DE102018124776A1 - Length-adjustable connecting rod with mechanically operated valve - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung (21) einstellbar ist. Die hydraulische Verstelleinrichtung (21) weist mindestens ein mittels eines externen Aktuators mechanisch betätigbares Ventil (26,27) mit einem Ventilkörper (32), der mittels eines Ventilstößels (37) betätigbar ist, und einem Druckknopf (39) auf, wobei zwischen dem Druckknopf (39) und dem Ventilstößel (37) ein Federelement (38) angeordnet ist, die eine Betätigungskraft von dem Druckknopf (39) auf den Ventilstößel (37) übertragt. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange (1) und einen Kolbenmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange (1).The present invention relates to a length-adjustable connecting rod (1) for a piston engine, the distance between the piston pin and the crankshaft journal being adjustable in the longitudinal direction by means of a hydraulic adjusting device (21). The hydraulic adjustment device (21) has at least one valve (26, 27) that can be mechanically actuated by means of an external actuator, with a valve body (32) that can be actuated by means of a valve tappet (37) and a push button (39), between the push button (39) and the valve lifter (37) a spring element (38) is arranged, which transmits an actuating force from the push button (39) to the valve lifter (37). The invention further relates to the use of such a length-adjustable connecting rod (1) and a piston engine with a length-adjustable connecting rod (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange ein erstes Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und ein zweites Pleuelauge zur Aufnahme eines Kubelwellenzapfens aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen in Längsrichtung der Pleuelstange mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung einstellbar ist und die hydraulische Verstelleinrichtung mindestens ein mittels eines externen Aktuators mechanisch betätigbares Ventil aufweist. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange und einen Kolbenmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange.The present invention relates to a length-adjustable connecting rod for a piston engine, the connecting rod having a first connecting rod eye for receiving a piston pin and a second connecting rod eye for receiving a crankshaft pin, the distance between the piston pin and the crankshaft pin being adjustable in the longitudinal direction of the connecting rod by means of a hydraulic adjusting device and the hydraulic adjustment device has at least one valve which can be actuated mechanically by means of an external actuator. The invention further relates to the use of such a length-adjustable connecting rod and a piston engine with a length-adjustable connecting rod.
Bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben gibt es Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu verändern und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist.In the case of internal combustion engines with reciprocating pistons, efforts are being made to change the compression ratio during operation and to adapt it to the particular operating state of the engine in order to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine. As the compression ratio increases, the thermal efficiency increases, but too high a compression ratio can lead to unintentional auto-ignition of the piston engine. Such an early combustion of the fuel not only leads to unsteady running and the so-called knocking of the engine, but can also lead to component damage to the engine. In the partial load range, the risk of auto-ignition is lower, so that a higher compression ratio is possible.
Zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses (VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Längenverstellung des Abstands zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen ermöglicht eine gleitende Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf den jeweiligen Betriebspunkt und damit einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Demgegenüber ergeben sich bei einer diskontinuierlichen Verstellung der Pleuellänge mit wenigen Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile und ermöglicht im Vergleich zu einem konventionellen Kolbenmotor trotzdem eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades sowie entsprechende Einsparungen im Verbrauch und im Schadstoffausstoß.There are different solutions for realizing a variable compression ratio (VCR), with which the position of the crank pin of the crankshaft or the piston pin of the reciprocating piston is changed or the effective length of the connecting rod is varied. There are solutions for continuous and discontinuous adjustment of the components. A continuous length adjustment of the distance between the piston pin and the crankshaft journal enables the compression ratio to be adjusted smoothly to the respective operating point and thus an optimal efficiency of the internal combustion engine. In contrast, discontinuous adjustment of the connecting rod length with just a few steps results in constructive and operational advantages and still enables a significant improvement in efficiency compared to a conventional piston engine, as well as corresponding savings in consumption and pollutant emissions.
Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Kolbenmotor beschreibt die
Die
Eine weitere teleskopartig längenverstellbare Pleuelstange mit einer hydraulischen Verstelleinrichtung beschreibt die
Um die Pleuellänge dieser längenverstellbaren Pleuelstange zu verstellen, wird die mit Motoröl gefüllte Druckkammer entleert, indem jeweils das zugehörige Rückschlagventile im Zulaufkanal von einem entsprechenden Rücklaufkanal überbrückt wird. Durch diese Rücklaufkanäle strömt Motoröl zwischen der Druckkammer und der Versorgung mit Motoröl, wodurch das jeweilige Rückschlagventil seine Wirkung verliert. Die beiden Rücklaufkanäle werden üblicherweise durch eine hydraulische Steuereinrichtung geöffnet und geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen und der andere geschlossen ist. Die hydraulische Steuereinrichtung zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck des Motoröls angesteuert, wobei die Versorgung mit Motoröl über entsprechende Hydraulikmittelkanäle im Pleuel und das Lager des Kurbelwellenzapfens im zweiten Pleuelauge erfolgt. Die aktive Verstellung der Pleuellänge erfolgt dann durch gezieltes Entleeren der mit Motoröl gefüllten Druckkammer unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Massen- und Gaskräfte, wobei die andere Druckkammer gleichzeitig über das zugehörige Rückschlagventil mit Motoröl versorgt und hydraulisch gesperrt ist. In order to adjust the connecting rod length of this length-adjustable connecting rod, the pressure chamber filled with engine oil is emptied by bridging the corresponding check valve in the inlet channel by a corresponding return channel. Motor oil flows through these return channels between the pressure chamber and the supply of motor oil, as a result of which the respective check valve loses its effect. The two return channels are usually opened and closed by a hydraulic control device, with exactly one return channel always being open and the other being closed. The hydraulic control device for switching the two return channels is controlled hydraulically by the supply pressure of the engine oil, the supply of engine oil taking place via corresponding hydraulic medium channels in the connecting rod and the bearing of the crankshaft pin in the second connecting rod eye. The active adjustment of the connecting rod length is then carried out by deliberately emptying the pressure chamber filled with engine oil using the mass and gas forces acting on the connecting rod, the other pressure chamber being simultaneously supplied with engine oil via the associated check valve and being hydraulically locked.
Die Versorgung einer hydraulischen Steuereinrichtung zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle erfordert neben geringen Toleranzen für die unterschiedlichen Bauteile und hochwirksamen Dichtungen zur Abgrenzung der verschiedenen Druckbereiche auch eine Versorgung des Steuerventils mit dem unter Druck stehenden Motoröl über entsprechende Hydraulikmittelkanäle in der Pleuelstange. Neben der mechanischen Schwächung der Pleuelstange können gerade die Zulauf- und Ablaufkanäle der Steuereinrichtung durch Verschmutzungen des Motoröls verstopfen und zu einer Fehlfunktion der hydraulischen Steuereinrichtung führen.The supply of a hydraulic control device for switching the two return channels requires not only small tolerances for the different components and highly effective seals to delimit the different pressure ranges, but also a supply of the control valve with the pressurized engine oil via corresponding hydraulic medium channels in the connecting rod. In addition to the mechanical weakening of the connecting rod, the inlet and outlet channels of the control device can become blocked by dirt on the engine oil and lead to a malfunction of the hydraulic control device.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion und Funktion einer gattungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange zu verbessern.It is therefore the object of the present invention to improve the construction and function of a generic length-adjustable connecting rod.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine mechanisch betätigbare Ablassventil einen Ventilkörper, der mittels eines Ventilstößels betätigbar ist, und einen mittels des externen Aktuators betätigbaren Druckknopf aufweist, wobei zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel ein Federelement angeordnet ist, das eine von dem externen Aktuator aufgeprägte Betätigungskraft von dem Druckknopf auf den Ventilstößel überträgt. Ein solches Ablassventil ermöglicht eine mechanische Aktuierung einer längenverstellbaren Pleuelstange, sodass auf eine genaue Einstellung unterschiedlicher Drücke in der Motorölversorgung der Pleuelstange verzichtet und das Risiko von Fehlfunktionen in der hydraulischen Steuereinrichtung reduziert werden kann. Dabei steht der Druckknopf des Ablassventils mit einem entsprechenden externen Aktuator in Interaktion, beispielsweise einer Schaltwippe oder -kulisse, die auf einen vorstehenden Druckknopf wirkt, um das Ablassventil zu steuern. Vorstehend bedeutet hier, dass der Druckknopf über die Außenkontur der Pleuelstange vorsteht. Bei der Betätigung des Ventilkörpers wird dieser üblicherweise aus seinem Ventilsitz abgehoben, verschoben oder anderweitig betätigt. Dabei ermöglicht das zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel angeordnete Federelement eine Dämpfung des Schaltvorgangs, bei dem eine von dem externen Aktuator auf den Druckknopf aufgeprägte Betätigungskraft auf den Ventilstößel und von dort auf den Ventilkörper übertragen wird. Dies vermeidet eine mechanische Überlastung des Ablassventils, falls im Moment des Schaltvorgangs am Ventilkörper ein hoher Hydraulikmitteldruck anliegt. Aufgrund der im Betrieb auftretenden Massen- oder Beschleunigungskräfte wird die alternierend zug- und druckbelastete Pleuelstange mit unterschiedlichen Hydraulikmitteldrücken beaufschlagt. Bei einer Phase mit hohem Hydraulikmitteldruck in der Verstelleinrichtung wird bei einer Betätigung des Druckknopfs das Federelement komprimiert, wobei der Druckknopf und der Ventilstößel sich relativ zueinander bewegen, so dass die Betätigungskraft in der Druckfeder zwischengespeichert und erst bei einem abnehmenden Hydraulikmitteldruck in der Verstelleinrichtung über den Ventilstößel auf den Ventilkörper übertragen wird, um das Ablassventil zu öffnen. Dies vermeidet auch bei langen Betriebszeiten eine Beschädigung des Ablassventils. Weiterhin reduziert ein solches mechanisch betätigbares Ablassventil auch auf Dauer die Gefahr einer Leckage von Motoröl aus dem Steuerventil, insbesondere gegenüber den üblichen hydraulisch betätigten Ablassventilen, bei denen neben der Abdichtung des eigentlichen Ventilkörpers auch die notwendigen Dichtungen zwischen den Komponenten des hydraulisch betätigten Ventils mit zunehmender Betriebsdauer ein hohes Leckagerisiko aufweisen.This object is achieved according to the invention in that the at least one mechanically actuatable drain valve has a valve body which can be actuated by means of a valve tappet and a push button which can be actuated by means of the external actuator, a spring element being arranged between the push button and the valve tappet, one of which external actuator transmits impressed actuating force from the push button to the valve lifter. Such a drain valve enables mechanical actuation of a length-adjustable connecting rod, so that precise setting of different pressures in the engine oil supply of the connecting rod is avoided and the risk of malfunctions in the hydraulic control device can be reduced. The push button of the drain valve interacts with a corresponding external actuator, for example a rocker switch or link, which acts on a protruding push button to control the drain valve. Here above means that the push button protrudes beyond the outer contour of the connecting rod. When the valve body is actuated, it is usually lifted out of its valve seat, moved or actuated in some other way. The spring element arranged between the push button and the valve tappet enables damping of the switching process in which an actuating force impressed on the push button by the external actuator is transmitted to the valve tappet and from there to the valve body. This avoids mechanical overloading of the drain valve if there is a high hydraulic medium pressure on the valve body at the moment of switching. Due to the mass or acceleration forces occurring during operation, the connecting rod, which is alternately subjected to tensile and compressive loads, is acted upon by different hydraulic medium pressures. In a phase with high hydraulic fluid pressure in the adjusting device, the spring element is compressed when the push button is actuated, the push button and the valve tappet moving relative to one another, so that the actuating force is temporarily stored in the compression spring and only with a decreasing hydraulic fluid pressure in the adjusting device via the valve tappet is transferred to the valve body to open the drain valve. This prevents damage to the drain valve even during long operating times. Furthermore, such a mechanically actuated drain valve also reduces the risk of leakage of engine oil from the control valve in the long term, in particular compared to the usual hydraulically operated drain valves, in which, in addition to the sealing of the actual valve body, the necessary seals between the components of the hydraulically operated valve also increase with the operating time have a high risk of leakage.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Federelement gegenüber dem Druckknopf und dem Ventilstößel vorgespannt ist. Insbesondere ist das Federelement in einer Ruheposition, in der keine Einwirkung durch den externen Aktuator auf den Druckknopf erfolgt, gegenüber dem Druckknopf und dem Ventilstößel vorgespannt. Eine solche Kopplung zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel mit einer Vorspannung zwischen dem Ventilstößel und Druckknopf in Längsrichtung des Ablassventils verringert die Anforderung hinsichtlich der Toleranzen der Bauteile des Ablassventils, insbesondere in Längsrichtung des Ablassventils und führt zu erheblichen Einsparungen in der Fertigung der Bauteile, die ansonsten für die jeweilige längenverstellbare Pleuelstange in axialer Richtung immer exakt zurechtgeschliffen werden müssen.A preferred embodiment provides that the spring element is prestressed with respect to the push button and the valve tappet. In particular, the spring element is pretensioned in relation to the push button and the valve tappet in a rest position, in which there is no action by the external actuator on the push button. Such a coupling between the push button and the valve tappet with a pretension between the valve tappet and push button in the longitudinal direction of the drain valve reduces the requirement with regard to the tolerances of the components of the drain valve, in particular in the longitudinal direction of the drain valve, and leads to considerable savings in the manufacture of the components that are otherwise always have to be precisely ground in the axial direction for the respective length-adjustable connecting rod.
In einer zweckmäßigen Ausbildung kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, um den Ventilkörper von seiner geöffneten Position in seine geschlossene Position zu bewegen. Die Rückstellfeder ist günstigerweise derart ausgelegt, dass der Ventilkörper immer in der geschlossenen Position ist, insoweit keine gegen diese Vorspannung wirkende Kraft in ausreichender Höhe vorliegt. Geschlossene Position bedeutet hier, dass das Ablassventil geschlossen ist und nicht von einem Medium durchströmbar ist. Ein Beispiel für eine derartige geschlossene Position ist beispielsweise das Ruhen des Ventilkörpers auf einem Ventilsitz, der z. B. innerhalb der Pleuelstange oder einem in der Pleuelstange angeordneten Bauteil ausgeführt ist. Die Rückstellfeder ermöglicht es, auch mit einem mechanisch betätigbaren Ablassventil sicher zwei unterschiedliche Schaltstellungen zu erzielen, ohne einen aktiven Rückstellmechanismus vorzusehen. Dadurch kann der Aufbau einfach gehalten werden bei insgesamt geringen Herstellungskosten und einer gleichzeitigen Erhöhung der Funktionssicherheit. Weiterhin kann eine solche Rückstellfeder in einfacher Weise an die Betätigungskraft des externen Aktuators angepasst werden, sodass auch bei unterschiedlichen Pleuelstangen dasselbe mechanisch betätigbare Ablassventil einsetzbar ist. In an expedient embodiment, a return spring can be provided in order to move the valve body from its open position to its closed position. The return spring is expediently designed such that the valve body is always in the closed position, insofar as there is no sufficient force against this pretension. Closed position here means that the drain valve is closed and a medium cannot flow through it. An example of such a closed position is, for example, the resting of the valve body on a valve seat which, for. B. is carried out within the connecting rod or a component arranged in the connecting rod. The return spring makes it possible to safely achieve two different switching positions even with a mechanically actuated drain valve without providing an active return mechanism. As a result, the structure can be kept simple with low overall manufacturing costs and a simultaneous increase in functional reliability. Furthermore, such a return spring can be easily adapted to the actuating force of the external actuator, so that the same mechanically actuated drain valve can also be used with different connecting rods.
Eine besondere Variante sieht vor, dass das Federelement als mindestens eine Tellerfeder, bevorzugt als ein Tellerfederpaket ausgebildet ist. Mit einzelnen oder mehreren Tellerfedern kann mit einem relativ geringen Federweg eine sehr hohe Federkraft erzielt werden. Alternativ kann das Federelement auch als Schraubenfeder mit einer flacheren Federkurve ausgebildet sein. Grundsätzlich sind auch andere federnde Elemente, wie z.B. Elastomerkörper, möglich.A special variant provides that the spring element is designed as at least one plate spring, preferably as a plate spring package. With single or multiple disc springs, a very high spring force can be achieved with a relatively small spring travel. Alternatively, the spring element can also be designed as a helical spring with a flatter spring curve. In principle, other resilient elements, such as Elastomer body, possible.
Eine Variante der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass der Ventilstößel zumindest teilweise in Längsrichtung des Ablassventils bewegbar in dem Druckknopf angeordnet und mittels dem Federelement gegenüber dem Druckknopf vorgespannt ist. Mit anderen Worten ist der Ventilstößel in Längsrichtung des Ablassventils bewegbar und zumindest teilweise, also zumindest über einen Teil seiner Längserstreckung, in dem Druckknopf angeordnet. Insbesondere ist der Ventilstößel in einer Ruheposition, in der keine Einwirkung durch den externen Aktuator auf den Druckknopf erfolgt, gegenüber dem Druckknopf vorgespannt. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen relativ einfachen Aufbau des Ablassventils sowie eine einfache Anordnung und Sicherung des Federelements zwischen dem Ventilstößel und dem Druckknopf. In einem zumindest teilweise als Hohlkörper ausgebildeten Druckknopf kann der Ventilstößel mit einfachen Sicherungselementen, z. B. Federriemen, gesichert werden und die Druckfeder in vorgespannter Form zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel angeordnet werden.A variant of the length-adjustable connecting rod provides that the valve tappet is arranged in the push button so that it can be moved at least partially in the longitudinal direction of the drain valve and is biased by means of the spring element in relation to the push button. In other words, the valve tappet can be moved in the longitudinal direction of the drain valve and is arranged in the push button at least partially, that is to say at least over part of its longitudinal extent. In particular, the valve tappet is pretensioned with respect to the push button in a rest position in which there is no action by the external actuator on the push button. This configuration enables a relatively simple construction of the drain valve and a simple arrangement and securing of the spring element between the valve tappet and the push button. In an at least partially designed as a hollow body push button, the valve tappet with simple securing elements, for. B. spring straps are secured and the compression spring in a biased form between the push button and the valve lifter are arranged.
Für einen montagefreundlichen Aufbau können der Ventilkörper und der Ventilstößel miteinander gekoppelt sein, bevorzugt einteilig ausgebildet sein, wobei der Druckknopf zumindest Abschnittsweise in Längsrichtung des Ablassventils bewegbar auf dem Ventilstößel angeordnet und mittels dem Federelement gegenüber dem Ventilstößel vorgespannt sein kann. Insbesondere ist der Druckknopf in einer Ruheposition, in der keine Einwirkung durch den externen Aktuator auf den Druckknopf erfolgt, gegenüber dem Ventilstößel vorgespannt. Dadurch lassen sich der die Betätigungskraft übertragende Teil des Druckknopfs und das Federelement gemeinsam auf dem Ventilstößel anordnen und vorspannen, wobei in einer einfachen Ausgestaltung dieser Teil des Druckknopfs und das Federelement zwischen zwei am Ventilstößel eingreifenden Sicherungsringen positioniert sind. Für einen simplen Aufbau kann der Druckknopf zweiteilig ausgebildet sein mit einem auf dem Ventilstößel angeordneten Betätigungsring, der direkt mittels dem Federelement gegenüber dem Ventilstößel vorgespannt ist, und einem Taster, der die vom externen Aktuator aufgeprägte Betätigungskraft auf den Betätigungsring überträgt.For an assembly-friendly construction, the valve body and the valve tappet can be coupled to one another, preferably formed in one piece, the push button being arranged on the valve tappet so as to be movable at least in sections in the longitudinal direction of the drain valve and being pretensioned with respect to the valve tappet by means of the spring element. In particular, the push button is pretensioned in relation to the valve tappet in a rest position in which there is no action by the external actuator on the push button. This allows the actuating force-transmitting part of the push button and the spring element to be arranged and preloaded together on the valve tappet, with this part of the push button and the spring element being positioned between two locking rings engaging on the valve tappet in a simple embodiment. For a simple construction, the push button can be constructed in two parts with an actuating ring arranged on the valve tappet, which is pretensioned directly by means of the spring element in relation to the valve tappet, and a button which transmits the actuating force impressed by the external actuator to the actuating ring.
Für eine möglichst einfache Montage des mechanisch betätigbaren Ablassventils in der längenverstellbaren Pleuelstange kann das mindestens eine mechanisch betätigbare Ablassventil einen Ventilgrundkörper mit einem Ventilsitz aufweisen, wobei der Ventilstößel sich durch den Ventilgrundkörper hindurchstreckt und der mit dem Ventilstößel gekoppelten Ventilköper auf dem Ventilsitz anlegbar ist. Günstigerweise ist das Ventil in dieser Konfiguration vorgefertigt in die Pleuelstange einsetzbar. Ein derart vorgefertigtes Ablassventil kann von nur einer Seite der längenverstellbaren Pleuelstange in einem Schritt montiert werden. Zweckmäßigerweise ist dazu auch noch ein Gehäuse vorgesehen, in dem die Bauteile des mechanisch betätigbaren Ablassventils angeordnet sind und das die Montage erleichtert.For the simplest possible assembly of the mechanically actuated drain valve in the length-adjustable connecting rod, the at least one mechanically actuated drain valve can have a valve base body with a valve seat, the valve tappet extending through the valve base body and the valve body coupled to the valve tappet being able to be placed on the valve seat. In this configuration, the valve can advantageously be inserted prefabricated into the connecting rod. A drain valve prefabricated in this way can be mounted in one step from only one side of the length-adjustable connecting rod. For this purpose, a housing is expediently also provided, in which the components of the mechanically operable drain valve are arranged and which facilitates assembly.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die hydraulische Verstelleinrichtung mindestens zwei Ablassventile aufweist, wobei die Ablassventile wechselweise von dem externen Aktuator betätigbar sind. Je nach Betätigung durch den Aktuator, beispielsweise einer seitlich der Pleuelstange angeordneten Schaltwippe oder -kulisse, ist wechselweise das erste mechanisch betätigbare Ablassventil oder das zweite mechanisch betätigbare Ablassventil der Verstelleinrichtung geöffnet, sodass das Hydraulikmittel entweder aus einer ersten Druckkammer oder einer zweiten Druckkammer der Verstelleinrichtung, insbesondere einer doppelt wirkenden Zylinder-Kolben-Einheit, entweichen kann. Während aus einer bisher gefüllten Druckkammer das unter Druck stehende Hydraulikmittel über das geöffnete Ablassventil abgeführt wird, füllt sich infolge der auf die Pleuelstange wirkenden Massen- und Beschleunigungskräfte, die mittels der entstehenden Sogwirkung ein Öffnen des zugeordneten Rückschlagventils bewirken, gleichzeitig die andere Druckkammer mit Hydraulikmittel. Dadurch ändert sich die Pleuellänge der längenverstellbaren Pleuelstange. Je nach Ausgestaltung des hydraulischen Verstellmechanismus und der Steuereinrichtung sowie je nach Betriebszustand des Kolbenmotors können mehrere Hübe der Pleuelstange erforderlich sein, bis die Längenänderung der Pleuelstange beendet ist.An advantageous embodiment provides that the hydraulic adjustment device has at least two drain valves, the drain valves being able to be actuated alternately by the external actuator. Depending on the actuation by the actuator, for example a switching rocker or link arranged on the side of the connecting rod, the first mechanically operable drain valve or the second mechanically actuable drain valve of the adjusting device is alternately opened, so that the hydraulic medium either from a first pressure chamber or a second pressure chamber of the adjusting device, especially a double-acting cylinder-piston unit can escape. While from a previously filled pressure chamber, the pressurized hydraulic fluid is discharged via the open drain valve, the mass and load acting on the connecting rod fill up as a result Accelerating forces, which cause the associated check valve to open by means of the resulting suction, simultaneously the other pressure chamber with hydraulic fluid. This changes the connecting rod length of the adjustable connecting rod. Depending on the design of the hydraulic adjustment mechanism and the control device and depending on the operating state of the piston engine, several strokes of the connecting rod may be required until the change in length of the connecting rod has ended.
In einem Ausführungsbeispiel der längenverstellbaren Pleuelstange können zwei Pleuelteile vorgesehen sein, wobei das erste Pleuelteil das erste Pleuelauge und das zweite Pleuelteil das zweite Pleuelauge aufweist, und wobei das erste Pleuelteil zum Verstellen des Abstands zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen gegenüber dem zweiten Pleuelteil in Längsrichtung der Pleuelstange bewegbar ist, bevorzugt telekopierbar bewegbar ist. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzentern ermöglichen zwei in Längsrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen Aufbau sowie einen sicheren und dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange. Dabei kann als hydraulische Verstelleinrichtung eine Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen sein, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, wobei das erste Pleuelteil mit einem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbunden ist und das zweie Pleuelteil eine Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit zur Aufnahme des Verstellkolbens aufweist und der Verstellkolben in der Zylinderbohrung beweglich ist. Dies ermöglicht neben einem sehr robusten Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange auch eine einfache und kostengünstige Herstellung, wobei der Verstellkolben des ersten Pleuelteils bevorzugt direkt mit der Kolbenstange und dem Pleuelkopf mit dem ersten Pleuelauge verbunden ist und das zweite Pleuelteil ein Gehäuse aufweist, in dem neben der Zylinderbohrung auch die hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen ist.In one embodiment of the length-adjustable connecting rod, two connecting rod parts can be provided, the first connecting rod part having the first connecting rod eye and the second connecting rod part having the second connecting rod eye, and wherein the first connecting rod part for adjusting the distance between the piston pin and the crankshaft journal in relation to the second connecting rod part in the longitudinal direction of the Connecting rod is movable, preferably is movable telescopically. In contrast to connecting rods with eccentrics, two connecting rod parts that can be moved relative to one another in the longitudinal direction of the connecting rod enable a stable construction and safe and permanent operation of the length-adjustable connecting rod. A cylinder-piston unit can be provided as the hydraulic adjusting device in order to move the first connecting rod part relative to the second connecting rod part, the first connecting rod part being connected to an adjusting piston of the cylinder-piston unit and the second connecting rod part being a cylinder bore of the cylinder-piston -Unit for receiving the adjusting piston and the adjusting piston is movable in the cylinder bore. In addition to a very robust construction of the length-adjustable connecting rod, this also enables simple and inexpensive production, the adjusting piston of the first connecting rod part preferably being connected directly to the piston rod and the connecting rod head to the first connecting rod eye and the second connecting rod part having a housing in which, in addition to the cylinder bore the hydraulic control device is also provided.
Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer hydraulischen Verstelleinrichtung, wobei mindestens ein mechanisch betätigbares Ablassventil mit einem Ventilkörper, einem Ventilstößel und einem Druckknopf vorgesehen ist, und wobei zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel ein Federelement angeordnet ist, das eine mittels eines externen Aktuators aufbringbare Betätigungskraft von dem Druckknopf auf den Ventilstößel überträgt. Das funktional zwischen dem Druckknopf und dem Ventilstößel angeordnete Federelement ermöglicht die relative Bewegung von Druckknopf und Ventilstößel zueinander und damit eine Dämpfung der von einem externen Aktuator aufgebrachten Betätigungskraft. Dadurch kann eine Überlastung des mechanisch betätigbaren Ablassventils und eine Beschädigung vermieden werden. Darüber hinaus kann auf Hydraulikmittelkanäle für eine übliche hydraulische Ansteuerung des Ablassventils verzichtet werden. Neben einer Kosteneinsparung wird entsprechend auch eine geringere Schwächung und gleichzeitig eine bessere Belastbarkeit des zugehörigen Pleuelteils erzielt.Furthermore, the present invention relates to the use of a length-adjustable connecting rod with a hydraulic adjusting device, at least one mechanically actuable drain valve having a valve body, a valve tappet and a push button being provided, and a spring element being arranged between the push button and the valve tappet transmits an actuating force that can be applied by means of an external actuator from the push button to the valve lifter. The spring element, which is functionally arranged between the push button and the valve tappet, enables the relative movement of the push button and valve tappet relative to one another and thus damping of the actuating force applied by an external actuator. In this way, overloading of the mechanically actuated drain valve and damage can be avoided. In addition, there is no need for hydraulic medium channels for a conventional hydraulic control of the drain valve. In addition to cost savings, less weakening and, at the same time, better resilience of the associated connecting rod part is also achieved.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen. Grundsätzlich reicht es aus, nur einige Hubkolben mit längenverstellbaren Pleuelstangen der beschriebenen Art auszustatten. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet und die hydraulischen Verstelleinrichtungen der längenverstellbaren Pleuelstangen mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels der hydraulischen Verstelleinrichtung und dem mechanisch betätigbaren Ablassventil wird eine kostengünstige und robuste Längenverstellung der längenverstellbaren Pleuelstange ermöglicht.In a further aspect, the invention relates to a piston engine with at least one engine cylinder, a reciprocating piston moving in the engine cylinder and at least one adjustable compression ratio in the engine cylinder, and with a length-adjustable connecting rod connected to the reciprocating piston according to the previously described Embodiments. Basically, it is sufficient to equip only a few pistons with length-adjustable connecting rods of the type described. All reciprocating pistons of the piston engine are preferably equipped with such a length-adjustable connecting rod and the hydraulic adjusting devices of the length-adjustable connecting rods are connected to the engine oil hydraulics of the piston engine. The fuel saving of such a piston engine can be considerable if the compression ratio is set accordingly depending on the respective operating state. The hydraulic adjusting device and the mechanically actuated drain valve enable cost-effective and robust length adjustment of the length-adjustable connecting rod.
Im Folgenden wird eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung anhand beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer schematischen Darstellung der hydraulischen Verstelleinrichtung, -
2 eine seitliche Schnittansicht der längenverstellbaren Pleuelstange aus1 , -
3 eine vergrößerte Schnittansicht des mechanisch betätigbaren Ablassventils aus2 , -
4 eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren mechanischen betätigbaren Ablassventils für die längenverstellbare Pleuelstange aus2 und -
5 eine vergrößerte Schnittansicht eines anderen mechanisch betätigbaren Ablassventils für die längenverstellbare Pleuelstange aus2 .
-
1 1 shows a sectional view of a length-adjustable connecting rod with a schematic illustration of the hydraulic adjusting device, -
2nd a side sectional view of the length-adjustable connecting rod1 , -
3rd an enlarged sectional view of the mechanically operated drain valve2nd , -
4th an enlarged sectional view of another mechanically actuated drain valve for the length-adjustable connecting rod2nd and -
5 an enlarged sectional view of another mechanically actuated drain valve for the length-adjustable connecting rod2nd .
Die in der schematischen Ansicht in
Das obere Pleuelteil
Im Folgenden wird anhand der in
Ist die längenverstellbare Pleuelstange
Die Pleuellänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange
In der in
In
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- längenverstellbare Pleuelstangeadjustable connecting rod
- 22nd
- unteres Pleuelteillower connecting rod part
- 33rd
- oberes Pleuelteilupper connecting rod part
- 44th
- PleuelaugeConnecting rod eye
- 55
- LagerschaleBearing shell
- 66
- PleuelkopfConnecting rod
- 77
- PleuelaugeConnecting rod eye
- 88th
- KolbenstangePiston rod
- 99
- VerstellkolbenAdjusting piston
- 1010th
- Zylinder-Kolben-EinheitCylinder-piston unit
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212th
- Zylindercylinder
- 1313
- DruckraumPressure room
- 1414
- DruckraumPressure room
- 1515
- ZylinderdeckelCylinder cover
- 1616
- StangendichtungRod seal
- 1717th
- KolbendichtungPiston seal
- 1818th
- KolbendichtungPiston seal
- 1919th
- Unterseitebottom
- 2020th
- ZylinderbodenCylinder bottom
- 2121
- hydraulische Verstelleinrichtunghydraulic adjustment device
- 2222
- HydraulikmittelleitungHydraulic fluid line
- 2323
- HydraulikmittelleitungHydraulic fluid line
- 2424th
- Rückschlagventilcheck valve
- 25 25th
- Rückschlagventilcheck valve
- 26,26'26.26 '
- AblassventilDrain valve
- 27,27'27.27 '
- AblassventilDrain valve
- 2828
- Drosselthrottle
- 2929
- Drosselthrottle
- 3030th
- AbströmkanalOutlet channel
- 3131
- HydraulikmittelkanalHydraulic fluid channel
- 32,32`32.32`
- VentilkörperValve body
- 3333
- RückstellfederReturn spring
- 3434
- VentilsitzValve seat
- 3535
- StopfenPlug
- 3636
- ÖlversorgungOil supply
- 3737
- VentilstößelValve lifter
- 3838
- FederelementSpring element
- 3939
- DruckknopfPush button
- 4040
- StufenbohrungStepped bore
- 4141
- Bohrungdrilling
- 4242
- Flanschflange
- 4343
- SicherungsringCirclip
- 4444
- VentilschaftValve stem
- 4545
- VentilgrundkörperValve body
- 4646
- MontagekappeMounting cap
- 4747
- Druckring Pressure ring
- AA
- LängsrichtungLongitudinal direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 1426584 A1 [0004]EP 1426584 A1 [0004]
- DE 102005055199 A1 [0004]DE 102005055199 A1 [0004]
- WO 2013/092364 A1 [0005]WO 2013/092364 A1 [0005]
- WO 2015/055582 A2 [0006]WO 2015/055582 A2 [0006]
Claims (13)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018124776.1A DE102018124776A1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Length-adjustable connecting rod with mechanically operated valve |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018124776.1A DE102018124776A1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Length-adjustable connecting rod with mechanically operated valve |
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DE102018124776A1 true DE102018124776A1 (en) | 2020-04-09 |
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ID=69886273
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DE102018124776.1A Withdrawn DE102018124776A1 (en) | 2018-10-08 | 2018-10-08 | Length-adjustable connecting rod with mechanically operated valve |
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---|---|
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014019684A1 (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Fev Gmbh | Actuating unit for variable power plant components |
WO2016037696A1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-17 | Meta Motoren- Und Energie-Technik Gmbh | Device for varying the dead center positions of a piston, which is connected by way of a connecting rod to a crankshaft, within a cylinder, and connecting rod |
DE102017217500A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Avl List Gmbh | Length adjustable connecting rod with mechanical adjustment |
-
2018
- 2018-10-08 DE DE102018124776.1A patent/DE102018124776A1/en not_active Withdrawn
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