DE102021006110A1 - Braking device for length-adjustable connecting rods - Google Patents
Braking device for length-adjustable connecting rods Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021006110A1 DE102021006110A1 DE102021006110.1A DE102021006110A DE102021006110A1 DE 102021006110 A1 DE102021006110 A1 DE 102021006110A1 DE 102021006110 A DE102021006110 A DE 102021006110A DE 102021006110 A1 DE102021006110 A1 DE 102021006110A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- connecting rod
- adjustment
- chamber
- spring
- compression
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D15/00—Varying compression ratio
- F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B31/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01B31/14—Changing of compression ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
- F01L13/08—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for decompression, e.g. during starting; for changing compression ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
- F16C7/06—Adjustable connecting-rods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Verdichtungsverstellung durch längenverstellbare Pleuelstangen. Sie weisen ein Pleueloberteil und ein Pleuelunterteil auf, wobei das Pleueloberteil entlang einer Pleuellängsachse relativ zum Pleuelunterteil in zwei Endpositionen verstellt werden kann. Ein zur hydraulischen Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit vorgesehener Drosselstopfen verändert erfindungsgemäß temperaturabhängig seine Drosselwirkung.The invention relates to internal combustion engines with compression adjustment by length-adjustable connecting rods. They have an upper connecting rod part and a lower connecting rod part, it being possible for the upper connecting rod part to be adjusted into two end positions along a longitudinal axis of the connecting rod relative to the lower connecting rod part. According to the invention, a throttle stopper provided for hydraulic braking of the adjustment speed changes its throttle effect as a function of temperature.
Description
Die Erfindung betrifft Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einem verstellbaren Verdichtungsverhältnis, wodurch insbesondere bei füllungsgeregelten Ottomotoren Verbrauchs- und CO2-Vorteile erzielbar sind. Aus der Vielzahl technischer Umsetzungsmöglichkeiten für eine Verdichtungsverstellung sind insbesondere Lösungen mit längenverstellbaren Pleuelstangen von Vorteil, denn sie sind kompakt ausgebildet und dadurch sogar für eine Nachrüstung in Ottomotoren geeignet. Als mechanische Lösung hierzu kann an einer herkömmlich einteiligen Pleuelstange mit einem kleinen und einen großen Pleuelauge zwischen einem Kolbenbolzen und dem kleinen Pleuelauge ein Exzenter angeordnet sein, bei dessen Verdrehung dann der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem großen Pleuelauge veränderlich ist. Weiterhin ist auch eine mechanische Veränderung einer Pleuellänge durch eine Gewindeverstellung möglich, wobei bei einer dann mehrteilig ausgebildeten Pleuelstange ein verdrehbares Gewindeelement ein Pleueloberteil mit einem Pleuelunterteil verbindet. Bei einer hydraulischen Lösung zur Verdichtungsverstellung kann eine in einer mehrteilig ausgebildeten Pleuelstange angeordnete Zylinder-Kolben-Einheit direkt die Pleuellänge verstellen.The invention relates to reciprocating piston internal combustion engines with an adjustable compression ratio, as a result of which fuel consumption and CO 2 advantages can be achieved, particularly in the case of charge-controlled Otto engines. From the large number of technical implementation options for a compression adjustment, solutions with length-adjustable connecting rods are particularly advantageous because they are compact and therefore even suitable for retrofitting in gasoline engines. As a mechanical solution to this, an eccentric can be arranged on a conventional one-piece connecting rod with a small and a large connecting rod eye between a piston pin and the small 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 multi-part design, a rotatable threaded element connecting an upper connecting rod part to a lower connecting rod part. In a hydraulic solution for adjusting the compression ratio, a cylinder-piston unit arranged in a multi-part connecting rod can directly adjust the length of the connecting rod.
Die
Die
Aus der
Als weitere Lösung für eine längenverstellbare Pleuelstange zeigt die
Die
Die
Die
Die
Einige der bekannten Lösungen für längenverstellbare Pleuelstangen nehmen eine über mehrere Motortakte mehrstufig ablaufende Verdichtungsverstellung zwischen zwei Endpositionen vor. Hierbei sind wegen der periodisch wechselnden Pleuelkräfte hydraulisch oder mechanisch wirkende Rückstellsperren erforderlich, um eine eingeleitete Verstellrichtung beizubehalten.Some of the known solutions for length-adjustable connecting rods carry out a multi-stage compression adjustment between two end positions over several engine cycles. In this case, because of the periodically changing connecting rod forces, hydraulically or mechanically acting return locks are required in order to maintain an adjustment direction that has been initiated.
Bei alternativen Lösungen hierzu erfolgt bei entriegelter Pleuelstange die vollständige Verdichtungsverstellung jeweils während eines einzelnen Kolbenhubs, wozu dann keine Rückstellsperren mehr erforderlich sind. Für eine Verdichtungsabsenkung werden Pleueldruckkräfte genutzt, die im Wesentlichen aus auf den Kolben wirkenden Verbrennungsdrücken resultieren. Für eine Verdichtungserhöhung werden periodisch auftretende Pleuelzugkräfte genutzt, die durch im Brennraum eines Kolbens wirkendem Ansaugunterdruck oder entsprechend gerichtete Kolbenmassenkräfte auftreten. Zur Unterstützung einer Pleuelverlängerung ist es vorteilhaft eine vorgespannte Rückstellfeder zu nutzten, die zuvor bei der Pleuelverkürzung durch relativ große Pleueldruckkräfte gespannt wurde. Hierdurch kann auch für die Pleuelverlängerung eine ausreichend hohe Verstellgeschwindigkeit erzielt werden.In alternative solutions to this, when the connecting rod is unlocked, the complete adjustment of the compression takes place during a single piston stroke, for which purpose reset locks are then no longer required. For a reduction in compression, connecting rod pressure forces are used, which essentially consist of Ver combustion pressures result. For an increase in compression, periodically occurring connecting rod forces are used, which occur as a result of intake vacuum acting in the combustion chamber of a piston or correspondingly directed piston mass forces. To support an extension of the connecting rod, it is advantageous to use a preloaded return spring that was previously tensioned by relatively large pressure forces on the connecting rod when the connecting rod was shortened. As a result, a sufficiently high adjustment speed can also be achieved for the connecting rod extension.
Für eine vollständige Verdichtungsverstellung während eines einzelnen Kolbenhubs ist eine entsprechend hohe Verstellgeschwindigkeit erforderlich. Diese muss jedoch vor Erreichen der jeweiligen Endposition wieder weitgehend abgebremst sein, um mechanische Schäden an den Verstellhub begrenzenden Anschlägen oder verriegelnden Konturen zu vermeiden. Hierzu ist eine die maximale Verstellgeschwindigkeit begrenzende Drosselvorrichtung hilfreich sowie eine gegen Verstellende wirksame Abbremsvorrichtung erforderlich.A correspondingly high adjustment speed is required for a complete compression adjustment during a single piston stroke. However, this must be largely braked again before reaching the respective end position in order to avoid mechanical damage to the stops limiting the adjustment stroke or to the locking contours. A throttle device that limits the maximum adjustment speed is helpful for this, and a braking device that is effective towards the end of the adjustment is required.
Es ist Aufgabe der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis durch längenverstellbare Pleuelstangen eine Lösung zu schaffen, die gegenüber bisherigen Lösungen durch eine temperaturabhängig veränderliche Drossel zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit die Verdichtungsverstellung in einem weiten Betriebstemperaturbereich ermöglicht.The object of the invention is to create a solution for an internal combustion engine with an adjustable compression ratio using length-adjustable connecting rods which, in contrast to previous solutions, allows compression adjustment over a wide operating temperature range using a temperature-dependent variable throttle to limit the adjustment speed.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung, weitere Unteransprüche beschreiben deren Ausgestaltung.This problem is solved according to the main claim of the invention, further subclaims describe their design.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Hubkolben-Brennkraftmaschine als Ottomotor mit zumindest einem Zylinder ausgebildet, wobei eine zweistufige Verdichtungsverstellung zwischen einem hohen und einem niedrigen Verdichtungsverhältnis vorgesehen ist. Ein Hubkolben überträgt die an ihm wirkenden Gas- und Massenkräfte über einen Kolbenbolzen auf eine längenverstellbare Pleuelstange, die sich an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle abstützt und dadurch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Die mehrteilig ausgebildete Pleuelstange weist im Wesentlichen ein den Kolbenbolzen umschließendes Pleueloberteil und ein auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehgelagertes Pleuelunterteil auf, das mit einem Pleueldeckel verschraubt ist. Das Pleueloberteil ist entlang einer Pleuellängsachse relativ zum Pleuelunterteil verstellbar ausgebildet. Hierzu weist das Pleuelunterteil bevorzugt zwei unterschiedlich dicken Zapfen auf, die in einer entsprechend gestuften Bohrung des Pleueloberteils geführt sind. Eine Verdrehsicherung zwischen dem Pleuelunterteil und dem Pleueloberteil verhindert deren Relativverdrehung zueinander. Sie besteht bevorzugt aus einem in einem Langloch entlang der Pleuellängsachse verschieblichen Führungsbolzen. Durch Anlage des Führungsbolzens an den Langlochenden kann eine Verstellbegrenzung in einer oder auch zwei Endpositionen der zweistufigen Verdichtungsverstellung bewirkt werden.In a preferred application of the invention, the reciprocating internal combustion engine is designed as an Otto engine with at least one cylinder, with a two-stage compression adjustment between a high and a low compression ratio being provided. A reciprocating piston transmits the gas and mass forces acting on it via a piston pin to a length-adjustable connecting rod, which is supported on a crank pin of a crankshaft and thus generates a corresponding torque. The multi-part connecting rod essentially has a connecting rod upper part that encloses the piston pin and a connecting rod lower part that is rotatably mounted on the crank pin of the crankshaft and is screwed to a connecting rod cap. The upper part of the connecting rod is designed to be adjustable along a longitudinal axis of the connecting rod relative to the lower part of the connecting rod. For this purpose, the lower part of the connecting rod preferably has two pins of different thicknesses, which are guided in a correspondingly stepped bore in the upper part of the connecting rod. An anti-twist device between the lower part of the connecting rod and the upper part of the connecting rod prevents them from twisting relative to one another. It preferably consists of a guide pin that can be displaced in a slot along the longitudinal axis of the connecting rod. By resting the guide pin on the slot ends, an adjustment limitation can be brought about in one or two end positions of the two-stage compression adjustment.
In den beiden Endpositionen ist das Pleueloberteil gegenüber dem Pleuelunterteil in bekannter Weise durch formschlüssig schaltbare Bolzen, die bevorzugt von je einer Feder vorgespannt sind, jeweils verriegelbar. Die Bolzen werden für eine Verdichtungsumschaltung in bekannter Weise von einem Umschaltventil wechselweise mit Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt oder aber druckentlastet. Hierbei wird zunächst die Verriegelung der Pleuelstange durch mindestens einen Bolzen aufgehoben, wobei dann nach erfolgter Verdichtungsverstellung durch wirkende Pleueldruck- oder Pleuelzugkräfte eine erneute Verriegelung durch mindestens einen weiteren Bolzen erfolgt. Die Bolzen sind bevorzugt im Pleuelunterteil angeordnet und weise eine konische Ausbildung der zur Verriegelung genutzten Bolzenenden auf. Durch endsprechend auch konisch ausgebildete Sacklöcher des Pleueloberteils wird der Verriegelungsvorgang funktionell verbessert.In the two end positions, the upper part of the connecting rod can be locked relative to the lower part of the connecting rod in a known manner by positively switchable bolts, which are preferably pretensioned by a spring. For a compression changeover, the bolts are alternately applied with oil pressure from the internal combustion engine or pressure-relieved by a changeover valve in a known manner. In this case, the locking of the connecting rod is first released by at least one bolt, and then, after the compression adjustment has taken place, a renewed locking by at least one additional bolt takes place as a result of acting connecting rod pressure or connecting rod tension. The bolts are preferably arranged in the lower part of the connecting rod and have a conical design of the bolt ends used for locking. The locking process is functionally improved by correspondingly also conically designed blind holes in the upper part of the connecting rod.
Das Umschaltventil ist bevorzugt im Pleueldeckel der Pleuelstange angeordnet und mit dem Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Durch eine von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorgenommene Änderung des Öldruckniveaus schaltet das Umschaltventil um, wodurch beispielsweise bei Teillastbetrieb ein niedrig eingestellter Öldruck von 2,5 bar das Verdichtungsverhältnis auf 15 erhöht. Für Volllastbetrieb wird dann beispielsweise der Öldruck auf 4 bar angehoben, wodurch sich das Verdichtungsverhältnis zur Vermeidung klopfender Verbrennung auf 10 reduziert.
Die Verdichtungsumschaltung erfolgt jeweils während eines einzigen Kolbenhubs. Ausgehend von einem hoch eingestellten Verdichtungsverhältnis mit verriegelter Pleuelstange in einer Endposition E1 und großer Pleuellänge L1, wird nach erfolgter Entriegelung während des Arbeitshubs die Pleuelstange verkürzt. Bei durch Verbrennungsdruck relativ hoher Kolbenkraft resultiert eine nicht unbeträchtliche Verstellgeschwindigkeit, die vor Erreichen einer Endposition E2 und dann verkürzter Pleuellänge L2 durch geeignete Bremselemente ausreichend abgebremst sein muss, um mechanische Schäden zu vermeiden. Auch für eine nachfolgende Verdichtungserhöhung aus der Endposition E2 muss vor Erreichen der Endposition E1 die Verstellgeschwindigkeit ausreichend abgebremst sein.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft bei der Pleuelverkürzung eine abbremsende Rückstellfeder zunehmend vorzuspannen. Sie speichert einen Anteil der bei wirkendem Verbrennungsdruck ausreichend verfügbaren Verstellenergie. Ihre Vorspannung unterstützt dann entsprechend die bei einer Verdichtungserhöhung erfolgende Pleuelverlängerung, die ansonsten nur durch auf den Hubkolben wirkende Ansaugunterdrücke im Brennraum und durch das Pleuel streckende Massenkräfte erfolgen würde. Die Rückstellfeder ist bevorzugt als Druckfeder ausgebildet und zwischen dem Pleueloberteil und dem Pleuelunterteil in einer ersten Kammer angeordnet. Alternativ zur Druckfeder ist auch die Verwendung eines Pakets von Tellerfedern denkbar, die bei relativ geringem Verstellweg ein hohes Kraftniveau aufbringen.The switching valve is preferably arranged in the connecting rod cap of the connecting rod and is subjected to the oil pressure of the internal combustion engine. When the oil pressure level is changed by a control unit of the internal combustion engine, the switchover valve switches over, which means that a low oil pressure setting of 2.5 bar increases the compression ratio to 15 during part-load operation, for example. For full-load operation, for example, the oil pressure is then increased to 4 bar, which reduces the compression ratio to 10 to avoid knocking combustion.
Compression switching occurs during a single piston stroke. Starting from a high compression ratio with a locked connecting rod in an end position E1 and a large connecting rod length L1, the connecting rod is shortened during the working stroke after unlocking has taken place. When the piston force is relatively high due to the combustion pressure, the adjustment speed is not inconsiderable, and before reaching an end position E2 and then a shortened connecting rod length L2, it must be slowed down sufficiently by suitable braking elements in order to avoid mechanical damage. Also for a subsequent increase in compression from the end position E2, the adjustment speed must be slowed down sufficiently before reaching the end position E1.
In principle, it is advantageous to increasingly preload a braking return spring when the connecting rod is shortened. It saves a portion of the bei wir low combustion pressure sufficient adjustment energy available. Their preload then supports the extension of the connecting rod that occurs when the compression ratio is increased, which would otherwise only occur as a result of negative intake pressures in the combustion chamber acting on the reciprocating piston and inertial forces stretching the connecting rod. The restoring spring is preferably designed as a compression spring and is arranged in a first chamber between the upper part and the lower part of the connecting rod. As an alternative to the compression spring, it is also conceivable to use a set of disc springs that apply a high level of force with a relatively small adjustment path.
Für die gegen Ende jeder Verdichtungsverstellung erforderliche Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zur Entlastung von begrenzenden Anschlägen und verriegelnden Bolzen können unterschiedliche Bremsvorrichtungen verwendet werden, wobei die Abbremsung hydraulisch oder mechanisch erfolgen kann. Bei einer Pleuelverkürzung können zusätzlich zur Rückstellfeder folgende Maßnahmen zur Begrenzung und Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit angewandt werden:
- - Das in der als Federkammer der Rückstellfeder genutzten ersten Kammer befindliche Öl wird verdrängt und vorzugsweise über eine druckerhöhende Drossel in die Umgebung abgeleitet. Durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Drossel mit thermisch veränderlichem Querschnitt können ölviskositätsabhängige Drosselwirkungen zumindest teilweise vorteilhaft kompensiert werden.
- - Weiterhin wird bevorzugt eine zwischen den beiden unterschiedlich dicken Zapfen des Pleuelunterteils gebildete Stufe genutzt, die mit der gestuften Bohrung des umgebenden Pleueloberteils eine ölgefüllte zweite Kammer bilden, die in hydraulische Verbindung zur ersten Kammer steht. Die in der zweiten Kammer befindliche Ölfüllung steht anfänglich unter dem erhöhten Druck der ersten Kammer und wird ebenfalls zunächst über die Drossel verdrängt. Gegen Ende der Pleuelverkürzung schließt sich die hydraulische Verbindung zur ersten Kammer, so dass das restliche in der zweiten Kammer befindliche Öl bis zum Erreichen der unteren Endposition E2 durch Quetschung eine starke Druckerhöhung erfährt und die Verstellgeschwindigkeit wirksam abbremst.
- - Weiterhin kann bei einer Pleuelverkürzung kurz vor Erreichen der Endposition E2 auch eine sich dann spannende Tellerfeder zur mechanischen Abbremsung genutzt werden. Hierbei legt sich das Pleueloberteil über die Tellerfeder am Pleuelunterteil an.
- - The oil in the first chamber used as the spring chamber of the return spring is displaced and preferably discharged into the environment via a pressure-increasing throttle. Throttling effects dependent on oil viscosity can be at least partially advantageously compensated for by a throttle designed according to the invention with a thermally variable cross section.
- Furthermore, a step formed between the two different-thickness journals of the lower part of the connecting rod is preferably used, which forms an oil-filled second chamber with the stepped bore of the surrounding upper part of the connecting rod, which chamber is in hydraulic connection with the first chamber. The oil filling in the second chamber is initially under the increased pressure of the first chamber and is also initially displaced via the throttle. Towards the end of the shortening of the connecting rod, the hydraulic connection to the first chamber closes, so that the remaining oil in the second chamber experiences a strong increase in pressure until it reaches the lower end position E2 and effectively slows down the adjustment speed.
- - Furthermore, when the connecting rod is shortened shortly before reaching the end position E2, a disk spring that is then tensioned can also be used for mechanical braking. The upper part of the connecting rod rests against the lower part of the connecting rod via the disc spring.
Erfindungsgemäß weist die zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit verwendete Drossel einem thermisch veränderlichen Strömungsquerschnitt auf. Die Drossel ist bevorzugt als zylindrischer Drosselstopfen ausgebildet, der gegenüber der ihn mit Spiel umgebenden Bohrung einen Radialspalt für das abzuführende Öl aufweist. Bei gegenüber dem in der Regel aus Stahl bestehenden Pleueloberteil ist der Drosselstopfen beispielsweise aus Aluminium hergestellt, das gegenüber Stahl einen etwa verdoppelten Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Hierdurch reduziert sich mit steigender Temperatur der Radialspalt, wodurch erfindungsgemäß die durch abnehmende Ölviskosität zurückgehende Drosselwirkung zumindest teilweise kompensiert. Es versteht sich von selbst, dass je nach Anforderung der Basis-Radialspalt wie auch der Werkstoff des Drosselstopfens gewählt werden kann. Hierbei kann beispielsweise auch Kunststoff mit gegenüber Aluminium noch höherem Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Durch die erfindungsgemäß veränderliche Drosselwirkung des Drosselstopfens kann die Verdichtungsverstellung in einem weiten Betriebstemperaturbereich der Brennkraftmaschine genutzt werden, da die hierfür ansonsten nachteilig wirkende Ölviskositätsänderung weitgehend kompensiert wird.According to the invention, the throttle used to slow down the adjustment speed has a thermally variable flow cross section. The throttle is preferably designed as a cylindrical throttle plug, which has a radial gap for the oil to be drained away from the bore surrounding it with play. In contrast to the upper part of the connecting rod, which is usually made of steel, the throttle plug is made of aluminum, for example, which has an expansion coefficient that is approximately double that of steel. As a result, the radial gap is reduced as the temperature rises, as a result of which, according to the invention, the throttling effect, which decreases due to the decreasing oil viscosity, is at least partially compensated. It goes without saying that the basic radial gap and the material of the throttle plug can be selected depending on the requirements. In this case, for example, plastic with an even higher coefficient of expansion than aluminum can also be used. Due to the variable throttling effect of the throttle plug according to the invention, the compression adjustment can be used in a wide operating temperature range of the internal combustion engine, since the otherwise disadvantageous change in oil viscosity is largely compensated for.
Für eine wirksame Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit bei einer Pleuelverlängerung sind aufgrund des sich vom Pleuelunterteil entfernenden Pleueloberteils weder die Tellerfeder noch die beiden Kammern nutzbar. Aufgrund der relativ geringen vom Hubkolben auf die Pleuelstange übertragenen Zugkräfte muss für eine betriebssichere Pleuelverlängerung während eines einzigen Kolbenhubs auch die gespeicherte Energie der Rückstellfeder genutzt werden. Gegenüber einer Pleuelverkürzung ist deshalb bei einer Pleuelverlängerung grundsätzlich eine geringere Bremsenergie zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit erforderlich. Bei der Pleuelverlängerung wird zur hydraulischen Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit in bekannter Weise das mit Öl gefüllte Langloch verwendet, in dem der sich bewegende Führungsbolzen gegen Ende der Verstellung auf einem Ölpolster einer oberen Langlochkammer abbremsend abstützt. Eine am Langloch seitlich angeordnete Bypassnut verhindert während des Verstellvorgangs durch Umströmung des Führungsbolzens bis kurz vor Erreichen der Endposition E1 den Druckanstieg in der oberen Langlochkammer. Erst kurz vor Verstellende wird dann das vom Führungsbolzen eingeschlossene Ölvolumen der Langlochkammer durch dann hohen Quetschdruck hydraulisch abbremsend wirksam.Due to the upper part of the connecting rod moving away from the lower part of the connecting rod, neither the disc spring nor the two chambers can be used to effectively slow down the adjustment speed when the connecting rod is extended. Due to the relatively low tensile forces transmitted from the reciprocating piston to the connecting rod, the stored energy of the return spring must also be used for an operationally reliable extension of the connecting rod during a single piston stroke. In comparison to shortening the connecting rod, therefore, when lengthening the connecting rod, less braking energy is required to slow down the adjustment speed. When extending the connecting rod, the oil-filled slot is used in a known manner for hydraulic braking of the adjustment speed, in which the moving guide pin is supported towards the end of the adjustment on an oil cushion of an upper slot chamber. A bypass groove on the side of the slot prevents the pressure increase in the upper slot chamber during the adjustment process by flowing around the guide pin until just before reaching the end position E1. Only shortly before the end of the adjustment does the oil volume of the elongated hole chamber enclosed by the guide pin become hydraulically braking due to the then high squeezing pressure.
Zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit kann es weiterhin vorteilhaft sein, bei einer Verdichtungsverstellung während des jeweils nur kurzzeitigen Verstellvorgangs über ein Motorsteuergerät die den Hubkolben beaufschlagenden Gaskräfte zu reduzieren.In order to limit the adjustment speed, it can also be advantageous to use an engine control unit to reduce the gas forces acting on the reciprocating piston during a compression adjustment during the adjustment process, which is only short in each case.
Anhand der nachfolgend beschriebenen
Die 1 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange bei hohem Verdichtungsverhältnis.Die 2 zeigt die längenverstellbare Pleuelstange bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.Die 3 zeigt den erfindungsgemäßen Drosselstopfen in einem vergrößerten Ausschnitt.Die 4 zeigt den oberen Bereich der Pleuelstange mit einem Tellerfederpaket.
- The
1 shows a length-adjustable connecting rod with a high compression ratio. - The
2 shows the length-adjustable connecting rod with a low compression ratio. - The
3 shows the throttle plug according to the invention in an enlarged section. - The
4 shows the upper area of the connecting rod with a set of cup springs.
In der
Die längenverstellbar ausgebildete Pleuelstange 5 weist ein den Kolbenbolzen 4 aufnehmendes Pleueloberteil 8 und ein Pleuelunterteil 9 auf, das am Hubzapfen 6 mit einem Pleueldeckel 10 verschraubt ist. In
The length-adjustable
Das Pleueloberteil 8 umschließt mit einer konzentrisch zu einer Pleuelachse 11 angeordneten Hülse 12 einen ersten Zapfen 13 des Pleuelunterteils 9. Weiterhin ragt das Pleuelunterteil 9 mit einem gegenüber dem ersten Zapfen 13 kleiner ausgebildeten zweiten Zapfen 14 in eine Bohrung 15 des Pleueloberteils 8. In einer durch die Bohrung 15 gebildeten Federkammer 16 ist eine Druckfeder 17 angeordnet, die das Pleueloberteil 8 gegen das Pleuelunterteil 9 verspannt. Die Federkammer 16 ist mit Öl gefüllt und steht hydraulisch über einen Drosselstopfen 18 mit der drucklosen Umgebung in Verbindung, um bei einer durch Pleuelverkürzung sich verkleinernden Federkammer 16 in ihr einen entsprechenden Druckanstieg zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zu bewirken. Erfindungsgemäß erzeugt der Drosselstopfen 18 eine mit steigender Betriebstemperatur zunehmende Drosselwirkung, um wegen der temperaturveränderlichen Ölviskosität die Längenverstellung der Pleuelstange 5 vorteilhaft in einem relativ weiten Betriebstemperaturbereich nutzen zu können.The upper connecting
Ein in einem Langloch 19 des Pleuelunterteils 9 angeordneter Führungsbolzen 20, der in der Hülse 12 fixiert ist, dient in bekannter Weise als Verdrehsicherung zwischen dem Pleueloberteil 8 und dem Pleuelunterteil 9. Der im Langloch 19 axial bewegliche Führungsbolzen 20 des Pleueloberteils 8 kann zusätzlich auch zur Verstellbegrenzung der Pleuelstange 5 dienen. Bei in
Die für ein hohes und ein niedriges Verdichtungsverhältnis umschaltbare Länge der Pleuelstange 5 ist in den beiden zugehörigen Endpositionen E1 und E2 in bekannter Weise durch hydraulisch umschaltbare Bolzen verriegelt. Bei der gezeigten maximalen Länge L1 der Pleuelstange 5 ist die obere Endposition E1 durch einen im Pleuelunterteil 9 angeordneten ersten Bolzen 21 und vorzugsweise zusätzlich durch einen zweiten Bolzen 22 verriegelt. Für eine Verriegelung der Pleuelstange 5 bei einer minimaler Länge L2 in einer unteren Endposition E2 sind weiterhin ein dritter Bolzen 23 und ein vierter Bolzen 24 vorgesehen.
Für eine Verdichtungsumschaltung durch wechselnde hydraulische Druckbeaufschlagung der Bolzen 21, 22, 23 und 24 ist vorzugsweise im Pleueldeckel 10 ein Umschaltventil 25 angeordnet. Es beaufschlagt in bekannter Weise die Bolzen 21 bis 24 mit einem in der Druckhöhe umschaltbaren Öldruck der Brennkraftmaschine, der vom Hubzapfen 6 permanent am Umschaltventil 25 anliegt. Es weist einen Kolben 26 und eine diesen vorspannende Kolbenfeder 27 auf. Bei einem unteren Öldruck der Brennkraftmaschine von beispielsweise 2,5 bar steht der Kolben 26 in der gezeigten linksseitigen Position und schaltet in bekannter Weise den Öldruck in eine im Pleuelunterteil 9 angeordnete erste Steuerbohrung 28, während eine zweite Steuerbohrung 29 über das Umschaltventil 25 druckentlastet ist. Hierdurch haben die Bolzen 21 und 22 die Pleuelstange 5 verriegelt, während die Bolzen 23 und 24 in das Pleuelunterteil 9 zurückgeschoben sind. Aus der Steuerbohrung 28 ist die Federkammer 16 mit Öldruck beaufschlagt, wobei ein Rückschlagventil 30 einen Ölrückfluss verhindert.
Zwischen den Zapfen 13 und 14 und dem Pleueloberteil 8 ist eine Ringkammer 31 mit einer sie begrenzenden Stufe 32 des Pleuelunterteils 9 ausgebildet. Die Ringkammer 31 weist eine Fase 33 auf und ist über eine hydraulische Verbindung 34 an der Federkammer 16 angeschlossen. Die bei einer Pleuelverkürzung zunächst auch mit dem Druck der Federkammer 16 beaufschlagte Ringkammer 31 erhöht zusätzlich die hydraulische Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit. Kurz bevor sich das Pleueloberteil 8 bei dann minimaler Pleuellänge L2 an der Stufe 32 mechanisch anlegt, verschließt die zum Pleueloberteil 8 gehörende Fase 33 die hydraulische Verbindung 34 zur Federkammer 16. Das nun in der Ringkammer 31 eingeschlossene Ölvolumen wird dann unter hohem Druck als Quetschöl über bestehende Dichtspalte abgeführt, wodurch eine massive Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit bist zur Anlage des Pleueloberteils 8 an der Stufe 32 erfolgt.
Eine an einer weiteren Stufe des Pleuelunterteils 9 fixierte Tellerfeder 35 dient in bekannter Weise zur weiteren Abbremsung des Pleueloberteils 8 am Ende einer Pleuelverkürzung.The switchable for a high and a low compression ratio length of the connecting
A
Between the
A
In der
Die
Nach der durch den Drosselstopfen18 bewirkten ersten hydraulischen Bremsphase für die Verdichtungsabsenkung wird ab der gezeigten Position in einer zweiten hydraulischen Bremsphase die Verstellgeschwindigkeit bis zur mechanischen Anlage des Pleueloberteils 8 an der Stufe 32 des Pleuelunterteils 9 massiv abgebremst. Die zur Ringkammer 31 gehörige Fase 33 unterbrich hierbei die hydraulische Verbindung 34 zur Federkammer 16, so dass in der Ringkammer 31 bis zum Erreichen der mechanischen Abstützung sich ein die Verstellgeschwindigkeit sehr hoch abbremsender Quetschdruck einstellt. Etwa parallel hierzu hat sich auch die Hülse 12 des Pleueloberteils 8 an die Tellerfeder 35 angelegt und verspannt diese zunehmend bis zum Erreichen der Endposition E2.
Eine das Langloch 19 mit der Steuerbohrung 29 verbindende Bypassnut 39 ermöglicht bei der ablaufenden Verdichtungsverstellung einen Druckausgleich beidseitig des Führungsbolzens 20. Aber bei einer Pleuelverlängerung verschließt der sich nach oben bewegende Führungsbolzen 20 kurz vor Erreichen seiner oberen Anlage am Pleuelunterteil 9 die Nut 39, so dass in bekannter Weise ein resultierend hoher Quetschdruck eine starke Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit hervorruft.
Die bei der Verdichtungsabsenkung über die Steuerbohrung 29 hydraulisch gegen die Hülse 12 vorgespannten Bolzen 23 und 24 verriegeln bei Erreichen der Endposition E2 das Pleueloberteil 8 in bekannter Weise.The
After the first hydraulic braking phase for the reduction in compression caused by the
A
The
Im Ausführungsbeispiel von
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung einer längenverstellbaren Pleuelstange einer Brennkraftmaschine wird in einem relativ weiten Betriebstemperaturbereich eine vorteilhafte Verdichtungsverstellung zur Verbrauchsabsenkung ermöglicht.With the construction according to the invention of a length-adjustable connecting rod of an internal combustion engine, an advantageous compression adjustment for reducing consumption is made possible in a relatively wide operating temperature range.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Zylindercylinder
- 22
- Zylinderachsecylinder axis
- 33
- Hubkolbenreciprocating
- 44
- Kolbenbolzengudgeon pin
- 55
- Pleuelstangeconnecting rod
- 66
- Hubzapfencrank pin
- 77
- Kurbelwellecrankshaft
- 88th
- Pleueloberteilupper part of the connecting rod
- 99
- Pleuelunterteilconnecting rod lower part
- 1010
- Pleueldeckelconnecting rod cap
- 1111
- Pleuellängsachseconnecting rod longitudinal axis
- 1212
- Hülsesleeve
- 1313
- erster Zapfenfirst cone
- 1414
- zweiter Zapfensecond cone
- 1515
- Bohrungdrilling
- 1616
- Federkammerspring chamber
- 1717
- Druckfedercompression spring
- 1818
- Drosselstopfenthrottle plug
- 1919
- LanglochLong hole
- 2020
- Führungsbolzenguide pin
- 2121
- erster Bolzenfirst bolt
- 2222
- zweiter Bolzensecond bolt
- 2323
- dritter Bolzenthird bolt
- 2424
- vierter Bolzenfourth bolt
- 2525
- Umschaltventilswitching valve
- 2626
- KolbenPistons
- 2727
- Kolbenfederpiston spring
- 2828
- erste Steuerbohrungfirst control hole
- 2929
- zweite Steuerbohrungsecond control hole
- 3030
- Rückschlagventilcheck valve
- 3131
- Ringkammerring chamber
- 3232
- StufeStep
- 3333
- Fasechamfer
- 3434
- hydraulische Verbindunghydraulic connection
- 3535
- Tellerfederdisc spring
- 3636
- Radialspaltradial gap
- 3737
- Zentralbohrungcentral bore
- 3838
- Entlastungsbohrungrelief hole
- 3939
- Bypassnutbypass groove
- 4040
- Tellerfederpaketdisk spring package
- L1L1
- maximale Pleuellängemaximum connecting rod length
- L2L2
- minimale Pleuellängeminimum connecting rod length
- E1E1
- obere Endpositionupper end position
- E2E2
- untere Endpositionlower end position
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 1539769 A [0002]US 1539769 A [0002]
- DE 102016117875 A1 [0003]DE 102016117875 A1 [0003]
- DE 102020001743 B3 [0004]DE 102020001743 B3 [0004]
- DE 102020002316 B3 [0005]DE 102020002316 B3 [0005]
- DE 102010061361 A1 [0006]DE 102010061361 A1 [0006]
- DE 102020003107 A1 [0007]DE 102020003107 A1 [0007]
- AT 519012 A4 [0008]AT 519012 A4 [0008]
- DE 102017107720 A1 [0009]DE 102017107720 A1 [0009]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021006110.1A DE102021006110A1 (en) | 2021-12-11 | 2021-12-11 | Braking device for length-adjustable connecting rods |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021006110.1A DE102021006110A1 (en) | 2021-12-11 | 2021-12-11 | Braking device for length-adjustable connecting rods |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021006110A1 true DE102021006110A1 (en) | 2023-06-15 |
Family
ID=86498415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021006110.1A Pending DE102021006110A1 (en) | 2021-12-11 | 2021-12-11 | Braking device for length-adjustable connecting rods |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021006110A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1539769A (en) | 1921-07-14 | 1925-05-26 | Jr George Washington Poillon | Motor silencer |
DE102010061361A1 (en) | 2010-12-20 | 2012-04-26 | Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag | Reversing valve for controlling fluid flow in e.g. petrol engine of person motor car, has switching mechanism for shifting valve from one position into another position by predetermined actuating pressure depending on oil pressure |
DE102016117875A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Hilite Germany Gmbh | Connecting rod for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjustment |
AT519012A4 (en) | 2016-05-31 | 2018-03-15 | Avl List Gmbh | LIFTING MACHINE, IN PARTICULAR FUEL POWER MACHINE |
DE102017107720A1 (en) | 2017-04-10 | 2018-10-11 | Avl List Gmbh | Length adjustable connecting rod for a piston engine |
DE102020002316B3 (en) | 2020-04-16 | 2021-04-29 | Daniel Voigt | Internal combustion engine with adjustable connecting rod |
DE102020001743B3 (en) | 2020-03-16 | 2021-07-08 | Daniel Voigt | Internal combustion engine with adjustable compression |
DE102020003107A1 (en) | 2020-05-22 | 2021-11-25 | Daniel Voigt | Braking device for adjustable connecting rods |
-
2021
- 2021-12-11 DE DE102021006110.1A patent/DE102021006110A1/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1539769A (en) | 1921-07-14 | 1925-05-26 | Jr George Washington Poillon | Motor silencer |
DE102010061361A1 (en) | 2010-12-20 | 2012-04-26 | Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag | Reversing valve for controlling fluid flow in e.g. petrol engine of person motor car, has switching mechanism for shifting valve from one position into another position by predetermined actuating pressure depending on oil pressure |
DE102016117875A1 (en) | 2016-03-16 | 2017-09-21 | Hilite Germany Gmbh | Connecting rod for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjustment |
AT519012A4 (en) | 2016-05-31 | 2018-03-15 | Avl List Gmbh | LIFTING MACHINE, IN PARTICULAR FUEL POWER MACHINE |
DE102017107720A1 (en) | 2017-04-10 | 2018-10-11 | Avl List Gmbh | Length adjustable connecting rod for a piston engine |
DE102020001743B3 (en) | 2020-03-16 | 2021-07-08 | Daniel Voigt | Internal combustion engine with adjustable compression |
DE102020002316B3 (en) | 2020-04-16 | 2021-04-29 | Daniel Voigt | Internal combustion engine with adjustable connecting rod |
DE102020003107A1 (en) | 2020-05-22 | 2021-11-25 | Daniel Voigt | Braking device for adjustable connecting rods |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AT517217B1 (en) | LENGTH-ADJUSTABLE CONNECTING ROD | |
DE102020002316B3 (en) | Internal combustion engine with adjustable connecting rod | |
AT519305B1 (en) | Length adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with multiple piston seals | |
AT519802B1 (en) | Valve mechanism for a length-adjustable connecting rod | |
DE102020003107A1 (en) | Braking device for adjustable connecting rods | |
AT519297B1 (en) | Connecting rod with encapsulated assembly for length adjustment | |
DE102020001743B3 (en) | Internal combustion engine with adjustable compression | |
AT521606B1 (en) | Hydraulic valve mechanism for adjustable connecting rod | |
DE102021006110A1 (en) | Braking device for length-adjustable connecting rods | |
DE102020006119A1 (en) | Freewheel for adjustable connecting rods | |
AT521678A4 (en) | Length-adjustable connecting rod with mass-optimized control slide | |
AT519304A2 (en) | Length adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with oil scraper | |
AT519303B1 (en) | Connecting rod with stepped piston | |
AT521269B1 (en) | Hydraulic control valve for a length-adjustable connecting rod with two control pressure chambers | |
AT519307B1 (en) | Length adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with conical gap seal | |
DE2325882C3 (en) | Device for end position braking in pneumatic working cylinders | |
AT519798B1 (en) | Connecting rod with an eccentric | |
AT521675B1 (en) | Hydraulic control valve for a length-adjustable connecting rod with two control pistons on the front | |
AT524567B1 (en) | Length-adjustable connecting rod with compact drain valve | |
DE102021002750A1 (en) | Pressure intensifier for adjustable connecting rods | |
AT519306B1 (en) | Length adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with gap seal, oil reservoir, oil filter and oil scraper | |
AT522570B1 (en) | Hydraulic valve mechanism with throttle bore | |
AT519300B1 (en) | Length adjustable connecting rod with cylinder-piston unit with gap seal and elastic piston collar | |
DE102021000410A1 (en) | Brake sleeve for adjustable connecting rods | |
DE102020005572A1 (en) | Eccentric lock for compression adjustment |