben durch seine Verschiebung den Ölvolumenstrom des entriegelnden Bolzens zumindest teilweise ausgleichen. Bei ausreichend großer Dimensionierung des Doppel-Stufenkolbens bei nach der Enzenterentriegelung noch bestehendem Resthub kann die erfindungsgemäße Druckerhöhung auch noch für die nach erfolgter Verdichtungsumschaltung abschließende Exzenterverriegelung durch den anderen Bolzen genutzt werden. Auch bei einer Rückverstellung des Verdichtungsverhältnisses wird dann dieser vorteilhafte Effekt des Doppel-Stufenkolbens genutzt.Since the two bolts are pressure-relieved on one side via the two connecting lines in a known manner and pressure is relieved from one another, when a bolt is displaced in an unlocking manner, the double-stepped piston arranged between the two connecting lines can at least partially compensate for the oil volume flow of the unlocking bolt by its displacement. With a sufficiently large dimensioning of the double stepped piston with the residual stroke still existing after the eccentric unlocking, the pressure increase according to the invention can also be used for the final eccentric locking by the other bolt after the compression switching has taken place. This advantageous effect of the double stepped piston is then also used when the compression ratio is adjusted back.

Alternativ zu dem bisherigen Stufenkolben für die erfindungsgemäß temporäre Druckerhöhung in einer Verbindungsleitung kann die Druckerhöhung auch von einem als Stufenkolben ausgebildeten Umschaltventil vorgenommen werden. Dessen Umschaltkolben ist hierzu mit einem Zapfen ausgebildet, der in der angeschlossenen und wiederum mit einem Rückschlagventil ausgestatteten Verbindungsleitung bei Verdichtungsumschaltung die temporäre Druckerhöhung vornimmt. Die am Zapfen zur Druckerhöhung erforderliche Kraft wird dabei als Teilkraft einer Vorspannfeder des Umschaltkolbens bereitgestellt. Da das öldruckbeaufschlagte Umschaltventil entsprechend dem oben genannten Beispiel beim Öldruckwechsel zwischen dem oberen Öldruck von 4 bar und dem unteren Öldruck von 2 bar seine Stellung durch eine beispielsweise für 3,5 bar ausgelegte Vorspannfeder umschaltet, kann der zum unteren Öldruck von 2 bar bestehende Federkraftüberschuss für eine temporäre Öldruckerhöhung in der Verbindungsleitung genutzt werden. Eine im Zapfen angeordnete Drosselbohrung zu einer permanent drucklosen Federkammer der Vorspannfeder gewährleistet durch begrenzte Ölleckagen aus der Verbindungsleitung eine Verstellung des Umschaltkolbens gegen den auf den Zapfen wirkenden Druck. Die Federkammer steht bevorzug über ein Rückschlagventil mit der Umgebung in Verbindung, um einen Lufteintritt in die Federkammer zu verhindern.As an alternative to the previous stepped piston for the temporary pressure increase in a connecting line according to the invention, the pressure increase can also be carried out by a switching valve designed as a stepped piston. Its changeover piston is designed with a pin for this purpose, which carries out the temporary pressure increase in the connected connection line, which in turn is equipped with a check valve, when the compression ratio is changed over. The force required on the pin to increase the pressure is provided as a partial force of a preload spring of the switchover piston. Since the oil pressure-loaded changeover valve changes its position according to the above example when the oil pressure changes between the upper oil pressure of 4 bar and the lower oil pressure of 2 bar by means of a pretensioning spring designed, for example, for 3.5 bar, the excess spring force existing at the lower oil pressure of 2 bar for a temporary oil pressure increase in the connecting line can be used. A throttle bore located in the journal leading to a permanently depressurized spring chamber of the pretensioning spring ensures, through limited oil leakage from the connecting line, an adjustment of the changeover piston against the pressure acting on the journal. The spring chamber is preferably connected to the environment via a check valve in order to prevent air from entering the spring chamber.

Bei nur in einer Verbindungsleitung erfindungsgemäß erforderlicher Druckerhöhung des unteren Öldrucks ist die Ausführung mit dem am Umschaltkolben angeordneten Zapfen bevorzugt, da dann auf einen zusätzlich im Pleuel angeordneten Stufenkolben verzichtet werden kann. Diese Ausbildung hat insbesondere auch Bauraumvorteile für ein für eine Verdichtungsversstellung mehrteilig ausgebildetes Gewindepleuel, da dessen Bauraum zwischen dem Hubzapfen und dem Kolbenbolzen bereits weitgehend belegt ist.If the pressure increase of the lower oil pressure is required according to the invention in only one connecting line, the embodiment with the pin arranged on the switchover piston is preferred, since an additional stepped piston arranged in the connecting rod can then be dispensed with. This design also has space advantages in particular for a threaded connecting rod designed in multiple parts for a compression adjustment, since its space between the crank pin and the piston pin is already largely occupied.

Anhand der nachfolgend beschriebenen 1 bis 7 wird die Erfindung näher erläutert.

• Die 1 zeigt eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem in einem Pleuel angeordneten Druckverstärker bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis.
• Die 2 zeigt die Brennkraftmaschine bei hoch eingestelltem Verdichtungsverhältnis.
• Die 3 zeigt einen als Doppel-Stufenkolben ausgebildeten Druckverstärker bei oberem Öldruck der Brennkraftmaschine.
• Die 4 zeigt den Doppel-Stufenkolben bei einem unterem Öldruck.
• Die 5 zeigt einen in einem Pleueldeckel angeordneten Druckverstärker bei oberem Öldruck.
• Die 6 zeigt den im Pleueldeckel angeordneten Druckverstärker bei unterem Öldruck.
• Die 7 zeigt den im Pleueldeckel angeordneten Druckverstärker für ein Gewindepleuel.

Using the methods described below 1 until 7 the invention is explained in more detail.

• the 1 shows a reciprocating internal combustion engine with a pressure intensifier arranged in a connecting rod with a low compression ratio.
• the 2 shows the internal combustion engine with a high compression ratio.
• the 3 shows a pressure intensifier designed as a double stepped piston at the upper oil pressure of the internal combustion engine.
• the 4 shows the double stepped piston at a lower oil pressure.
• the 5 shows a pressure intensifier arranged in a connecting rod cap at upper oil pressure.
• the 6 shows the pressure intensifier in the connecting rod cap at low oil pressure.
• the 7 shows the pressure intensifier for a threaded connecting rod arranged in the connecting rod cap.

In der 1 ist ein bevorzugtes Ausbildungsbeispiel der Erfindung für eine Hubkolben-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 und einen verdrehbaren Exzenter 7 auf ein Pleuel 8, das sich an einem Hubzapfen 9 einer Kurbelwelle 10 drehgelagert abstützt und dadurch in bekannter Weise ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine erzeugt.In the 1 shows a preferred embodiment of the invention for a reciprocating internal combustion engine with at least one cylinder. A reciprocating piston 3 movable along a cylinder axis 2 is arranged in the cylinder 1 . The cylinder 1 is closed by a cylinder head 4 , as a result of which a combustion chamber 5 is formed between the reciprocating piston 3 and the cylinder head 4 . The reciprocating piston 3 acted upon by the variable gas pressure in the combustion chamber 5 transmits the resulting gas forces as well as piston inertia forces via a piston pin 6 and a rotatable eccentric 7 to a connecting rod 8, which is supported in a rotatable manner on a crank pin 9 of a crankshaft 10 and thereby generates a corresponding torque in a known manner generated by the internal combustion engine.

Die Exzentrizität e des Exzenter 7 ist so ausgerichtet, dass sich der Kolbenbolzen 6 in einer tiefsten Position in einem Pleuelkopf 11 des Pleuels 8 befindet, wodurch in der gezeigten OT-Stellung des Hubkolbens 3 der Brennraum 5 ein maximales Volumen für ein niedrig eingestelltes Verdichtungsverhältnis aufweist. Der Exzenter 7 ist bei niedrigem Verdichtungsverhältnis von einem mit Federkraft vorgespannten ersten Bolzen 12 verriegelt. Für eine Verriegelung des Exzenters 7 bei hoch eingestelltem Verdichtungsverhältnis ist im Pleuel 8 ein zweiter Bolzen 13 angeordnet. In einem Pleueldeckel 14 ist ein Umschaltventil 15 angeordnet, das über den Hubzapfen 9 permanent mit Öldruck des Schmierölsystems der Brennkraftmaschine beaufschlagt ist.The eccentricity e of the eccentric 7 is aligned in such a way that the piston pin 6 is in a lowest position in a connecting rod head 11 of the connecting rod 8, whereby in the shown TDC position of the reciprocating piston 3 the combustion chamber 5 has a maximum volume for a low compression ratio . When the compression ratio is low, the eccentric 7 is locked by a first bolt 12 preloaded with spring force. A second bolt 13 is arranged in the connecting rod 8 for locking the eccentric 7 when the compression ratio is set high. A changeover valve 15 is arranged in a connecting rod cap 14 and is permanently subjected to oil pressure from the lubricating oil system of the internal combustion engine via the crank pin 9 .

Das Umschaltventil 15 steht mit den beiden Bolzen 12 und 13 über eine erste Pleuelbohrung 17 und eine zweite Pleuelbohrung 18 in hydraulischer Verbindung. Bei einem Wechsel der Höhe des Öldrucks schaltet das Umschaltventil 15 in bekannter Weise die Verdichtung um, wobei es die beiden Bolzen 12 und 13 wechselweise mit Öldruck beaufschlagt bzw. druckentlastet.The switching valve 15 is in hydraulic communication with the two bolts 12 and 13 via a first connecting rod bore 17 and a second connecting rod bore 18 Connection. When the level of the oil pressure changes, the changeover valve 15 switches the compression in a known manner, whereby the two bolts 12 and 13 are alternately subjected to oil pressure and relieved of pressure.

Der Öldruck der Brennkraftmaschine ist zur Minimierung der Antriebsleistung seiner Ölpumpe je nach Betriebsbedarf von einem Steuergerät 16 umschaltbar, beispielsweise entweder auf einen unteren Öldruck von 2 bar oder, wie in an einem Manometer 19 angezeigt, auf einen oberen Öldruck von beispielsweise 4 bar. Diese Öldruckumschaltung wird in bekannter Weise auch für die Verdichtungsumschaltung genutzt, wobei bevorzugt bei hohem Motordrehmoment und niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis der obere Öldruck und bei geringerem Motordrehmoment und hoch eingestelltem Verdichtungsverhältnis der untere Öldruck eingestellt ist. In 1 drückt der am Umschaltventil 15 wirksame obere Öldruck über die Pleuelbohrung 18 den Bolzen 12 in den Exzenter 7, während der Bolzen 13 in das Pleuel 7 zurückgeschoben ist. Die Pleuelbohrung 17 ist über das Umschaltventil 15 druckentlastet.To minimize the drive power of its oil pump, the oil pressure of the internal combustion engine can be switched by a control unit 16 depending on the operating requirement, for example either to a lower oil pressure of 2 bar or, as indicated on a pressure gauge 19, to an upper oil pressure of 4 bar, for example. This oil pressure switchover is also used in a known manner for the compression switchover, with the upper oil pressure preferably being set when the engine torque is high and the compression ratio set low, and the lower oil pressure is set when the engine torque is low and the compression ratio set high. In 1 the upper oil pressure acting on the switching valve 15 pushes the bolt 12 into the eccentric 7 via the connecting rod bore 18, while the bolt 13 is pushed back into the connecting rod 7. The connecting rod bore 17 is pressure-relieved via the switching valve 15.

Um auch bei relativ niedrigem unteren Öldruck eine betriebssichere Verdichtungsumschaltung zu gewährleisten, ist zwischen den beiden Pleuelbohrungen 17 und 18 im Pleuel 8 erfindungsgemäß ein temporär wirksamer Druckverstärker 20 angeordnet.In order to ensure reliable compression switching even when the lower oil pressure is relatively low, according to the invention a temporarily effective pressure booster 20 is arranged between the two connecting rod bores 17 and 18 in the connecting rod 8 .

Die 2 zeigt das Ausführungsbeispiel nach einer Verdichtungsumschaltung durch einen am Manometer 19 ablesbar niedrig eingestellten unteren Öldruck bei dann hoch eingestelltem Verdichtungsverhältnis. Ausgehend von dem zuvor niedrig eingestellten Verdichtungsverhältnis entsprechend 1 wurde für die beabsichtigte Verdichtungsumschaltung auf ein hohes Verdichtungsverhältnis vom Steuergerät 16 zunächst der untere Öldruck eingestellt. Hierdurch hatte das Umschaltventil 15 mit einer Linksverschiebung reagiert und durch Druckbeaufschlagung der Pleuelbohrung 17 und Druckentlastung der Pleuelbohrung 18 den Exzenter 7 durch den Bolzen 12 hydraulisch entriegelt und den Bolzen 13 hydraulisch vorgespannt. Unter Wirkung der periodisch wechselnden Pleuelkräfte hatte sich dann der entriegelte Exzenter 7 in bekannter Weise verschwenkt, wonach er entsprechend 2 bei einer erreichten Stellung für das hohen Verdichtungsverhältnis in bekannter Weise vom vorgespannten Bolzen 13 verriegelt worden ist. Die Exzentrizität e des verschwenkten Exzenters 7 steht nun quer zur Zylinderachse 2, wodurch der Brennraum 5 in der gezeigten OT-Stellung des Hubkolbens 3 ein minimales Volumen aufweist. Die Verstellung und die Funktionsweise des Druckverstärkers 20 wird nachfolgend in den 3 und 4 erläutert.the 2 shows the exemplary embodiment after a compression switchover by means of a lower oil pressure that can be read off the manometer 19 and that is set to be low, with the compression ratio then being set to be high. Based on the previously set low compression ratio accordingly 1 the lower oil pressure was initially set by the control unit 16 for the intended compression switchover to a high compression ratio. As a result, the switching valve 15 reacted with a shift to the left and by pressurizing the connecting rod bore 17 and relieving the pressure in the connecting rod bore 18 the eccentric 7 was hydraulically unlocked by the bolt 12 and the bolt 13 was hydraulically prestressed. Under the effect of the periodically changing connecting rod forces then the unlocked eccentric 7 had pivoted in a known manner, after which he accordingly 2 has been locked in a known manner by the prestressed pin 13 when a position for the high compression ratio has been reached. The eccentricity e of the pivoted eccentric 7 is now transverse to the cylinder axis 2, as a result of which the combustion chamber 5 has a minimum volume in the TDC position of the reciprocating piston 3 shown. The adjustment and operation of the pressure booster 20 is described in the following 3 and 4 explained.

In der 3 ist der untere Abschnitt des Pleuels 8 mit dem Umschaltventil 15 und dem erfindungsgemäßen Druckverstärker 20 bei oberem Öldruck vergrößert dargestellt. Das Umschaltventil 15 weist einen Umschaltkolben 21 auf, der bei entsprechend 1 über den Hubzapfen 9 zugeführtem oberen Öldruck gegen eine in einer drucklosen Federkammer 22 angeordnete Feder 23 verschoben ist. Hierdurch wird der Öldruck in bekannter Weise über eine sich um eine obere Lagerhalbschale 24 und eine untere Lagerhalbschale 25 des Hubzapfens 9 erstreckende erste Nut 26 zur Pleuelbohrung 18 weitergeleitet. Die Pleuelbohrung 17 ist über eine zweite Nut 27, den Umschaltkolben 21 und ein zur Umgebung öffnendes Rückschlagventil 28 der Federkammer 22 druckentlastet.In the 3 the lower section of the connecting rod 8 with the switching valve 15 and the pressure booster 20 according to the invention is shown enlarged at the upper oil pressure. The switchover valve 15 has a switchover piston 21 which, in accordance with 1 is displaced via the crank pin 9 supplied upper oil pressure against a spring 23 arranged in an unpressurized spring chamber 22 . As a result, the oil pressure is passed on in a known manner via a first groove 26 extending around an upper half bearing shell 24 and a lower half bearing shell 25 of the crank pin 9 to the connecting rod bore 18 . The connecting rod bore 17 is pressure-relieved via a second groove 27, the switching piston 21 and a check valve 28 of the spring chamber 22 which opens to the atmosphere.

Der Druckverstärker 20 weist bevorzugt einen Doppel-Stufenkolben 29 auf, der mit einem Mittelkolben 30 sowie einem ersten Zapfen 31 und einem zweiten Zapfen 32 ausgebildet ist. Die beiden Zapfen 31 und 32 wirken stirnseitig hydraulisch direkt auf die beiden Pleuelbohrungen 17 und 18. Je nach Stellung des Doppel-Stufenkolbens 29 öffnen oder verschließen die Zapfen 31 und 32 eine erste Entlastungsbohrung 33 und eine zweite Entlastungsbohrung 34, die hydraulisch parallel zu einem Rückschlagventil 35 und einem Rückschlagventil 36 der Pleuelbohrungen 17 und 18 angeordnet sind. Eine erste Ringkammer 37 des Mittelkolbens 30 steht mit der Nut 26 und eine ihr gegenüber liegende, hier nicht sichtbare zweite Ringkammer 38 mit der Nut 27 in hydraulischer Verbindung. Da die Ringkammer 37 mit Öldruck beaufschlagt und die Ringkammer 38 druckentlastet ist, steht der Doppelstufenkolben 29 in rechtsseitiger Anschlagposition des Mittelkolbens 30.The pressure intensifier 20 preferably has a double stepped piston 29 which is formed with a central piston 30 and a first pin 31 and a second pin 32 . The two journals 31 and 32 act hydraulically directly on the two connecting rod bores 17 and 18 on the face side. Depending on the position of the double stepped piston 29, the journals 31 and 32 open or close a first relief bore 33 and a second relief bore 34, which are hydraulically parallel to a check valve 35 and a check valve 36 of the connecting rod bores 17 and 18 are arranged. A first annular chamber 37 of the middle piston 30 is hydraulically connected to the groove 26 and a second annular chamber 38 , which is located opposite it and is not visible here, is hydraulically connected to the groove 27 . Since the annular chamber 37 is pressurized with oil and the annular chamber 38 is depressurized, the double-stage piston 29 is in the right-hand stop position of the middle piston 30.

Die 4 zeigt nach einer Verdichtungsumschaltung durch eine Wechsel auf den unteren Öldruck den hierdurch von der Vorspannfeder 23 verschobenen Umschaltkolben 21 in einer linksseitigen Anschlagposition. Hierdurch wirkt nun der untere Öldruck in der Pleuelbohrung 17 und der Ringkammer 38 des dadurch linksseitig verschobenen Doppel-Stufenkolbens 29, während die Pleuelbohrung 18 über die Entlastungsbohrung 34 druckentlastet ist. Vorab zu Beginn der Verdichtungsumschaltung durch den Wechsel auf den unteren Öldruck hatte sich zuerst der Umschaltkolben 21 nach links verschoben und dadurch die Druckbeaufschlagung über die Nut 27 zum einen über das Rückschlagventil 35 in der Pleuelbohrung 17 und zum anderen in der Ringkammer 38 des Doppelstufenkolbens 29 bewirkt. Der entsprechend 1 noch den Exzenter 7 verriegelnde Bolzen 12 kann bereits durch den exzenterseitig auf ihn wirkenden unteren Öldruck verschoben werden, wobei sich dann zum Volumenausgleich der Doppel-Stufenkolben 29 entsprechend nach links verschiebt. Bei jedoch noch nicht für eine Verschiebung des Bolzens 12 ausreichendem unteren Öldruck, beispielsweise infolge entgegenwirkender Bolzenreibkräfte, erhöht der Doppel-Stufenkolben 30 erfindungsgemäß über seinen Zapfen 31 den Druck in der Pleuelbohrung 17 bei dann sich schließendem Rückschlagventil 35. Hierbei kann in der Pleuelbohrung 17 bei einem beispielsweise gewählten Durchmesserverhältnis von 2/1 des Mittelkolbens 30 zum Zapfens 31 temporär eine beträchtliche Verdreifachung des in der Ringkammer 38 weiterhin wirkenden unteren Öldrucks für die vorzunehmende Entriegelung des Exzenters 7 durch den Bolzen 12 erzielt werden kann.the 4 12 shows the switchover piston 21, displaced as a result by the prestressing spring 23, in a stop position on the left-hand side after a compression switchover as a result of a changeover to the lower oil pressure. As a result, the lower oil pressure now acts in the connecting rod bore 17 and the annular chamber 38 of the double stepped piston 29 displaced to the left as a result, while the connecting rod bore 18 is pressure-relieved via the relief bore 34 . Prior to the beginning of the compression changeover due to the change to the lower oil pressure, the changeover piston 21 had first shifted to the left, thereby causing the pressure to be applied via the groove 27 on the one hand via the check valve 35 in the connecting rod bore 17 and on the other hand in the annular chamber 38 of the double-stage piston 29 . The accordingly 1 still the eccentric 7 locking bolt 12 can already by the eccentric side acting on him lower oil pressure be shifted, in which case the volume compensation of the double stepped piston 29 shifts accordingly to the left. However, if the lower oil pressure is not yet sufficient for a displacement of the pin 12, for example as a result of counteracting pin friction forces, the double stepped piston 30 according to the invention increases the pressure in the connecting rod bore 17 via its pin 31 when the check valve 35 then closes For example, a selected diameter ratio of 2/1 of the central piston 30 to the pin 31 can temporarily triple the lower oil pressure still acting in the annular chamber 38 for the unlocking of the eccentric 7 to be carried out by the bolt 12.

Mit der Verschiebung des Bolzens 12 und der resultierenden Verschiebung des Doppel-Stufenkolbens 29 nach links gibt dieser mit seinem Zapfen 32 schließlich entsprechend 4 die Entlastungsbohrung 34 frei. Bei linksseitiger Anlage des Doppelstufenkolbens 29 entfällt die Druckverstärkung in der Pleuelbohrung 17, wobei aber in ihr über das Rückschlagventil 35 weiterhin der untere Öldruck wirkt und den Bolzen 12 in seiner den Exzenter 7 entriegelnden Position sichert. Der federseitig nun mindestens mit dem unteren Öldruck beaufschlagte Bolzen 13 verriegelt nach der Verdichtungsumschaltung auf ein hohes Verdichtungsverhältnis entsprechend 2 den Exzenter 7. Das exzenterseitig oberhalb des Bolzens 13 dabei zu verdrängende Öl fließt drucklos über die Pleuelbohrung 18, die Entlastungsbohrung 34 und das Umschaltventil 15 in die Umgebung.With the displacement of the bolt 12 and the resulting displacement of the double stepped piston 29 to the left, this finally releases with its pin 32 accordingly 4 the relief bore 34 free. When the double-stage piston 29 rests on the left-hand side, there is no pressure boost in the connecting rod bore 17, but the lower oil pressure continues to act in it via the check valve 35 and secures the bolt 12 in its position unlocking the eccentric 7 . The bolt 13, which is now subjected to at least the lower oil pressure on the spring side, locks accordingly after the compression ratio has been switched to a high compression ratio 2 the eccentric 7. The oil to be displaced on the eccentric side above the bolt 13 flows without pressure into the environment via the connecting rod bore 18, the relief bore 34 and the switching valve 15.

Bei einer wieder vorgenommenen Verdichtungsumschaltung auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis entsprechend der 1 und 3 bewirkt der Wechsel auf den oberen Öldruck der Brennkraftmaschine ebenfalls durch den Doppel-Stufenkolben 29 eine entsprechend temporären Druckverstärkung in der Pleuelbohrung 18.In a re-made compression switch to a low compression ratio according to the 1 and 3 the change to the upper oil pressure of the internal combustion engine also causes a corresponding temporary pressure increase in the connecting rod bore 18 by the double stepped piston 29.

Die 5 zeigt einen alternativ zum Doppel-Stufenkolben 29 ausgebildeten Druckverstärker, wobei ein wiederum im Pleueldeckel 14 angeordnetes Umschaltventil 39 nun einen Stufenkolben aufweist. Ein Umschaltkolben 40 ist mit einem ihm zugehörigen Zapfen 41 ausgebildet, der die erfindungsgemäße Druckerhöhung des unteren Öldrucks in der Pleuelbohrung 17 bewirkt. Der Umschaltkolben 40 weist eine Drosselbohrung 42 auf, die die Stirnseite des Zapfens 41 mit der drucklosen Federkammer 22 verbindet. Bei in einer Ringkammer 43 wirksamen oberem Öldruck der Brennkraftmaschine von beispielsweise 4 bar ist der Umschaltkolben 40 gegen die in der Federkammer 22 angeordnete Vorspannfeder 23 verschoben. Die Kraft der Vorspannfeder 23 so gewählt, dass sie beispielsweise oberhalb 3,5 bar in der Ringkammer 43 die gezeigte rechtsseitige Position des Umschaltkolbens 40 bewirkt. Hierdurch wird der vom Hubzapfen 9 am Umschaltkolben 40 wirksame obere Öldruck über die Nut 26 in die Pleuelbohrung 18 eingespeist und sichert entsprechend 1 über den Bolzen 12 die Stellung des Exzenters 7 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis, während die Drosselbohrung 42 über eine Entlastungsbohrung 45 die Druckentlastung der Pleuelbohrung 17 gewährleistet.the 5 shows a pressure intensifier designed as an alternative to the double stepped piston 29, with a changeover valve 39 again arranged in the connecting rod cap 14 now having a stepped piston. A switching piston 40 is formed with a pin 41 associated with it, which brings about the pressure increase of the lower oil pressure in the connecting rod bore 17 according to the invention. The switching piston 40 has a throttle bore 42 which connects the end face of the pin 41 to the unpressurized spring chamber 22 . When the upper oil pressure of the internal combustion engine is 4 bar, for example, effective in an annular chamber 43 , the switching piston 40 is displaced against the prestressing spring 23 arranged in the spring chamber 22 . The force of the prestressing spring 23 is selected such that it causes the shown right-hand position of the switchover piston 40 above 3.5 bar in the annular chamber 43, for example. As a result, the upper oil pressure acting from the crank pin 9 on the switchover piston 40 is fed via the groove 26 into the connecting rod bore 18 and secures accordingly 1 the position of the eccentric 7 at a low compression ratio via the bolt 12, while the throttle bore 42 ensures the pressure relief of the connecting rod bore 17 via a relief bore 45.

Bei einem Öldruckwechsel auf den unteren Öldruck in der Ringkammer 43 von beispielsweise 2 bar verschiebt sich der Umschaltkolben 40 durch die Kraft der Vorspannfeder 23 nach links. Während sich dadurch die Öldruckeinspeisung in die Pleuelbohrung 18 abschaltet und diese dann über die Federkammer 22 druckentlastet ist, erfolgt über ein Rückschlagventil 44 und die Nut 26 eine Druckbeaufschlagung der Pleuelbohrung 17 mit dem unteren Öldruck. Dieser wirkt über die hydraulische Verbindung 45 auch an der Stirnseite des Zapfens 41, wobei über die Drosselbohrung 43 des Umschaltkolbens 40 geringe Ölleckagen auftreten. Bei entsprechend 2 über die Pleuelbohrung 17 exzenterseitig auf den Bolzen 12 wirkendem unteren Öldruck kann dieser bereits den Exzenter 7 entriegeln. Bei für den Bolzen 12 jedoch erhöhtem Entriegelungswiderstand steigt der Druck in der Pleuelbohrung 17 über den von der Vorspannfeder 23 nach links gedrückten Umschaltkolben 40 an, wobei der Zapfen 41 an seiner relativ kleinen Stirnfläche überschüssige Kraft der Vorspannfeder 23 in erhöhten Druck in der Pleuelbohrung 17 zur Entriegelungsunterstützung umwandelt. Das Rückschlagventil 44 verhindert in diesem Fall ein Ölrückströmen zum Umschaltkolben 40. Bei einem beispielsweise gewählten Größenverhältnis des Außendurchmessers des Umschaltkolbens 40 und seines kleinen Zapfens 41 von 2/1 ist die hydraulische Wirkfläche der Ringkammer 43 dreimal so groß wie die Stirnfläche des Zapfens 41. Bei der gewählten Kraft der Vorspannfeder 23 entsprechend 3,5 bar in der Ringkammer 43 und einem jedoch in ihr anliegenden unteren Öldruck von nur 2 bar erfolgt eine Linksverschiebung des Umschaltkolbens 40 bis zu einem maximalen Druck von 4,5 bar an der Stirnfläche des Zapfens 41 bzw. in der Pleuelbohrung 17.When the oil pressure changes to the lower oil pressure in the annular chamber 43 of, for example, 2 bar, the switching piston 40 is displaced to the left by the force of the prestressing spring 23 . While this shuts off the oil pressure feed into the connecting rod bore 18 and this is then depressurized via the spring chamber 22 , the connecting rod bore 17 is pressurized with the lower oil pressure via a check valve 44 and the groove 26 . This also acts via the hydraulic connection 45 on the end face of the pin 41, with small oil leaks occurring via the throttle bore 43 of the switching piston 40. At accordingly 2 The lower oil pressure acting on the bolt 12 via the connecting rod bore 17 on the eccentric side can already unlock the eccentric 7 . However, when the unlocking resistance for the bolt 12 is increased, the pressure in the connecting rod bore 17 increases via the switching piston 40 pushed to the left by the prestressing spring 23, whereby the pin 41 on its relatively small end face excess force of the prestressing spring 23 results in increased pressure in the connecting rod bore 17 Unlock support converted. In this case, the check valve 44 prevents oil from flowing back to the changeover piston 40. With a size ratio of 2/1 selected, for example, between the outside diameter of the changeover piston 40 and its small pin 41, the hydraulic effective area of the annular chamber 43 is three times as large as the end face of the pin 41 the selected force of the prestressing spring 23 corresponding to 3.5 bar in the annular chamber 43 and a lower oil pressure of only 2 bar present in it, the changeover piston 40 is shifted to the left up to a maximum pressure of 4.5 bar on the end face of the journal 41 or .in the connecting rod bore 17.

Damit kann erfindungsgemäß der Druck in der Pleuelbohrung 17 durch die überschüssige Kraft der Vorspannfeder 23 gegenüber dem unteren Öldruck temporär etwa verdoppelt werden, um die Entriegelung des Exzenters 7 durch den Bolzen 12 zu unterstützen. Mit dem Entriegelungshub des Bolzens 12 wie auch durch geringe Ölleckagen über die Drosselbohrung 42 verschiebt sich der Umschaltkolben 40 schließlich bis zur linksseitigen Anlage dessen Zapfens 41 am Pleueldeckel 14.Thus, according to the invention, the pressure in the connecting rod bore 17 can be temporarily doubled by the excess force of the prestressing spring 23 compared to the lower oil pressure in order to support the unlocking of the eccentric 7 by the bolt 12 . With the unlocking stroke of the bolt 12 as well as due to small oil leaks via the throttle bore 42, the switchover piston 40 finally shifts until its pin 41 rests on the left-hand side of the connecting rod cover 14.

Die 6 zeigt den Stufenkolben 40 bei linksseitiger Anlage des Zapfens 41 am Pleueldeckel 14. Hierdurch kann durch die nun verschlossene Drosselbohrung 42 kein weiterer Leckageabfluss aus der Pleuelbohrung 17 mehr erfolgen. Über das Rückschlagventil 44 ist die Pleuelbohrung 17 weiterhin mit dem unteren Öldruck beaufschlagt, wodurch nach erfolgter Verdichtungsverstellung durch den Exzenters 7 dieser dann über den auch mit dem unteren Öldruck der Pleuelbohrung 17 federseitig vorgespannten Bolzen 13 entsprechend 2 verriegelt wird.the 6 shows the stepped piston 40 with the pin 41 resting on the left-hand side of the connecting rod cover 14. As a result, no further leakage can flow out of the connecting rod bore 17 through the now closed throttle bore 42. Via the check valve 44, the connecting rod bore 17 is still acted upon by the lower oil pressure, whereby after the compression adjustment has taken place by the eccentric 7, this then via the bolt 13, which is also spring-biased with the lower oil pressure of the connecting rod bore 17, accordingly 2 is locked.

In der 7 ist die Anwendung der Erfindung für eine Verdichtungsumschaltung durch ein mehrteilig ausgebildetes Gewindepleuels 46 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Hierbei wird der in den 5 und 6 gezeigte Pleueldeckel 14 mit dem Umschaltventil 39 verwendet. Ein Pleueloberteil 47 ist mit einem Pleuelunterteil 48 über eine verdrehbare Gewindebuchse 49 mit zwei gegenläufig ausgebildeten Gewinden verbunden, durch die in bekannter Weise eine Verdichtungsverstellung ermöglicht wird. Die Gewindebuchse 49 ist bei hohem und bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis durch mindestens eine nicht sichtbare Fixiervorrichtung gegen Verdrehen gesichert, die erfindungsgemäß bei unterem Öldruck mit der erfindungsgemäß temporären Druckerhöhung durch den Umschaltkolben 40 beaufschlagt wird. Am Umschaltkolben 40 liegt permanent der durch das Steuergerät 16 umschaltbare Öldruck der Brennkraftmaschine an.In the 7 the application of the invention for a compression switchover is shown by a multi-part threaded connecting rod 46 of a reciprocating internal combustion engine. Here the in the 5 and 6 shown connecting rod 14 with the switching valve 39 used. An upper connecting rod part 47 is connected to a lower connecting rod part 48 via a rotatable threaded bush 49 with two counter-rotating threads, by means of which a compression adjustment is made possible in a known manner. When the compression ratio is set high or low, the threaded bushing 49 is secured against twisting by at least one non-visible fixing device which, according to the invention, is acted upon by the switching piston 40 with the temporary pressure increase according to the invention when the oil pressure is low. The oil pressure of the internal combustion engine, which can be switched by the control unit 16, is permanently applied to the switching piston 40.

Mit dem erfindungsgemäßen Druckverstärker zur temporären Druckerhöhung für längenverstellbare Pleuel einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Verdichtungsverstellung werden die Verstellfunktion verbessert und die Betriebssicherheit gesteigert.With the pressure booster according to the invention for temporarily increasing the pressure for length-adjustable connecting rods of a reciprocating internal combustion engine with compression adjustment, the adjustment function is improved and operational reliability is increased.

BezugszeichenlisteReference List

11

Zylindercylinder

22

Zylinderachsecylinder axis

33

Hubkolbenreciprocating

44

Zylinderkopfcylinder head

55

Brennraumcombustion chamber

66

Kolbenbolzengudgeon pin

77

Exzentereccentric

88th

Pleuelconnecting rod

99

Hubzapfencrank pin

1010

Kurbelwellecrankshaft

1111

Pleuelkopfconnecting rod head

1212

erster Bolzenfirst bolt

1313

zweiter Bolzensecond bolt

1414

Pleueldeckelconnecting rod cap

1515

Umschaltventilswitching valve

1616

Steuergerätcontrol unit

1717

erste Pleuelbohrungfirst connecting rod bore

1818

zweite Pleuelbohrungsecond connecting rod hole

1919

Manometermanometer

2020

Druckverstärkerpressure intensifier

2121

Umschaltkolbenswitching piston

2222

Federkammerspring chamber

2323

Vorspannfederbias spring

2424

obere Lagerhalbschaleupper bearing shell

2525

untere Lagerhalbschalelower bearing shell

2626

erste Nutfirst groove

2727

zweite Nutsecond groove

2828

erstes Rückschlagventilfirst check valve

2929

Doppel-StufenkolbenDouble stepped piston

3030

Mittelkolbencenter piston

3131

erster Zapfenfirst cone

3232

zweiter Zapfensecond cone

3333

erste Entlastungsbohrungfirst relief well

3434

zweite Entlastungsbohrungsecond relief hole

3535

erstes Rückschlagventilfirst check valve

3636

zweites Rückschlagventilsecond check valve

3737

erste Ringkammerfirst ring chamber

3838

zweite Ringkammersecond ring chamber

3939

Umschaltventilswitching valve

4040

Umschaltkolbenswitching piston

4141

Zapfencones

4242

Drosselbohrungthrottle bore

4343

dritte Ringkammer third ring chamber

4444

viertes Rückschlagventilfourth check valve

4545

dritte Entlastungsbohrungthird relief well

4646

Gewindepleuelthreaded connecting rod

4747

Pleueloberteilupper part of the connecting rod

4848

Pleuelunterteilconnecting rod lower part

4949

Gewindebuchsethreaded bush

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims (9)

Druckverstärker für längenverstellbare Pleuel zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, umfassend mindestens ein Zylinder (1) mit einem Hubkolben (3), mindestens eine Fixiervorrichtung (12, 13) zur Sicherung des längenverstellbaren Pleuels bei hoch und bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis, ein mit Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagtes Umschaltventil (15, 39) zur Verdichtungsumschaltung, zwei vom Umschaltventil (15, 39) mit Öldruck beaufschlagbare Verbindungsleitungen (17, 18, 26, 27) zur Fixiervorrichtung (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Verbindungsleitung (17, 18, 26, 27) ein Kolben (31, 32, 41) angeordnet ist, der bei einer Verdichtungsumschaltung durch das Umschaltventil (15, 39) eine temporäre Druckerhöhung in der Verbindungsleitung (17, 18, 26, 27) bewirkt.Pressure intensifier for length-adjustable connecting rods for adjusting the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, comprising at least one cylinder (1) with a reciprocating piston (3), at least one fixing device (12, 13) for securing the length-adjustable connecting rod when the compression ratio is set high and when it is low, a with Changeover valve (15, 39) acted upon by oil pressure of the internal combustion engine for compression changeover, two connecting lines (17, 18, 26, 27) to which oil pressure can be applied by the changeover valve (15, 39) to the fixing device (12, 13), characterized in that at least on one connecting line (17, 18, 26, 27) a piston (31, 32, 41) is arranged, which causes a temporary increase in pressure in the connecting line (17, 18, 26, 27) when the compression is switched by the switching valve (15, 39). Druckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als Zapfen (31, 32, 41) eines Stufenkolbens (29, 40) ausgebildet ist.pressure booster after claim 1 , characterized in that the piston is designed as a pin (31, 32, 41) of a stepped piston (29, 40). Druckverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (29) mit einem Mittelkolben (30) und zwei Zapfen (31, 32) ausgebildet ist.pressure booster after claim 2 , characterized in that the stepped piston (29) is formed with a central piston (30) and two pins (31, 32). Druckverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (39) einen als Stufenkolben ausgebildeten Umschaltkolben (40) mit einem Zapfen (41) aufweist.pressure booster after claim 2 , characterized in that the switchover valve (39) has a switchover piston (40) designed as a stepped piston and having a pin (41). Druckverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens an einer Verbindungsleitung (17, 18, 26, 27) ein Rückschlagventil (35, 36, 44) angeordnet ist.Pressure booster according to one of the preceding claims, characterized in that a check valve (35, 36, 44) is arranged on at least one connecting line (17, 18, 26, 27). Druckverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckentlastung der Verbindungsleitung (17, 18) eine durch den Zapfen (31, 32) schaltbare Entlastungsbohrung (33, 34) oder im Zapfen (41) eine bei seinem Endanschlag sich verschließende Drosselbohrung (42) angeordnet ist.pressure booster after claim 5 , characterized in that to relieve the pressure in the connecting line (17, 18) there is a relief bore (33, 34) which can be switched through the pin (31, 32) or a throttle bore (42) which closes when it reaches its end stop is arranged in the pin (41). Druckverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiervorrichtung kraftschlüssig mit einem Reibelement und/oder formschlüssig mit zwei Bolzen (12, 13) ausgebildet ist.Pressure intensifier according to one of the preceding claims, characterized in that the fixing device is designed in a non-positive manner with a friction element and/or in a form-fitting manner with two bolts (12, 13). Druckverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öldruck der Hubkolben-Brennkraftmaschine mindesten zweistufig verstellbar ist.Pressure intensifier according to one of the preceding claims, characterized in that the oil pressure of the reciprocating piston internal combustion engine can be adjusted in at least two stages. Druckverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel zur Verdichtungsverstellung entweder mit einem Exzenter (7) oder als Gewindepleuel (46) ausgebildet ist.pressure booster after claim 1 , characterized in that the connecting rod for compression adjustment is designed either with an eccentric (7) or as a threaded connecting rod (46).

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