DE102018118497B4 - Adjustment arrangement for a connecting rod of a reciprocating internal combustion engine - Google Patents

Adjustment arrangement for a connecting rod of a reciprocating internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Verstellanordnung für ein Pleuel (2) einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einer Abstützanordnung (10) für ein Exzenterorgan (8), in dem ein Kolbenbolzen für einen Hubkolben gelagert ist, mit mindestens einer Kolbenstange (18), die in einem im Pleuel (2) vorgesehenen Stützzylinder (12, 14), der eine Längsachse (16) aufweist, mittels eines Abstützkolbens (20) und einem mit dem Abstützkolben (20) verbundenen Dichtungsorgan (24) verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben (20) mit dem Stützzylinder (12, 14) mindestens eine Zylinderkammer (22) einschließt, wobei Sperrmittel (30, 34) zur Fixierung des Exzenterorgans (8) in mindestens einer Exzenterposition vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel (30, 34) aus einer um einen Drehpunkt (28) beweglich am Pleuel (2) gelagerten Sperrklinke (30) und einem hiermit zusammenwirkenden Anschlagsorgan (34) des Exzenterorgans (8) bestehen, wobei die Sperrklinke (30) einen versetzt zum Drehpunkt (28) vorgesehenen Massenschwerpunkt (32) aufweist, derart, dass eine zum Exzenterorgan (8) gerichtete Beschleunigung des Pleuels (2) eine Verdrehung der Sperrklinke (30) in Richtung des Exzenterorgans (8) auslöst.Adjustment arrangement for a connecting rod (2) of a reciprocating internal combustion engine with a support arrangement (10) for an eccentric element (8) in which a piston pin for a reciprocating piston is mounted, with at least one piston rod (18) which is in a support cylinder provided in the connecting rod (2) (12, 14), which has a longitudinal axis (16), is displaceably guided by means of a support piston (20) and a sealing element (24) connected to the support piston (20), the support piston (20) with the support cylinder (12, 14) ) includes at least one cylinder chamber (22), locking means (30, 34) being provided for fixing the eccentric element (8) in at least one eccentric position, characterized in that the locking means (30, 34) are movable around a pivot point (28) the pawl (30) mounted on the connecting rod (2) and a stop member (34) of the eccentric member (8) that interacts therewith, the pawl (30) having a mass offset from the pivot point (28) focal point (32), such that an acceleration of the connecting rod (2) directed towards the eccentric element (8) triggers a rotation of the pawl (30) in the direction of the eccentric element (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellanordnung für ein Pleuel einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einer Abstützanordnung für ein Exzenterorgan, in dem ein Kolbenbolzen für einen Hubkolben gelagert ist, mit mindestens einer Kolbenstange, die in einem im Pleuel vorgesehenen Stützzylinder, der eine Längsachse aufweist, mittels eines Abstützkolbens und einem mit dem Abstützkolben verbundenen Dichtungsorgan verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben mit dem Stützzylinder mindestens eine Zylinderkammer einschließt, wobei Sperrmittel zur Fixierung des Exzenterorgans in mindestens einer Exzenterposition vorgesehen sind.The invention relates to an adjustment arrangement for a connecting rod of a reciprocating internal combustion engine with a support arrangement for an eccentric element in which a piston pin for a reciprocating piston is mounted, with at least one piston rod, which is in a support cylinder provided in the connecting rod, which has a longitudinal axis, by means of a support piston and a with the support piston connected sealing member is guided displaceably, wherein the support piston with the support cylinder encloses at least one cylinder chamber, wherein locking means are provided for fixing the eccentric member in at least one eccentric position.

Derartige Verstellanordnungen sind unter dem Namen VCR-Pleuel hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Mittels einer derartigen Verstellanordnung ist auf besonders einfache Art und Weise eine variable Verdichtung im Verbrennungsmotor zu realisieren. Durch das Exzenterorgan ist es dabei auf einfache Weise möglich, die Pleuel-Länge und damit den Hub des Kolbens im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zu verändern. Eine gattungsgemäße Verstellanordnung ist in der DE 10 2005 055 199 A1 offenbart. Hierbei weist jedoch die Abstützanordnung den Nachteil auf, dass es aufgrund der steigenden Gas- und Massenkräfte bei höheren Motordrehzahlen eine Nachgiebigkeit der Ölsäule in der Zylinderkamer auftritt, die insbesondere bei einer Position „low“ des Exzenterorgans zu Mikrobewegungen des Exzenterorgans führt, wodurch eine stabile Endlage des Exzenterorgans und damit ein definierte Länge des Pleuels nicht mehr gegeben ist. Darüber hinaus kann die hohe Dynamik der Mikrobewegungen zu Fehlfunktionen im Hydrauliksystem des VCR-Pleuels führen, die letztendlich zu einem Ausfall des Pleuels führen können.Such adjustment arrangements are well known from the prior art under the name VCR connecting rods. A variable compression in the internal combustion engine can be implemented in a particularly simple manner by means of such an adjustment arrangement. The eccentric element makes it possible in a simple manner to change the connecting rod length and thus the stroke of the piston in the cylinder of the internal combustion engine. A generic adjustment arrangement is in the DE 10 2005 055 199 A1 disclosed. Here, however, the support arrangement has the disadvantage that, due to the increasing gas and inertia forces at higher engine speeds, the oil column in the cylinder chamber yields, which leads to micro-movements of the eccentric element, especially when the eccentric element is in a "low" position, resulting in a stable end position of the eccentric and thus a defined length of the connecting rod is no longer given. In addition, the high dynamics of the micro-movements can lead to malfunctions in the hydraulic system of the VCR connecting rod, which can ultimately lead to failure of the connecting rod.

Aus der gattungsbildenden DE 10 2016 114 978 A1 ist eine Verstellanordnug bekannt. Hierdurch wird das Exzenterorgan in einer gewünschten Endlage fixiert und verhindert hierdurch eine unerwünschte Längenänderung des Pleuels aufgrund von Mikrobewegungen.From the generic DE 10 2016 114 978 A1 a Verstellanordnug is known. As a result, the eccentric element is fixed in a desired end position and thereby prevents an undesired change in length of the connecting rod due to micro-movements.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.The object of the invention is therefore to avoid the above-mentioned disadvantage in a simple and inexpensive manner.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sperrmittel aus einer um einen Drehpunkt beweglich am Pleuel gelagerten Sperrklinke und einem hiermit zusammenwirkenden Anschlagsorgan des Exzenterorgans bestehen, wobei die Sperrklinke einen versetzt zum Drehpunkt vorgesehenen Massenschwerpunkt aufweist, derart, dass eine zum Exzenterorgan gerichtete Beschleunigung des Pleuels eine Verdrehung der Sperrklinke in Richtung des Exzenterorgans auslöst. Hierdurch wird eine besonders einfache Sperranordnung bereitgestellt, wobei eine Sperrfunktion aufgrund von motorinternen Kräften in kritischen Betriebssituationen ausgelöst wird..This object is achieved in that the locking means consist of a locking pawl mounted on the connecting rod movably about a pivot point and a stop member of the eccentric member that interacts therewith, the locking pawl having a center of mass provided offset from the pivot point, such that an acceleration of the connecting rod directed towards the eccentric member is a Triggers rotation of the pawl in the direction of the eccentric member. This provides a particularly simple locking arrangement, with a locking function being triggered in critical operating situations due to internal engine forces.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform spannt ein Vorspannorgan, beispielsweise eine Drehfeder, die Sperrklinke mittels einer Vorspannkraft in eine vom Anschlagsorgan abgewandte Richtung vor. In besonders vorteilhafter Weise entspricht die maximale Vorspannkraft Fv des Vorspannorgans einer Beschleunigungskraft FBS der Sperrklinke bei einer Beschleunigung des Pleuels von ap = 10.000 m/s2. Hierdurch wird ein ungewolltes Sperren der Verstellanordnung bei niedrigen Drehzahlen verhindert, wodurch auch die Grundfunktionalität des VCR-Pleuels sichergestellt ist. Im Bereich niedriger Drehzahlen sollen ja gezielte Umschaltung zwischen den Positionen „low“ und „high“ weiterhin möglich sein und nicht durch die Sperrklinke verhindert werden.In a particularly advantageous embodiment, a prestressing element, for example a torsion spring, prestresses the pawl by means of a prestressing force in a direction facing away from the stop element. In a particularly advantageous manner, the maximum pre-tensioning force Fv of the pre-tensioning element corresponds to an acceleration force F BS of the pawl when the connecting rod is accelerated by ap = 10,000 m / s 2 . This prevents the adjustment arrangement from being unintentionally locked at low speeds, which also ensures the basic functionality of the VCR connecting rod. In the low speed range, targeted switching between the "low" and "high" positions should still be possible and not prevented by the pawl.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

  • 1 eine aufgebrochene Ansicht eines Pleuels für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Verstellanordnung,
  • 2 eine Detailansicht eines Exzenterorgans der Verstellanordnung aus 1 während einer Pleuelbewegung in eine erste Richtung,
  • 3 eine Detailansicht des Exzenterorgans der Verstellanordnung aus 1 während einer Pleuelbewegung in eine zweite, entgegengesetzte Richtung, und
  • 4 eine perspektivische, aufgebrochene Ansicht einer Sperrklinke.
The invention is explained in more detail with reference to a drawing, which shows:
  • 1 a broken view of a connecting rod for a reciprocating internal combustion engine with an adjustment arrangement according to the invention,
  • 2 a detailed view of an eccentric member of the adjustment assembly 1 during a connecting rod movement in a first direction,
  • 3 a detailed view of the eccentric of the adjustment assembly 1 during a connecting rod movement in a second, opposite direction, and
  • 4th a perspective, broken away view of a pawl.

1 zeigt einen sogenannten VCR-Pleuel 2 in einer aufgebrochenen Ansicht, der in einer nicht weiter dargestellten Hubkolbenverbrennungskraftmaschine zum Einsatz gelangt. Das Pleuel 2 weist hierbei auf bekannte Weise ein Pleuel-Auge 4 auf, das wiederum auf bekannte Weise mit einem Hubkolben der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine verbunden ist. Um nun eine Hubänderung vornehmen zu können, ist eine Verstellanordnung 6 vorgesehen, die über ein im Pleuelauge 4 angeordnetes Exzenterorgan 8 das Pleuel 2 im Wesentlichen von einer dargestellten „low“-Position in eine „high“-Position überführen kann. Um das Exzenterorgan 8 gezielt zu überführen und in einer gewünschten Position zu fixieren, ist eine Abstützanordnung 10 vorgesehen, die im Wesentlichen zwei Stützzylinder 12, 14 aufweist, die jeweils eine Längsachse 16 besitzt. In den Stützzylindern 12, 14 ist jeweils eine Kolbenstange 18 mit einem Abstützkolben 20 verschiebbar geführt. Der Abstützkolben 20 schließt mit dem jeweiligen Stützzylinder 12, 14 eine Zylinderkammer 22 ein, die mit Öl gefüllt ist und den jeweiligen Abstützkolben 20 und damit auch das Exzenterorgan 8 in der gewählten Position abstützt. Um die Zylinderkammer 22 abzudichten, weist der jeweilige Abstützkolben 20 ein Dichtungsorgan 24 auf. Um das Öl bei der Überführungsbewegung des Exzenterorganes 8 in die jeweilige Zylinderkammer 22 zu- oder abfließen zu lassen, weist der jeweilige Stützzylinder 12, 14 Ventilorgane 26 auf. 1 shows a so-called VCR connecting rod 2 in a broken view, which is used in a reciprocating internal combustion engine, not shown. The connecting rod 2 has a connecting rod eye in a known manner 4th on, which in turn is connected in a known manner to a reciprocating piston of the reciprocating internal combustion engine. In order to be able to change the stroke now, there is an adjustment arrangement 6th provided that has a in the connecting rod eye 4th arranged eccentric organ 8th the connecting rod 2 can essentially transfer from a shown “low” position to a “high” position. To the eccentric 8th A support arrangement is to be transferred in a targeted manner and to be fixed in a desired position 10 provided that essentially two support cylinders 12th , 14th has, each having a longitudinal axis 16 owns. In the support cylinders 12th , 14th is a piston rod each 18th with a support piston 20th slidably guided. The support piston 20th closes with the respective support cylinder 12th , 14th a cylinder chamber 22nd which is filled with oil and the respective support piston 20th and thus also the eccentric organ 8th supported in the selected position. Around the cylinder chamber 22nd the respective support piston 20th a sealing organ 24 on. To the oil during the transfer movement of the eccentric element 8th into the respective cylinder chamber 22nd to allow the respective support cylinder to flow in or out 12th , 14th Valve organs 26th on.

Insbesondere eine zum Exzenterorgan 8 gerichtete Pleuelbewegung (siehe hierzu 2) kann bei einer gegebenen Nachgiebigkeit der Ölsäule in der Zylinderkammer 22 zu Mikrobewegungen des Exzenterorgans 8 führen, was insbesondere in „low“-Position zu einer unerwünschten Längenänderung des Pleuels 2 führen kann.In particular one for the eccentric organ 8th directed connecting rod movement (see 2 ) can with a given flexibility of the oil column in the cylinder chamber 22nd to micro-movements of the eccentric organ 8th lead, especially in the "low" position to an undesirable change in length of the connecting rod 2 can lead.

Hierzu ist nun gemäß den 2 und 3 erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Pleuel 2 eine in einem Drehpunkt 28 drehbar gelagerte Sperrklinke 30 angeordnet ist. Diese Sperrklinke 30, die im Zusammenhang mit 4 noch detaillierter beschrieben wird, besitzt einen Massenschwerpunkt 32, der in dieser Ansicht rechts versetzt zum Drehpunkt 28 angeordnet ist. Eine Sperrfunktion der Sperrklinke 30 wird dadurch erreicht, dass die Sperrklinke 30 auf ein Anschlagsorgan 34, das am Exzenterorgan 8 vorgesehen ist, angreift (auch schematisch dargestellt in 1).This is now according to the 2 and 3 according to the invention provided that the connecting rod 2 one in a fulcrum 28 rotatable pawl 30th is arranged. This pawl 30th related to 4th will be described in more detail, has a center of mass 32 , which in this view is offset to the right of the pivot point 28 is arranged. A locking function of the pawl 30th is achieved by the pawl 30th on an attack organ 34 that on the eccentric 8th is provided, attacks (also shown schematically in 1 ).

Die grundsätzliche Funktionsweise der Sperrfunktion des Exzenterorgans 8 lässt sich nun wie folgt anhand eines klassischen Viertakt-Motors beschreiben, bei dem Takt 1 das Ansaugen, Takt 2 das Verdichten und Zünden, Takt 3 das Arbeiten und Takt 4 das Ausstoßen beschreibt.The basic functionality of the locking function of the eccentric member 8th can now be described as follows using a classic four-stroke engine, with the stroke 1 the suction, tact 2 the compression and ignition, tact 3 the work and tact 4th describes the ejection.

2 zeigt hier nun das Exzenterorgan 8 und einen Teil des Pleuels 2 im Takt 1 und 3 (angedeutet durch den Pfeil); 3 zeigt das Exzenterorgan 8 und einen Teil des Pleuels 2 im Takt 2 und 4 (angedeutet durch den Pfeil). In beiden Fällen ist das Exzenterorgan 8 durch die Verstellanordnung 6 in einer „low“-Position arretiert, so dass grundsätzlich die Sperrfunktion ausgelöst werden kann. 2 now shows the eccentric organ 8th and part of the connecting rod 2 on beat 1 and 3 (indicated by the arrow); 3 shows the eccentric organ 8th and part of the connecting rod 2 on beat 2 and 4th (indicated by the arrow). In both cases the eccentric is 8th through the adjustment arrangement 6th locked in a "low" position so that the locking function can be triggered.

3 zeigt nun die Stellung der Sperrklinke 30 bei einer entgegengesetzten Bewegung des Pleuels 2 8. Um sicherzustellen, dass in der „low“-Position es nicht zu den beschriebenen Mikrobewegungen kommt, wird die Sperrklinke 30 aufgrund des versetzten Massenschwerpunktes 32 in Eingriff mit dem Anschlagsorgan 34 überführt, wodurch die Ölsäule entlastet wird und die Zuglast sich nun an der Sperrklinke 30 abstützt. 3 now shows the position of the pawl 30th when the connecting rod moves in the opposite direction 2 8th . To ensure that the described micro-movements do not occur in the “low” position, the pawl is 30th due to the shifted center of gravity 32 in engagement with the stop organ 34 transferred, whereby the oil column is relieved and the tensile load is now on the pawl 30th supports.

Wie bereits erwähnt, treten die nachteiligen Mikrobewegungen lediglich bei hohen Drehzahlen auf. Um nun die Funktionalität der Sperrklinke 30 weiter zu optimieren, kann ein Vorspannorgan 36 in Form einer Drehfeder vorgesehen sein, die beispielsweise bis zu einer Beschleunigung von ap = 10.000 m/s2 die Sperrklinke entgegen der durch den versetzten Massenschwerpunkt 32 wirkenden Beschleunigungskraft FBS der Sperrklinke 30 eine Vorspannkraft Fv auf die Sperrklinke 30 wirken lässt, so dass diese erst ab einer Beschleunigung aP = 10.000 m/s2 in Eingriff mit dem Anschlagsorgan 34 treten kann. Hierdurch kann insbesondere auch ein ungewolltes Sperren des Exzenterorgans 8 bei niedrigen Drehzahlen verhindert werden.As already mentioned, the disadvantageous micro-movements only occur at high speeds. To now the functionality of the pawl 30th A pretensioning element can further optimize this 36 be provided in the form of a torsion spring, which, for example, up to an acceleration of ap = 10,000 m / s 2, the pawl against the offset by the center of gravity 32 acting acceleration force F BS of the pawl 30th a biasing force Fv on the pawl 30th can act so that it only engages with the stop member from an acceleration a P = 10,000 m / s 2 34 can kick. In particular, this can also result in an unintentional locking of the eccentric member 8th can be prevented at low speeds.

4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Sperrklinke 30 mit der Drehfeder 36, die die Sperrklinke 30 in der durch den Pfeil dargestellten Richtung mit der Vorspannkraft Fv vorspannt. Damit die Sperrklinke 30 in einer definierten Position unter Vorspannung verharrt, ist ein Sperrorgan 38 vorgesehen. Ein Sicherungsring 40 gewährleistet den sicheren Sitz der Sperrklinke 30 im Pleuel 2. 4th shows the pawl in a perspective view 30th with the torsion spring 36 who have favourited the pawl 30th prestressed in the direction shown by the arrow with the prestressing force Fv. So that the pawl 30th remains in a defined position under tension, is a locking device 38 intended. A locking ring 40 ensures the secure fit of the pawl 30th in the connecting rod 2 .

Claims (3)

Verstellanordnung für ein Pleuel (2) einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einer Abstützanordnung (10) für ein Exzenterorgan (8), in dem ein Kolbenbolzen für einen Hubkolben gelagert ist, mit mindestens einer Kolbenstange (18), die in einem im Pleuel (2) vorgesehenen Stützzylinder (12, 14), der eine Längsachse (16) aufweist, mittels eines Abstützkolbens (20) und einem mit dem Abstützkolben (20) verbundenen Dichtungsorgan (24) verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben (20) mit dem Stützzylinder (12, 14) mindestens eine Zylinderkammer (22) einschließt, wobei Sperrmittel (30, 34) zur Fixierung des Exzenterorgans (8) in mindestens einer Exzenterposition vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel (30, 34) aus einer um einen Drehpunkt (28) beweglich am Pleuel (2) gelagerten Sperrklinke (30) und einem hiermit zusammenwirkenden Anschlagsorgan (34) des Exzenterorgans (8) bestehen, wobei die Sperrklinke (30) einen versetzt zum Drehpunkt (28) vorgesehenen Massenschwerpunkt (32) aufweist, derart, dass eine zum Exzenterorgan (8) gerichtete Beschleunigung des Pleuels (2) eine Verdrehung der Sperrklinke (30) in Richtung des Exzenterorgans (8) auslöst.Adjustment arrangement for a connecting rod (2) of a reciprocating internal combustion engine with a support arrangement (10) for an eccentric element (8) in which a piston pin for a reciprocating piston is mounted, with at least one piston rod (18) which is in a support cylinder provided in the connecting rod (2) (12, 14), which has a longitudinal axis (16), is displaceably guided by means of a support piston (20) and a sealing element (24) connected to the support piston (20), the support piston (20) with the support cylinder (12, 14) ) includes at least one cylinder chamber (22), locking means (30, 34) being provided for fixing the eccentric element (8) in at least one eccentric position, characterized in that the locking means (30, 34) are movable around a pivot point (28) the pawl (30) mounted on the connecting rod (2) and a stop member (34) of the eccentric member (8) that interacts therewith, the pawl (30) having a mass offset from the pivot point (28) has center of gravity (32) in such a way that an acceleration of the connecting rod (2) directed towards the eccentric element (8) triggers a rotation of the pawl (30) in the direction of the eccentric element (8). Verstellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorspannorgan (36), beispielsweise ein Federelement, die Sperrklinke (30) mittels einer Vorspannkraft in eine vom Anschlagsorgan (34) abgewandte Richtung vorspannt.Adjustment arrangement according to Claim 1 , characterized in that a biasing element (36), for example a spring element, biases the pawl (30) by means of a biasing force in a direction facing away from the stop element (34). Verstellanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrklinke (30) bis zu einer Grenzdrehzahl des Pleuels (2) nicht mit dem Anschlagsorgan (34) in Eingriff steht.Adjustment arrangement according to Claim 2 , characterized in that the pawl (30) up to a limit speed of the connecting rod (2) is not in engagement with the stop member (34).
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