DE102016120967A1

DE102016120967A1 - Length adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with multiple piston seals

Info

Publication number: DE102016120967A1
Application number: DE102016120967.8A
Authority: DE
Inventors: Zoltán RIBA; Kai Arens; Martin Bodensteiner; Steffen Latz; Malte Heller
Original assignee: AVL List GmbH; Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: AVL List GmbH; Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-03
Also published as: AT519305A2; WO2018083256A1; CN110199096B; AT519305A3; AT519305B1; CN110199096A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, mit einem ersten Pleuelteil, einem zweiten Pleuelteil und mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu verstellen, die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben, mindestens einen in der Zylinderbohrung vorgesehenen Druckraum und einer zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung angeordneten Dichtungseinrichtung. Die Dichtungseinrichtung umfasst dabei mindestens zwei Kolbendichtungen, die in separaten an der Außenwandung des Verstellkolbens ausgebildeten Kolbennuten angeordnet sind und mit der Innwandung der Zylinderbohrung in Gleitkontakt stehen. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange sowie die Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a length-adjustable connecting rod for an internal combustion engine, with a first connecting rod, a second connecting rod and at least one cylinder-piston unit to adjust the first connecting rod relative to the second connecting rod, the cylinder-piston unit comprises a cylinder bore, a in the cylinder bore longitudinally movably arranged adjusting piston, at least one provided in the cylinder bore pressure chamber and arranged between the outer wall of the adjusting piston and the inner wall of the cylinder bore sealing means. The sealing device comprises at least two piston seals which are arranged in separate piston grooves formed on the outer wall of the adjusting piston and which are in sliding contact with the inner wall of the cylinder bore. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with such a length-adjustable connecting rod and the use of a cylinder-piston unit for a length-adjustable connecting rod of an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, mit einem ersten Pleuelteil, einem zweiten Pleuelteil und mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu verstellen, die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben, mindestens einen in der Zylinderbohrung vorgesehenen Druckraum und einer zwischen einer Außenwandung des Verstellkolbens und einer Innenwandung der Zylinderbohrung angeordneten Dichtungseinrichtung. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange sowie die Verwendung einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a length-adjustable connecting rod for an internal combustion engine, comprising a first connecting rod part, a second connecting rod part and at least one cylinder-piston unit for adjusting the first connecting rod part relative to the second connecting rod part, the cylinder-piston unit comprises a cylinder bore in the cylinder bore longitudinally movably arranged adjusting piston, at least one provided in the cylinder bore pressure chamber and arranged between an outer wall of the adjusting piston and an inner wall of the cylinder bore sealing means. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with such a length-adjustable connecting rod and the use of such a cylinder-piston unit for a length-adjustable connecting rod of an internal combustion engine.

Der thermische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors, insbesondere von Ottomotoren, ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis ε, d.h. dem Verhältnis vom Gesamtvolumen vor der Verdichtung zum Kompressionsvolumen (ε = (Hubvolumen V_h + Kompressionsvolumens V_c) / Kompressionsvolumen V_c). Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu. Die Zunahme des thermischen Wirkungsgrades über das Verdichtungsverhältnis ist degressiv, allerdings im Bereich heute üblicher Werte noch relativ stark ausgeprägt.The thermal efficiency of an internal combustion engine, in particular gasoline engines, is dependent on the compression ratio ε, ie the ratio of the total volume before compression to the compression volume (ε = (stroke volume V _h + compression volume V _c ) / compression volume V _c ). As the compression ratio increases, the thermal efficiency increases. The increase in the thermal efficiency via the compression ratio is degressive, but still relatively strong in the range of today's usual values.

In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden, da ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstentzündung des Verbrennungsgemischs durch Druck- und Temperaturerhöhung führt. Diese frühzeitige Verbrennung führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen bei Ottomotoren, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstentzündung geringer, die neben dem Einfluss von Umgebungstemperatur und Druck, auch vom Betriebspunkt des Motors abhängig ist. Entsprechend ist im Teillastbereich ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich. In der Entwicklung von modernen Verbrennungsmotoren gibt es daher Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis an den jeweiligen Betriebspunkt des Motors anzupassen.In practice, the compression ratio can not be increased arbitrarily, since too high a compression ratio leads to unintentional spontaneous combustion of the combustion mixture due to pressure and temperature increase. This early combustion not only leads to a troubled run and the so-called knocking in gasoline engines, but can also lead to component damage to the engine. In the partial load range, the risk of spontaneous combustion is lower, which, in addition to the influence of ambient temperature and pressure, also depends on the operating point of the engine. Accordingly, a higher compression ratio is possible in the partial load range. In the development of modern internal combustion engines, there are therefore efforts to adjust the compression ratio to the respective operating point of the engine.

Für die Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses (VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Motorkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Verstellung ermöglicht eine optimale Reduzierung des CO₂-Ausstoßes und des Verbrauchs aufgrund eines für jeden Betriebspunkt einstellbaren Verdichtungsverhältnisses. Demgegenüber ermöglicht eine diskontinuierliche Verstellung mit zwei als Endanschläge der Verstellbewegung ausgebildeten Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile und ermöglicht trotzdem im Vergleich zu einem konventionellen Kurbeltrieb noch signifikante Einsparungen im Verbrauch und dem CO₂-Ausstoß.For the realization of a variable compression ratio (VCR), there are different solutions with which the position of the crank pin or the piston pin of the engine piston changed or the effective length of the connecting rod is varied. There are always solutions for a continuous and discontinuous adjustment of the components. Continuous adjustment allows optimal reduction of CO ₂ emissions and consumption due to a compression ratio that can be set for each operating point. In contrast, a discontinuous adjustment with two trained as end stops the adjustment stages design and operational advantages and still allows compared to a conventional crank mechanism significant savings in consumption and CO ₂ emissions.

Bereits die Druckschrift US 2,217,721 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Stangenteilen, die gemeinsam einen Hochdruckraum ausbilden. Zur Befüllung und Entleerung des Hochdruckraums mit Motoröl und damit zur Längenänderung der Pleuelstange ist ein hydraulischer Verstellmechanismus mit einem Steuerventil mit federvorgespanntem Verschlusselement vorgesehen, das durch den Druck des Motoröls in eine geöffnete Stellung verschiebbar ist.Already the publication US 2,217,721 describes an internal combustion engine with a length-adjustable connecting rod with two telescopically movable rod parts, which together form a high-pressure chamber. For filling and emptying of the high-pressure chamber with engine oil and thus to change the length of the connecting rod, a hydraulic adjusting mechanism is provided with a control valve with spring-biased closure element, which is displaceable by the pressure of the engine oil in an open position.

Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor zeigt die EP 1 426 584 A1 , bei der ein mit dem Kolbenbolzen verbundener Exzenter eine Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht. Dabei erfolgt eine Fixierung des Exzenters in der einen oder anderen Endstellung des Schwenkbereichs mittels einer mechanischen Arretierung. Aus der DE 10 2005 055 199 A1 geht ebenfalls die Funktionsweise eines längenvariablen Pleuels hervor, mit dem verschiedene Verdichtungsverhältnisse ermöglicht werden. Die Realisierung erfolgt auch hier über einen Exzenter im kleinen Pleuelauge, das in seiner Position durch zwei Hydraulikzylinder mit veränderbarem Widerstand fixiert wird.A discontinuous adjustment of the compression ratio for an internal combustion engine shows the EP 1 426 584 A1 in which an eccentric connected to the piston pin allows adjustment of the compression ratio. In this case, a fixation of the eccentric in one or the other end position of the pivoting area by means of a mechanical locking. From the DE 10 2005 055 199 A1 The function of a variable-length connecting rod also emerges, with which different compression ratios are made possible. The realization is also done here via an eccentric in the small connecting rod, which is fixed in position by two hydraulic cylinders with variable resistance.

Die WO 2013/092364 A1 beschreibt eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Stangenteilen, wobei ein Stangenteil einen Zylinder und das zweite Stangenteil ein längsverschiebbares Kolbenelement ausbildet. Zwischen dem Verstellkolben des ersten Stangenteils und dem Zylinder des zweiten Stangenteils ist ein Hochdruckraum ausgebildet, der über einen hydraulischer Verstellmechanismus mit einem Ölkanal und einem öldruckabhängigen Ventil mit Motoröl versorgt wird. Eine ähnliche längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit teleskopartig verschiebbaren Stangenteilen ist in der WO 2015/055582 A2 gezeigt.The WO 2013/092364 A1 describes a length-adjustable connecting rod for an internal combustion engine with two telescopically movable rod parts, wherein a rod part forms a cylinder and the second rod part forms a longitudinally displaceable piston element. Between the adjusting piston of the first rod part and the cylinder of the second rod part, a high-pressure space is formed, which is supplied via a hydraulic adjusting mechanism with an oil passage and an oil pressure-dependent valve with engine oil. A similar length adjustable connecting rod for an internal combustion engine with telescopically displaceable rod parts is in the WO 2015/055582 A2 shown.

Gemäß der WO 2015/055582 A2 soll das Verdichtungsverhältnis im Verbrennungsmotor durch die Pleuellänge verstellt werden. Die Pleuellänge beeinflusst das Kompressionsvolumen im Verbrennungsraum, wobei das Hubvolumen durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylinderbohrung vorgegeben ist. Eine kurze Pleuelstange führt daher zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis als eine lange Pleuelstange bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen, z.B. Kolben, Zylinderkopf, Kurbelwelle, Ventilsteuerung etc.. Bei den bekannten längenverstellbaren Pleuelstangen wird die Pleuellänge hydraulisch zwischen zwei Stellungen variiert. Dabei ist die gesamte Pleuelstange mehrteilig ausgeführt, wobei die Längenänderung durch einen Teleskopmechanismus erfolgt, der mittels eines doppelwirkenden Hydraulikzylinders verstellbar ist. Das kleine Pleuelauge, üblicherweise zur Aufnahme des Kolbenbolzens, ist mit einer Kolbenstange verbunden (teleskopierbarer Stangenteil). Der zugehörige Verstellkolben ist axial verschiebbar in einem Zylinder geführt, der in dem Pleuelteil mit dem großen Pleuelauge, üblicherweise zur Aufnahme des Kurbelwellenzapfens, angeordnet ist. Der Verstellkolben trennt den Zylinder in zwei Druckräume, einen oberen und einen unteren Druckraum. Diese beiden Druckräume werden über einen hydraulischer Verstellmechanismus mit Motoröl versorgt, wobei dessen Versorgung mit Motoröl über die Schmierung des Pleuellagers erfolgt. Hierzu ist eine Öldurchführung vom Kurbelwellenzapfen über das Pleuellager zum Pleuel und dort über die Rückschlagventile des Verstellmechanismus in die Druckräume erforderlich.According to the WO 2015/055582 A2 the compression ratio in the combustion engine should be adjusted by the connecting rod length. The connecting rod length affects the compression volume in the combustion chamber, wherein the stroke volume is determined by the position of the crankshaft journal and the cylinder bore. A short connecting rod leads therefore to a lower compression ratio than a long connecting rod with otherwise the same geometric dimensions, eg piston, cylinder head, crankshaft, valve control, etc. In the known length-adjustable connecting rods, the connecting rod length is hydraulically varied between two positions. The entire connecting rod is made in several parts, wherein the change in length is effected by a telescopic mechanism which is adjustable by means of a double-acting hydraulic cylinder. The small connecting rod eye, usually for receiving the piston pin, is connected to a piston rod (telescopic rod part). The associated adjusting piston is axially displaceably guided in a cylinder which is arranged in the connecting rod part with the large connecting rod eye, usually for receiving the crankshaft journal. The adjusting piston separates the cylinder into two pressure chambers, an upper and a lower pressure chamber. These two pressure chambers are supplied via a hydraulic adjusting mechanism with engine oil, wherein its supply of engine oil via the lubrication of the connecting rod bearing takes place. For this purpose, an oil passage from the crankshaft journal over the connecting rod bearing to the connecting rod and there via the check valves of the adjusting mechanism in the pressure chambers is required.

Ist die Pleuelstange in der langen Position, befindet sich kein Motoröl in dem oberen Druckraum. Die untere Druckraum hingegen ist vollständig mit Motoröl gefüllt. Während des Betriebs wird die Pleuelstange aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Position des Pleuels wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den ölgefüllten unteren Druckraum übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Ölrücklauf unterbindet, steigt der Öldruck an, wobei in dem unteren Druckraum sehr hohe dynamische Drücke von deutlich über 1.000 bar entstehen können. Die Pleuellänge ändert sich nicht. Das Pleuel ist durch den Systemdruck in dieser Richtung hydraulisch gesperrt.If the connecting rod is in the long position, there is no engine oil in the upper pressure chamber. The lower pressure chamber, however, is completely filled with engine oil. During operation, the connecting rod is loaded alternately due to the gas and inertial forces on train and pressure. In the long position of the connecting rod, a tensile force is absorbed by the mechanical contact with an upper stop of the adjusting piston. The connecting rod length does not change as a result. An applied compressive force is transmitted via the piston surface to the oil-filled lower pressure chamber. Since the check valve of this chamber prevents the oil return, the oil pressure increases, which can result in the lower pressure chamber very high dynamic pressures of well over 1,000 bar. The connecting rod length does not change. The connecting rod is hydraulically locked in this direction by the system pressure.

In der kurzen Stellung des Pleuels drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum ist leer, der obere Druckraum ist mit Motoröl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in dem oberen Druckraum. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen.In the short position of the connecting rod, the conditions turn around. The lower pressure chamber is empty, the upper pressure chamber is filled with engine oil. A tensile force causes a pressure increase in the upper pressure chamber. A compressive force is absorbed by a mechanical stop.

Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume entleert wird. Hierfür wird von dem Verstellmechanismus jeweils eines der beiden Rückschlagventile im Zulauf überbrückt oder ein zugeordneten Rücklaufkanal geöffnet. Durch diese Rücklaufkanäle kann Motoröl unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druckraum und der Versorgungseinrichtung in das Kurbelgehäuse fließen. Das jeweilige Rückschlageventil verliert entsprechend seine Wirkung. Die beiden Rücklaufkanäle werden durch ein Steuerventil geöffnet und geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen, der andere geschlossen ist. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hier hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert.The connecting rod length can be adjusted in two stages by emptying one of the two pressure chambers. For this purpose, one of the two non-return valves in the inlet is bridged by the adjusting mechanism or an associated return channel is opened. By means of these return passages, engine oil can flow into the crankcase independently of the pressure difference between the pressure chamber and the supply device. The respective check valve loses its effect accordingly. The two return channels are opened and closed by a control valve, always exactly one return channel open, the other is closed. The actuator for switching the two return channels is controlled hydraulically by the supply pressure here.

Der Bauraum für eine solche Pleuelstange ist sowohl axial als auch radial begrenzt. In Kurbelwellenrichtung wird der Bauraum durch die Lagerbreite und den Abstand der Gegengewichte begrenzt. In axialer Richtung ist ohnehin nur der Bauraum zwischen dem kleinen Pleuelauge zur Lagerung des Kolbenbolzens und dem großen Lagerauge zur Lagerung des Kurbelwellenzapfens und ein eventueller Verstellhub der Pleuelstange vorhanden.The space for such a connecting rod is limited both axially and radially. In the crankshaft direction of the space is limited by the bearing width and the distance of the counterweights. In the axial direction is anyway only the space between the small connecting rod for the storage of the piston pin and the large bearing eye for the storage of the crankshaft journal and a possible Verstellhub the connecting rod available.

Die in einem Verbrennungsmotor von einer Pleuelstange zu übertragenden Kräfte sind beträchtlich, weshalb auch die Drücke in den Druckräumen der Zylinder-Kolben-Einheit erheblich sein können. Angesichts der hohen Innendrücke bei einer Zylinder-Kolben-Einheit ist die Dauerfestigkeit der verwendeten Werkstoffe problematisch, aber auch die Konstruktion der Komponenten im Hinblick auf den geringen Bauraum.The forces to be transmitted by a connecting rod in an internal combustion engine are considerable, which is why the pressures in the pressure chambers of the cylinder-piston unit can be considerable. In view of the high internal pressures in a cylinder-piston unit, the fatigue strength of the materials used is problematic, but also the construction of the components in view of the small installation space.

Ein weiterer Aspekt einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor ist, dass der hydraulische Verstellmechanismus üblicherweise von dem Motoröl des Verbrennungsmotors gespeist wird, dessen Viskosität nicht nur mit der Betriebstemperatur sondern auch mit zunehmender Betriebsdauer abnimmt und in dem schädliche Partikel in den Verstellmechanismus des Pleuels eingetragen werden. Neben Rußpartikeln, die bei der Verbrennung im Motor entstehen können, werden über das Motoröl auch Gussrestpartikel oder Späne aus der Herstellung und Bearbeitung des Motors transportiert. Unabhängig von einer Viskositätsabnahme des Motoröls sowie den durch das Motoröl in den Verstellmechanismus transportierten Partikeln, muss der Verstellmechanismus einer längenverstellbaren Pleuelstange auf Dauer funktionsfähig bleiben.Another aspect of a length-adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit for use in an internal combustion engine is that the hydraulic adjusting mechanism is usually fed by the engine oil of the engine, the viscosity of which decreases not only with the operating temperature but also with increasing operating time and in the harmful particles are registered in the adjustment mechanism of the connecting rod. In addition to soot particles, which can be produced during combustion in the engine, casting oil particles or chips from the manufacture and processing of the engine are also transported via the engine oil. Regardless of a decrease in viscosity of the engine oil and the particles transported by the engine oil into the adjusting mechanism, the adjusting mechanism of a length-adjustable connecting rod must remain permanently functional.

Im Hinblick auf die extremen Druckdifferenzen in den Druckräumen einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange von deutlich über 1.000 bar und dem Einfluss der Kraftübertragung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle auf die Leistung des Verbrennungsmotors, werden in herkömmlichen längenverstellbaren Pleuelstangen berührende Dichtungseinrichtungen oder konstruktiv ausgebildete Dichtungen eingesetzt. Eine Leckage aus dem jeweils gesperrten Druckraum führt zu einem Einrücken des Verstellkolbens in den jeweiligen Druckraum, wodurch ein Arbeitsbetrag entsprechend der Kraft auf den Verstellkolben und dem Weg des Verstellkolbens dissipiert wird, was zum Leistungsverlust des Verbrennungsmotors führt. Dieser Leistungsverlust ist entsprechend den jeweiligen Konstruktionen der Zylinder-Kolben-Einheiten von dem verbesserten thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch ein variables Verdichtungsverhältnis abzuziehen. In herkömmlichen längenverstellbaren Pleuelstangen mit einer Zylinder-Kolben-Einheit werden als Dichtungseinrichtungen zumeist einfache Spaltdichtungen verwendet. Im Gegensatz zu Kontaktdichtungen, die als berührende Dichtungseinrichtungen eine Leckage verhindern, weisen Spaltdichtungen konstuktionsbedingt eine gewisse Leckage auf. Die Vorteile von Spaltdichtungen sind die einfache Montage, aufgrund der geringeren Bauteilanzahl und ein geringerer Bauraum der Zylinder-Kolben-Einheit. Demgegenüber verursacht die systemimmanente Leckage bei Spaltdichtungen neben einem Leistungsverlust auch eine Erwärmung des Systems. Kontaktdichtungen, beispielsweise Kolben- oder Stangendichtungen, die zwischen den längs verschieblichen Bauteilen einer Zylinder-Kolben-Einheit angeordnet werden können, können eine Leckage von Motoröl aus dem Druckraum annähernd vollständig verhindern und einen entsprechende Leistungsverlust vermeiden. Jedoch sind Kontaktdichtungen sehr empfindlich gegenüber Rußpartikeln und Spänen im Motoröl, die zu starken Beschädigungen an den Oberflächen der Dichtungseinrichtung und letztendlich zu einer Fehlfunktion oder Ausfall der Dichtungseinrichtung führen können. Diese Gefährdung steigt mit höheren Systemdrücken, da die Partikel aus dem Motoröl in ansteigendem Maße zwischen den Kolbenmantel und die Zylinderwandung gefördert werden und sich dort an den Dichtungsflächen eingraben.In view of the extreme pressure differences in the pressure chambers of a cylinder-piston unit for a length-adjustable connecting rod of well over 1,000 bar and the influence of power transmission via the connecting rod to the crankshaft on the performance of the internal combustion engine, in conventional length-adjustable connecting rods touching sealing devices or constructive trained seals used. A leakage from the respectively locked pressure chamber leads to an engagement of the adjusting piston in the respective Pressure space, whereby an amount of work is dissipated in accordance with the force on the adjusting piston and the path of the adjusting, resulting in power loss of the internal combustion engine. This power loss is deducted from the improved thermal efficiency of the internal combustion engine by a variable compression ratio according to the respective constructions of the cylinder-piston units. In conventional length-adjustable connecting rods with a cylinder-piston unit are used as sealing devices usually simple gap seals. In contrast to contact seals, which prevent leaks as contacting sealing devices, gap seals have a certain leakage due to the design. The advantages of gap seals are the ease of installation, due to the smaller number of components and a smaller space of the cylinder-piston unit. In contrast, the system-inherent leakage in gap seals causes not only a loss of power but also a heating of the system. Contact seals, such as piston or rod seals, which can be arranged between the longitudinally displaceable components of a cylinder-piston unit, can prevent a leakage of engine oil from the pressure chamber almost completely and avoid a corresponding loss of power. However, contact seals are very sensitive to soot particles and chips in the engine oil, which can lead to severe damage to the surfaces of the sealing device and ultimately to a malfunction or failure of the sealing device. This hazard increases with higher system pressures, as the particles from the engine oil are increasingly conveyed between the piston skirt and the cylinder wall and dig there at the sealing surfaces.

Obwohl in vielen Bereichen der Technik Kolbenhubmaschinen hinlänglich bekannt sind und im Bereich der Automobilindustrie Hubkolben-Motoren beständig optimiert, verbessert und weiterentwickelt werden, ist die Dichtungssituation bei Zylinder-Kolben-Einheiten längenverstellbarer Pleuelstangen trotz umfangreicher Entwicklungs- und Forschungsarbeiten weiterhin unbefriedigend, insbesondere im Hinblick auf die notwendige Lebensdauer längenverstellbarer Pleuelstangen gegenüber der gesamten Laufzeit von Verbrennungsmotoren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen unterliegen berührende Kolbendichtungen in einer Zylinder-Kolben-Einheit längenverstellbarer Pleuelstangen zusätzlich zum Verschleiß durch die metallische Berührung einer erhöhten Belastung durch den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum, die extreme Temperaturbelastung durch extrem hohe Drücke und wechselnden Kraftrichtungen sowie die Verschmutzung des Motoröls mit Rußpartikeln und Spänen. Dies führt zu einem schnellen Verschleiß der Kolbendichtungen und Riefenbildungen in den Wandungen der Zylinder-Kolben-Einheit und schlussendlich zu einem Versagen der Dichtungseinrichtung und Leistungsverlust des Verbrennungsmotors. Entsprechend werden in neueren Entwicklungen längenverstellbarer Pleuelstangen bevorzugt Spaltdichtungen eingesetzt, die zumindest den Vorteil einer geringeren Bauteilanzahl eines geringen Bauraums ermöglichen. Funktional unterliegen solche Spaltdichtungen in Zylinder-Kolben-Einheiten längenverstellbarer Pleuelstangen trotzdem einem deutlichen Verschleiß, da der Spalt zwischen Zylinder und Verstellkolben zur Erzielung einer für die extreme Druckdifferenz ausreichende Dichtwirkung verhältnismäßig klein gewählt werden muss. Unabhängig davon, ob als Dichtungseinrichtung für eine Zylinder-Kolben-Einheit eine berührungslose Spaltdichtung oder eine Kontaktdichtung eingesetzt wird, führt der hohe Systemdruck in der Zylinder-Kolben-Einheit dazu, dass sich Rußpartikel und Späne aus dem Motoröl zwischen die Zylinderwandung und dem Kolbenmantel eindringen und sich zwischen den Dichtungsoberflächen verklemmen, was zu starken Beschädigungen an den Oberflächen und letztlich zu einem Verschleiß und Ausfall der Zylinder-Kolben-Einheit führen kann.Although piston lifting machines are well known in many fields of technology and piston engines are constantly being optimized, improved and developed in the automotive industry, the sealing situation in cylinder-piston assemblies of length-adjustable connecting rods continues to be unsatisfactory, in spite of extensive development and research work, in particular with regard to the necessary service life of length-adjustable connecting rods over the entire life of internal combustion engines. In contrast to conventional reciprocating engines touching piston seals are exposed in a cylinder-piston unit length adjustable connecting rods in addition to wear from the metallic contact increased load by the small available space, the extreme temperature load by extremely high pressures and changing force directions and the pollution of the engine oil with soot particles and chips. This leads to rapid wear of the piston seals and grooves in the walls of the cylinder-piston unit and ultimately to a failure of the sealing device and power loss of the internal combustion engine. Accordingly, in recent developments of length-adjustable connecting rods preferred gap seals are used, which allow at least the advantage of a smaller number of components of a small space. Functionally such gap seals in cylinder-piston units length-adjustable connecting rods are still subject to significant wear, since the gap between the cylinder and adjusting piston to achieve a sufficient extreme pressure difference for the sealing effect must be relatively small. Regardless of whether a contactless gap seal or a contact seal is used as the sealing device for a cylinder-piston unit, the high system pressure in the cylinder-piston unit causes soot particles and chips from the engine oil to penetrate between the cylinder wall and the piston skirt and jam between the sealing surfaces, which can lead to severe damage to the surfaces and ultimately to wear and failure of the cylinder-piston unit.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit mit einer verbesserten Dichtungseinrichtung bereitzustellen, die trotz hoher Druckdifferenzen und geringem Bauraum, eine verbesserte dauerhafte Dichtwirkung ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to provide a length-adjustable connecting rod with a cylinder-piston unit with an improved sealing device, which allows despite improved pressure differences and small space, an improved durable sealing effect.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dichtungseinrichtung mindestens zwei Kolbendichtungen umfasst, wobei jede Kolbendichtung in einer separaten an der Außenwand des Verstellkolbens umlaufenden Nut angeordnet ist und mit der Innenwandung der Zylinderbohrung in Gleitkontakt steht. Das Vorsehen von mindestens zwei Kolbendichtungen verringert den Druckabfall, der bedingt durch die extrem hohen Systemdrucke über jede der separaten Kolbendichtungen abgebaut werden muss und reduziert entsprechend die Gefahr des Eintragens von Partikeln aus dem Motoröl und vemeidet nachfolgend eine Beschädigung der Dichtungsoberfläche durch diese Partikel. Darüber hinaus ermöglicht der stufenweise Abbau der hohen Systemdrucke in der Zylinder-Kolben-Einheit den Einsatz einfacherer und kostengünstigerer Kolbendichtungen mit einem flacheren Aufbau, die auch in dem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum einer Zylinder-Kolben-Einheit ohne konstruktive Kompensationsmaßnahmen verwendet werden können. Für einen sicheren Druckaufbau sind die Kolbendichtungen dabei jeweils in einer separaten an der Außenwandung des Verstellkolbens umlaufenden Nut angeordnet, die nicht nur eine Abdichtung der Kolbendichtung gegenüber dem Verstellkolben gewährleistet, sondern auch trotz der hohen Systemdrücke und der Relativbewegung gegenüber der Innenwandung der Zylinderbohrung mit geringem Aufwand eine sichere Positionierung der Kolbenabdichtung ermöglicht. Zur Verstärkung der positiven Effekte eines stufenweisen Druckabbaus und Begrenzungen des auf die einzelnen Kolbendichtungen wirkenden Druckabfalls kann die Dichtungseinrichtung 3, bevorzugt mindestens 4 Kolbendichtungen umfassen.The object is achieved in that the sealing device comprises at least two piston seals, each piston seal is arranged in a separate circumferential groove on the outer wall of the adjusting and is in sliding contact with the inner wall of the cylinder bore. The provision of at least two piston seals reduces the pressure drop which, due to the extremely high system pressures, must be dissipated via each of the separate piston seals and accordingly reduces the risk of particulate from the engine oil and subsequently damaging the seal surface by these particles. In addition, the gradual reduction of the high system pressures in the cylinder-piston unit allows the use of simpler and less expensive piston seals with a flatter construction, which can be used in the small available space of a cylinder-piston unit without constructive compensation measures. For a secure pressure build-up, the piston seals are each arranged in a separate circumferential groove on the outer wall of the adjusting piston, which is not only a seal of the piston seal with respect to the adjusting piston ensured, but also despite the high system pressures and the relative movement relative to the inner wall of the cylinder bore with little effort a secure positioning of the piston seal allows. To enhance the positive effects of a gradual pressure reduction and limitations of the pressure drop acting on the individual piston seals, the sealing device 3, preferably comprise at least 4 piston seals.

Bevorzugt sind die Kolbendichtungen der Dichtungseinrichtung als doppelt wirkende Kolbendichtungen ausgebildet. Dadurch wird nicht nur die alternierende Relativbewegung zwischen dem Verstellkolben und der Zylinderbohrung erleichtert und ein negativer Einfluss auf die Dichtwirkung vermeidet, sondern auch eine zweiseitige Wirkung der Zylinder-Kolben-Einheit ermöglicht. Eine zweckmäßige Ausbildung der Kolbendichtungen sieht dabei vor, dass die doppelwirkenden Kolbendichtungen zweiteilig ausgebildet sind, wobei die zweiteiligen Kolbendichtungen jeweils einen Positionierring und einen Gleitring, bevorzugt aus Kunststoff, aufweisen. Der Positionierring, üblicherweise ein formstabiler O-Ring, ermöglicht eine sichere Anordnung der Kolbendichtung in Vorspannung gegenüber der umlaufenden Nut in der Außenwandung des Verstellkolbens. Demgegenüber ermöglicht der Gleitring, vorzugsweise aus einem reibungsarmen Kunststoffmaterial, mit einem rechteckförmigen Körper und einer mittig in Richtung der Innenwandung der Zylinderbohrung vorstehenden Dichtlippe, eine gute Abdichtung bei hoher Druckbeständigkeit und ein gutes reibungsarmes Gleitvermögen gegenüber der Innenwandung der Zylinderbohrung.Preferably, the piston seals of the sealing device are designed as double-acting piston seals. This not only facilitates the alternating relative movement between the adjusting piston and the cylinder bore and avoids a negative influence on the sealing effect, but also allows a two-sided effect of the cylinder-piston unit. An expedient design of the piston seals provides that the double-acting piston seals are formed in two parts, wherein the two-part piston seals each have a positioning ring and a sliding ring, preferably made of plastic. The positioning ring, usually a dimensionally stable O-ring, allows a secure arrangement of the piston seal in bias against the circumferential groove in the outer wall of the adjusting. In contrast, the sliding ring, preferably made of a low-friction plastic material, with a rectangular body and a center in the direction of the inner wall of the cylinder bore protruding sealing lip allows a good seal with high pressure resistance and a good low friction sliding against the inner wall of the cylinder bore.

Eine sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, dass die Dichtungseinrichtung einen Abstreifer umfasst, wobei der Abstreifer an einem dem Druckraum zugewandten Ende der Außenwandung des Verstellkolbens angeordnet ist. Der Abstreifer der zwischen dem mit Motoröl gefüllten Druckraum und der in Richtung des Druckraums ersten Kolbendichtung angeordnet ist, verhindert oder reduziert den Eintrag von Rußpartikeln und Spänen aus dem Motoröl in den Spalt zwischen Verstellkolben und Zylinderbohrung und schlussendlich zwischen Kolbendichtung und Innenwandung der Zylinderbohrung. Dadurch wird die Gefahr von Verschleiß, Schädigung und Ausfall der Dichtungseinrichtung reduziert und damit letztendlich die Lebensdauer der Zylinder-Kolben-Einheit deutlich erhöht.A useful embodiment provides that the sealing device comprises a scraper, wherein the scraper is arranged at a pressure chamber facing the end of the outer wall of the adjusting piston. The scraper which is arranged between the filled with engine oil pressure chamber and the first piston seal in the direction of the pressure chamber, prevents or reduces the entry of soot particles and chips from the engine oil in the gap between the adjusting piston and the cylinder bore and finally between the piston seal and inner wall of the cylinder bore. This reduces the risk of wear, damage and failure of the sealing device and thus ultimately significantly increases the service life of the cylinder-piston unit.

Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass der Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit als zweiseitig wirkender Verstellkolben ausgebildet ist, wobei der in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordnete Verstellkolben einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und jeweils einseitig begrenzt. Ein zweiseitig wirkender Verstellkolben ermöglicht die Verstellung des Hubs der Kolbenstange sowohl in Richtung eines größeren Verdichtungsverhältnisses als auch in Richtung eines geringeren Verdichtungsverhältnisses mit einer einzelnen Zylinder-Kolben-Einheit. Es wird also derselbe Verstellkolben, anders als bei der DE 10 2005 055 199 A1 , zur bidirektionalen Verstellung des Kolbenhubs, bzw. des Verdichtungsverhältnisses verwendet. Günstigerweise kann hier ein Stufenkolben eingesetzt werden, mittels dessen größerer Stirnseite bei entsprechender Druckbeaufschlagung die Pleuelstange in ihre ausgefahrene Stellung gedrückt wird. Aufgrund der vorherrschenden Kraftverhältnisse in einem Verbrennungsmotor reicht die kleinere Stirnfläche für die Verstellung in die entgegengesetzte Richtung üblicherweise aus. Dabei kann der Verstellkolben an den dem ersten Druckraum und zweiten Druckraum zugewandten Enden der Außenwandung, jeweils einen Abstreifer aufweisen.A particular embodiment provides that the adjusting piston of the cylinder-piston unit is designed as a double-acting adjusting piston, wherein the longitudinally movably arranged in the cylinder bore adjusting piston forms a first pressure chamber and a second pressure chamber for receiving engine oil and bounded on one side. A two-way adjusting piston allows the adjustment of the stroke of the piston rod both in the direction of a larger compression ratio and in the direction of a lower compression ratio with a single cylinder-piston unit. So it is the same adjusting piston, unlike the DE 10 2005 055 199 A1 , used for bidirectional adjustment of the piston stroke, or the compression ratio. Conveniently, here a stepped piston can be used, by means of which the larger end face is pressed with appropriate pressurization, the connecting rod in its extended position. Due to the prevailing force conditions in an internal combustion engine, the smaller end face usually suffices for the adjustment in the opposite direction. In this case, the adjusting piston at the first pressure chamber and the second pressure chamber facing ends of the outer wall, each having a scraper.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Verstellkolben an einer zweiten Stirnseite, die den zweiten Druckraum begrenzt, eine Kolbenstange aufweist, die sich durch eine Stangenbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit erstreckt, wobei mindestens zwei Stangendichtungen vorgesehen sind, jede Stangendichtung in einer umlaufenden Nut in der Stangenbohrung angeordnet ist und mit der Kolbenstange in Gleitkontakt steht. Durch die zwei separaten Stangenbohrungen, die sicher in den separaten umlaufenden Nuten in der Stangenbohrung angeordnet sind, kann auch im Bereich der Kolbenstange ein Druckabbau des hohen Systemdrucks in mehreren Stufen erfolgen und entsprechend einfach konstruierte und kostengünstiger hergestellte Stangendichtungen verwendet werden. Dabei stehen die Stangendichtungen für eine sichere Dichtungsfunktion und die Bewegbarkeit der Kolbenstange gegenüber der Stangenbohrung mit der Kolbenstange im Gleitkontakt. Sinnvollerweise ist ein Stangenabstreifer vorgesehen, wobei der Stangenabstreifer an einem dem zweiten Druckraum zugewandten Ende der Stangenbohrung angeordnet ist. Der Stangenabstreifer verhindert dadurch ein Eintragen von Rußpartikeln und Spänen aus dem Motoröl zwischen die Kolbenstange und die Stangenbohrung und vermeidet damit einen Verschleiß, Beschädigung und letztendlich einen Ausfall der Dichtungseinrichtung zwischen Kolbenstange und Stangenbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit.A further embodiment provides that the adjusting piston has at a second end face which delimits the second pressure chamber, a piston rod which extends through a rod bore of the cylinder-piston unit, wherein at least two rod seals are provided, each rod seal in a circumferential groove is arranged in the rod bore and is in sliding contact with the piston rod. Due to the two separate rod bores, which are arranged securely in the separate circumferential grooves in the rod bore, a pressure reduction of the high system pressure can be carried out in several stages in the area of the piston rod and correspondingly simple design and cost-effectively manufactured rod seals can be used. Here are the rod seals for a secure sealing function and the mobility of the piston rod against the rod bore with the piston rod in sliding contact. It makes sense to provide a rod scraper, wherein the rod scraper is arranged on a second pressure chamber facing the end of the rod bore. The rod scraper thereby prevents the introduction of soot particles and chips from the engine oil between the piston rod and the rod bore and thus avoids wear, damage and ultimately failure of the sealing device between the piston rod and rod bore of the cylinder-piston unit.

Für einen einfachen Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange kann das erste Pleuelteil mit dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbunden sein und das zweite Pleuelteil die Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit aufweisen.For a simple construction of the length-adjustable connecting rod, the first connecting rod part can be connected to the adjusting piston of the cylinder-piston unit and the second connecting rod part can have the cylinder bore of the cylinder-piston unit.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit mit einer Dichtungseinrichtung für eine längenverstellbaren Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem ersten Pleuelteil und einem zweiten Pleuelteil, die mittels der Zylinder-Kolben-Einheit verstellbar sind, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben, mindestens einen in der Zylinderbohrung vorgesehenen Druckraum und die zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung angeordneten Dichtungseinrichtung, wobei die Dichtungseinrichtung mindestens zwei Kolbendichtungen umfasst, jede Kolbendichtung in einer separaten an der Außenwandung des Verstellkolbens umlaufenden Nut angeordnet ist und mit der Innenwandung der Zylinderbohrung in Gleitkontakt steht. Der Einsatz von mehreren Kolbendichtungen in der Zylinder-Kolben-Einheit einer längenverstellbaren Pleuelstange ermöglicht trotz des extrem hohen Systemdrucks und der relativ kleinen Baugröße der Zylinder-Kolben-Einheit eine gute Abdichtung des Druckraums und über den stufenweisen Abbau des hohen Systemdrucks den Einsatz von Kolbendichtungen mit kleinen Abmessungen. Dabei erfolgt die Aktuierung der Zylinder-Kolben-Einheit mittels der an den Pleuelteilen angreifenden Gas- und Massenkräfte des Verbrennungsmotors, während die Position der Pleuelteile durch das in dem mindestens einen Druckraum vorhandene Motoröl arretiert wird.Furthermore, the invention relates to the use of a cylinder-piston unit with a sealing device for a length-adjustable connecting rod of an internal combustion engine with a first connecting rod and a second connecting rod, which are adjustable by means of the cylinder-piston unit to move the first connecting rod relative to the second connecting rod, the cylinder-piston unit comprises a cylinder bore, a in the cylinder bore longitudinally movably arranged adjusting piston, at least one provided in the cylinder bore pressure chamber and arranged between the outer wall of the adjusting piston and the inner wall of the cylinder bore sealing means, wherein the sealing means comprises at least two piston seals, each piston seal in a separate circumferential groove on the outer wall of the adjusting is arranged and is in sliding contact with the inner wall of the cylinder bore. The use of multiple piston seals in the cylinder-piston unit of a length-adjustable connecting rod allows despite the extremely high system pressure and the relatively small size of the cylinder-piston unit a good seal of the pressure chamber and the gradual reduction of the high system pressure with the use of piston seals small dimensions. In this case, the actuation of the cylinder-piston unit by means of acting on the connecting rod gas and mass forces of the internal combustion engine, while the position of the Pleuelteile is locked by the present in the at least one pressure chamber engine oil.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Hubkolben und mit zumindest einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder und einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben eines Verbrennungsmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet, erforderlich ist dies jedoch nicht. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Verbrennungsmotors kann beträchtlich sein und bis zu 20 % betragen, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Zweckmäßigerweise kann die Zylinder-Kolben-Einheit der längenverstellbaren Pleuelstange an die Motorölhydraulik des Verbrennungsmotors angeschlossen sein. Damit können die im Motorölkreislauf vorhandenen Drücke zur Verstellung und Arretierung des Verstellkolbens in der Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit zur Anwendung kommen. Darüber hinaus kann auch der Verstellmechanismus der längenverstellbaren Pleuelstange mittels des unter Druck stehenden Motoröls angesteuert werden.In a further aspect, the invention relates to an internal combustion engine having at least one reciprocating piston and having at least one adjustable compression ratio in a cylinder and a length-adjustable connecting rod connected to the reciprocating piston according to the above-described embodiments. Preferably, all the reciprocating piston of an internal combustion engine are equipped with such a length-adjustable connecting rod, but this is not required. The fuel economy of such an internal combustion engine can be considerable and up to 20% if, depending on the respective operating state, the compression ratio is adjusted accordingly. Conveniently, the cylinder-piston unit of the length-adjustable connecting rod can be connected to the engine oil of the internal combustion engine. Thus, existing in the engine oil circuit pressures for adjusting and locking the adjusting piston in the cylinder bore of the cylinder-piston unit can be used. In addition, the adjustment mechanism of the length-adjustable connecting rod can be controlled by means of the pressurized engine oil.

Eine weitere Modifikation sieht vor, das der Systemdruck des Motoröls im Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit zwischen 1000 bar und 3000 bar, bevorzugt zwischen 2000 bar und 3000 bar, beträgt. Die Begrenzung des Systemdrucks ermöglicht die sichere konstruktive Auslegung des Innendurchmessers der Zylinderbohrung und der Wandstärke des Zylinders, und ermöglicht damit eine sichere konstruktive Auslegung der erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange.Another modification provides that the system pressure of the engine oil in the pressure chamber of the cylinder-piston unit is between 1000 bar and 3000 bar, preferably between 2000 and 3000 bar. The limitation of the system pressure allows the safe structural design of the inner diameter of the cylinder bore and the wall thickness of the cylinder, and thus allows a safe structural design of the length-adjustable connecting rod according to the invention.

Gemäß einer Weiterbildung können ein Steuertrieb mit mindestens einer Steuerkette, einer Spann- und/oder Führungsschiene, und/oder einem Kettenspanner vorgesehen sein, der die Kurbelwelle mit der mindestens einen Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbindet. Der Steuertrieb ist insofern wichtig, weil dieser maßgeblichen Einfluss auf die dynamische Belastung des Verbrennungsmotors und somit auch auf die längenverstellbare Pleuelstange haben kann. Bevorzugt wird dieser so ausgestaltet, dass keine zu hohen dynamischen Kräfte über den Steuertrieb eingeleitet werden. Alternativ kann ein solcher Steuertrieb auch mit einer Stirnradverzahnung oder einem Antriebsriemen, beispielsweise einem Zahnriemen ausgebildet sein, der mittels einer Spannvorrichtung mit Spannrolle vorgespannt ist.According to a further development, a control drive can be provided with at least one timing chain, a tensioning and / or guide rail, and / or a chain tensioner, which connects the crankshaft to the at least one camshaft of the internal combustion engine. The timing drive is important because it can have a significant influence on the dynamic load of the engine and thus also on the length-adjustable connecting rod. This is preferably designed so that no excessive dynamic forces are introduced via the control drive. Alternatively, such a timing drive can also be formed with a spur gear or a drive belt, for example a toothed belt, which is prestressed by means of a tensioning device with tensioning roller.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor,
2 eine schematische Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange aus 1 in teilweiser geschnittener Darstellung,
3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Verstellkolbens der Zylinder-Kolben-Einheit aus 2,
4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verstellkolbens der Zylinder-Kolben-Einheit aus 2.

In the following, an embodiment will be explained in more detail with reference to a drawing. Show it:

1 a schematic cross section through an internal combustion engine,
2 a schematic representation of the length-adjustable connecting rod 1 in a partially cutaway view,
3 a sectional view of an embodiment of an adjusting piston of the cylinder-piston unit 2 .
4 a sectional view of another embodiment of an adjusting piston of the cylinder-piston unit 2 ,

In 1 ist in schematischer Darstellung ein Verbrennungsmotor (Ottomotor) 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 hat drei Zylinder 2.1, 2.2 und 2.3, in denen sich jeweils ein Hubkolben 3.1, 3.2, 3.3 auf und ab bewegt. Des Weiteren umfasst der Verbrennungsmotor 1 eine Kurbelwelle 4, die mittels Kurbelwellenlager 5.1 - 5.4 drehbar gelagert ist. Die Kurbelwelle 4 ist mittels der Pleuelstangen 6.1, 6,2 und 6.3 jeweils mit dem zugehörigen Hubkolben 3.1, 3.2 und 3.3 verbunden. Für jede Pleuelstange 6.1, 6.2 und 6.3 weist die Kurbelwelle 4 einen exzentrisch angeordneten Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 auf. Das große Pleuelauge 8.1, 8.2, und 8.3 ist jeweils auf dem zugehörigen Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 gelagert. Das kleine Pleuelauge 9.1, 9.2 und 9.3 ist jeweils auf einem Kolbenbolzen 10.1, 10.2 und 10.3 gelagert und so mit dem zugehörigen Hubkolben 3.1, 3.2 und 3.3 schwenkbar verbunden. Dabei ist den Begriffen kleines Pleuelauge 9.1, 9.2 und 9.3 und großes Pleuelauge 8.1, 8.2 und 8.3 weder eine absolute noch relative Größenzuordnung zu entnehmen, sondern sie dienen lediglich zur Unterscheidung der Bauteile und Zuordnung zu dem in 1 dargestellten Verbrennungsmotor. Entsprechend können die Abmessungen der Durchmesser der kleinen Pleuelaugen 9.1, 9.2 und 9.3 kleiner, gleich groß oder größer als die Abmessungen der Durchmesser der großen Pleuelaugen 8.1, 8.2, und 8.3 sein.In 1 is a schematic representation of an internal combustion engine (gasoline engine) 1 shown. The internal combustion engine 1 has three cylinders 2.1 . 2.2 and 2.3 , in each of which a reciprocating piston 3.1 . 3.2 . 3.3 moved up and down. Furthermore, the internal combustion engine includes 1 a crankshaft 4 that by means of crankshaft bearing 5.1 - 5.4 is rotatably mounted. The crankshaft 4 is by means of connecting rods 6.1 , 6.2 and 6.3 respectively with the associated reciprocating piston 3.1 . 3.2 and 3.3 connected. For every connecting rod 6.1 . 6.2 and 6.3 points the crankshaft 4 an eccentrically arranged crankshaft journal 7.1 . 7.2 and 7.3 on. The big connecting rod eye 8.1 . 8.2 , and 8.3 is each on the associated crankshaft journal 7.1 . 7.2 and 7.3 stored. The small connecting rod eye 9.1 . 9.2 and 9.3 is each on a piston pin 10.1 . 10.2 and 10.3 stored and so with the associated reciprocating piston 3.1 . 3.2 and 3.3 pivotally connected. Here is the terms small connecting rod eye 9.1 . 9.2 and 9.3 and big connecting rod eye 8.1 . 8.2 and 8.3 neither an absolute nor relative size allocation to take, but they are only used to distinguish the components and assignment to the in 1 illustrated internal combustion engine. Accordingly, the dimensions of the diameter of the small connecting rod eyes 9.1 . 9.2 and 9.3 smaller, equal to or larger than the dimensions of the diameter of the large connecting rod eyes 8.1 . 8.2 , and 8.3 be.

Die Kurbelwelle 4 ist mit einem Kurbelwellenkettenrad 11 versehen und mittels einer Steuerkette 12 mit einem Nockenwellenkettenrad 13 gekoppelt. Das Nockenwellenkettenrad 13 treibt eine Nockenwelle 14 mit ihren zugehörigen Nocken zur Betätigung der Ein- und Auslassventile (nicht näher dargestellt) eines jeden Zylinders 2.1, 2.2 und 2.3 an. Das Leertrum der Steuerkette 12 wird mittels einer schwenkbar angeordneten Spannschiene 15 gespannt, die mittels eines Kettenspanners 16 an diese angedrückt wird. Das Zugtrum der Steuerkette 12 kann entlang einer Führungsschiene gleiten. Die wesentliche Funktionsweise dieses Steuertriebs einschließlich der Kraftstoffeinspritzung und Zündung mittels Zündkerze wird nicht näher erläutert und als bekannt vorausgesetzt. Die Exzentrizität der Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 gibt maßgeblich den Hubweg H_k vor, insbesondere wenn, wie im vorliegenden Fall, die Kurbelwelle 4 exakt zentrisch unter den Zylindern 2.1., 2.2 und 2.3 angeordnet ist. Der Hubkolben 3.1 ist in 1 in seiner untersten Stellung dargestellt, während der Hubkolben 3.2 in seiner obersten Stellung dargestellt ist. Die Differenz ergibt im vorliegenden Fall den Hubweg H_k . Die verbleibende Höhe H_c (siehe Zylinder 2.2) ergibt die verbleibende Kompressionshöhe im Zylinder 2.2. In Verbindung mit dem Durchmesser des Hubkolbens 3.1, 3.2 oder 3.3 bzw. der zugehörigen Zylinder 2.1, 2.2 und 2.3 ergibt sich aus dem Hubweg H_k das Hubvolumen V_h und aus der verbleibenden Kompressionshöhe H_c errechnet sich das Kompressionsvolumen V_c . Selbstverständlich hängt das Kompressionsvolumen V_c maßgeblich von der Gestaltung des Zylinderdeckels ab. Aus diesen Volumen V_h und V_c ergibt sich das Verdichtungsverhältnis ε. Im Detail errechnet sich das Verdichtungsverhältnis ε aus der Summe des Hubvolumens V_h und des Kompressionsvolumens V_c dividiert durch das Kompressionsvolumen V_c . Heute übliche Werte für Ottomotoren liegen für ε zwischen 10 und 14.The crankshaft 4 is with a crankshaft sprocket 11 provided and by means of a timing chain 12 with a camshaft sprocket 13 coupled. The camshaft sprocket 13 drives a camshaft 14 with their associated cams for actuating the intake and exhaust valves (not shown in detail) of each cylinder 2.1 . 2.2 and 2.3 at. The empty strand of the timing chain 12 is by means of a pivotally mounted clamping rail 15 strained, by means of a chain tensioner 16 is pressed to this. The Zugtrum the timing chain 12 can slide along a guide rail. The essential operation of this control drive including the fuel injection and ignition by spark plug is not explained in detail and assumed to be known. The eccentricity of the crankshaft journals 7.1 . 7.2 and 7.3 Significantly gives the stroke H _k especially if, as in the present case, the crankshaft 4 exactly centric under the cylinders 2.1 ., 2.2 and 2.3 is arranged. The reciprocating piston 3.1 is in 1 shown in its lowest position during the reciprocating 3.2 is shown in its uppermost position. The difference results in the present case, the stroke H _k , The remaining height H _c (see cylinder 2.2 ) gives the remaining compression height in the cylinder 2.2 , In conjunction with the diameter of the reciprocating piston 3.1 . 3.2 or 3.3 or the associated cylinder 2.1 . 2.2 and 2.3 results from the stroke H _k the stroke volume V _h and from the remaining compression height H _c the compression volume is calculated V _c , Of course, the compression volume depends V _c significantly from the design of the cylinder cover. Out of these volumes V _h and V _c results in the compression ratio ε , In detail, the compression ratio is calculated ε from the sum of the stroke volume V _h and the compression volume V _c divided by the compression volume V _c , Today common values for gasoline engines are for ε between 10 and 14.

Damit in Abhängigkeit vom Betriebspunkt (n, T, Drosselklappenstellung) des Verbrennungsmotors 1 das Verdichtungsverhältnis ε angepasst werden kann, sind erfindungsgemäß die Pleuelstangen 6.1, 6.2 und 6.3 in ihrer Länge verstellbar ausgestaltet. Hierdurch kann im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis gefahren werden als im Volllastbereich.Thus, depending on the operating point ( n . T , Throttle position) of the engine 1 the compression ratio ε can be adjusted, according to the invention, the connecting rods 6.1 . 6.2 and 6.3 adjustable in length. As a result, can be driven in the partial load range with a higher compression ratio than in the full load range.

In 2 ist beispielhaft die längenverstellbare Pleuelstange 6.1 dargestellt, die identisch zu den Pleuelstangen 6.2 und 6.3 ausgestaltet ist. Die Beschreibung gilt daher entsprechend. Die Pleuelstange 6.1 weist einen Pleuelstangenkopf 17.1 mit dem besagten kleinen Pleuelauge 9.1, einem ersten Pleuelteil 18.1, das teleskopierbar in einem zweiten Pleuelteil 19.1 geführt ist, auf. Die relative Bewegung des ersten Pleuelteils 18.1 in Längsrichtung zum zweiten Pleuelteil 19.1 erfolgt mittels einer Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 mit einem Verstellkolben 21.1. und einer Zylinderbohrung 22.1 sowie einer Dichtungseinrichtung 23.1 zwischen dem Verstellkolben 21.1 und der Zylinderbohrung 22.1. Am zweiten Pleuelteil 19.1 ist eine untere Lagerschale 19b.1 angeordnet, die zusammen mit dem unteren Bereich des zweiten Pleuelteils 19.1 das große Pleuelauge 8.1 umgibt. Die untere Lagerschale 19b.1 und das zweite Pleuelteil 19.1 werden in üblicher Weise mittels Befestigungsmitteln miteinander verbunden. Das untere Ende des ersten Pleuelteils 18.1 ist mit dem Verstellkolben 21.1 verbunden, der in der Zylinderbohrung 22.1 des zweiten Pleuelteils 19.1 verschiebbar geführt ist. Am oberen Ende weist das zweite Pleuelteil 19.1 einen Deckel 19a.1 auf, durch den das erste Pleuelteil 18.1 hindurch geführt und abgedichtet ist. Somit dichtet der Deckel 19a.1 insgesamt die Zylinderbohrung 22.1 ab. Der Verstellkolben 21.1 ist als Stufenkolben ausgestaltet. Unterhalb des Verstellkolbens 21.1 ist ein erster Druckraum 24.1 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet und oberhalb des Verstellkolbens 21.1 ist ein kreisringförmiger zweiter Druckraum 25.1 ausgebildet. Der Verstellkolben 21.1 und die Zylinderbohrung 22.1 sind Bestandteil eines Verstellmechanismus zur Veränderung der Pleuelstangenlänge. Zu dem Verstellmechanismus gehört auch eine unten näher beschriebene hydraulische Schaltung 26.1, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf des Hydraulikfluids in bzw. aus den Druckräumen 24.1 und 25.1 und somit für eine Fixierung des mittels der an der Pleuelstange 6.1 wirkenden Kräfte aktuierten Verstellkolbens 21.1 sorgt.In 2 is an example of the length-adjustable connecting rod 6.1 shown, which are identical to the connecting rods 6.2 and 6.3 is designed. The description therefore applies accordingly. The connecting rod 6.1 has a connecting rod head 17.1 with the said small connecting rod eye 9.1 , a first connecting rod part 18.1 that can be telescoped in a second connecting rod part 19.1 is on, on. The relative movement of the first conrod part 18.1 in the longitudinal direction to the second Pleuelteil 19.1 takes place by means of a cylinder-piston unit 20.1 with an adjusting piston 21.1 , and a cylinder bore 22.1 and a sealing device 23.1 between the adjusting piston 21.1 and the cylinder bore 22.1 , At the second connecting rod part 19.1 is a lower bearing shell 19b.1 arranged, which together with the lower portion of the second connecting rod 19.1 the big eye 8.1 surrounds. The lower bearing shell 19b.1 and the second connecting rod part 19.1 be connected in the usual way by means of fasteners. The lower end of the first conrod part 18.1 is with the adjusting piston 21.1 connected in the cylinder bore 22.1 of the second connecting rod part 19.1 slidably guided. At the upper end, the second connecting rod part 19.1 a lid 19a.1 on, through which the first connecting rod part 18.1 passed through and sealed. Thus, the lid seals 19a.1 Overall, the cylinder bore 22.1 from. The adjusting piston 21.1 is designed as a stepped piston. Below the adjusting piston 21.1 is a first pressure room 24.1 formed with a circular cross-section and above the adjusting piston 21.1 is an annular second pressure chamber 25.1 educated. The adjusting piston 21.1 and the cylinder bore 22.1 are part of an adjustment mechanism for changing the connecting rod length. The adjusting mechanism also includes a hydraulic circuit described in more detail below 26.1 corresponding to an inflow or outflow of the hydraulic fluid into and out of the pressure chambers 24.1 and 25.1 and thus for a fixation of the means of the connecting rod 6.1 acting forces actuated adjusting piston 21.1 provides.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt des zweiten Pleuelteils 19.1 im Bereich der Druckräume 24.1 und 25.1 sowie des Verstellkolbens 21.1 im Querschnitt kreisringförmig (mit Ausnahme eventuell vorhandener Hydraulikfluidleitungen) ausgestaltet. Andere geometrische Abmessungen sind denkbar. Entsprechend ergibt sich hier die Wandstärke D_w aus dem zugehörigen Außenradius r_a des oberen Abschnitts des zweiten Pleuelteils 19.1 abzüglich des Innenradius r_i der Zylinderbohrung 22.1. Bei einer solchen symmetrischen Ausgestaltung ist die Wandstärke D_w über den Umfang des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig dick und die Spannungen im Werkstoff des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig gering, so dass aufgrund eines relativ großen Kolbendurchmessers für den Verstellkolben 21.1 der in der Pleuelstange 6.1 auftretende maximale Systemdruck in beherrschbaren Grenzen bleibt.In the present embodiment, the portion of the second connecting rod part 19.1 in the field of pressure chambers 24.1 and 25.1 and the adjusting piston 21.1 in cross-section annular (with the exception of any existing hydraulic fluid lines) configured. Other geometric dimensions are conceivable. Accordingly, the wall thickness arises here D _w from the associated outer radius r _a the upper portion of the second connecting rod 19.1 minus the inner radius _i the cylinder bore 22.1 , In such a symmetrical configuration, the wall thickness D _w over the circumference of the second connecting rod part 19.1 uniformly thick and the stresses in the material of the second connecting rod 19.1 evenly low, so that due to a relatively large piston diameter for the adjusting piston 21.1 the Indian connecting rod 6.1 occurring maximum system pressure remains within manageable limits.

Im Folgenden wird anhand der 2 die in der Pleuelstange 6.1 verwendete hydraulische Schaltung 26.1 näher erläutert. Der Verstellkolben 21.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 ist als Stufenkolben ausgebildet. Unter einem Stufenkolben wird im Allgemeinen ein zweiseitig wirkender Kolben mit unterschiedlich großen Wirkflächen verstanden. Eine erste Stirnseite 27.1 ist kreisförmig ausgestaltet und dem ersten Druckraum 24.1 zugeordnet. Eine zweite Stirnseite 28.1 ist kreisringförmig ausgestaltet und dem zweiten Druckraum 25.1 zugeordnet. Die hydraulische Schaltung 26.1 wird mit Motoröl betrieben. Hierzu steht ein Ölversorgungskanal 29.1 mit dem großen Pleuelauge 8.1 in Verbindung, wodurch Motoröl der hydraulischen Schaltung 26.1 zugeführt werden kann oder gegebenenfalls aus dieser abfließt. Von des Ölversorgungskanals 29.1 ist eine Rückströmdrossel 30.1 mit einem Rückschlagventil und einer parallel dazu geschalteten Drossel vorgesehen. Von der Rückströmdrossel 30.1 aus gelangt das Motoröl über den Kanal 31.1 zu einem Steuerventil 32.1. Das Steuerventil 32.1 umfasst einen Stellkolben 32a.1, der gegen eine Druckfeder 32b.1 verschiebbar geführt ist.The following is based on the 2 in the connecting rod 6.1 used hydraulic circuit 26.1 explained in more detail. The adjusting piston 21.1 the cylinder-piston unit 20.1 is designed as a stepped piston. Under a stepped piston is generally understood to mean a two-sided piston with different sized effective surfaces. A first front page 27.1 is circular and the first pressure chamber 24.1 assigned. A second front side 28.1 is configured annular and the second pressure chamber 25.1 assigned. The hydraulic circuit 26.1 is powered by engine oil. This is an oil supply channel 29.1 with the big eye 8.1 in connection, whereby engine oil of the hydraulic circuit 26.1 can be supplied or optionally flows from this. From the oil supply channel 29.1 is a backflow restrictor 30.1 provided with a check valve and a throttle connected in parallel. From the backflow restrictor 30.1 out the engine oil passes over the channel 31.1 to a control valve 32.1 , The control valve 32.1 includes an actuator piston 32a.1 that is against a compression spring 32b.1 slidably guided.

Aus dem ersten Druckraum 24.1 führt ein Rücklaufkanal 40.1 zum Steuerventil 32.1. Ein durch ein Rückschlagventil 41.1 absperrbarer Ölkanal 42.1 steht ebenfalls mit dem Steuerventil 32.1 in Verbindung und führt zum ersten Druckraum 24.1. Der erste Rücklaufkanal 40.1 ist in der in 2 gezeigten Stellung des Stellkolbens 32a.1 verschlossen. Öl aus dem ersten Druckraum 24.1 kann aufgrund des geschlossenen Rückschlagventils 41.1 nicht entweichen. Der Verstellkolben 21.1 fährt oder ist in der finalen ausgefahrenen oberen Stellung und ist dort hydraulisch gesperrt. Hierdurch befindet sich die Pleuelstange 6.1 in ihrer längeren Stellung. Aus dem zweiten Druckraum 25.1 führt eine Rücklaufleitung 43.1 zum Steuerventil 32.1. In der in 2 dargestellten Stellung des Steuerventils 32.1 kann Motoröl aus dem zweiten Druckraum 25.1 über die Rücklaufleitung 43.1 und das Steuerventil 32.1 sowie den Auslass 44.1 ins Kurbelgehäuse abfließen. In dem ebenfalls aus dem zweiten Druckraum 25.1 zum Steuerventil 32.1 abgehenden Ölkanal 45.1 ist ein weiteres Rückschlagventil 46.1 angeordnet.From the first pressure room 24.1 leads a return channel 40.1 to the control valve 32.1 , A through a check valve 41.1 lockable oil channel 42.1 also stands with the control valve 32.1 in connection and leads to the first pressure chamber 24.1 , The first return channel 40.1 is in the in 2 shown position of the actuating piston 32a.1 locked. Oil from the first pressure chamber 24.1 can due to the closed check valve 41.1 do not escape. The adjusting piston 21.1 moves or is in the final extended upper position and is hydraulically locked there. This is the connecting rod 6.1 in their longer position. From the second pressure chamber 25.1 leads a return line 43.1 to the control valve 32.1 , In the in 2 illustrated position of the control valve 32.1 can engine oil from the second pressure chamber 25.1 via the return line 43.1 and the control valve 32.1 as well as the outlet 44.1 drain into the crankcase. In the same from the second pressure chamber 25.1 to the control valve 32.1 outgoing oil channel 45.1 is another check valve 46.1 arranged.

Wird aber nunmehr der Druck des in die hydraulische Schaltung 26.1 einströmenden Motoröls über die Ölpumpe des Verbrennungsmotors erhöht, kommt es zu einem Verschieben des Stellkolbens 32a.1 im Steuerventil 32.1 entgegen der Kraft der Druckfeder 32b.1. Hierdurch wird der erste Rücklaufkanal 40.1 geöffnet und das Motoröl kann aus dem ersten Druckraum 24.1 über den Kanal 31.1 und die Rückstromdrossel 30.1 abfließen. Hierdurch sinkt der Verstellkolben 21.1 ab. Gleichzeitig wird die Rücklaufleitung 43.1 geschlossen und über den Ölkanal 45.1 und das Rückschlagventil 46.1 der zweite Druckraum 25.1 mit Motoröl gefüllt. Sobald der Verstellkolben 21.1 am unteren Anschlag anliegt, ist der Verstellkolben 21.1 in dieser Stellung hydraulisch arretiert, solange ein ausreichender Druck am Steuerventil 32.1 anliegt, und die Pleuelstange 6.1 nimmt ihre kurze Stellung ein. Diese eingefahrene Stellung ist vorteilhaft bei Volllast, wohingegen die ausgefahrene Stellung entsprechend 2 für den Teil- und Niedriglastbetrieb vorteilhaft ist. Hinsichtlich der weiteren Wirkungs- und Funktionsweise wird ergänzend auf die WO 2015/055582 A2 verwiesen, die den hier gezeigten Verstellmechanismus und Varianten hierzu im Detail beschreibt, die ebenfalls Anwendung finden können.But now the pressure of the in the hydraulic circuit 26.1 Increases incoming engine oil via the oil pump of the internal combustion engine, there is a displacement of the actuating piston 32a.1 in the control valve 32.1 against the force of the compression spring 32b.1 , This will be the first return channel 40.1 opened and the engine oil can from the first pressure chamber 24.1 over the canal 31.1 and the backflow restrictor 30.1 flow away. As a result, the adjusting piston decreases 21.1 from. At the same time, the return line 43.1 closed and over the oil channel 45.1 and the check valve 46.1 the second pressure chamber 25.1 filled with engine oil. As soon as the adjusting piston 21.1 is applied to the lower stop, is the adjusting piston 21.1 locked in this position hydraulically, as long as a sufficient pressure on the control valve 32.1 abuts, and the connecting rod 6.1 takes her short position. This retracted position is advantageous at full load, whereas the extended position accordingly 2 is advantageous for the partial and low load operation. With regard to the further mode of action and functionality is in addition to the WO 2015/055582 A2 referenced, which describes the adjustment mechanism shown here and variants in detail, which may also find application.

3 zeigt eine Schnittansicht der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 der längsverstellbaren Pleuelstange 6.1 aus 2 mit einem zweistufigen Verstellkolben 21.1 der in der Zylinderbohrung 22.1 längsbeweglich verschiebbar ist. Die zwischen der Innenwandung 38.1 der Zylinderbohrung 22.1 und der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 vorgesehene Dichtungseinrichtung 23.1 umfasst zwei Kolbendichtungen 33.1, die jeweils in einer separaten umlaufenden Kolbennut 34.1 in der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 angeordnet sind. Die auf dem Verstellkolben 21.1 in ihrer Position fixierten und gegenüber der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 abgedichteten Kolbendichtungen 33.1 stehen mit der Innenwandung 38.1 der Zylinderbohrung 22.1 in Gleitkontakt. Entsprechend dichten die Kolbendichtungen 33.1 den ersten Druckraum 24.1 ab und verhindern ein Hindurchtreten des Motoröls aus dem ersten Druckraum 24.1 durch den Spalt 35.1 zwischen der Außenwandung 38.1 des Verstellkolbens 21.1 und der Innenwandung 39.1 der Zylinderbohrung 22.1. Die Kolbendichtungen 33.1 können entsprechend der Position des bidirektional wirkenden Verstellkolbens 21.1 sowohl in Richtung des ersten Druckraums 24.1 als auch in Richtung des zweiten Druckraums 25.1 als beidseitig wirkende Kolbendichtungen 33.1 eine Abdichtung erzielen. Dabei sind die Kolbendichtungen 33.1 zweiteilig ausgebildet mit einem Positionierring, der mit einer Vorspannung in der Kolbennut 34.1 angeordnet ist und eine sichere Abdichtung bewirkt, so wie mit einem Gleitring aus einem reibungsarmen Kunststoffmaterial der trotz des Gleitkontakts zur Innenwandung 38.1 der Zylinderbohrung 22.1 mit einer in beide Richtungen wirkenden Dichtlippe eine gute Abdichtung gegenüber der Innenwandung 38.1 ermöglicht. 3 shows a sectional view of the cylinder-piston unit 20.1 the longitudinally adjustable connecting rod 6.1 out 2 with a two-stage adjusting piston 21.1 in the cylinder bore 22.1 is longitudinally displaceable. The between the inner wall 38.1 the cylinder bore 22.1 and the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 provided sealing device 23.1 includes two piston seals 33.1 , each in a separate circumferential piston groove 34.1 in the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 are arranged. The on the adjusting piston 21.1 fixed in position and opposite the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 sealed piston seals 33.1 stand with the inner wall 38.1 the cylinder bore 22.1 in sliding contact. Accordingly seal the piston seals 33.1 the first pressure room 24.1 and prevent passage of the engine oil from the first pressure chamber 24.1 through the gap 35.1 between the outer wall 38.1 of the adjusting piston 21.1 and the inner wall 39.1 the cylinder bore 22.1 , The piston seals 33.1 can according to the position of the bidirectional adjusting piston 21.1 both in the direction of the first pressure chamber 24.1 as well as in the direction of the second pressure chamber 25.1 as double-acting piston seals 33.1 achieve a seal. Here are the piston seals 33.1 formed in two parts with a positioning ring, with a bias in the piston groove 34.1 is arranged and causes a secure seal, as with a sliding ring of a low-friction plastic material in spite of the sliding contact with the inner wall 38.1 the cylinder bore 22.1 with a sealing lip acting in both directions a good seal against the inner wall 38.1 allows.

In der in 2 und 3 gezeigten ausgefahrenen Position der längenverstellbaren Pleuelstange 6.1 herrscht im ersten Druckraum 24.1 während in der Kompressions- und Verbrennungsphase im ersten Zylinder 2.1 des Verbrennungsmotors 1 ein sehr hoher Systemdruck von deutlich über 1.000 bar. Durch den Einsatz von mehreren Kolbendichtungen 33.1 erfolgt der Druckabbau in der Dichtungseinrichtung 23.1 zwischen dem ersten Druckraum 24.1 und dem zweiten Druckraum 25.1, der in der ausgefahrenen Stellung der Pleuelstange 6.1 unter atmosphärischem Druck steht, in mehreren Schritten entsprechend der Anzahl der Kolbendichtungen 33.1. Die Reduzierung des auf die einzelne Kolbendichtung 33.1 wirkenden Drucks ermöglicht den Einsatz von Kolbendichtungen 33.1 mit einer gegenüber dem hohen Systemdruck reduzierten Druckbelastbarkeit.In the in 2 and 3 shown extended position of the length-adjustable connecting rod 6.1 prevails in the first pressure chamber 24.1 while in the compression and combustion phase in the first cylinder 2.1 of the internal combustion engine 1 a very high system pressure of well over 1,000 bar. Through the use of multiple piston seals 33.1 the pressure reduction takes place in the sealing device 23.1 between the first pressure chamber 24.1 and the second pressure chamber 25.1 in the extended position of the connecting rod 6.1 is under atmospheric pressure, in several steps according to the number of piston seals 33.1 , The reduction of the single piston seal 33.1 acting pressure allows the use of piston seals 33.1 with a reduced pressure capacity compared to the high system pressure.

Das erste Pleuelteil 18.1 umfasst eine Kolbenstange 18a, die sich in Richtung der Achse des ersten Pleuelteils 18.1 von der zweiten Stirnseite 28.1 des Verstellkolbens 23.1 in Richtung des kleinen Pleuelauges 9.1 erstreckt. Wie in 3 zu erkennen, erstreckt sich die Kolbenstange 18a.1 durch eine Stangenbohrung 36.1 in dem Deckel 19a.1 des zweiten Pleuelteils 19.1, der die Zylinderbohrung 22.1 in Richtung des kleinen Pleuelauges 9.1 begrenzt. In der Stangenbohrung 36.1 sind im Abstand zueinander zwei umlaufende Bohrungsnuten 37.1. vorgesehen, in denen jeweils eine Stangendichtung 47.1 angeordnet ist. Dabei sitzen die Stangendichtungen 47.1 unter einer Vorspannung in den Bohrungsnuten 37.1 um eine möglichst gute Dichtwirkung zwischen der Stangendichtung 47.1 und der Stangenbohrung 36.1 zu erzielen. Ähnlich zu den Kolbendichtungen 33.1 können die Stangendichtungen 47.1 zweiteilig aufgebaut sein, mit einem außen angeordneten Positionierring und einem innenliegenden Gleitring aus Kunststoff, der mit der Kolbenstange 18a.1 im Gleitkontakt steht, um den zweiten Druckraum 25.1 sicher abzudichten und einen stufenweisen Abbau des Systemdrucks im zweiten Druckraum 25.1 zu ermöglichen.The first connecting rod part 18.1 comprises a piston rod 18a extending in the direction of the axis of the first connecting rod 18.1 from the second end face 28.1 of the adjusting piston 23.1 in the direction of the small connecting rod eye 9.1 extends. As in 3 to recognize the piston rod extends 18a.1 through a rod hole 36.1 in the lid 19a.1 of the second connecting rod part 19.1 that the cylinder bore 22.1 in the direction of the small connecting rod eye 9.1 limited. In the bar bore 36.1 are at a distance from each other two circumferential bore grooves 37.1 , provided, in each of which a rod seal 47.1 is arranged. The rod seals are sitting here 47.1 under a bias in the bore grooves 37.1 to ensure the best possible sealing effect between the rod seal 47.1 and the rod hole 36.1 to achieve. Similar to the piston seals 33.1 can the rod seals 47.1 be constructed in two parts, with an externally located positioning ring and an inner slide ring made of plastic, with the piston rod 18a.1 is in sliding contact to the second pressure chamber 25.1 safely seal and a gradual reduction of the system pressure in the second pressure chamber 25.1 to enable.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Verstellkolbens 21.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 der längenverstellbaren Pleuelstange 6.1 aus 2 in einer Schnittansicht gezeigt. Dieser Verstellkolben 21.1 ist an seiner Außenwandung 39.1 mit sechs im Abstand zueinander angeordneten Kolbennuten 34.1 versehen, wobei in den vier mittleren Kolbennuten 34.1 vier im Abstand zueinander angeordnete Kolbendichtungen 33.1 angeordnet sind. Da die Kolbendichtungen 33.1 jeweils im Abstand zueinander in separaten Kolbennuten 34.1 angeordnet sind, wird sowohl eine gute Dichtwirkung zwischen den Kolbendichtungen 33.1 und der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 erzielt, als auch in Verbindung mit dem Gleitkontakt zwischen den Kolbendichtungen 33.1 und der Innenwandung 38.1 der Zylinderbohrung 22.1 eine stufenweise Druckreduzierung des hohen Systemdrucks im ersten Druckraum 24.1 bzw. zweiten Druckraum 25.1 ermöglicht. Durch die Verringerung des von den einzelnen Kolbendichtungen 33.1 zu verwirklichenden Druckabfalls können auch Kolbendichtungen 33.1 mit einem mittleren maximal zulässigen Druck eingesetzt werden.In 4 is another embodiment of an adjusting piston 21.1 the cylinder-piston unit 20.1 the length adjustable connecting rod 6.1 out 2 shown in a sectional view. This adjusting piston 21.1 is on its outer wall 39.1 with six mutually spaced piston grooves 34.1 provided, wherein in the four middle piston grooves 34.1 four spaced apart piston seals 33.1 are arranged. Because the piston seals 33.1 each spaced apart in separate piston grooves 34.1 are arranged, both a good sealing effect between the piston seals 33.1 and the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 achieved, as well as in connection with the sliding contact between the piston seals 33.1 and the inner wall 38.1 the cylinder bore 22.1 a stepwise pressure reduction of the high system pressure in the first pressure chamber 24.1 or second pressure chamber 25.1 allows. By reducing the of the individual piston seals 33.1 To be realized pressure drop can also piston seals 33.1 be used with a medium maximum allowable pressure.

In den der ersten Stirnseite 27.1 und der zweiten Stirnseite 28.1 angrenzenden Kolbennuten 34.1 an der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 sind Abstreifer 48.1 vorgesehen, die bei einer Bewegung des Verstellkolbens 21.1 in der Zylinderbohrung 22.1 ein Eindringen von Partikeln aus dem Motoröl in den Spalt 35.1 zwischen Verstellkolben 21.1. und Zylinderbohrung 22.1 verhindern. Die Motoröl-Abstreifer 48.1 ist dabei sicher in den an den Enden der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 gelegenen Kolbennuten 34.1 positioniert. Im Gegensatz zu Spaltdichtungen erfolgt bei dieser berührenden Dichtungseinrichtung 23.1 der Druckabfall in Stufen über mehrere Kolbendichtungen 33.1, sodass die Abstreifer 48.1 bei einer Bewegung des Verstellkolbens 21.1 nicht in den Spalt 35.1 hineingesogen werden.In the first front page 27.1 and the second end face 28.1 adjacent piston grooves 34.1 on the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 are scrapers 48.1 provided during a movement of the adjusting piston 21.1 in the cylinder bore 22.1 Ingress of particles from the engine oil into the gap 35.1 between adjusting piston 21.1 , and cylinder bore 22.1 prevent. The engine oil scrapers 48.1 is sure in the at the ends of the outer wall 39.1 of the adjusting piston 21.1 located piston grooves 34.1 positioned. In contrast to gap seals occurs in this contacting sealing device 23.1 the pressure drop in stages over several piston seals 33.1 so the scrapers 48.1 during a movement of the adjusting piston 21.1 not in the gap 35.1 be sucked in.

Auch zwischen den Stangendichtungen 47.1 in den Bohrungsnuten 37.1 der Stangenbohrung 36.1 und dem zweiten Druckraum 25.1 ist ein weiterer Abstreifer 48.1 vorgesehen, der ebenfalls in einer Bohrungsnut 37.1 angeordnet ist und das Eindringen von Partikeln aus dem Motoröl zwischen Stangenbohrung 36.1 und Kolbenstange 18a.1 verhindert.Also between the rod seals 47.1 in the bore grooves 37.1 the rod hole 36.1 and the second pressure chamber 25.1 is another scraper 48.1 provided, which is also in a bore groove 37.1 is arranged and the penetration of particles from the engine oil between rod bore 36.1 and piston rod 18a.1 prevented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Verbrennungsmotorinternal combustion engine
2.1,2.2,2.32.1,2.2,2.3: Zylindercylinder
3.1,3.2,3.33.1,3.2,3.3: Hubkolbenreciprocating
44: Kurbelwellecrankshaft
5.1,5.2,5.3,5.45.1,5.2,5.3,5.4: Kurbelwellenlagercrankshaft bearings
6.1,6.2,6.36.1,6.2,6.3: Pleuelstangeconnecting rod
7.1,7.2,7.37.1,7.2,7.3: Kurbelwellenzapfencrankshaft journal
8.1,8.2,8.38.1,8.2,8.3: großes Pleuelaugebig connecting rod eye
9.1,9.2,9.39.1,9.2,9.3: kleine Pleuelaugesmall connecting rod eye
10.1,10.2,10.310.1,10.2,10.3: Kolbenbolzenpiston pin
1111: KurbelwellenketteradKurbelwellenketterad
1212: Steuerkettetiming chain
1313: Nockenwellenkettenradcamshaft sprocket
1414: Nockenwellecamshaft
1515: Spannschienetensioning rail
1616: Kettenspannerchain tensioner
17.117.1: Pleuelstangenkopfbig end
18.118.1: erstes Pleuelteilfirst connecting rod part
18a.118a.1: Kolbenstangepiston rod
19.1 19.1: zweites Pleuelteilsecond connecting rod part
19a.119a.1: Deckelcover
19b.119b.1: Lagerschalebearing shell
20.120.1: Zylinder-Kolben-EinheitCylinder-piston unit
21.121.1: Verstellkolbenadjusting piston
22.122.1: Zylinderbohrungbore
23.123.1: Dichtungseinrichtungseal means
24.124.1: erster Druckraumfirst pressure chamber
25.125.1: zweiter Druckraumsecond pressure chamber
26.126.1: hydraulische Schaltunghydraulic circuit
27.127.1: erste Stirnseitefirst end face
28.128.1: zweite Stirnseitesecond end face
29.129.1: ÖlversorgungskanalOil supply channel
30.130.1: RückströmdrosselRückströmdrossel
31.131.1: Kanalchannel
32.132.1: Steuerventilcontrol valve
32a.132a.1: Stellkolbenactuating piston
32b.132b.1: Druckfedercompression spring
33.133.1: Kolbendichtungpiston seal
34.134.1: Kolbennutpiston groove
35.135.1: Spaltgap
36.136.1: Stangenbohrungrod bore
37.137.1: Bohrungsnutbore groove
38.138.1: Innenwandunginner wall
39.139.1: Außenwandungouter wall
40.140.1: RücklaufkanalReturn channel
41.141.1: Rückschlagventilcheck valve
42.142.1: Ölkanaloil passage
43.143.1: RücklaufleitungReturn line
44.144.1: Auslassoutlet
45.145.1: Ölkanaloil passage
46.146.1: Rückschlagventilcheck valve
47.147.1: Stangendichtungrod seal
48.148.1: Ölabstreifer oil scraper
D_w D _w: WandstärkeWall thickness
V_h V _h: Hubvolumendisplacement
V_c V _c: Kompressionsvolumencompression volume
H_c H _c: Kompressionshöhecompression height
H_k H _k: Hubwegstroke
r_i _i: InnendurchmesserInner diameter
r_a r _a: Außendurchmesserouter diameter
SS: Spaltmaßclearance
εε: Verdichtungsverhältniscompression ratio
nn: Drehzahlrotation speed
TT: Temperaturtemperature

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2217721 [0005]
EP 1426584 A1 [0006]
DE 102005055199 A1 [0006, 0021]
WO 2013/092364 A1 [0007]
WO 2015/055582 A2 [0007, 0008, 0036]

Claims

Length-adjustable connecting rod (6.1) for an internal combustion engine (1), in particular a gasoline engine, with a first connecting rod part (18.1) and a second connecting rod part (19.1), the first connecting rod part (18.1) has a small connecting rod eye (9.1) for receiving a piston pin (10.1 ) and the second connecting rod part (19.1) has a large connecting rod eye (8.1) for receiving a crankshaft journal (7.1), wherein the first connecting rod part (18.1) relative to the second connecting rod part (19.1) is movable to the distance between the large connecting rod eye (8.1 ) and the small connecting rod eye (9.1), and with at least one cylinder-piston unit (20.1) to adjust the first connecting rod part (18.1) relative to the second connecting rod part (19.1), the cylinder-piston unit (20.1) comprises a cylinder bore (22.1), an adjusting piston (21.1) arranged longitudinally movably in the cylinder bore (22.1), at least one first pressure chamber (24.1) provided in the cylinder bore (22.1) for receiving engine oil Internal combustion engine, the pressure chamber (24.1) is bounded on one side by the movable adjusting piston (21.1), and one between an outer wall (39.1) of the adjusting piston (21.1) and an inner wall (38.1) of the cylinder bore (22.1) arranged sealing means (23.1), characterized in that the sealing device (23.1) comprises at least two piston seals (33.1), each piston seal (33.1) being arranged in a separate piston groove (34.1) encircling the outer wall (39.1) of the adjusting piston (21.1) and communicating with the inner wall (38.1) of Cylinder bore (22.1) is in sliding contact.

Length adjustable connecting rod (6.1) after Claim 1 , characterized in that the sealing device (23.1) comprises at least three, preferably at least four piston seals (33.1).

Length adjustable connecting rod (6.1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the piston seals (33.1) of the sealing device (23.1) as double-acting piston seals (33.1) are formed.

Length adjustable connecting rod (6.1) after Claim 3 , characterized in that the double-acting piston seals (33.1) are formed in two parts, wherein the two-part piston seals (33.1) each have a positioning ring and a sliding ring, preferably made of plastic.

Length adjustable connecting rod (6.1) after one of Claims 1 to 4 , characterized in that the sealing device (23.1) comprises a scraper (48.1), wherein the scraper (48.1) at one of the first pressure chamber (24.1) facing the end of the outer wall (39.1) of the adjusting piston (21.1) is arranged.

Length adjustable connecting rod (6.1) after one of Claims 1 to 5 , characterized in that the adjusting piston (21.1) of the cylinder-piston unit (20.1) is designed as a bidirectional adjusting piston (21.1), wherein in the cylinder bore (22.1) longitudinally movably arranged adjusting piston (21.1) has a first pressure chamber (24.1) and a second pressure chamber (25.1) for receiving engine oil is formed and limited on one side.

Length adjustable connecting rod (6.1) after Claim 6 , characterized in that the adjusting piston (21.1) on a second end face (28.1), which limits the second pressure chamber (25.1), a piston rod (18a.1), extending through a rod bore (36.1) of the cylinder-piston unit (20.1), wherein at least two rod seals (47.1) are provided, wherein each rod seal (47.1) is arranged in a circumferential groove (37.1) in the rod bore (36.1) and is in sliding contact with the piston rod (18a.1).

Length adjustable connecting rod (6.1) after Claim 7 , characterized in that a scraper (48.1) is provided, wherein the scraper (48.1) at one of the second pressure chamber (25.1) facing the end of the rod bore (36.1) is arranged.

Length adjustable connecting rod (6.1) after one of Claims 1 to 7 , characterized in that the first connecting rod part (18.1) with the adjusting piston (21.1) of the cylinder-piston unit (20.1) is connected and the second connecting rod part (19.1), the cylinder bore (22.1) of the cylinder-piston unit (20.1) ,

Use of a cylinder-piston unit (20.1) with a sealing device (23.1) for a length-adjustable connecting rod (6.1) of an internal combustion engine (1) with a first connecting rod part (18.1) and a second connecting rod part (19.1), which by means of the cylinder-piston Unit (20.1) are adjustable to move the first Pleuelteil (18.1) relative to the second Pleuelteil (19.1), the cylinder-piston unit (20.1) comprises a cylinder bore (22.1), one in the cylinder bore (22.1) arranged longitudinally movable Adjusting piston (21.1), at least one provided in the cylinder bore (22.1) first pressure chamber (24.1) and between the outer wall (39.1) of the adjusting piston (21.1) and the inner wall (38.1) of the cylinder bore (22.1) arranged sealing means (23.1), characterized characterized in that the sealing device (23.1) comprises at least two piston seals (33.1), wherein each piston seal (33.1) in a separate on the outer wall (39.1) of the adjusting piston ns (21.1) is arranged circumferential piston groove (34.1) and is in sliding contact with the inner wall (38.1) of the cylinder bore (22.1).

Internal combustion engine (1) with at least one reciprocating piston (3.1.3.2.3.3) and with at least one adjustable compression ratio in a cylinder (2.1.2.2.2.3) and a length-adjustable connecting rod (6.1) connected to the reciprocating piston (3.1.3.2.3.3) ( 6.1,6.2,6.3) after one of Claims 1 to 9 ,

Internal combustion engine (1) after Claim 11 , characterized in that the cylinder-piston unit (20.1) of the length-adjustable connecting rod (6.1,6.2,6.3) to the engine oil hydraulics of the internal combustion engine (1) is connected.

Internal combustion engine (1) after Claim 11 or 12 , characterized in that the system pressure of the engine oil in the first pressure chamber (24.1) of the cylinder-piston unit (20.1) between 1,000 bar and 3,000 bar, preferably between 2,000 and 2,500 bar bar.

Internal combustion engine (1) according to one of Claims 11 to 13 , characterized in that a control drive with at least one timing chain (12), a tensioning and / or guide rail (15), and / or a chain tensioner (16) is provided, the crankshaft (4) with the at least one camshaft (14 ) of the internal combustion engine (1) connects.