AT521146B1

AT521146B1 - Hydraulic control valve for a length-adjustable connecting rod with a hollow slide

Info

Publication number: AT521146B1
Application number: AT508722018A
Authority: AT
Inventors: Heller Malte
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2019-11-15
Also published as: AT521146A4; WO2020073069A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange (1) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung (21) einstellbar ist. Die hydraulische Steuereinrichtung (21) weist einen Steuerzylinder (36) und einen in dem Steuerzylinder (36) verschiebbar geführten, mit Druck beaufschlagbaren Hohlschieber (35) auf, der mit einem sich in Längsrichtung durch den Hohlschieber (35) hindurch erstreckenden Hydraulikmittel- Steuerschieberkanal (37) ausgebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange (1) mit einer hydraulischen Steuereinrichtung in einem Kolbenmotor sowie einen entsprechenden Kolbenmotor.The present invention relates to a length-adjustable connecting rod (1) for a piston engine, wherein the connecting rod (1) has a first connecting rod eye (7) for receiving a piston pin and a second connecting rod eye (4) for receiving a crankshaft journal, wherein the distance between the piston pin and the crankshaft journal in the longitudinal direction (A) of the connecting rod (1) by means of a hydraulic control device (21) is adjustable. The hydraulic control device (21) has a control cylinder (36) and a in the control cylinder (36) slidably guided, pressurizable hollow slide (35) with a longitudinally through the hollow slide (35) extending therethrough Hydraulikmittel- spool ( 37) is formed. Moreover, the invention relates to the use of such a length-adjustable connecting rod (1) with a hydraulic control device in a piston engine and a corresponding piston engine.

Description

HYDRAULISCHES STEUERVENTIL FÜR EINE LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE MIT EINEM HOHLSCHIEBER [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange ein erstes Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung der Pleuelstange mittels einer hydraulischen Steuereinrichtung einstellbar ist, und wobei die hydraulische Steuereinrichtung einen Steuerzylinder und einen in dem Steuerzylinder verschiebbar geführten, mit Druck beaufschlagbaren, Steuerschieber aufweist. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange und einen Kolbenmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange.HYDRAULIC CONTROL VALVE FOR A LENGTH ADJUSTABLE CONNECTING ROD WITH A SLEEVE. The present invention relates to a length adjustable connecting rod for a piston engine, the connecting rod having a first connecting rod eye for receiving a piston pin and a second connecting rod eye for receiving a piston pin and the distance between the piston pin, the distance between the piston pin and the pin between the piston pin the crankshaft journal is adjustable in the longitudinal direction of the connecting rod by means of a hydraulic control device, and wherein the hydraulic control device has a control cylinder and a control slide which is displaceably guided in the control cylinder and can be pressurized. The invention further relates to the use of such a length-adjustable connecting rod and a piston engine with a length-adjustable connecting rod.

[0002] Bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben gibt es Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu verändern und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist.In internal combustion engines with reciprocating piston there are efforts to change the compression ratio during operation and to adapt it to the respective operating state of the engine in order to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine. As the compression ratio increases, the thermal efficiency increases, but too high a compression ratio can lead to unintentional auto-ignition of the piston engine. Such an early combustion of the fuel not only leads to unsteady running and the so-called knocking of the engine, but can also lead to component damage to the engine. In the partial load range, the risk of auto-ignition is lower, so that a higher compression ratio is possible.

[0003] Zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses (VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Längenverstellung des Abstands zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen ermöglicht eine gleitende Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf den jeweiligen Betriebspunkt und damit einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Demgegenüber ergeben sich bei einer diskontinuierlichen Verstellung der Pleuellänge mit wenigen Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile und ermöglicht im Vergleich zu einem konventionellen Kolbenmotor trotzdem eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades sowie entsprechende Einsparungen im Verbrauch und im Schadstoffausstoß.To realize a variable compression ratio (VCR) there are different solutions with which the position of the crank pin of the crankshaft or the piston pin of the reciprocating piston is changed or the effective length of the connecting rod is varied. There are solutions for continuous and discontinuous adjustment of the components. A continuous length adjustment of the distance between the piston pin and the crankshaft journal enables the compression ratio to be adjusted smoothly to the respective operating point and thus an optimal efficiency of the internal combustion engine. In contrast, discontinuous adjustment of the connecting rod length with just a few steps results in structural and operational advantages and still enables a significant improvement in efficiency compared to a conventional piston engine, as well as corresponding savings in consumption and pollutant emissions.

[0004] Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Kolbenmotor beschreibt die EP 1 426 584 A1, in der ein mit dem Kolbenbolzen des Hubkolbens verbundener Exzenter eine Anpassung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht, wobei die Fixierung des Exzenters in den jeweiligen Endstellungen des Schwenkbereichs mittels einer mechanischen Arretierung erfolgt. Demgegenüber offenbart die DE 10 2005 055 199 A1 eine längenverstellbare Pleuelstange, mit der unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse realisiert werden können, wobei der Exzenter durch zwei Zylinder-Kolben-Einheiten und den hydraulischen Druckunterschied des zugeführten Motoröls in seiner Position fixiert wird. DE 10 2015 223 129 A1 zeigt eine vergleichbare Lösung.EP 1 426 584 A1 describes a discontinuous adjustment of the compression ratio for a piston engine, in which an eccentric connected to the piston pin of the reciprocating piston enables the compression ratio to be adjusted, with the eccentric being fixed in the respective end positions of the swivel range by means of a mechanical lock he follows. In contrast, DE 10 2005 055 199 A1 discloses a length-adjustable connecting rod with which different compression ratios can be achieved, the eccentric being fixed in its position by two cylinder-piston units and the hydraulic pressure difference of the supplied engine oil. DE 10 2015 223 129 A1 shows a comparable solution.

[0005] Die WO 2013/092364 A1 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, wobei ein Pleuelteil einen Verstellkolben und das zweite Pleuelteil einen Zylinder aufweist, in dem der Verstellkolben längsbeweglich angeordnet ist. Diese Zylinder-Kolben-Einheit wird über eine hydraulische Steuereinrichtung mit einem öldruckabhängigen Ventil mit Motoröl versorgt, um die Länge der Pleuelstange zu verstellen.WO 2013/092364 A1 shows a length-adjustable connecting rod with connecting rod parts which can be telescopically pushed into one another, one connecting rod part having an adjusting piston and the second connecting rod part having a cylinder in which the adjusting piston is arranged to be longitudinally movable. This cylinder-piston unit is supplied with engine oil via a hydraulic control device with an oil pressure-dependent valve in order to adjust the length of the connecting rod.

[0006] Eine weitere teleskopartig längenverstellbare Pleuelstange beschreibt die WO 2015/ 055582 A2, wobei der im ersten Pleuelteil vorgesehene Verstellkolben den Zylinder in zwei Druckräume unterteilt, die von einer hydraulischen Steuereinrichtung mit Motoröl versorgt werden. Die beiden Druckräume dieser Zylinder-Kolben-Einheit werden über Rückschlagventile mitAnother telescopically adjustable connecting rod describes WO 2015/055582 A2, wherein the adjusting piston provided in the first connecting rod part divides the cylinder into two pressure chambers, which are supplied with engine oil by a hydraulic control device. The two pressure chambers of this cylinder-piston unit are connected via check valves

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AT 521 146 B1 2019-11-15 österreichisches patentamtAT 521 146 B1 2019-11-15 Austrian patent office

Motoröl versorgt, wobei sich jeweils nur in einer Druckkammer unter Druck stehendes Motoröl befindet. Ist die längenverstellbare Pleuelstange in der langen Position, befindet sich in der oberen Druckkammer kein Motoröl, während die untere Druckkammer hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird das Pleuel aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung der Pleuelstange wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit dem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die motorölgefüllte untere Druckkammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Rücklauf des Motoröls unterbindet, steigt der Druck des Motoröls an, so dass die Pleuelstange in dieser Richtung hydraulisch gesperrt ist. Auch hier ändert sich die Pleuellänge nicht. In der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange drehen sich die Verhältnisse in der Zylinder-Kolben-Einheit um. Die untere Druckkammer ist leer, während die obere Druckkammer mit Motoröl gefüllt ist. Entsprechend bewirkt eine Zugkraft einen Druckanstieg in der oberen Kammer und eine hydraulische Sperrung der längenverstellbaren Pleuelstange, während eine Druckkraft durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen wird.Engine oil is supplied, whereby engine oil is only under pressure in one pressure chamber. If the length-adjustable connecting rod is in the long position, there is no engine oil in the upper pressure chamber, while the lower pressure chamber is completely filled with engine oil. During operation, the connecting rod is subjected to alternating tensile and compressive loads due to the gas and mass forces. In the long position of the connecting rod, a tensile force is absorbed by the mechanical contact with the upper stop of the adjusting piston. This does not change the connecting rod length. An acting pressure force is transferred via the piston surface to the lower pressure chamber filled with engine oil. Since the check valve of this chamber prevents the return of the engine oil, the pressure of the engine oil increases so that the connecting rod is hydraulically locked in this direction. The connecting rod length does not change here either. In the short position of the length-adjustable connecting rod, the conditions in the cylinder-piston unit are reversed. The lower pressure chamber is empty, while the upper pressure chamber is filled with engine oil. Accordingly, a tensile force causes an increase in pressure in the upper chamber and a hydraulic locking of the length-adjustable connecting rod, while a compressive force is absorbed by the mechanical stop of the adjusting piston.

[0007] Die Pleuellänge dieser längenverstellbaren Pleuelstange kann zweistufig verstellt werden, indem eine der beiden Druckkammern entleert wird, wobei jeweils eines der beiden Rückschlagventile im Zulaufkanal über einen entsprechenden Rücklaufkanal überbrückt wird. Durch diese Rücklaufkanäle strömt Motoröl zwischen der Druckkammer und der Versorgung mit Motoröl, wodurch das jeweilige Rückschlagventil seine Wirkung verliert. Die beiden Rücklaufkanäle werden durch eine hydraulische Steuereinrichtung geöffnet und geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen und der andere geschlossen ist. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck des Motoröls angesteuert, wobei die Versorgung mit Motoröl über entsprechende Hydraulikmittelkanäle im Pleuel und das Lager des Kurbelwellenzapfens im zweiten Pleuelauge erfolgt. Die aktive Verstellung der Pleuellänge erfolgt dann durch gezieltes Entleeren der mit Motoröl gefüllten Druckkammer unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Massen- und Gaskräfte, wobei die andere Druckkammer über das zugehörige Rückschlagventil mit Motoröl versorgt und hydraulisch gesperrt wird.The connecting rod length of this length-adjustable connecting rod can be adjusted in two stages by emptying one of the two pressure chambers, one of the two check valves in the inlet channel being bridged by a corresponding return channel. Motor oil flows through these return channels between the pressure chamber and the supply of motor oil, as a result of which the respective check valve loses its effect. The two return channels are opened and closed by a hydraulic control device, with exactly one return channel always being open and the other being closed. The actuator for switching the two return channels is controlled hydraulically by the supply pressure of the engine oil, the supply of engine oil being provided via corresponding hydraulic medium channels in the connecting rod and the bearing of the crankshaft pin in the second connecting rod eye. The active adjustment of the connecting rod length is then carried out by deliberately emptying the pressure chamber filled with engine oil, utilizing the mass and gas forces acting on the connecting rod, the other pressure chamber being supplied with engine oil and hydraulically blocked via the associated check valve.

[0008] AT 518 563 A1 zeigt eine vergleichbare Lösung.AT 518 563 A1 shows a comparable solution.

[0009] Gerade bei der Entwicklung von modernen Kolbenmotoren ist der Bauraum für solche Pleuelstangen sowohl in Längsrichtung der Pleuelstange (axial) als auch radial begrenzt. In Kurbelwellenrichtung wird der Bauraum durch die Lagerbreite und den Abstand der Gegengewichte begrenzt. In Längsrichtung ist ohnehin nur der Abstand zwischen den Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen verfügbar. Darüber hinaus ist auch die Dauerfestigkeit der verwendeten Werkstoffe angesichts der hohen Innendrücke im verwendeten Verstellmechanismus problematisch. Ein weiteres Problem bildet das Vorsehen der hydraulischen Steuereinrichtung mit den verschiedenen Zulauf-, Rücklauf- und Versorgungskanälen für Motoröl und die notwendigen Rückschlag- und Steuerventile, die die Bauteile der Pleuelstange zusätzlich schwächen.Especially in the development of modern piston engines, the space for such connecting rods is limited both in the longitudinal direction of the connecting rod (axially) and radially. In the direction of the crankshaft, the installation space is limited by the width of the bearing and the distance between the counterweights. In any case, only the distance between the piston pin and the crankshaft journal is available in the longitudinal direction. In addition, the fatigue strength of the materials used is problematic in view of the high internal pressures in the adjustment mechanism used. Another problem is the provision of the hydraulic control device with the various inlet, return and supply channels for engine oil and the necessary check and control valves, which additionally weaken the connecting rod components.

[0010] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion, Herstellung und Funktion einer gattungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange zu verbessern.It is therefore the object of the present invention to improve the construction, manufacture and function of a generic length-adjustable connecting rod.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Steuerschieber als Hohlschieber mit einem sich in Längsrichtung des Steuerschiebers durch den Steuerschieber hindurch erstreckenden Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal ausgebildet ist. Ein solcher sich durch den Steuerschieber hindurch erstreckender Steuerschieberkanal kann die Anzahl der für die hydraulische Steuereinrichtung notwendigen Bohrungen in der längenverstellbaren Pleuelstange reduzieren, da der Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal als Steuerdruckverbindung in der hydraulischen Steuereinrichtung nutzbar ist. Neben der Kosteneinsparung durch den Wegfall einer Präzisionsbohrung bei der Herstellung der längenverstellbaren Pleuelstange wird dadurch auch eine geringere Schwächung und damit bessere Belastbarkeit des Pleuelteils erreicht. Der Hohlschieber kann in einfacher Weise als zylindrisches Drehteil oder als DrehfräsThis object is achieved in that the control slide is designed as a hollow slide with a extending in the longitudinal direction of the control slide through the control slide hydraulic valve spool channel. Such a control slide channel extending through the control slide can reduce the number of bores in the length-adjustable connecting rod necessary for the hydraulic control device, since the hydraulic medium control slide channel can be used as a control pressure connection in the hydraulic control device. In addition to the cost savings due to the omission of a precision bore in the manufacture of the length-adjustable connecting rod, this also results in less weakening and thus better resilience of the connecting rod part. The hollow slide can easily be used as a cylindrical turned part or as a rotary mill

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AT 521 146 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt teil hergestellt sein.AT 521 146 B1 2019-11-15 Austrian patent office.

[0012] In einer zweckmäßigen Ausbildung kann zwischen dem Steuerschieber und dem Steuerzylinder ein Steuerdruckraum ausgebildet sein und der Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal in den Steuerdruckraum münden. Neben der Vermeidung zusätzlicher Präzisionsbohrungen in dem die hydraulische Steuereinrichtung umgebenden Pleuelteil, kann der Hohlschieber den Steuerdruckraum direkt und sicher mit dem unter Druck stehenden Hydraulikmittel versorgen. Sinnvollerweise ist in dem Steuerzylinder weiter ein Niederdruckraum vorgesehen, wobei der Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal den Niederdruckraum mit dem Steuerdruckraum verbindet. In diesem einfachen Aufbau der Steuereinrichtung sorgt der Hohlschieber dafür, dass das Hydraulikmittel, üblicherweise das Motoröl des Kolbenmotors, von der Niederdruckseite der hydraulischen Steuereinrichtung direkt auf die Steuerdruckseite des Schiebers geleitet werden kann, ohne hierfür zusätzliche Bohrungen, Hülsen oder Bypasskanäle zu benötigen.In a suitable embodiment, a control pressure chamber can be formed between the control slide and the control cylinder and the hydraulic medium control slide channel open into the control pressure chamber. In addition to avoiding additional precision bores in the connecting rod part surrounding the hydraulic control device, the hollow slide valve can supply the control pressure chamber directly and safely with the pressurized hydraulic medium. A low-pressure chamber is furthermore expediently provided in the control cylinder, the hydraulic medium control slide channel connecting the low-pressure chamber to the control pressure chamber. In this simple construction of the control device, the hollow slide ensures that the hydraulic medium, usually the engine oil of the piston engine, can be directed from the low-pressure side of the hydraulic control device directly to the control pressure side of the slide, without the need for additional bores, sleeves or bypass channels.

[0013] Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die hydraulische Steuereinrichtung eine Rückstellfeder aufweist, um den Steuerschieber in der ersten Ausgangsstellung zu halten oder in die erste Ausgangsstellung rückzustellen, wobei die Rückstellfeder bevorzugt um den Steuerschieber herum angeordnet ist. Die Rückstellfeder ermöglicht es, in der hydraulischen Steuereinrichtung zwei unterschiedliche Schaltstellungen vorzusehen, ohne aktiven Rückstellmechanismus, zusätzliche Druckkammern oder Versorgungsleitungen. Dadurch können die Herstellungskosten gering gehalten werden, bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Funktionssicherheit. Weiterhin kann eine solche Rückstellfeder in einfacher Weise an unterschiedliche Steuerdrücke angepasst werden, ohne die gesamte Konstruktion der hydraulischen Steuereinrichtung oder sogar der längenverstellbaren Pleuelstange verändern zu müssen. Dabei reduziert die Anordnung der Rückstellfeder um den Steuerschieber herum den benötigten Bauraum für den Steuerschieber und gleichzeitig auch den Herstellungsaufwand.A preferred embodiment provides that the hydraulic control device has a return spring to hold the control slide in the first starting position or to return to the first starting position, the return spring preferably being arranged around the control slide. The return spring makes it possible to provide two different switching positions in the hydraulic control device, without an active return mechanism, additional pressure chambers or supply lines. As a result, the manufacturing costs can be kept low while at the same time increasing the functional reliability. Furthermore, such a return spring can be easily adapted to different control pressures without having to change the entire construction of the hydraulic control device or even the length-adjustable connecting rod. The arrangement of the return spring around the control spool reduces the space required for the control spool and at the same time also reduces the manufacturing outlay.

[0014] Eine besondere Variante sieht vor, dass der Steuerschieber geneigt zur Längsrichtung der Pleuelstange und geneigt zur Normalen der Längsrichtung der Pleuelstange angeordnet ist, bevorzugt in einem Winkel zwischen 15° und 75° angeordnet ist. Diese geneigte Anordnung des Hohlschiebers gegenüber der Längsrichtung der Pleuelstange und gegenüber der Normalen zur Längsrichtung der Pleuelstange kann bei einer günstigen Wahl des Winkels die negativen Einflüsse der Trägheit des Hydraulikmittels in den Hydraulikmittelkanälen und den Komponenten der hydraulischen Steuereinrichtung kompensieren oder zumindest reduzieren. Dadurch können Störungen und Fehlfunktionen bei der Ansteuerung der Steuereinrichtung vermieden werden. Weiterhin können durch eine geneigte Anordnung des Hohlschiebers auch störende Einflüsse auf die weiteren Komponenten der hydraulischen Steuereinrichtung und der längenverstellbaren Pleuelstange minimiert werden, deren Wirkung insbesondere durch die bei hohen Drehzahlen stark ansteigenden Trägheitskräfte beeinträchtigt sein kann.A special variant provides that the control slide is arranged inclined to the longitudinal direction of the connecting rod and inclined to the normal to the longitudinal direction of the connecting rod, is preferably arranged at an angle between 15 ° and 75 °. This inclined arrangement of the hollow slide with respect to the longitudinal direction of the connecting rod and with respect to the normal to the longitudinal direction of the connecting rod can compensate or at least reduce the negative influences of the inertia of the hydraulic medium in the hydraulic medium channels and the components of the hydraulic control device when the angle is selected favorably. Malfunctions and malfunctions in the control of the control device can thereby be avoided. Furthermore, an inclined arrangement of the hollow slide can also minimize disruptive influences on the other components of the hydraulic control device and the length-adjustable connecting rod, the effect of which can be impaired, in particular, by the inertial forces which increase sharply at high speeds.

[0015] Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die hydraulische Steuereinrichtung mindestens zwei Ablassventile aufweist, wobei die Ablassventile wechselweise von dem Hohlschieber ansteuerbar sind. Je nach Stellung des Hohlschiebers ist wechselweise das erste Ablassventil oder das zweite Ablassventil der Steuereinrichtung geöffnet, so dass Hydraulikmittel entweder aus der ersten Druckkammer oder der zweiten Druckkammer der angesteuerten Verstelleinrichtung, insbesondere einer doppelt wirkenden Zylinder-Kolben-Einheit der längenverstellbaren Pleuelstange entweichen kann. Infolgedessen kann aus der jeweiligen Druckkammer unter Druck stehendes Hydraulikmittel über das geöffnete Ablassventil abgeführt werden, während sich gleichzeitig die andere Druckkammer mit Hydraulikmittel füllt, infolge der beim Kolbenmotor bei der Hubbewegung der Pleuelstange wirkenden Massen- und Gaskräfte, die mittels der entstehenden Sogwirkung ein Öffnen des der anderen Druckkammer zugeordneten Rückschlagventils bewirken. Mit zunehmender Befüllung der Druckkammer wird aus der anderen Druckkammer zunehmend Hydraulikmittel abgeführt, wodurch sich die Pleuellänge der längenverstellbaren Pleuelstange ändert. Je nach Ausgestaltung des Verstellmechanismus und insbesondere der Steuereinrichtung sowie je nach Betriebszustand des Kolbenmotors können mehrere Hübe der Pleuelstange erforderlich sein, bis die Längenänderung der Pleuelstange beendet ist. Günstigerweise haben die Ablassventile federvorgespannte Ventilkörper, bevorzugtAn advantageous embodiment provides that the hydraulic control device has at least two drain valves, the drain valves being alternately controllable by the hollow slide valve. Depending on the position of the hollow slide valve, the first drain valve or the second drain valve of the control device is alternately opened, so that hydraulic fluid can escape either from the first pressure chamber or the second pressure chamber of the controlled adjusting device, in particular a double-acting cylinder-piston unit of the length-adjustable connecting rod. As a result, hydraulic fluid under pressure can be discharged from the respective pressure chamber via the open drain valve, while at the same time the other pressure chamber fills with hydraulic fluid, due to the mass and gas forces acting on the piston engine during the lifting movement of the connecting rod, which means that the resulting suction effect opens the cause the other pressure chamber associated check valve. With increasing filling of the pressure chamber, hydraulic fluid is increasingly discharged from the other pressure chamber, as a result of which the connecting rod length of the length-adjustable connecting rod changes. Depending on the design of the adjusting mechanism and in particular the control device and depending on the operating state of the piston engine, several strokes of the connecting rod may be required until the change in length of the connecting rod has ended. The drain valves favorably have spring-biased valve bodies

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Ventilkugeln, die über ein geeignetes Übertragungselement, beispielsweise Übertragungsstifte oder Übertragungskugeln, gegen die Federvorspannung in Richtung der Hubachse des Ventilkörpers bewegt werden, um das Ablassventil zu öffnen. Weiterhin kann der Steuerschieber eine Schaltkontur aufweisen, um die Ablassventile wechselweise anzusteuern. Eine solche Schaltkontur ermöglicht eine direkte Übertragung der Hubbewegung von dem Hohlschieber auf die Ablassventile. Dabei kann die Schaltkontur als Abflachung des Hohlschiebers mit Vertiefungen und Vorsprüngen ausgebildet sein, um die mindestens zwei Ablassventile miteinander gekoppelt zu steuern.Valve balls, which are moved via a suitable transmission element, for example transmission pins or transmission balls, against the spring preload in the direction of the stroke axis of the valve body in order to open the drain valve. Furthermore, the control slide can have a switching contour in order to control the drain valves alternately. Such a switching contour enables a direct transmission of the stroke movement from the hollow slide to the drain valves. The switching contour can be designed as a flattening of the hollow slide with depressions and projections in order to control the at least two drain valves coupled to one another.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass zwei Pleuelteile vorgesehen sind, wobei das erste Pleuelteil das erste Pleuelauge und das zweite Pleuelteil das zweite Pleuelauge aufweist, und wobei das erste Pleuelteil zur Verstellung des Abstands zwischen Kolbenbolzen und Kurbelwellenzapfen gegenüber dem zweiten Pleuelteil in Längsrichtung der Pleuelstange bewegbar ist, bevorzugt telekopierbar bewegbar ist. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzentern ermöglichen zwei in Längsrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen Aufbau sowie einen sicheren und dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange. Dabei kann mindestens eine mit der hydraulischen Steuereinrichtung hydraulisch verbundene Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen sein, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, wobei das erste Pleuelteil mit einem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbunden ist und das zweie Pleuelteil eine Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit aufweist. Dies ermöglicht neben einem sehr robusten Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange auch einfache und kostengünstige Pleuelteile, wobei der Verstellkolben des ersten Pleuelteils bevorzugt direkt mit der Kolbenstange und dem Pleuelkopf mit dem ersten Pleuelauge verbunden ist und das zweite Pleuelteil ein Gehäuse aufweist, in dem neben der Zylinderbohrung auch die hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen ist.An embodiment of the length-adjustable connecting rod provides that two connecting rod parts are provided, the first connecting rod part having the first connecting rod eye and the second connecting rod part having the second connecting rod eye, and wherein the first connecting rod part for adjusting the distance between the piston pin and the crankshaft journal relative to the second connecting rod part is movable in the longitudinal direction of the connecting rod, is preferably movable in a telescopic manner. In contrast to connecting rods with eccentrics, two connecting rod parts that can be moved with respect to one another in the longitudinal direction of the connecting rod enable a stable construction and safe and permanent operation of the length-adjustable connecting rod. At least one cylinder-piston unit hydraulically connected to the hydraulic control device can be provided in order to move the first connecting rod part relative to the second connecting rod part, the first connecting rod part being connected to an adjusting piston of the cylinder-piston unit and the second connecting rod part being a cylinder bore the cylinder-piston unit. In addition to a very robust construction of the length-adjustable connecting rod, this also enables simple and inexpensive connecting rod parts, the adjusting piston of the first connecting rod part preferably being connected directly to the piston rod and the connecting rod head to the first connecting rod eye, and the second connecting rod part having a housing in which, in addition to the cylinder bore the hydraulic control device is provided.

[0017] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer hydraulischen Steuereinrichtung in einem Kolbenmotor, wobei die hydraulische Steuereinrichtung einen Steuerzylinder und einen in dem Steuerzylinder verschiebbar geführten, mit Druck beaufschlagten Hohlschieber aufweist mit einem sich in Längsrichtung des Hohlschiebers durch den Hohlschieber hindurch erstreckenden Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal. Der in der hydraulischen Steuereinrichtung verschiebbar geführte Hohlschieber sorgt dafür, dass Hydraulikmittel durch den Steuerschieberkanal hindurch auf die Steuerdruckseite des Hohlschiebers geleitet werden kann, ohne hierfür zusätzliche Bohrungen in der Pleuelstange zu benötigen. Durch den Hydraulikmittel-Steuerschieberkanal entfällt eine Steuerdruckverbindung zum Steuerdruckraum außerhalb der hydraulischen Steuereinrichtung, wodurch die Anzahl der benötigten Bohrungen in der längenverstellbaren Pleuelstange reduziert werden kann. Neben der Kosteneinsparung wird dadurch auch eine geringere Schwächung und gleichzeitig eine bessere Belastbarkeit des zugehörigen Pleuelteils erzielt.Furthermore, the invention relates to the use of a length-adjustable connecting rod with a hydraulic control device in a piston engine, the hydraulic control device having a control cylinder and a displaceably guided in the control cylinder, pressurized hollow slide with a in the longitudinal direction of the hollow slide hydraulic spool passage extending through the hollow slide. The hollow slide, which is slidably guided in the hydraulic control device, ensures that hydraulic medium can be guided through the control slide channel to the control pressure side of the hollow slide, without the need for additional bores in the connecting rod. The hydraulic medium control slide channel eliminates a control pressure connection to the control pressure chamber outside the hydraulic control device, as a result of which the number of bores required in the length-adjustable connecting rod can be reduced. In addition to the cost savings, this also results in less weakening and at the same time better resilience of the associated connecting rod part.

[0018] In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet und die Steuereinrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels der hydraulischen Steuereinrichtung und dem Hohlschieber wird eine kostengünstige und robuste Steuerung der zugehörigen Verstelleinrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange ermöglicht.In a further aspect, the invention relates to a piston engine with at least one engine cylinder, a reciprocating piston moving in the engine cylinder and at least one adjustable compression ratio in the engine cylinder, and with a length-adjustable connecting rod connected to the reciprocating piston according to the above-described embodiments. All reciprocating pistons of the piston engine are preferably equipped with such a length-adjustable connecting rod, and the control device of the length-adjustable connecting rod is connected to the engine oil hydraulics of the piston engine. The fuel saving of such a piston engine can be considerable if the compression ratio is set accordingly depending on the respective operating state. The hydraulic control device and the hollow slide valve enable cost-effective and robust control of the associated adjusting device of the length-adjustable connecting rod.

[0019] Im Folgenden wird eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung anhand beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, a non-limiting embodiment of the invention is explained in more detail with reference to drawings. Show it:

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AT 521 146 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt [0020] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer teilweise freigeschnittenen längenverstellbaren Pleuelstange, [0021] Fig. 2 eine schematische Ansicht der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1 mit einer schematischen Darstellung der hydraulischen Steuereinrichtung, [0022] Fig. 3 eine Schnittansicht des Hohlschiebers der hydraulischen Steuereinrichtung aus Fig. 1 und [0023] Fig. 4 eine Schnittansicht durch eine hydraulische Steuereinrichtung für die längenverstellbare Pleuelstange aus Fig. 1 quer zur Längsrichtung der Pleuelstange.AT 521 146 B1 2019-11-15 Austrian Patent Office [0020] FIG. 1 shows a schematic view of a partially cut-out length-adjustable connecting rod, [0021] FIG. 2 shows a schematic view of the length-adjustable connecting rod from FIG. 1 with a schematic representation of the hydraulic control device, 3 shows a sectional view of the hollow slide of the hydraulic control device from FIG. 1 and [0023] FIG. 4 shows a sectional view through a hydraulic control device for the length-adjustable connecting rod from FIG. 1, transversely to the longitudinal direction of the connecting rod.

[0024] Die in der schematischen Ansicht in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst zwei teleskopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Das in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete untere Pleuelteil 2 weist ein großes Pleuelauge 4 auf, mit dem die längenverstellbare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Kolbenmotors gelagert ist. Dazu ist am unteren Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 5 angeordnet, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich der unteren Pleuelstange 2 das große Pleuelauge 4 ausbildet. Die Lagerschale 5 und das untere Pleuelteil 2 werden mittels Pleuelschrauben (schematisch als gestrichelte Linien dargestellt) miteinander verbunden. Das obere Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 6 mit einem kleinen Pleuelauge 7 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kolbenmotor aufnimmt. Der Pleuelkopf 6 ist mit der Kolbenstange 8 und über die Kolbenstange mit dem Verstellkolben 9 der hier als Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstellvorrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 verbunden. Dabei ist der Pleuelkopf 6 üblicherweise mit der Kolbenstange 8 verschraubt oder verschweißt, während der Verstellkolben 9 und die Kolbenstange 8 dann einteilig ausgebildet sein können. Dies ermöglicht vor einem Zusammenbau des oberen Pleuelteils 3, den Zylinderdeckel 15 der Zylinder-Kolben-Einheit und die Stangendichtung 16 auf der Kolbenstange 8 sowie die Kolbendichtungen 17, 18 an dem Verstellkolben 9 einfach und beschädigungsfrei anzuordnen.The length-adjustable connecting rod 1 shown in the schematic view in FIG. 1 comprises two connecting rod parts 2, 3 that can be moved telescopically relative to one another. The lower connecting rod part 2 arranged below in the illustration of the length-adjustable connecting rod 1 in FIG. 1 has a large connecting rod eye 4, with which the length-adjustable connecting rod 1 is mounted on the crankshaft (not shown) of the piston engine. For this purpose, a bearing shell 5 is further arranged on the lower connecting rod part 2, which together with the lower region of the lower connecting rod 2, which is also designed like a bearing shell, forms the large connecting rod eye 4. The bearing shell 5 and the lower connecting rod part 2 are connected to one another by means of connecting rod screws (shown schematically as dashed lines). The upper connecting rod part 3 has a connecting rod head 6 with a small connecting rod eye 7, which receives the piston pin (not shown) of the reciprocating piston in the piston engine. The connecting rod head 6 is connected to the piston rod 8 and via the piston rod to the adjusting piston 9 of the adjusting device of the length-adjustable connecting rod 1, which is designed here as a cylinder-piston unit 10. The connecting rod head 6 is usually screwed or welded to the piston rod 8, while the adjusting piston 9 and the piston rod 8 can then be formed in one piece. Before assembly of the upper connecting rod part 3, this enables the cylinder cover 15 of the cylinder-piston unit and the rod seal 16 on the piston rod 8 and the piston seals 17, 18 to be arranged on the adjusting piston 9 simply and without damage.

[0025] Das obere Pleuelteil 3 ist über den Verstellkolben 9 teleskopierbar in dem unteren Pleuelteil 2 geführt, um den Abstand zwischen dem im kleinen Pleuelauge 7 aufgenommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem großen Pleuelauge 4 aufgenommenen Kurbelwelle des Kolbenmotors zu verstellen, um so das Verdichtungsverhältnis des Kolbenmotors an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Dadurch ist es möglich, den Kolbenmotor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als unter Volllastbereich zu betreiben und so den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. In dem Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 ist im oberen Bereich ein Zylinder 12 ausgebildet, der als Zylinderbohrung oder Zylinderhülse in das Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 eingebracht ist. In dem Zylinder 12 ist der Verstellkolben des oberen Pleuelteils 3 in Längsrichtung A der Pleuelstange 1 bewegbar angeordnet, um gemeinsam mit dem Zylinder 12 und dem Zylinderdeckel 15 die Zylinder-Kolben-Einheit 10 auszubilden. Der Verstellkolben 9 ist in Fig. 1 in einer Mittelstellung dargestellt, in der der Verstellkolben 9 den Zylinder 12 in zwei Druckräume 13 und 14 unterteilt. Die Kolbenstange 8 erstreckt sich von dem Verstellkolben 9 durch den oberen Druckraum 14 und den Zylinderdeckel 15 hindurch, der das Gehäuse 11 und den Zylinder 12 nach oben hin begrenzt. An dem Zylinderdeckel 15 ist eine Stangendichtung 16 vorgesehen, die die Kolbenstange 8 umgibt und den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung abdichtet. Die beiden auf dem Verstellkolben 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Verstellkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab. Die Unterseite 19 des Zylinderdeckels 15 bildet einen oberen Anschlag aus, an dem der Verstellkolben 9 in der oberen Stellung, der langen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1, anliegt, während in der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange 1 der Verstellkolben 9 an dem vom Zylinderboden 20 ausgebildeten unteren Anschlag anliegt.The upper connecting rod part 3 is telescopically guided in the lower connecting rod part 2 via the adjusting piston 9 in order to adjust the distance between the piston pin of the reciprocating piston accommodated in the small connecting rod eye 7 and the crankshaft of the piston engine accommodated in the large connecting rod eye 4, so as to adjust the Adjust the compression ratio of the piston engine to the respective operating state. This makes it possible to operate the piston engine in the partial load range with a higher compression ratio than under the full load range, thus increasing the efficiency of the engine. In the housing 11 of the lower connecting rod part 2, a cylinder 12 is formed in the upper region, which is introduced as a cylinder bore or cylinder sleeve into the housing 11 of the lower connecting rod part 2. In the cylinder 12, the adjusting piston of the upper connecting rod part 3 is arranged to be movable in the longitudinal direction A of the connecting rod 1 in order to form the cylinder-piston unit 10 together with the cylinder 12 and the cylinder cover 15. The adjusting piston 9 is shown in FIG. 1 in a central position, in which the adjusting piston 9 divides the cylinder 12 into two pressure chambers 13 and 14. The piston rod 8 extends from the adjusting piston 9 through the upper pressure chamber 14 and the cylinder cover 15, which delimits the housing 11 and the cylinder 12 upwards. A rod seal 16 is provided on the cylinder cover 15, which surrounds the piston rod 8 and seals the upper pressure chamber 14 from the surroundings. The two piston seals 17, 18 arranged on the adjusting piston 9 seal the adjusting piston 9 from the cylinder 12 and thus also the pressure chambers 13, 14 from one another. The underside 19 of the cylinder cover 15 forms an upper stop, against which the adjusting piston 9 rests in the upper position, the long position of the length-adjustable connecting rod 1, while in the lower position (short position) of the length-adjustable connecting rod 1, the adjusting piston 9 on the Cylinder base 20 trained lower stop abuts.

[0026] Im Folgenden wird anhand der in Fig. 2 dargestellten hydraulischen Verschaltung der Steuereinrichtung 21 zur Versorgung der von der Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstelleinrichtung näher erläutert. Die beiden Druckräume 13, 14 sind jeweils über getrennteIn the following, the hydraulic connection of the control device 21 for supplying the adjusting device formed by the cylinder-piston unit 10 is explained in more detail with reference to the hydraulic connection shown in FIG. 2. The two pressure chambers 13, 14 are each separate

5/155.15

Hydraulikmittelleitungen 22, 23 und separate Rückschlagventile 24, 25 und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal 26, der in dem großen Pleuelauge 4 mündet, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden. Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen Druckraum 14 kein Motoröl, während der untere Druckraum 13 hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen- und Gaskräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den mechanischen Kontakt des Verstellkolbens 9 mit der Unterseite 19 des Zylinderdeckels 15 aufgenommen. Die Länge der Pleuelstange 1 verändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den mit Motoröl gefüllten unteren Druckraum 13 übertragen. Da das dem unteren Druckraum 13 zugeordnete Rückschlagventil 25 ein Ausströmen des Motoröls verhindert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Änderung der Pleuellänge. Dadurch ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch gesperrt. In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum 13 ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens 9 am Zylinderboden 20 aufgenommen, während der obere Druckraum 14 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längenverstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 14 verursacht und damit eine hydraulische Sperrung bewirkt.Hydraulic medium lines 22, 23 and separate check valves 24, 25 and a common oil supply channel 26, which opens into the large connecting rod eye 4, connected to the engine oil circuit of the piston engine. If the length-adjustable connecting rod 1 is in the long position, there is no engine oil in the upper pressure chamber 14, while the lower pressure chamber 13 is completely filled with engine oil. During operation, the connecting rod 1 is alternately subjected to tension and pressure due to the mass and gas forces. In the long position, the tensile force is absorbed by the mechanical contact of the adjusting piston 9 with the underside 19 of the cylinder cover 15. The length of the connecting rod 1 does not change. An acting pressure force is transmitted via the piston surface to the lower pressure chamber 13 filled with engine oil. Since the check valve 25 assigned to the lower pressure chamber 13 prevents the engine oil from flowing out, the pressure of the engine oil rises sharply and prevents a change in the connecting rod length. As a result, the length-adjustable connecting rod 1 is hydraulically locked in this direction of movement. In the short position of the length-adjustable connecting rod 1, the situation reverses. The lower pressure chamber 13 is completely empty and a pressure force is absorbed by the mechanical stop of the adjusting piston 9 on the cylinder base 20, while the upper pressure chamber 14 is filled with engine oil, so that a pulling force on the length-adjustable connecting rod 1 causes a pressure increase in the upper pressure chamber 14 and so that hydraulic locking causes.

[0027] Die Pleuellänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume 13, 14 entleert wird und der jeweils andere Druckraum 13, 14 mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 jeweils eines der Rückschlagventile 24, 25 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum 13, 14 abfließen kann. Das jeweilige Rückschlagventil 24, 25 verliert so seine Wirkung. Dazu umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 ein 3/2Wegeventil 27, dessen beiden schaltbaren Anschlüsse 30 jeweils über eine Drossel 28, 29 mit einer Hydraulikmittelleitung 22, 23 der Druckräume 13, 14 verbunden sind. Dabei wird das 3/2Wegeventil 27 über den Druck des Motoröls betätigt, der dem 3/2-Wegeventil 27 über eine mit dem Ölversorgungskanal 26 verbundene Steuerdruckleitung 31 zugeführt wird. Die Rückstellung des 3/2-Wegeventils 27 erfolgt durch eine Feder 32. Die beiden schaltbaren Anschlüsse 30 des 3/2-Wegeventils 27 sind mit einem Abströmkanal 33 verbunden, der das aus den Druckräumen 13, 14 abgeführte Motoröl an den Ölversorgungskanal 26 abgibt, von wo aus es zur Befüllung des jeweils anderen Druckraums 13, 14 zur Verfügung steht oder über das große Pleuelauge 4 an die Umgebung abgegeben werden kann. In der in Fig. 2 dargestellten Vorzugslage des 3/2-Wegeventils 27 ist der obere Druckraum 14 geöffnet. Alternativ kann der Abströmkanal 33 das Motoröl direkt an die Umgebung abgeben.The connecting rod length of the adjustable connecting rod 1 shown here can be adjusted in two stages by emptying one of the two pressure chambers 13, 14 and filling the other pressure chamber 13, 14 with engine oil. For this purpose, one of the check valves 24, 25 is bridged by the hydraulic control device 21, so that the engine oil can flow out of the previously filled pressure chamber 13, 14. The respective check valve 24, 25 loses its effect. For this purpose, the hydraulic control device 21 includes a 3/2-way valve 27, the two switchable connections 30 of which are each connected via a throttle 28, 29 to a hydraulic medium line 22, 23 of the pressure chambers 13, 14. The 3/2-way valve 27 is actuated by the pressure of the engine oil, which is supplied to the 3/2-way valve 27 via a control pressure line 31 connected to the oil supply channel 26. The 3/2-way valve 27 is reset by a spring 32. The two switchable connections 30 of the 3/2-way valve 27 are connected to an outflow channel 33, which delivers the engine oil discharged from the pressure chambers 13, 14 to the oil supply channel 26. from where it is available for filling the other pressure chamber 13, 14 or can be released to the environment via the large connecting rod eye 4. In the preferred position of the 3/2-way valve 27 shown in FIG. 2, the upper pressure chamber 14 is open. Alternatively, the outflow channel 33 can deliver the engine oil directly to the environment.

[0028] Bei dem 3/2-Wegeventil 27 ist jeweils einer der schaltbaren Anschlüsse 30 geöffnet, so dass der zugehörige Druckraum 13, 14 geleert ist, während der andere Anschluss 30 geschlossen ist. Bei einer Veränderung der Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 27, durch das Anliegen eines höheren Steuerdrucks über die Steuerdruckleitung 31 oder durch eine Rückstellung über die Feder 32 bei einem abnehmenden Steuerdruck, wird der bisher geöffnete Anschluss 30 geschlossen und der bisher geschlossene Anschluss 30 geöffnet. Infolgedessen strömt aus dem bisher mit Motoröl gefüllten Druckraum 13, 14 das unter hohem Druck stehende Motoröl über die jeweilige Hydraulikmittelleitung 22, 23 sowie die zugehörige Drossel 28, 29 durch den geöffneten Anschluss 30 des 3/2-Wegeventils 27 und den Abströmkanal 33 zur Umgebung. Gleichzeitig entsteht durch die in einem Kolbenmotor während der Hubbewegung der Pleuelstange 1 wirkenden Massen- und Gaskräfte in dem bisher leeren Druckraum 13, 14 eine Sogwirkung, durch die sich das zugehörige Rückschlagventil 24, 25 öffnet, so dass sich der bisher leere Druckraum 13, 14 mit Motoröl füllt. Mit zunehmender Füllung dieses Druckraums 13, 14 wird aus dem anderen Druckraum 13, 14 zunehmend das Motoröl über den geöffneten Anschluss 30 abgeführt, wodurch sich die Länge der Pleuelstange 1 ändert. Je nach Ausgestaltung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 sowie der hydraulischen Steuereinrichtung 21 und dem Betriebszustand des Kolbenmotors können mehrere Hübe der Pleuelstange 1 erforderlich sein, bis der von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 gesperrte Druckraum 13, 14 vollständig mit Motoröl gefüllt ist sowie der andere geöffnete Druckraum 13, 14 vollständig geleert istIn the 3/2-way valve 27, one of the switchable connections 30 is opened, so that the associated pressure chamber 13, 14 is emptied, while the other connection 30 is closed. If the switching position of the 3/2-way valve 27 changes, due to the application of a higher control pressure via the control pressure line 31 or a reset via the spring 32 with a decreasing control pressure, the previously open port 30 is closed and the previously closed port 30 is opened , As a result, from the pressure chamber 13, 14 previously filled with engine oil, the high-pressure engine oil flows via the respective hydraulic medium line 22, 23 and the associated throttle 28, 29 through the opened connection 30 of the 3/2-way valve 27 and the outflow channel 33 to the environment , At the same time, the mass and gas forces acting in a piston engine during the lifting movement of the connecting rod 1 create a suction effect in the previously empty pressure chamber 13, 14, through which the associated check valve 24, 25 opens, so that the previously empty pressure chamber 13, 14 fills with engine oil. With increasing filling of this pressure chamber 13, 14, the engine oil is increasingly discharged from the other pressure chamber 13, 14 via the opened connection 30, as a result of which the length of the connecting rod 1 changes. Depending on the design of the length-adjustable connecting rod 1 and the hydraulic control device 21 and the operating state of the piston engine, several strokes of the connecting rod 1 may be required until the pressure chamber 13, 14 blocked by the hydraulic control device 21 is completely filled with engine oil and the other open pressure chamber 13, 14 is completely emptied

6/156.15

AT 521 146 B1 2019-11-15 österreichisches patentamt und so die maximal mögliche Längenänderung der Pleuelstange 1 erreicht ist.AT 521 146 B1 2019-11-15 Austrian patent office and the maximum possible change in length of connecting rod 1 has been reached.

[0029] Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die hydraulische Steuereinrichtung 21 der vorliegenden Erfindung ein einfaches Schieberventil 34 mit einem als Hohlschieber 35 ausgebildeten Steuerschieber auf, der gegen die Rückstellkraft einer Feder 32 in einem Steuerzylinder 36 verschiebbar ist. Der Steuerzylinder 36 ist als eine gegenüber der Längsrichtung A der Pleuelstange 1 und auch gegenüber der Normalen zur Längsrichtung A der Pleuelstange 1 geneigte Bohrung im Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 ausgebildet. Der Hohlschieber 35 weist einen sich in Schieberlängsrichtung durch den Hohlschieber 35 hindurch erstreckenden Steuerschieberkanal 37 auf, um Hydraulikmittel aus dem am unteren Ende des Steuerzylinders 36 vorgesehenen Niederdruckraum 45, der über den Ölversorgungskanal 26 mit Motoröl versorgt ist, in den Steuerdruckraum 38 zwischen Schieberkopf 39 und Verschlusskappe 40 des Steuerzylinders 36 zu fördern. Durch die Bewegung des Hohlschiebers 35 in dem Steuerzylinder 36 infolge des im Steuerdruckraum 38 anliegenden Öldrucks bzw. der Rückstellkraft der Feder 32 sind wechselweise die mit den Druckräumen 13, 14 verbundenen Ablassventile 41 geöffnet.As shown in Fig. 1, the hydraulic control device 21 of the present invention has a simple slide valve 34 with a control slide designed as a hollow slide 35, which is displaceable against the restoring force of a spring 32 in a control cylinder 36. The control cylinder 36 is designed as a bore in the housing 11 of the lower connecting rod part 2 which is inclined with respect to the longitudinal direction A of the connecting rod 1 and also with respect to the normal to the longitudinal direction A of the connecting rod 1. The hollow slide 35 has a control slide channel 37 which extends in the longitudinal direction of the slide through the hollow slide 35, in order to transfer hydraulic medium from the low pressure chamber 45 provided at the lower end of the control cylinder 36, which is supplied with engine oil via the oil supply channel 26, into the control pressure chamber 38 between the slide head 39 and Promote cap 40 of the control cylinder 36. The movement of the hollow slide 35 in the control cylinder 36 as a result of the oil pressure present in the control pressure chamber 38 or the restoring force of the spring 32 alternately opens the drain valves 41 connected to the pressure chambers 13, 14.

[0030] Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines solchen Hohlschiebers 35 für das in Fig. 1 dargestellte Schieberventil 34. Um eine gute Abströmung des durch den Steuerschieberkanal 37, der sich in Schieberlängsrichtung vollständig durch den Hohlschieber 35 erstreckt, in den Steuerdruckraum 38 einströmenden Motoröls zu ermöglichen, ist der Schieberkopf 39 in Verlängerung des Steuerschieberkanals 37 mit einer oder mehreren Aussparungen versehen. Der Schaft des Hohlschiebers 35 weist eine umlaufende Steuerkontur 42 auf, die mit den beiden Ablassventilen 41 in Eingriff steht, um die zugeordneten Druckräume 13, 14 zu öffnen oder zu schließen. Für eine leichte Abströmung des Motoröls aus den Ablassventilen 41 endet in dieser Ausführungsform die Steuerkontur 42 in einem Abschnitt mit geringem Durchmesser.Fig. 3 shows an enlarged sectional view of such a hollow slide 35 for the slide valve 34 shown in FIG. 1. In order to ensure a good outflow through the control slide channel 37, which extends completely through the hollow slide 35 in the longitudinal direction of the slide, into the control pressure chamber 38 To enable engine oil, the slide head 39 is provided with one or more recesses in the extension of the control slide channel 37. The shaft of the hollow slide 35 has a circumferential control contour 42 which engages with the two drain valves 41 in order to open or close the associated pressure chambers 13, 14. In this embodiment, the control contour 42 ends in a section with a small diameter for easy outflow of the engine oil from the drain valves 41.

[0031] In Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine längenverstellbare Pleuelstange 1 mit einer anderen Variante des Schieberventils 34 gezeigt. Die Schnittansicht verläuft dabei in Scheiberlängsrichtung des Hohlschiebers 35 quer zur Längsrichtung A der längenverstellbaren Pleuelstange 1 und durch die Ablassventile 41 hindurch. Sehr deutlich ist in dieser Schnittansicht neben dem Schieberventil 34 und den beiden Ablassventilen 41 auch die Schraubenbohrung 43 durch das Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 zu erkennen, die zur Aufnahme einer Pleuelschraube 46 dient, mit denen die Lagerschale 5 am unteren Bereich des Gehäuses 11 befestigt wird. Der in dem Zylindergehäuse 36 verschiebbar geführte Hohlschieber 35 weist auch in dieser Ausführungsform wieder einen Schieberkanal 37 auf, der sich vom Niederdruckraum 45 am unteren Ende des Steuerzylinders 36 bis zum Steuerdruckraum 38 zwischen Schieberkopf 39 und Verschlusskappe 40 erstreckt. Um den Schaft des Hohlschiebers 35 ist auch hier wieder eine Feder 32 angeordnet, die eine Rückstellung des Hohlschiebers 35 bei einem abnehmenden Steuerdruck im Steuerdruckraum 38 bewirkt. Um eine schnelle und verzögerungsfreie Verstellung des Hohlschiebers 35 bei einem ansteigenden Steuerdruck im Steuerdruckraum 38 sicherzustellen, wird der von der Feder 32 ausgefüllte Bereich zwischen dem Hohlschieber 35 und dem Steuerzylinder 36 durch einen Ablaufkanal 44 entlüftet, so dass sich der Hohlschieber 35 nur gegen die Rückstellkraft der Feder 32 bewegen muss. Je nach Position des Hohlschiebers 35 werden die Ablassventile 41, die über die Drosseln 28, 29 und die Hydraulikmittelleitungen 22, 23 mit den Druckräumen 13, 14 verbunden sind, zunächst geschlossen bevor das jeweils andere Ablassventil dann wieder geöffnet wird.4 shows a section through a length-adjustable connecting rod 1 with another variant of the slide valve 34. The sectional view extends in the longitudinal direction of the hollow slide 35 transverse to the longitudinal direction A of the length-adjustable connecting rod 1 and through the drain valves 41. In this sectional view, in addition to the slide valve 34 and the two drain valves 41, the screw bore 43 through the housing 11 of the lower connecting rod part 2, which serves to receive a connecting rod screw 46 with which the bearing shell 5 is fastened to the lower region of the housing 11, can be seen very clearly becomes. In this embodiment, the hollow slide 35 guided displaceably in the cylinder housing 36 again has a slide channel 37, which extends from the low pressure chamber 45 at the lower end of the control cylinder 36 to the control pressure chamber 38 between the slide head 39 and the closure cap 40. A spring 32 is again arranged around the shaft of the hollow slide 35, which causes the hollow slide 35 to be reset when the control pressure in the control pressure chamber 38 decreases. In order to ensure a rapid and instantaneous adjustment of the hollow slide 35 with an increasing control pressure in the control pressure chamber 38, the area filled by the spring 32 between the hollow slide 35 and the control cylinder 36 is vented through an outlet channel 44, so that the hollow slide 35 only counteracts the restoring force the spring 32 must move. Depending on the position of the hollow slide 35, the drain valves 41, which are connected to the pressure chambers 13, 14 via the throttles 28, 29 and the hydraulic medium lines 22, 23, are first closed before the other drain valve is then opened again.

7/157/15

BEZUGSZEICHENLISTE längenverstellbare Pleuelstange unteres Pleuelteil oberes PleuelteilREFERENCE SIGN LIST length-adjustable connecting rod lower connecting rod part upper connecting rod part

Pleuelaugeconnecting rod

Lagerschalebearing shell

Pleuelkopfsmall end

Pleuelaugeconnecting rod

Kolbenstangepiston rod

Verstellkolbenadjusting piston

Zylinder-Kolben-EinheitCylinder-piston unit

Gehäusecasing

Zylindercylinder

Druckraumpressure chamber

Zylinderdeckelcylinder cover

Stangendichtungrod seal

Kolbendichtungpiston seal

Unterseitebottom

Zylinderboden hydraulische SteuereinrichtungCylinder bottom hydraulic control device

HydraulikmittelleitungHydraulic medium line

Rückschlagventilcheck valve

Ölversorgungoil supply

3/2-Wegeventil3/2-way valve

Drosselthrottle

Anschlüsseconnections

SteuerdruckleitungControl pressure line

Federfeather

Abströmkanaloutflow channel

Schieberventilspool valve

Hohlschieberhollow slide

8/158.15

Steuerzylinder Steuerschieberkanal Steuerdruckraum Schieberkopf Verschlusskappe Ablassventile Steuerkontur Schraubenbohrung Ablaufkanal Niederdruckraum PleuelschraubeControl cylinder, control slide channel, control pressure chamber, slide head, sealing cap, drain valve, control contour, screw hole, drain channel, low pressure chamber, connecting rod screw

Längsrichtunglongitudinal direction

Claims

1. Length-adjustable connecting rod (1) for a piston engine, the connecting rod (1) having a first connecting rod eye (7) for receiving a piston pin and a second connecting rod eye (4) for receiving a crankshaft pin, the distance between the piston pin and the crankshaft pin in The longitudinal direction (A) of the connecting rod (1) can be adjusted by means of a hydraulic control device (21) and the hydraulic control device (21) has a control cylinder (36) and a control slide which can be displaceably guided in the control cylinder (36), characterized in that that the control slide is designed as a hollow slide (35) with a hydraulic medium control slide channel (37) extending through the hollow slide (35) in the longitudinal direction of the hollow slide (35).

2. Length-adjustable connecting rod (1) according to claim 1, characterized in that a control pressure chamber (38) is formed between the hollow slide (35) and the control cylinder (36) and the hydraulic medium control slide channel (37) opens into the control pressure chamber (38).

3. Length-adjustable connecting rod (1) according to claim 2, characterized in that a low pressure chamber (45) is further provided in the control cylinder (36) and the hydraulic medium control slide channel (37) connects the low pressure chamber (45) to the control pressure chamber (38).

4. Length-adjustable connecting rod (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the hydraulic control device (21) has a return spring (32) to hold the hollow slide (35) in a first starting position or to reset to the first starting position , wherein the return spring (32) is preferably arranged around the hollow slide (35).

5. Length-adjustable connecting rod (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hollow slide (35) inclined to the longitudinal direction (A) of the connecting rod (1) and inclined to the normal to the longitudinal direction (A) of the connecting rod (1) is preferably arranged at an angle between 15 ° and 75 °.

6. Length-adjustable connecting rod (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the hydraulic control device (21) has at least two drain valves (41), the drain valves (41) being alternately controllable by the hollow slide valve (35), wherein the hollow slide (35) preferably has a switching contour (42) in order to alternately control the drain valves (41).

7. Length-adjustable connecting rod (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that two connecting rod parts (2, 3) are provided, the first connecting rod part (3), the first connecting rod eye (7) and the second connecting rod part (2) has a second connecting rod eye (4) and the first connecting rod part (3) can be moved in the longitudinal direction (A) of the connecting rod (1) in order to adjust the distance between the piston pin and the crankshaft pin, preferably telescopically.

8. Length-adjustable connecting rod (1) according to claim 7, characterized in that at least one with the hydraulic control device (21) hydraulically connected cylinder-piston unit (10) is provided to the first connecting rod part (3) relative to the second connecting rod part (2 ) to move, the first connecting rod part (3) being connected to an adjusting piston (9) of the cylinder-piston unit (10) and the second connecting rod part (2) having a cylinder bore (12) of the cylinder-piston unit (10) ,

9. Use of a length-adjustable connecting rod (1) with a hydraulic control device (21) in a piston engine, the hydraulic control device (21) comprising a control cylinder (36) and a slide valve (35) which can be displaceably guided in the control cylinder (36) and can be pressurized. has with a in the longitudinal direction of the slide

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AT 521 146 B1 2019-11-15 Austrian Patent Office

Hollow slide valve (35) through the hollow slide valve (35) extending hydraulic control valve channel (37).

10. Piston engine with at least one engine cylinder, a reciprocating piston moving in the engine cylinder and at least one adjustable compression ratio in the engine cylinder, and with a length-adjustable connecting rod (1) connected to the reciprocating piston according to one of claims 1 to 8.