DE102019102714A1 - Piston-connecting rod assembly with a device for changing a compression ratio of an internal combustion engine - Google Patents
Piston-connecting rod assembly with a device for changing a compression ratio of an internal combustion engine Download PDFInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Anordnung (1) mit einer Pleuelstange (2) und mit einem Kolben (3), weiterhin aufweisend eine Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem an der Pleuelstange (2) ausgebildeten Pleuelkopf, der ein Exzenterlager (10) aufweist, und mit einem Exzenter (11), der im Exzenterlager (10) drehbar gelagert ist und wobei im Exzenter (11) ein Kolbenbolzenlager (12) ausgebildet ist, über das der Exzenter (11) drehbar auf einem Kolbenbolzen (13) gelagert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Exzenter (11) geteilt ausgebildet ist und wenigstens einen ersten Exzenterteil (11a) und einen zweiten Exzenterteil (11b) aufweist.The present invention relates to a piston-rod assembly (1) with a connecting rod (2) and a piston (3), further comprising a device for changing a compression ratio of an internal combustion engine, with a connecting rod to the (2) formed Pleuelkopf, the an eccentric bearing (10), and with an eccentric (11) which is rotatably mounted in the eccentric bearing (10) and wherein in the eccentric (11) a piston pin bearing (12) is formed, via which the eccentric (11) rotatably mounted on a piston pin (13) is stored. According to the invention, it is provided that the eccentric (11) is designed to be split and has at least one first eccentric part (11a) and one second eccentric part (11b).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Pleuel-Anordnung mit einer Pleuelstange und mit einem Kolben, weiterhin aufweisend eine Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem an der Pleuelstange ausgebildeten Pleuelkopf, der ein Exzenterlager aufweist, und mit einem Exzenter, der im Exzenterlager drehbar gelagert ist und wobei im Exzenter ein Kolbenbolzenlager ausgebildet ist, über das der Exzenter drehbar auf einem Kolbenbolzen gelagert ist.The present invention relates to a piston-connecting rod assembly with a connecting rod and a piston, further comprising a device for changing a compression ratio of an internal combustion engine, with a connecting rod formed on the connecting rod, which has an eccentric bearing, and with an eccentric which eccentric in the bearing is rotatably mounted and wherein in the eccentric a piston pin bearing is formed, via which the eccentric is rotatably mounted on a piston pin.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Eine Kolben-Pleuel-Anordnung mit einer Pleuelstange und mit einem Kolben sowie mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise aus der
Eine einfache konstruktive Ausführung einer solchen Kolben-Pleuel-Anordnung wird beispielsweise gemäß der
Die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses erfolgt durch eine Verdrehung des Exzenters, wobei zu beachten ist, dass insbesondere bei Marineanwendungen mit Dual-Fuel-Motoren auf solche Kolben-Pleuel-Anordnungen sehr hohe Gaskräfte wirken, sodass die konstruktive Ausführung der Kolben-Pleuel-Anordnung sehr robust erfolgen muss. Die Änderung des Verdichtungsverhältnisses von Brennkraftmaschinen ist beispielsweise bei Marineanwendungen notwendig, um für Dual-Fuel-Motoren zwischen dem Brennstoff Diesel und dem Brennstoff Gas umschalten zu können und dadurch das Betriebsverhalten zu optimieren. Die Umschaltung erfolgt dabei beispielsweise im Teillastbetrieb oder im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine.The adjustment of the compression ratio is carried out by a rotation of the eccentric, it being noted that especially in marine applications with dual-fuel engines act on such piston-rod arrangements very high gas forces, so that the structural design of the piston-rod arrangement very robust must be done. The change in the compression ratio of internal combustion engines, for example, in marine applications necessary to switch for dual-fuel engines between the fuel diesel and the fuel gas and thereby optimize the performance. The switching takes place, for example, in partial load operation or idling of the internal combustion engine.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Kolben-Pleuel-Anordnung mit einer Kolbenstange und mit einem Kolben, sowie mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, wobei für die Anordnung eine robuste konstruktive Ausführung gefordert ist und wobei eine vorteilhafte Montierbarkeit des Kolbens mit der Pleuelstange möglich sein soll.The object of the invention is the development of a piston-connecting rod assembly with a piston rod and a piston, as well as with a device for changing a compression ratio of an internal combustion engine, wherein a robust structural design is required for the arrangement and wherein an advantageous mountability of the piston with the Connecting rod should be possible.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved on the basis of the preamble of claim 1 with the characterizing features. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Exzenter geteilt ausgebildet ist und wenigstens einen ersten Exzenterteil und einen zweiten Exzenterteil aufweist.The invention includes the technical teaching that the eccentric is designed to be divided and has at least one first eccentric part and a second eccentric part.
Kerngedanke der Erfindung ist die Mehrteiligkeit des Exzenters, um diesen mit durchmesserveränderlichen Außenkonturen auszubilden, auf denen trotzdem weitere Bestandteile der Vorrichtung zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine aufgebracht werden können. Zudem lässt sich der geteilte Exzenter mit dem ersten Exzenterteil und dem zweiten Exzenterteil aus einer Drehachsenrichtung von beiden Seiten leicht aufeinander zuführen und montieren.Core idea of the invention is the multi-part of the eccentric to form this with variable diameter outer contours on which still other components of the device for changing the compression ratio of the internal combustion engine can be applied. In addition, the split eccentric with the first eccentric and the second eccentric part from a rotational axis direction from both sides can easily perform and assemble.
Die beiden Exzenterteile sind vorzugsweise fest miteinander verbunden, beispielsweise mittels Schrauben, sodass der mehrteilige Exzenter als ein einzelnes Bauteil handhabbar ist. Zur Anordnung des Kolbenbolzens weist der Kolben seitliche Öffnungen zur Bolzenaufnahme auf, die sich ebenfalls im Wesentlichen kreisrund um die Drehachse herum erstrecken, und der Exzenter kann vor, mit oder nach der Anordnung des Kolbenbolzens im oder an dem Kolben bzw. der Pleuelstange montiert werden. Insbesondere kann der Exzenter zunächst in das Exzenterlager in der Pleuelstange eingesetzt werden, und die Pleuelstange wird gemeinsam mit dem Exzenter in den Kolben eingeführt, und erst anschließend kann der Kolbenbolzen eingebracht werden.The two eccentric parts are preferably firmly connected to each other, for example by means of screws, so that the multi-part eccentric can be handled as a single component. For locating the piston pin, the piston has lateral openings for bolt reception, which also extend substantially circularly about the axis of rotation, and the eccentric can be mounted before, with or after the arrangement of the piston pin in or on the piston or the connecting rod. In particular, the eccentric can be first inserted into the eccentric bearing in the connecting rod, and the connecting rod is inserted together with the eccentric in the piston, and only then can the piston pin are introduced.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Kolben-Pleuel-Anordnung erstrecken sich der Exzenter und der Kolbenbolzen um eine gemeinsame Drehachse herum, wobei der erste Exzenterteil und der zweite Exzenterteil eine gemeinsame Teilungsebene aufweisen, zu der die Drehachse eine Flächennormale bildet. Die Exzenterteile liegen dabei in der Teilungsebene aneinander an und diese sind insbesondere mit Schrauben axial, das heißt parallel zur Drehachse miteinander verschraubt. Durch die Ausbildung der Teilungsebene, die damit auch parallel zur Bewegungsebene der Pleuelstange gelegen ist, können die Exzenterteile in Drehachsenrichtung aufeinander zubewegt und miteinander verbunden werden. Die Montage der Exzenterteile im kleinen Pleuelauge der Pleuelstange kann dabei noch vor der Anordnung des Kolbens an der Pleuelstange erfolgen, und insbesondere der Kolbenbolzen kann beispielsweise erst dann durch den Exzenter hindurchgeführt werden, wenn die Pleuelstange gemeinsam mit dem Exzenter an dem Pleuel angeordnet wurde.According to an advantageous embodiment of the piston-connecting rod assembly extend the Eccentric and the piston pin around a common axis of rotation around, wherein the first eccentric and the second eccentric part have a common dividing plane, to which the axis of rotation forms a surface normal. The eccentric parts lie in the dividing plane to each other and these are in particular with screws axially, that is screwed together parallel to the axis of rotation. By forming the dividing plane, which is thus also located parallel to the plane of movement of the connecting rod, the eccentric parts can be moved towards each other in the direction of rotation axis and connected to each other. The assembly of the eccentric parts in the small connecting rod eye of the connecting rod can be done before the arrangement of the piston on the connecting rod, and in particular the piston pin, for example, can only be passed through the eccentric when the connecting rod was arranged together with the eccentric on the connecting rod.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der erste Exzenterteil und der zweite Exzenterteil jeweils einen ersten Abschnitt mit einem kleineren Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem größeren Außendurchmesser auf, wobei die Exzenterteile mit dem jeweils ersten Abschnitt aneinander angrenzen. Damit ergibt sich eine Außenkontur des Exzenters mit außenseitig größeren Außendurchmessern und einem insbesondere axial durchgehend innenseitig kleineren Außendurchmesser, wobei auch noch weitere radial umlaufende, geschlossene Ringelemente auf den kleineren Außendurchmesser aufgebracht werden können, da die Teilungsebene im Bereich des kleineren Durchmessers ausgebildet ist.According to a further advantageous embodiment, the first eccentric part and the second eccentric part each have a first section with a smaller outer diameter and a second section with a larger outer diameter, the eccentric parts adjoining each other with the respective first section. This results in an outer contour of the eccentric outer side with larger outside diameters and a particular axially continuous inside smaller outer diameter, with even more radially encircling, closed ring elements can be applied to the smaller outer diameter, since the dividing plane is formed in the region of smaller diameter.
Insbesondere können ein, zwei oder auch mehrere insbesondere ringförmige Freilaufelemente vorgesehen sein, der oder die mit der Ringinnenseite auf dem Exzenter aufsitzen und der oder die außenseitig im Exzenterlager einsitzen. Sind zwei oder sogar mehrere Freilaufelemente vorgesehen, können diese ringinnenseitig auf dem jeweils ersten Abschnitt des ersten Exzenterteils und des zweiten Exzenterteils aufgebracht sein. Durch die geteilte Ausgestaltung des Exzenters mit dem ersten Exzenterteil und mit dem zweiten Exzenterteil ergibt sich eine vorteilhafte Montierbarkeit der Freilaufelemente auf dem Exzenter, obwohl dieser außenseitig größere Außendurchmesser aufweist. Die Außenseiten des Exzenters beschreiben dabei die Seiten, mit denen der Exzenter axial in Drehachsenrichtung abschließt.In particular, one, two or more, in particular annular, freewheeling elements can be provided, which sit with the inner ring side on the eccentric and the outside or sit in the eccentric bearing. If two or even more freewheel elements are provided, these can be applied on the inside of the first section of the first eccentric part and the second eccentric part on the inside of the ring. Due to the divided configuration of the eccentric with the first eccentric part and the second eccentric part results in an advantageous mountability of the freewheeling elements on the eccentric, although this outside has larger outer diameter. The outer sides of the eccentric describe the sides with which the eccentric terminates axially in the direction of rotation axis.
Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn die Vorrichtung zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses eine Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung der Drehung des Exzenters um die Drehachse aufweist. Hierfür ist vorgesehen, dass der erste Exzenterteil und/oder der zweite Exzenterteil eine radiusveränderliche Laufbahn aufweist, die zur Wechselwirkung mit einem Abgriffselement einen Teil einer Außenkontur des ersten Exzenterteils und des zweiten Exzenterteils bilden. Mit Vorteil ist die radiusveränderliche Laufbahn jeweils an einem zweiten Abschnitt mit dem größeren Außendurchmesser der Exzenterteile angeordnet. Insbesondere sind zwei radiusveränderliche Laufbahnen am Exzenter ausgebildet, die sich außenseitig, d. h. mit dem jeweils axial abschließenden Ende in Bezug auf die Drehachse, an dem Exzenter befinden.A further advantage is achieved when the device for changing the compression ratio comprises a damping device for damping the rotation of the eccentric about the axis of rotation. For this purpose, it is provided that the first eccentric part and / or the second eccentric part has a radius-variable track, which form part of an outer contour of the first eccentric part and the second eccentric part for interaction with a tapping element. Advantageously, the radius variable track is arranged in each case on a second section with the larger outer diameter of the eccentric parts. In particular, two radius variable raceways are formed on the eccentric, the outside, d. H. with the respective axially terminating end with respect to the axis of rotation, located on the eccentric.
Die radiusveränderlichen Laufbahnen wirken dabei so mit dem Abgriffselement zusammen, dass dieses axial verlagert wird, wenn sich der Exzenter um die Drehachse verdreht. Diese axiale Bewegung in dem Abgriffselement kann in einem Dämpfungselement gedämpft werden, welches beispielsweise am Schaft der Pleuelstange angeordnet ist. Das Dämpfungselement kann beispielsweise einen Tauchkolben aufweisen, der endseitig am Abgriffselement angeordnet ist, und wird das Abgriffselement durch die Drehung des Exzenters und damit durch das Entlanglaufen seines axialen Endes an der radiusveränderlichen Laufbahn in Längsrichtung verlagert, so taucht die der Laufbahn gegenüberliegende Endseite des Abgriffselementes mit dem Tauchkolben in das Dämpfungselement ein, das beispielsweise mit Öl gefüllt ist. Dabei kann die axiale Lagerung des Abgriffselementes am Schaft der Pleuelstange ausgebildet sein.The radius variable raceways act together with the Abgriffselement that this is displaced axially when the eccentric rotates about the axis of rotation. This axial movement in the tapping element can be damped in a damping element, which is arranged, for example, on the shaft of the connecting rod. The damping element, for example, have a plunger which is arranged on the end of the tap element, and the tapping element is displaced by the rotation of the eccentric and thus by the running of its axial end of the radius variable track in the longitudinal direction, so the career opposite end side of the tapping element with the plunger in the damping element, which is filled with oil, for example. In this case, the axial bearing of the tapping element may be formed on the shaft of the connecting rod.
Mit weiterem Vorteil ist an der radiusveränderlichen Laufbahn ein Anschlag ausgebildet, der mit einer Klinke in Anlage bringbar ist, um eine Drehung des Exzenters um die Drehachse zu stoppen. Die Klinke ist vorzugsweise an der Pleuelstange angeordnet und mit einem Mechanismus aktivierbar, um die Drehung des Exzenters wieder freizugeben, wenn das Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine wieder geändert werden soll.With further advantage, a stop is formed on the radius variable track, which can be brought into contact with a pawl to stop rotation of the eccentric about the axis of rotation. The pawl is preferably arranged on the connecting rod and can be activated with a mechanism to release the rotation of the eccentric again when the compression ratio of the internal combustion engine is to be changed again.
Schließlich wird ein noch weiterer Vorteil erreicht, wenn der Kolbenbolzen geteilt ausgebildet ist, und wenn dieser wenigstens einen ersten Kolbenbolzenteil und einen zweiten Kolbenbolzenteil aufweist. Damit kann der Exzenter beispielsweise in einem mittleren Umfangsabschnitt des Kolbenbolzens aufgenommen sein, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als die außenseitigen Endabschnitte des Kolbenbolzens, da die Montierbarkeit insbesondere durch das axiale Zuführen der Kolbenbolzenteile aus der Drehachsenrichtung ermöglicht wird.Finally, a still further advantage is achieved when the piston pin is split and when it has at least a first piston pin part and a second piston pin part. Thus, the eccentric may be accommodated, for example, in a central peripheral portion of the piston pin, which has a smaller diameter than the outside end portions of the piston pin, since the mountability is made possible in particular by the axial feeding of the piston pin parts from the rotation axis direction.
Figurenlistelist of figures
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Kolben-Pleuel-Anordnung, -
2 eine fliegende Ansicht der Kolben-Pleuel-Anordnung gemäß1 mit Bauteilen der Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine und -
3 eine Querschnittsansicht der Kolben-Pleuel-Anordnung mit den Merkmalen der Erfindung.
-
1 a perspective view of a piston-rod assembly, -
2 a flying view of the piston-connecting rod assembly according to1 with components of the apparatus for changing a compression ratio of an internal combustion engine and -
3 a cross-sectional view of the piston-rod assembly with the features of the invention.
Zur Verbindung der Pleuelstange
Die fliegende Ansicht zeigt als Teil der Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine ein Exzenterlager
Insbesondere der Exzenter
Die Exzenterteile
Die radiusveränderlichen Laufbahnen
Der Exzenter
Der Kolbenbolzen
Zwischen dem Exzenter
Der erste Exzenterteil
Schließlich weist die Pleuelstange
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebenen bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The invention is not limited in its execution to the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants is conceivable, which basically makes use of different embodiments of the illustrated solution. Any features and / or advantages resulting from the claims, the description or the drawings, including constructive details or spatial arrangements, can be essential to the invention, both individually and in the most diverse combinations.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kolben-Pleuel-AnordnungPiston-connecting rod assembly
- 22
- Pleuelstangeconnecting rod
- 33
- Kolbenpiston
- 1010
- Exzenterlagereccentric
- 1111
- Exzentereccentric
- 11a11a
- erster Exzenterteilfirst eccentric part
- 11b11b
- zweiter Exzenterteilsecond eccentric part
- 1212
- KolbenbolzenlagerPiston pin bearing
- 1313
- Kolbenbolzenpiston pin
- 13a13a
- erster Kolbenbolzenteilfirst piston pin part
- 13b13b
- zweiter Kolbenbolzenteilsecond piston pin part
- 1414
- Drehachseaxis of rotation
- 1515
- Teilungsebeneparting plane
- 1616
- erster Abschnittfirst section
- 1717
- zweiter Abschnittsecond part
- 1818
- FreilaufelementFreewheeling element
- 1919
- radiusveränderliche Laufbahnradius variable track
- 2020
- Abgriffselementtapping element
- 2121
- Klinkepawl
- 2222
- Dämpfungselementdamping element
- 2323
- ÖlführungskanalOil guide channel
- 2424
- Verschlusselementclosure element
- 2525
- Anschlagattack
- 2626
- PleuelunterteilePleuelunterteile
- 2727
- Lagerschalenbearings
- 2828
- Schraubenscrew
- 2929
- ÖlverteilkammerÖlverteilkammer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017107067 A1 [0002, 0003]DE 102017107067 A1 [0002, 0003]
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Legal Events
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---|---|---|---|
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R230 | Request for early publication |