DE102017107731A1 - Length adjustable connecting rod for a piston engine - Google Patents

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DE102017107731A1
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt, wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben versehen ist, der in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder mindestens eine hydraulische Druckkammer begrenzt. Damit das Pleuel neben einer kurzen und einer langen Pleuellänge auch Zwischenstellungen einnehmen kann, sieht die Erfindung vor, dass die hydraulischen Druckkammern über je ein Ablaufventil verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern begrenzt.

Figure DE102017107731A1_0000
The invention relates to a length-adjustable connecting rod for a piston engine, having a first connecting rod portion associated with the crankshaft and a second connecting rod portion associated with the engine piston, wherein a cylinder is formed in a connecting rod, while the other connecting rod portion is provided with a piston in the cylinder slidably disposed and limited according to its position in the cylinder at least one hydraulic pressure chamber. Thus, the connecting rod can take intermediate positions in addition to a short and a long rod length, the invention provides that the hydraulic pressure chambers are each lockable via a drain valve, so that the piston can assume a middle position in which it limits two hydraulic pressure chambers.
Figure DE102017107731A1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt, wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben versehen ist, der in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder mindestens eine hydraulische Druckkammer begrenzt.The invention relates to a length-adjustable connecting rod for a piston engine, having a first connecting rod portion associated with the crankshaft and a second connecting rod portion associated with the engine piston, wherein a cylinder is formed in a connecting rod portion, while the other connecting rod portion is provided with a piston in the cylinder slidably disposed and limited according to its position in the cylinder at least one hydraulic pressure chamber.

Ein solches, längenverstellbares Pleuel ist beispielsweise aus der WO2015/055582 bekannt. Bei dem dortigen Pleuel kann der Kolben zwei Stellungen einnehmen, in denen er jeweils gegen einen mechanischen Anschlag fährt und durch die auf der anderen Seite des Anschlages gebildete Druckkammer hydraulisch verriegelt wird.Such a length-adjustable connecting rod is for example from the WO2015 / 055582 known. In the local connecting rod of the piston can take two positions in which he drives each against a mechanical stop and is hydraulically locked by the pressure chamber formed on the other side of the stop.

Diese Art der Längenverstellung des Pleuels hat den Vorteil, dass durch den mechanischen Anschlag beide Stellungen klar definiert sind, so dass sich den beiden Stellungen ein eindeutiges Verdichtungsverhältnis zuordnen lässt.This type of length adjustment of the connecting rod has the advantage that both positions are clearly defined by the mechanical stop, so that the two positions can be assigned a unique compression ratio.

Allerdings lassen sich nicht sämtliche Verdichtungsverhältnisse durch zwei Pleuellängen abbilden, so dass es wünschenswert wäre, auch Zwischenstellungen zu realisieren.However, not all compression ratios can be represented by two connecting rod lengths, so that it would be desirable to also realize intermediate positions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein längenverstellbares Pleuel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Pleuel zwischen der kurzen und der langen Pleuellänge auch Zwischenstellungen einnehmen kann.The invention is therefore the object of developing a length-adjustable connecting rod of the type mentioned so that the connecting rod between the short and the long rod length can also occupy intermediate positions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die hydraulischen Druckkammern über je ein Ablaufventil verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern begrenzt.This object is achieved in that the hydraulic pressure chambers are each lockable via a drain valve, so that the piston can assume a central position in which it limits two hydraulic pressure chambers.

Diese Lösung sieht vor, dass man für die Mittelstellung bewusst auf einen mechanischen Anschlag verzichtet. Zumindest für die Zwischenstellungen gibt man damit den Vorteil auf, dass eine bestimmte Pleuellänge durch einen mechanischen und damit klar definierten Anschlag bestimmt ist. Andererseits gewinnt man den Vorteil, dass man die Pleuellänge und damit das Verdichtungsverhältnis des Motors an die jeweiligen Betriebszustände besser anpassen kann. Bevorzugt sind die beiden Pleuelabschnitte teleskopartig ineinander gesteckt. Die Verwendung eines hydraulisch zu verstellenden Exzenters, bevorzugt im kleinen Pleuelauge, ist ebenfalls möglich.This solution provides that one deliberately dispenses with a mechanical stop for the middle position. At least for the intermediate positions, this gives the advantage that a certain connecting rod length is determined by a mechanical and thus clearly defined stop. On the other hand, one gains the advantage that one can better adapt the connecting rod length and thus the compression ratio of the engine to the respective operating conditions. Preferably, the two connecting rod sections are telescopically inserted. The use of a hydraulically adjusted eccentric, preferably in the small connecting rod, is also possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Druckkammer mit einem Zulaufrückschlagventil verbunden, welches den Zufluss des Hydraulikmediums gestattet, den Abfluss hingegen sperrt. Die Kombination mit den steuerbaren Ablaufventilen bewirkt, dass bei einer Sperrung der Druckkammern zwar kein Hydraulikmedium entweichen kann, allerdings zufließen kann. Mit anderen Worten bedeutet das, dass etwaige Leckverluste in den Druckkammern ausgeglichen werden.According to a preferred embodiment, each pressure chamber is connected to an inlet check valve, which allows the inflow of the hydraulic medium, the drain, however, blocks. The combination with the controllable drain valves causes that when a blockage of the pressure chambers, although no hydraulic medium can escape, but can flow. In other words, this means that any leakage in the pressure chambers are compensated.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Erfindung, wonach die beiden Druckkammern parallel zu den Zulaufrückschlagventilen mit einem 3/3-Wegeventil in Verbindung stehen, wobei das 3/3-Wegeventil

  • - in einer ersten Schaltstellung den Abfluss der einen Druckkammer sperrt und den Abfluss der anderen Druckkammer erlaubt,
  • - in einer zweiten Schaltstellung den Abfluss beider Druckkammern sperrt und
  • - in einer dritten Schaltstellung den Abfluss der anderen Druckkammer sperrt und den Abfluss der einen Druckkammer freigibt.
Particularly preferred is a development of the invention, according to which the two pressure chambers are parallel to the inlet check valves with a 3/3-way valve in connection, the 3/3-way valve
  • in a first switching position blocks the outflow of one pressure chamber and allows the outflow of the other pressure chamber,
  • - In a second switching position blocks the outflow of both pressure chambers and
  • - Locks the outflow of the other pressure chamber in a third switching position and the outflow of a pressure chamber releases.

Auf diese Weise ist es einfach möglich, das längenverstellbare Pleuel zum einen kurz und zum anderen lang einzustellen, und durch Sperren beider Druckkammern in jeder Mittelstellung zu arretieren.In this way, it is easily possible to adjust the length-adjustable connecting rod for a short and the other long, and to lock by locking both pressure chambers in each middle position.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hydraulikmedium Motoröl, so dass das längenverstellbare Pleuel einfach an die Motorölversorgung angeschlossen werden kann.According to a preferred embodiment, the hydraulic medium is engine oil, so that the length-adjustable connecting rod can be easily connected to the engine oil supply.

Günstig ist auch, wenn die Ablaufventile als Magnetsteuerventile ausgebildet sind. So kann während des Betriebs des Motors durch einfaches Ansteuern der Magnetventile die Pleuellänge eingestellt werden.It is also advantageous if the drain valves are designed as solenoid control valves. Thus, during operation of the engine by simply driving the solenoid valves, the connecting rod length can be adjusted.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ablaufventile ansteuerbar ausgestaltet sind, wobei ein Klopfsensor in die Ansteuerung der Ablaufventile eingebunden ist. Dadurch lässt sich der Motor stets nahe an der Klopfgrenze betreiben.It is particularly advantageous if the drain valves are designed to be controllable, wherein a knock sensor is involved in the control of the drain valves. As a result, the engine can always operate close to the knock limit.

Das Einstellen der Längenverstellung des Pleuels lässt sich auf einfache Weise über die Dauer der Ansteuerung der Ablaufventile regeln.Adjusting the length adjustment of the connecting rod can be easily controlled over the duration of the control of the drain valves.

Diese Art der Ansteuerung der Ablaufventile ermöglicht es in vorteilhafter Weise auch, dass die Längenverstellung des Pleuels in Abhängigkeit weiterer Motorkenndaten wir Drehzahl, Last, Verbrauch und Geschwindigkeit erfolgt.This type of control of the drain valves also makes it possible in an advantageous manner that the length adjustment of the connecting rod in dependence on other engine characteristics we speed, load, consumption and speed takes place.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to a single drawing.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein längenverstellbares Pleuel 1 für einen Hubkolbenmotor. Das Pleuel 1 umfasst einen ersten Pleuelabschnitt 2, welcher einen radial abstehenden Zylinder 3 umfasst, in den ein zweiter Pleuelabschnitt 4 mit einem Kolben 5 teleskopartig eingesteckt ist. Der zweite Pleuelabschnitt 4 weist eine Kolbenstange 6 auf, die den Kolben 5 mit dem kleinen Pleuelauge 7, welches dem Motorkolben des Verbrennungsmotors zugeordnet ist, verbindet. Der Zylinder 3 ist mit einem Zylinderdeckel 8 versehen, der zugleich als oberer Anschlag für den Kolben 5 dient. Den unteren Anschlag des Kolbens 5 bildet der Zylinderboden 9. Der Kolben 5 ist in der Zeichnung in einer Zwischenstellung gezeigt, in der das längenverstellbare Pleuel 1 ebenfalls eine Zwischenstellung zwischen der größten und der kleinsten Länge einnimmt. In dieser Stellung unterteilt der doppelt wirkende Kolben 5 den Zylinder in zwei Druckkammern 10 und 11, die mit Motoröl gefüllt sind. Jede der Druckkammern 10, 11 ist mit einer Ölleitung 12 bzw. 13 an die Motorölversorgung des Verbrennungsmotors angeschlossen. In den Ölleitungen 12 und 13 befinden sich Rückschlagventile 14, 15, die den Zulauf von Öl in die Druckkammern 10 und 11 erlauben, den Abfluss aus diesen Kammern jedoch sperren. Parallel zu den Rückschlagventilen 14 und 15 zweigen die Ölleitungen 12 und 13 zu einem 3/3-Wegeventil ab, durch welches wahlweise der Ablauf einer Druckkammer 10 bzw. 11 oder auch beider Druckkammern 10 und 11 gesperrt werden kann. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des 3/3-Wegeventils 16 ist der Ablauf der oberen Druckkammer 11 geöffnet, während der Ablauf der unteren Druckkammer 10 gesperrt ist. In dieser Stellung des 3/3-Wegeventils sorgen die Massenkräfte des Motors dafür, dass sich der Kolben 5 nach oben in Richtung des durch den Zylinderdeckel 8 gebildeten Anschlags bewegt. Die Gasdruckkräfte des Motors, die eigentlich dafür sorgen würden, dass sich der Kolben nach unten bewegt, werden durch den gesperrten Druckraum 10 gehindert. Der Druckraum 10 füllt sich zwar weiter mit Motoröl, wenn der Kolben sich nach oben bewegt, das Öl kann allerdings nicht abfließen. Das längenverstellbare Pleuel 1 nimmt also in dieser Stellung des 3/3-Wegeventils seine längste Länge ein. The drawing shows schematically a length-adjustable connecting rod 1 for a reciprocating engine. The connecting rod 1 includes a first connecting rod section 2 , which is a radially projecting cylinder 3 includes, in the a second connecting rod section 4 with a piston 5 is inserted telescopically. The second connecting rod section 4 has a piston rod 6 on that the piston 5 with the small connecting rod eye 7 , which is assigned to the engine piston of the internal combustion engine, connects. The cylinder 3 is with a cylinder cover 8th provided, at the same time as the upper stop for the piston 5 serves. The bottom stop of the piston 5 forms the cylinder bottom 9 , The piston 5 is shown in the drawing in an intermediate position, in which the length-adjustable connecting rod 1 also occupies an intermediate position between the largest and the smallest length. In this position, the double-acting piston divided 5 the cylinder in two pressure chambers 10 and 11 that are filled with engine oil. Each of the pressure chambers 10 . 11 is with an oil pipe 12 respectively. 13 connected to the engine oil supply of the internal combustion engine. In the oil pipes 12 and 13 there are check valves 14 . 15 that feed the oil into the pressure chambers 10 and 11 allow the drain from these chambers but lock. Parallel to the check valves 14 and 15 branch the oil pipes 12 and 13 to a 3/3-way valve, through which optionally the flow of a pressure chamber 10 respectively. 11 or both pressure chambers 10 and 11 can be locked. In the position of the 3/3-way valve 16 shown in the drawing, the flow of the upper pressure chamber 11 opened while the drain of the lower pressure chamber 10 Is blocked. In this position of the 3/3-way valve, the mass forces of the engine ensure that the piston 5 upwards in the direction of the cylinder cover 8th formed stop moves. The gas pressure forces of the engine, which would actually make sure that the piston moves down, through the locked pressure chamber 10 prevented. The pressure room 10 continues to fill with engine oil when the piston moves up, but the oil can not drain. The length-adjustable connecting rod 1 So takes in this position of the 3/3-way valve its longest length.

Wenn aufgrund von ermittelten Motordaten die Pleuellänge verkürzt werden soll, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Motor zum Klopfen neigt, wird das 3/3-Wegenventil vollständig nach links geschoben, so dass die untere Druckkammer 10 geöffnet wird und das dort befindliche Motoröl abfließen kann, während der Ablauf der oberen Druckkammer 11 gesperrt wird. Auf diese Weise kann sich der Kolben nach unten bewegen, bis die Klopfgrenze unterschritten wird. Sollte das vor Erreichen des unteren Anschlags passieren, kann die Motorsteuerung vorsehen, dass das 3/3-Wegenventil in die Mittelstellung gefahren wird, in der sowohl die obere Druckkammer 11 als auch die untere Druckkammer 10 gesperrt sind. Das längenverstellbare Pleuel nimmt eine Mittelstellung ein. Hierdurch kann der Motor stets nah an der Klopfgrenze betrieben werden.If, due to determined motor data, the connecting rod length is to be shortened, which is the case, for example, when the engine tends to knock, the 3/3-way valve is pushed completely to the left, so that the lower pressure chamber 10 is opened and the engine oil located there can drain, while the expiration of the upper pressure chamber 11 is locked. In this way, the piston can move down until the knock limit is reached. If this happens before reaching the lower stop, the engine control may provide that the 3/3-way valve is driven to the middle position, in which both the upper pressure chamber 11 as well as the lower pressure chamber 10 are locked. The length-adjustable connecting rod assumes a middle position. As a result, the engine can always be operated close to the knock limit.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Pleuelpleuel
22
erster Pleuelabschnittfirst connecting rod section
33
Zylindercylinder
44
zweiter Pleuelabschnittsecond connecting rod section
55
Kolbenpiston
66
Kolbenstangepiston rod
77
Pleuelaugeconnecting rod
88th
Zylinderdeckelcylinder cover
99
Zylinderbodencylinder base
1010
Druckkammerpressure chamber
1111
Druckkammerpressure chamber
1212
Ölleitungoil line
1313
Ölleitungoil line
1414
ZulaufrückschlagventilInlet check valve
1515
ZulaufrückschlagventilInlet check valve
1616
3/3-Wegeventil3/3-way valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2015/055582 [0002]WO 2015/055582 [0002]

Claims (7)

Längenverstellbares Pleuel (1) für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt (2) und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt (4), wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder (3) ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben (5) versehen ist, der in dem Zylinder (3) verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder mindestens eine hydraulische Druckkammer (10, 11) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Druckkammern (10, 11) über je ein Ablaufventil (16) verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern (10, 11) begrenzt.Length-adjustable connecting rod (1) for a piston engine, having a first connecting rod portion (2) associated with the crankshaft and a second connecting rod portion (4) associated with the engine piston, wherein one cylinder (3) is formed in a connecting rod portion, while the other connecting rod portion is provided with a piston ( 5) is provided, which is arranged displaceably in the cylinder (3) and limited according to its position in the cylinder at least one hydraulic pressure chamber (10, 11), characterized in that the hydraulic pressure chambers (10, 11) via a respective drain valve ( 16) are lockable, so that the piston can assume a central position in which it limits two hydraulic pressure chambers (10, 11). Längenverstellbares Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, jede Druckkammer mit einem Zulaufrückschlagventil (14, 15) verbunden ist, welches den Zufluss des Hydraulikmediums gestattet, den Abfluss hingegen sperrt.Length adjustable connecting rod to Claim 1 , characterized in that each pressure chamber is connected to an inlet check valve (14, 15), which allows the inflow of the hydraulic medium, the drain, however, blocks. Längenverstellbares Pleuel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammern (10, 11) parallel zu den Zulaufrückschlagventilen (14, 15) mit einem 3/3-Wegeventil (16) in Verbindung stehen, wobei das 3/3-Wegeventil - in einer ersten Schaltstellung den Abfluss der einen Druckkammer (10) sperrt und den Abfluss der anderen Druckkammer (11) erlaubt, - in einer zweiten Schaltstellung den Abfluss beider Druckkammern (10, 11) sperrt, und - in einer dritten Schaltstellung den Abfluss der anderen Druckkammer (11) sperrt und den Abfluss der einen Druckkammer (10) freigibt.Length adjustable connecting rod to Claim 2 , characterized in that the pressure chambers (10, 11) parallel to the inlet check valves (14, 15) with a 3/3-way valve (16) are in communication, wherein the 3/3-way valve - in a first switching position the outflow of a pressure chamber (10) blocks and allows the outflow of the other pressure chamber (11), - in a second switching position, the outflow of both pressure chambers (10, 11) locks, and - in a third switching position the outflow of the other pressure chamber (11) blocks and the Outflow of a pressure chamber (10) releases. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium Motoröl ist.Length adjustable connecting rod according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the hydraulic medium is engine oil. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufventile als Magnetsteuerventile (16) ausgebildet sind.Length adjustable connecting rod according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the drain valves are designed as solenoid control valves (16). Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufventile ansteuerbar ausgestaltet sind, wobei ein Klopfsensor in die Ansteuerung der Ablaufventile eingebunden ist.7. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Längenverstellung des Pleuels (1) über die Dauer der Ansteuerung der Ablaufventile erfolgt.Length adjustable connecting rod according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the drain valves are designed to be controllable, wherein a knock sensor is involved in the control of the drain valves. Length adjustable connecting rod according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the control of the length adjustment of the connecting rod (1) over the duration of the control of the drain valves. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Längenverstellung des Pleuels (1) in Abhängigkeit weiterer Motorkenndaten, wie Drehzahl, Last, Verbrauch und Geschwindigkeit, erfolgt.Length adjustable connecting rod according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the control of the length adjustment of the connecting rod (1) in response to other engine characteristics, such as speed, load, consumption and speed occurs.
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