DE102021006110A1

DE102021006110A1 - Braking device for length-adjustable connecting rods

Info

Publication number: DE102021006110A1
Application number: DE102021006110.1A
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-11
Filing date: 2021-12-11
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit Verdichtungsverstellung durch längenverstellbare Pleuelstangen. Sie weisen ein Pleueloberteil und ein Pleuelunterteil auf, wobei das Pleueloberteil entlang einer Pleuellängsachse relativ zum Pleuelunterteil in zwei Endpositionen verstellt werden kann. Ein zur hydraulischen Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit vorgesehener Drosselstopfen verändert erfindungsgemäß temperaturabhängig seine Drosselwirkung.The invention relates to internal combustion engines with compression adjustment by length-adjustable connecting rods. They have an upper connecting rod part and a lower connecting rod part, it being possible for the upper connecting rod part to be adjusted into two end positions along a longitudinal axis of the connecting rod relative to the lower connecting rod part. According to the invention, a throttle stopper provided for hydraulic braking of the adjustment speed changes its throttle effect as a function of temperature.

Description

Die Erfindung betrifft Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einem verstellbaren Verdichtungsverhältnis, wodurch insbesondere bei füllungsgeregelten Ottomotoren Verbrauchs- und CO₂-Vorteile erzielbar sind. Aus der Vielzahl technischer Umsetzungsmöglichkeiten für eine Verdichtungsverstellung sind insbesondere Lösungen mit längenverstellbaren Pleuelstangen von Vorteil, denn sie sind kompakt ausgebildet und dadurch sogar für eine Nachrüstung in Ottomotoren geeignet. Als mechanische Lösung hierzu kann an einer herkömmlich einteiligen Pleuelstange mit einem kleinen und einen großen Pleuelauge zwischen einem Kolbenbolzen und dem kleinen Pleuelauge ein Exzenter angeordnet sein, bei dessen Verdrehung dann der Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem großen Pleuelauge veränderlich ist. Weiterhin ist auch eine mechanische Veränderung einer Pleuellänge durch eine Gewindeverstellung möglich, wobei bei einer dann mehrteilig ausgebildeten Pleuelstange ein verdrehbares Gewindeelement ein Pleueloberteil mit einem Pleuelunterteil verbindet. Bei einer hydraulischen Lösung zur Verdichtungsverstellung kann eine in einer mehrteilig ausgebildeten Pleuelstange angeordnete Zylinder-Kolben-Einheit direkt die Pleuellänge verstellen.The invention relates to reciprocating piston internal combustion engines with an adjustable compression ratio, as a result of which fuel consumption and CO ₂ advantages can be achieved, particularly in the case of charge-controlled Otto engines. From the large number of technical implementation options for a compression adjustment, solutions with length-adjustable connecting rods are particularly advantageous because they are compact and therefore even suitable for retrofitting in gasoline engines. As a mechanical solution to this, an eccentric can be arranged on a conventional one-piece connecting rod with a small and a large connecting rod eye between a piston pin and the small connecting rod eye. Furthermore, a mechanical change in a connecting rod length by adjusting the thread is also possible, with a connecting rod then having a multi-part design, a rotatable threaded element connecting an upper connecting rod part to a lower connecting rod part. In a hydraulic solution for adjusting the compression ratio, a cylinder-piston unit arranged in a multi-part connecting rod can directly adjust the length of the connecting rod.

Die US1539769A zeigt eine Hubkolbenmaschine mit einer mehrteilig ausgebildeten Pleuelstange, bei der eine Längenverkürzung durch Pleueldruckkräfte nach Überwindung der Kraft einer an der Pleuelstange angeordneten Rückstellfeder erfolgt. Bei niedrigen Pleueldruckkräften oder Pleuelzugkräften erfolgt durch die Rückstellfeder eine Rückverstellung der Pleuelstange bis in deren Ausgangslänge.The US1539769A shows a reciprocating piston machine with a multi-part connecting rod, in which the length is shortened by connecting rod pressure forces after overcoming the force of a return spring arranged on the connecting rod. In the case of low connecting rod pressure forces or connecting rod tensile forces, the return spring causes the connecting rod to be adjusted back to its original length.

Die DE102016117875A1 zeigt eine Lösung für eine Verdichtungsverstellung mit einer Pleuelstange, in dessen kleinem Pleuelauge ein schwenkbarer Exzenter angeordnet ist. Dieser stützt sich über zwei Hebelarme und zwei Kolben hydraulisch an der Pleuelstange ab. Während die Verstellung des Exzenters durch periodisch wechselnde Pleuelkräfte erfolgt, kontrollieren die Hydraulikkolben die mehrstufig über mehrere Motorzyklen ablaufende Verdichtungsverstellung und nutzen Rückschlagventile als Rückstellsperren.The DE102016117875A1 shows a solution for a compression adjustment with a connecting rod, in the small end of which a swiveling eccentric is arranged. This is supported hydraulically on the connecting rod via two lever arms and two pistons. While the eccentric is adjusted by periodically changing connecting rod forces, the hydraulic pistons control the compression adjustment, which takes place in several stages over several engine cycles, and use check valves as return locks.

Aus der DE102020001743B3 geht für eine Verdichtungsverstellung einer Brennkraftmaschine eine Lösung hervor, bei der ein zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuelkopf angeordneter Exzenter von einer Rückstellfeder vorgespannt ist. Während die Verstellung zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen durch Kolbengaskräfte erfolgt, unterstützt die Rückstellfeder die Rückverstellung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis. Eine Bremsfeder verzögert die Verstellgeschwindigkeit vor einer Verriegelung des Exzenters in den Endpositionen.From the DE102020001743B3 discloses a solution for adjusting the compression of an internal combustion engine, in which an eccentric arranged between a piston pin and a connecting rod head is prestressed by a restoring spring. While the adjustment to a low compression ratio is essentially effected by piston gas forces, the return spring supports the adjustment back to a high compression ratio. A brake spring delays the adjustment speed before the eccentric locks in the end positions.

Als weitere Lösung für eine längenverstellbare Pleuelstange zeigt die DE102020002316B3 ein Gewindeelement mit zwei gegensinnig ausgebildeten Gewinden, die ein Pleuelunterteil mit einem Pleueloberteil verbinden. Die Gewinde sind nicht selbsthemmend ausgebildet, so dass bei aufgehobener Verriegelung die periodisch wechselnden Pleuellängskräfte eine Längenverstellung der Pleuelstange bewirken.As a further solution for a length-adjustable connecting rod, DE102020002316B3 a threaded element with two threads formed in opposite directions, which connect a connecting rod lower part to a connecting rod upper part. The threads are not self-locking, so that when the locking is released, the periodically changing longitudinal forces of the connecting rod cause a length adjustment of the connecting rod.

Die DE102010061361A1 zeigt ein Umschaltventil für eine Verdichtungsverstellung einer Brennkraftmaschine, das in einer Pleuelstange mit einer durch einen Exzenter verstellbaren Pleuellänge angeordnet ist. Das Umschaltventil wird vom Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt und schaltet in Abhängigkeit von der änderbaren Höhe des Öldrucks der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis um.The DE102010061361A1 shows a switching valve for adjusting the compression of an internal combustion engine, which is arranged in a connecting rod with a connecting rod length that can be adjusted by an eccentric. The changeover valve is acted upon by the oil pressure of the internal combustion engine and switches the compression ratio depending on the changeable level of the oil pressure of the internal combustion engine.

Die DE102020003107A1 zeigt für eine längenverstellbare Pleuelstange verschiedene Vorrichtungen zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit.The DE102020003107A1 shows various devices for slowing down the adjustment speed for a length-adjustable connecting rod.

Die AT519012A4 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange, bei dem ein Pleuelunterteil über ein nicht selbsthemmendes Schraubgetriebe mit einem Pleueloberteil verbunden ist. Eine schaltbare Sperreinrichtung für das Schraubgetriebe ist als verstellbares Keilelement ausgebildet.The AT519012A4 shows a length-adjustable connecting rod in which a connecting rod lower part is connected to a connecting rod upper part via a non-self-locking helical gear. A switchable locking device for the helical gear is designed as an adjustable wedge element.

Die DE102017107720A1 zeigt eine hydraulische Lösung für eine längenverstellbares Pleuelstange, wobei ein Pleuelunterteil über eine Zylinder-Kolben-Einheit mit einem verschiebbaren Pleueloberteil verbunden ist. Der beidseitig hydraulisch beaufschlagbare Kolben überträgt die Pleuelkräfte und bewirkt die Verstellung der Pleuellänge, wobei umschaltbare Rückschlagventile eine mehrstufig ablaufende Verdichtungsverstellung ermöglichen.The DE102017107720A1 shows a hydraulic solution for a length-adjustable connecting rod, with a lower connecting rod part being connected to a movable upper connecting rod part via a cylinder-piston unit. The piston, which can be hydraulically loaded on both sides, transmits the connecting rod forces and causes the length of the connecting rod to be adjusted, with switchable check valves enabling a multi-stage compression adjustment.

Einige der bekannten Lösungen für längenverstellbare Pleuelstangen nehmen eine über mehrere Motortakte mehrstufig ablaufende Verdichtungsverstellung zwischen zwei Endpositionen vor. Hierbei sind wegen der periodisch wechselnden Pleuelkräfte hydraulisch oder mechanisch wirkende Rückstellsperren erforderlich, um eine eingeleitete Verstellrichtung beizubehalten.Some of the known solutions for length-adjustable connecting rods carry out a multi-stage compression adjustment between two end positions over several engine cycles. In this case, because of the periodically changing connecting rod forces, hydraulically or mechanically acting return locks are required in order to maintain an adjustment direction that has been initiated.

Bei alternativen Lösungen hierzu erfolgt bei entriegelter Pleuelstange die vollständige Verdichtungsverstellung jeweils während eines einzelnen Kolbenhubs, wozu dann keine Rückstellsperren mehr erforderlich sind. Für eine Verdichtungsabsenkung werden Pleueldruckkräfte genutzt, die im Wesentlichen aus auf den Kolben wirkenden Verbrennungsdrücken resultieren. Für eine Verdichtungserhöhung werden periodisch auftretende Pleuelzugkräfte genutzt, die durch im Brennraum eines Kolbens wirkendem Ansaugunterdruck oder entsprechend gerichtete Kolbenmassenkräfte auftreten. Zur Unterstützung einer Pleuelverlängerung ist es vorteilhaft eine vorgespannte Rückstellfeder zu nutzten, die zuvor bei der Pleuelverkürzung durch relativ große Pleueldruckkräfte gespannt wurde. Hierdurch kann auch für die Pleuelverlängerung eine ausreichend hohe Verstellgeschwindigkeit erzielt werden.In alternative solutions to this, when the connecting rod is unlocked, the complete adjustment of the compression takes place during a single piston stroke, for which purpose reset locks are then no longer required. For a reduction in compression, connecting rod pressure forces are used, which essentially consist of Ver combustion pressures result. For an increase in compression, periodically occurring connecting rod forces are used, which occur as a result of intake vacuum acting in the combustion chamber of a piston or correspondingly directed piston mass forces. To support an extension of the connecting rod, it is advantageous to use a preloaded return spring that was previously tensioned by relatively large pressure forces on the connecting rod when the connecting rod was shortened. As a result, a sufficiently high adjustment speed can also be achieved for the connecting rod extension.

Für eine vollständige Verdichtungsverstellung während eines einzelnen Kolbenhubs ist eine entsprechend hohe Verstellgeschwindigkeit erforderlich. Diese muss jedoch vor Erreichen der jeweiligen Endposition wieder weitgehend abgebremst sein, um mechanische Schäden an den Verstellhub begrenzenden Anschlägen oder verriegelnden Konturen zu vermeiden. Hierzu ist eine die maximale Verstellgeschwindigkeit begrenzende Drosselvorrichtung hilfreich sowie eine gegen Verstellende wirksame Abbremsvorrichtung erforderlich.A correspondingly high adjustment speed is required for a complete compression adjustment during a single piston stroke. However, this must be largely braked again before reaching the respective end position in order to avoid mechanical damage to the stops limiting the adjustment stroke or to the locking contours. A throttle device that limits the maximum adjustment speed is helpful for this, and a braking device that is effective towards the end of the adjustment is required.

Es ist Aufgabe der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis durch längenverstellbare Pleuelstangen eine Lösung zu schaffen, die gegenüber bisherigen Lösungen durch eine temperaturabhängig veränderliche Drossel zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit die Verdichtungsverstellung in einem weiten Betriebstemperaturbereich ermöglicht.The object of the invention is to create a solution for an internal combustion engine with an adjustable compression ratio using length-adjustable connecting rods which, in contrast to previous solutions, allows compression adjustment over a wide operating temperature range using a temperature-dependent variable throttle to limit the adjustment speed.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung, weitere Unteransprüche beschreiben deren Ausgestaltung.This problem is solved according to the main claim of the invention, further subclaims describe their design.

In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Hubkolben-Brennkraftmaschine als Ottomotor mit zumindest einem Zylinder ausgebildet, wobei eine zweistufige Verdichtungsverstellung zwischen einem hohen und einem niedrigen Verdichtungsverhältnis vorgesehen ist. Ein Hubkolben überträgt die an ihm wirkenden Gas- und Massenkräfte über einen Kolbenbolzen auf eine längenverstellbare Pleuelstange, die sich an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle abstützt und dadurch ein entsprechendes Drehmoment erzeugt. Die mehrteilig ausgebildete Pleuelstange weist im Wesentlichen ein den Kolbenbolzen umschließendes Pleueloberteil und ein auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehgelagertes Pleuelunterteil auf, das mit einem Pleueldeckel verschraubt ist. Das Pleueloberteil ist entlang einer Pleuellängsachse relativ zum Pleuelunterteil verstellbar ausgebildet. Hierzu weist das Pleuelunterteil bevorzugt zwei unterschiedlich dicken Zapfen auf, die in einer entsprechend gestuften Bohrung des Pleueloberteils geführt sind. Eine Verdrehsicherung zwischen dem Pleuelunterteil und dem Pleueloberteil verhindert deren Relativverdrehung zueinander. Sie besteht bevorzugt aus einem in einem Langloch entlang der Pleuellängsachse verschieblichen Führungsbolzen. Durch Anlage des Führungsbolzens an den Langlochenden kann eine Verstellbegrenzung in einer oder auch zwei Endpositionen der zweistufigen Verdichtungsverstellung bewirkt werden.In a preferred application of the invention, the reciprocating internal combustion engine is designed as an Otto engine with at least one cylinder, with a two-stage compression adjustment between a high and a low compression ratio being provided. A reciprocating piston transmits the gas and mass forces acting on it via a piston pin to a length-adjustable connecting rod, which is supported on a crank pin of a crankshaft and thus generates a corresponding torque. The multi-part connecting rod essentially has a connecting rod upper part that encloses the piston pin and a connecting rod lower part that is rotatably mounted on the crank pin of the crankshaft and is screwed to a connecting rod cap. The upper part of the connecting rod is designed to be adjustable along a longitudinal axis of the connecting rod relative to the lower part of the connecting rod. For this purpose, the lower part of the connecting rod preferably has two pins of different thicknesses, which are guided in a correspondingly stepped bore in the upper part of the connecting rod. An anti-twist device between the lower part of the connecting rod and the upper part of the connecting rod prevents them from twisting relative to one another. It preferably consists of a guide pin that can be displaced in a slot along the longitudinal axis of the connecting rod. By resting the guide pin on the slot ends, an adjustment limitation can be brought about in one or two end positions of the two-stage compression adjustment.

In den beiden Endpositionen ist das Pleueloberteil gegenüber dem Pleuelunterteil in bekannter Weise durch formschlüssig schaltbare Bolzen, die bevorzugt von je einer Feder vorgespannt sind, jeweils verriegelbar. Die Bolzen werden für eine Verdichtungsumschaltung in bekannter Weise von einem Umschaltventil wechselweise mit Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt oder aber druckentlastet. Hierbei wird zunächst die Verriegelung der Pleuelstange durch mindestens einen Bolzen aufgehoben, wobei dann nach erfolgter Verdichtungsverstellung durch wirkende Pleueldruck- oder Pleuelzugkräfte eine erneute Verriegelung durch mindestens einen weiteren Bolzen erfolgt. Die Bolzen sind bevorzugt im Pleuelunterteil angeordnet und weise eine konische Ausbildung der zur Verriegelung genutzten Bolzenenden auf. Durch endsprechend auch konisch ausgebildete Sacklöcher des Pleueloberteils wird der Verriegelungsvorgang funktionell verbessert.In the two end positions, the upper part of the connecting rod can be locked relative to the lower part of the connecting rod in a known manner by positively switchable bolts, which are preferably pretensioned by a spring. For a compression changeover, the bolts are alternately applied with oil pressure from the internal combustion engine or pressure-relieved by a changeover valve in a known manner. In this case, the locking of the connecting rod is first released by at least one bolt, and then, after the compression adjustment has taken place, a renewed locking by at least one additional bolt takes place as a result of acting connecting rod pressure or connecting rod tension. The bolts are preferably arranged in the lower part of the connecting rod and have a conical design of the bolt ends used for locking. The locking process is functionally improved by correspondingly also conically designed blind holes in the upper part of the connecting rod.

Das Umschaltventil ist bevorzugt im Pleueldeckel der Pleuelstange angeordnet und mit dem Öldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt. Durch eine von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine vorgenommene Änderung des Öldruckniveaus schaltet das Umschaltventil um, wodurch beispielsweise bei Teillastbetrieb ein niedrig eingestellter Öldruck von 2,5 bar das Verdichtungsverhältnis auf 15 erhöht. Für Volllastbetrieb wird dann beispielsweise der Öldruck auf 4 bar angehoben, wodurch sich das Verdichtungsverhältnis zur Vermeidung klopfender Verbrennung auf 10 reduziert.
Die Verdichtungsumschaltung erfolgt jeweils während eines einzigen Kolbenhubs. Ausgehend von einem hoch eingestellten Verdichtungsverhältnis mit verriegelter Pleuelstange in einer Endposition E1 und großer Pleuellänge L1, wird nach erfolgter Entriegelung während des Arbeitshubs die Pleuelstange verkürzt. Bei durch Verbrennungsdruck relativ hoher Kolbenkraft resultiert eine nicht unbeträchtliche Verstellgeschwindigkeit, die vor Erreichen einer Endposition E2 und dann verkürzter Pleuellänge L2 durch geeignete Bremselemente ausreichend abgebremst sein muss, um mechanische Schäden zu vermeiden. Auch für eine nachfolgende Verdichtungserhöhung aus der Endposition E2 muss vor Erreichen der Endposition E1 die Verstellgeschwindigkeit ausreichend abgebremst sein.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft bei der Pleuelverkürzung eine abbremsende Rückstellfeder zunehmend vorzuspannen. Sie speichert einen Anteil der bei wirkendem Verbrennungsdruck ausreichend verfügbaren Verstellenergie. Ihre Vorspannung unterstützt dann entsprechend die bei einer Verdichtungserhöhung erfolgende Pleuelverlängerung, die ansonsten nur durch auf den Hubkolben wirkende Ansaugunterdrücke im Brennraum und durch das Pleuel streckende Massenkräfte erfolgen würde. Die Rückstellfeder ist bevorzugt als Druckfeder ausgebildet und zwischen dem Pleueloberteil und dem Pleuelunterteil in einer ersten Kammer angeordnet. Alternativ zur Druckfeder ist auch die Verwendung eines Pakets von Tellerfedern denkbar, die bei relativ geringem Verstellweg ein hohes Kraftniveau aufbringen.The switching valve is preferably arranged in the connecting rod cap of the connecting rod and is subjected to the oil pressure of the internal combustion engine. When the oil pressure level is changed by a control unit of the internal combustion engine, the switchover valve switches over, which means that a low oil pressure setting of 2.5 bar increases the compression ratio to 15 during part-load operation, for example. For full-load operation, for example, the oil pressure is then increased to 4 bar, which reduces the compression ratio to 10 to avoid knocking combustion.
Compression switching occurs during a single piston stroke. Starting from a high compression ratio with a locked connecting rod in an end position E1 and a large connecting rod length L1, the connecting rod is shortened during the working stroke after unlocking has taken place. When the piston force is relatively high due to the combustion pressure, the adjustment speed is not inconsiderable, and before reaching an end position E2 and then a shortened connecting rod length L2, it must be slowed down sufficiently by suitable braking elements in order to avoid mechanical damage. Also for a subsequent increase in compression from the end position E2, the adjustment speed must be slowed down sufficiently before reaching the end position E1.
In principle, it is advantageous to increasingly preload a braking return spring when the connecting rod is shortened. It saves a portion of the bei wir low combustion pressure sufficient adjustment energy available. Their preload then supports the extension of the connecting rod that occurs when the compression ratio is increased, which would otherwise only occur as a result of negative intake pressures in the combustion chamber acting on the reciprocating piston and inertial forces stretching the connecting rod. The restoring spring is preferably designed as a compression spring and is arranged in a first chamber between the upper part and the lower part of the connecting rod. As an alternative to the compression spring, it is also conceivable to use a set of disc springs that apply a high level of force with a relatively small adjustment path.

Für die gegen Ende jeder Verdichtungsverstellung erforderliche Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zur Entlastung von begrenzenden Anschlägen und verriegelnden Bolzen können unterschiedliche Bremsvorrichtungen verwendet werden, wobei die Abbremsung hydraulisch oder mechanisch erfolgen kann. Bei einer Pleuelverkürzung können zusätzlich zur Rückstellfeder folgende Maßnahmen zur Begrenzung und Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit angewandt werden:

- Das in der als Federkammer der Rückstellfeder genutzten ersten Kammer befindliche Öl wird verdrängt und vorzugsweise über eine druckerhöhende Drossel in die Umgebung abgeleitet. Durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Drossel mit thermisch veränderlichem Querschnitt können ölviskositätsabhängige Drosselwirkungen zumindest teilweise vorteilhaft kompensiert werden.
- Weiterhin wird bevorzugt eine zwischen den beiden unterschiedlich dicken Zapfen des Pleuelunterteils gebildete Stufe genutzt, die mit der gestuften Bohrung des umgebenden Pleueloberteils eine ölgefüllte zweite Kammer bilden, die in hydraulische Verbindung zur ersten Kammer steht. Die in der zweiten Kammer befindliche Ölfüllung steht anfänglich unter dem erhöhten Druck der ersten Kammer und wird ebenfalls zunächst über die Drossel verdrängt. Gegen Ende der Pleuelverkürzung schließt sich die hydraulische Verbindung zur ersten Kammer, so dass das restliche in der zweiten Kammer befindliche Öl bis zum Erreichen der unteren Endposition E2 durch Quetschung eine starke Druckerhöhung erfährt und die Verstellgeschwindigkeit wirksam abbremst.
- Weiterhin kann bei einer Pleuelverkürzung kurz vor Erreichen der Endposition E2 auch eine sich dann spannende Tellerfeder zur mechanischen Abbremsung genutzt werden. Hierbei legt sich das Pleueloberteil über die Tellerfeder am Pleuelunterteil an.

Different braking devices can be used for the deceleration of the adjustment speed required towards the end of each compression adjustment in order to relieve limiting stops and locking bolts, it being possible for the deceleration to take place hydraulically or mechanically. If the connecting rod is shortened, the following measures can be used to limit and slow down the adjustment speed in addition to the return spring:

- The oil in the first chamber used as the spring chamber of the return spring is displaced and preferably discharged into the environment via a pressure-increasing throttle. Throttling effects dependent on oil viscosity can be at least partially advantageously compensated for by a throttle designed according to the invention with a thermally variable cross section.
Furthermore, a step formed between the two different-thickness journals of the lower part of the connecting rod is preferably used, which forms an oil-filled second chamber with the stepped bore of the surrounding upper part of the connecting rod, which chamber is in hydraulic connection with the first chamber. The oil filling in the second chamber is initially under the increased pressure of the first chamber and is also initially displaced via the throttle. Towards the end of the shortening of the connecting rod, the hydraulic connection to the first chamber closes, so that the remaining oil in the second chamber experiences a strong increase in pressure until it reaches the lower end position E2 and effectively slows down the adjustment speed.
- Furthermore, when the connecting rod is shortened shortly before reaching the end position E2, a disk spring that is then tensioned can also be used for mechanical braking. The upper part of the connecting rod rests against the lower part of the connecting rod via the disc spring.

Erfindungsgemäß weist die zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit verwendete Drossel einem thermisch veränderlichen Strömungsquerschnitt auf. Die Drossel ist bevorzugt als zylindrischer Drosselstopfen ausgebildet, der gegenüber der ihn mit Spiel umgebenden Bohrung einen Radialspalt für das abzuführende Öl aufweist. Bei gegenüber dem in der Regel aus Stahl bestehenden Pleueloberteil ist der Drosselstopfen beispielsweise aus Aluminium hergestellt, das gegenüber Stahl einen etwa verdoppelten Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Hierdurch reduziert sich mit steigender Temperatur der Radialspalt, wodurch erfindungsgemäß die durch abnehmende Ölviskosität zurückgehende Drosselwirkung zumindest teilweise kompensiert. Es versteht sich von selbst, dass je nach Anforderung der Basis-Radialspalt wie auch der Werkstoff des Drosselstopfens gewählt werden kann. Hierbei kann beispielsweise auch Kunststoff mit gegenüber Aluminium noch höherem Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Durch die erfindungsgemäß veränderliche Drosselwirkung des Drosselstopfens kann die Verdichtungsverstellung in einem weiten Betriebstemperaturbereich der Brennkraftmaschine genutzt werden, da die hierfür ansonsten nachteilig wirkende Ölviskositätsänderung weitgehend kompensiert wird.According to the invention, the throttle used to slow down the adjustment speed has a thermally variable flow cross section. The throttle is preferably designed as a cylindrical throttle plug, which has a radial gap for the oil to be drained away from the bore surrounding it with play. In contrast to the upper part of the connecting rod, which is usually made of steel, the throttle plug is made of aluminum, for example, which has an expansion coefficient that is approximately double that of steel. As a result, the radial gap is reduced as the temperature rises, as a result of which, according to the invention, the throttling effect, which decreases due to the decreasing oil viscosity, is at least partially compensated. It goes without saying that the basic radial gap and the material of the throttle plug can be selected depending on the requirements. In this case, for example, plastic with an even higher coefficient of expansion than aluminum can also be used. Due to the variable throttling effect of the throttle plug according to the invention, the compression adjustment can be used in a wide operating temperature range of the internal combustion engine, since the otherwise disadvantageous change in oil viscosity is largely compensated for.

Für eine wirksame Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit bei einer Pleuelverlängerung sind aufgrund des sich vom Pleuelunterteil entfernenden Pleueloberteils weder die Tellerfeder noch die beiden Kammern nutzbar. Aufgrund der relativ geringen vom Hubkolben auf die Pleuelstange übertragenen Zugkräfte muss für eine betriebssichere Pleuelverlängerung während eines einzigen Kolbenhubs auch die gespeicherte Energie der Rückstellfeder genutzt werden. Gegenüber einer Pleuelverkürzung ist deshalb bei einer Pleuelverlängerung grundsätzlich eine geringere Bremsenergie zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit erforderlich. Bei der Pleuelverlängerung wird zur hydraulischen Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit in bekannter Weise das mit Öl gefüllte Langloch verwendet, in dem der sich bewegende Führungsbolzen gegen Ende der Verstellung auf einem Ölpolster einer oberen Langlochkammer abbremsend abstützt. Eine am Langloch seitlich angeordnete Bypassnut verhindert während des Verstellvorgangs durch Umströmung des Führungsbolzens bis kurz vor Erreichen der Endposition E1 den Druckanstieg in der oberen Langlochkammer. Erst kurz vor Verstellende wird dann das vom Führungsbolzen eingeschlossene Ölvolumen der Langlochkammer durch dann hohen Quetschdruck hydraulisch abbremsend wirksam.Due to the upper part of the connecting rod moving away from the lower part of the connecting rod, neither the disc spring nor the two chambers can be used to effectively slow down the adjustment speed when the connecting rod is extended. Due to the relatively low tensile forces transmitted from the reciprocating piston to the connecting rod, the stored energy of the return spring must also be used for an operationally reliable extension of the connecting rod during a single piston stroke. In comparison to shortening the connecting rod, therefore, when lengthening the connecting rod, less braking energy is required to slow down the adjustment speed. When extending the connecting rod, the oil-filled slot is used in a known manner for hydraulic braking of the adjustment speed, in which the moving guide pin is supported towards the end of the adjustment on an oil cushion of an upper slot chamber. A bypass groove on the side of the slot prevents the pressure increase in the upper slot chamber during the adjustment process by flowing around the guide pin until just before reaching the end position E1. Only shortly before the end of the adjustment does the oil volume of the elongated hole chamber enclosed by the guide pin become hydraulically braking due to the then high squeezing pressure.

Zur Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit kann es weiterhin vorteilhaft sein, bei einer Verdichtungsverstellung während des jeweils nur kurzzeitigen Verstellvorgangs über ein Motorsteuergerät die den Hubkolben beaufschlagenden Gaskräfte zu reduzieren.In order to limit the adjustment speed, it can also be advantageous to use an engine control unit to reduce the gas forces acting on the reciprocating piston during a compression adjustment during the adjustment process, which is only short in each case.

Anhand der nachfolgend beschriebenen 1 bis 4 wird die Erfindung näher erläutert.

Die 1 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange bei hohem Verdichtungsverhältnis.
Die 2 zeigt die längenverstellbare Pleuelstange bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
Die 3 zeigt den erfindungsgemäßen Drosselstopfen in einem vergrößerten Ausschnitt.
Die 4 zeigt den oberen Bereich der Pleuelstange mit einem Tellerfederpaket.

Using the methods described below 1 until 4 the invention is explained in more detail.

The 1 shows a length-adjustable connecting rod with a high compression ratio.
The 2 shows the length-adjustable connecting rod with a low compression ratio.
The 3 shows the throttle plug according to the invention in an enlarged section.
The 4 shows the upper area of the connecting rod with a set of cup springs.

In der 1 ist ein bevorzugtes Ausbildungsbeispiel der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder dargestellt. Im Zylinder 1 ist ein entlang einer Zylinderachse 2 beweglicher Hubkolben 3 angeordnet, der im unteren Totpunkt steht. Der Hubkolben 3 überträgt die auf ihn wirkenden Gas- und Massenkräfte über einen Kolbenbolzen 4 auf eine Pleuelstange 5, die sich an einem Hubzapfen 6 einer Kurbelwelle 7 drehgelagert abstützt und dadurch in bekannter Weise ein entsprechendes Drehmoment der Brennkraftmaschine erzeugt.
Die längenverstellbar ausgebildete Pleuelstange 5 weist ein den Kolbenbolzen 4 aufnehmendes Pleueloberteil 8 und ein Pleuelunterteil 9 auf, das am Hubzapfen 6 mit einem Pleueldeckel 10 verschraubt ist. In 1 ist die längenverstellbare Pleuelstange 5 auf eine maximale Pleuellänge L1 eingestellt, wobei die Mittelachse des Kolbenbolzens 4 in einer oberen Endposition E1 steht.In the 1 a preferred embodiment of the invention for an internal combustion engine with at least one cylinder is shown. A reciprocating piston 3 that is movable along a cylinder axis 2 and is at bottom dead center is arranged in the cylinder 1 . The reciprocating piston 3 transmits the gas and mass forces acting on it via a piston pin 4 to a connecting rod 5, which is supported in a rotatable manner on a crank pin 6 of a crankshaft 7 and thereby generates a corresponding torque of the internal combustion engine in a known manner.
The length-adjustable connecting rod 5 has a connecting rod upper part 8 accommodating the gudgeon pin 4 and a connecting rod lower part 9 which is screwed to the crank pin 6 with a connecting rod cap 10 . In 1 the length-adjustable connecting rod 5 is set to a maximum connecting rod length L1, with the central axis of the piston pin 4 being in an upper end position E1.

Das Pleueloberteil 8 umschließt mit einer konzentrisch zu einer Pleuelachse 11 angeordneten Hülse 12 einen ersten Zapfen 13 des Pleuelunterteils 9. Weiterhin ragt das Pleuelunterteil 9 mit einem gegenüber dem ersten Zapfen 13 kleiner ausgebildeten zweiten Zapfen 14 in eine Bohrung 15 des Pleueloberteils 8. In einer durch die Bohrung 15 gebildeten Federkammer 16 ist eine Druckfeder 17 angeordnet, die das Pleueloberteil 8 gegen das Pleuelunterteil 9 verspannt. Die Federkammer 16 ist mit Öl gefüllt und steht hydraulisch über einen Drosselstopfen 18 mit der drucklosen Umgebung in Verbindung, um bei einer durch Pleuelverkürzung sich verkleinernden Federkammer 16 in ihr einen entsprechenden Druckanstieg zur Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zu bewirken. Erfindungsgemäß erzeugt der Drosselstopfen 18 eine mit steigender Betriebstemperatur zunehmende Drosselwirkung, um wegen der temperaturveränderlichen Ölviskosität die Längenverstellung der Pleuelstange 5 vorteilhaft in einem relativ weiten Betriebstemperaturbereich nutzen zu können.The upper connecting rod part 8 encloses a first pin 13 of the lower connecting rod part 9 with a sleeve 12 arranged concentrically to a connecting rod axis 11 The spring chamber 16 formed in the bore 15 has a compression spring 17 which braces the upper part 8 of the connecting rod against the lower part 9 of the connecting rod. The spring chamber 16 is filled with oil and is hydraulically connected to the pressureless environment via a throttle plug 18 in order to bring about a corresponding increase in pressure in it for braking the adjustment speed when the spring chamber 16 becomes smaller as a result of the connecting rod being shortened. According to the invention, the throttle plug 18 produces a throttle effect that increases with increasing operating temperature, in order to be able to use the length adjustment of the connecting rod 5 advantageously over a relatively wide operating temperature range because of the oil viscosity that changes with temperature.

Ein in einem Langloch 19 des Pleuelunterteils 9 angeordneter Führungsbolzen 20, der in der Hülse 12 fixiert ist, dient in bekannter Weise als Verdrehsicherung zwischen dem Pleueloberteil 8 und dem Pleuelunterteil 9. Der im Langloch 19 axial bewegliche Führungsbolzen 20 des Pleueloberteils 8 kann zusätzlich auch zur Verstellbegrenzung der Pleuelstange 5 dienen. Bei in 1 gezeigter maximaler Pleuellänge L1 liegt der Führungsbolzen 20 hierzu oberen im Langloch 19 an.A guide pin 20 arranged in a slot 19 in the lower part 9 of the connecting rod, which is fixed in the sleeve 12, serves in a known manner to prevent rotation between the upper part 8 of the connecting rod and the lower part 9 of the connecting rod Adjusting the connecting rod 5 are used. at in 1 shown maximum connecting rod length L1 is the guide pin 20 to this end in the slot 19 at the top.

Die für ein hohes und ein niedriges Verdichtungsverhältnis umschaltbare Länge der Pleuelstange 5 ist in den beiden zugehörigen Endpositionen E1 und E2 in bekannter Weise durch hydraulisch umschaltbare Bolzen verriegelt. Bei der gezeigten maximalen Länge L1 der Pleuelstange 5 ist die obere Endposition E1 durch einen im Pleuelunterteil 9 angeordneten ersten Bolzen 21 und vorzugsweise zusätzlich durch einen zweiten Bolzen 22 verriegelt. Für eine Verriegelung der Pleuelstange 5 bei einer minimaler Länge L2 in einer unteren Endposition E2 sind weiterhin ein dritter Bolzen 23 und ein vierter Bolzen 24 vorgesehen.
Für eine Verdichtungsumschaltung durch wechselnde hydraulische Druckbeaufschlagung der Bolzen 21, 22, 23 und 24 ist vorzugsweise im Pleueldeckel 10 ein Umschaltventil 25 angeordnet. Es beaufschlagt in bekannter Weise die Bolzen 21 bis 24 mit einem in der Druckhöhe umschaltbaren Öldruck der Brennkraftmaschine, der vom Hubzapfen 6 permanent am Umschaltventil 25 anliegt. Es weist einen Kolben 26 und eine diesen vorspannende Kolbenfeder 27 auf. Bei einem unteren Öldruck der Brennkraftmaschine von beispielsweise 2,5 bar steht der Kolben 26 in der gezeigten linksseitigen Position und schaltet in bekannter Weise den Öldruck in eine im Pleuelunterteil 9 angeordnete erste Steuerbohrung 28, während eine zweite Steuerbohrung 29 über das Umschaltventil 25 druckentlastet ist. Hierdurch haben die Bolzen 21 und 22 die Pleuelstange 5 verriegelt, während die Bolzen 23 und 24 in das Pleuelunterteil 9 zurückgeschoben sind. Aus der Steuerbohrung 28 ist die Federkammer 16 mit Öldruck beaufschlagt, wobei ein Rückschlagventil 30 einen Ölrückfluss verhindert.
Zwischen den Zapfen 13 und 14 und dem Pleueloberteil 8 ist eine Ringkammer 31 mit einer sie begrenzenden Stufe 32 des Pleuelunterteils 9 ausgebildet. Die Ringkammer 31 weist eine Fase 33 auf und ist über eine hydraulische Verbindung 34 an der Federkammer 16 angeschlossen. Die bei einer Pleuelverkürzung zunächst auch mit dem Druck der Federkammer 16 beaufschlagte Ringkammer 31 erhöht zusätzlich die hydraulische Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit. Kurz bevor sich das Pleueloberteil 8 bei dann minimaler Pleuellänge L2 an der Stufe 32 mechanisch anlegt, verschließt die zum Pleueloberteil 8 gehörende Fase 33 die hydraulische Verbindung 34 zur Federkammer 16. Das nun in der Ringkammer 31 eingeschlossene Ölvolumen wird dann unter hohem Druck als Quetschöl über bestehende Dichtspalte abgeführt, wodurch eine massive Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit bist zur Anlage des Pleueloberteils 8 an der Stufe 32 erfolgt.
Eine an einer weiteren Stufe des Pleuelunterteils 9 fixierte Tellerfeder 35 dient in bekannter Weise zur weiteren Abbremsung des Pleueloberteils 8 am Ende einer Pleuelverkürzung.The switchable for a high and a low compression ratio length of the connecting rod 5 is locked in the two associated end positions E1 and E2 in a known manner by hydraulically switchable bolts. With the maximum length L1 of the connecting rod 5 shown, the upper end position E1 is locked by a first bolt 21 arranged in the lower part 9 of the connecting rod and preferably additionally by a second bolt 22 . A third bolt 23 and a fourth bolt 24 are also provided for locking the connecting rod 5 at a minimum length L2 in a lower end position E2.
A changeover valve 25 is preferably arranged in the connecting rod cover 10 for changing the compression ratio by applying alternating hydraulic pressure to the bolts 21 , 22 , 23 and 24 . In a known manner, it acts on the bolts 21 to 24 with an oil pressure of the internal combustion engine, the pressure level of which can be switched over, which oil pressure from the crank pin 6 is permanently applied to the switching valve 25 . It has a piston 26 and a piston spring 27 that pretensions it. At a lower oil pressure of the internal combustion engine of, for example, 2.5 bar, the piston 26 is in the left-hand position shown and switches the oil pressure in a known manner into a first control bore 28 arranged in the lower part 9 of the connecting rod, while a second control bore 29 is pressure-relieved via the switching valve 25. As a result, the bolts 21 and 22 have locked the connecting rod 5, while the bolts 23 and 24 are pushed back into the lower part 9 of the connecting rod. Oil pressure is applied to the spring chamber 16 from the control bore 28, with a check valve 30 preventing oil from flowing back.
Between the pins 13 and 14 and the upper part 8 of the connecting rod there is an annular chamber 31 with a step 32 of the lower part 9 of the connecting rod which delimits it. The annular chamber 31 has a chamfer 33 and is connected to the spring chamber 16 via a hydraulic connection 34 . When the connecting rod is shortened, the annular chamber 31, which is initially also acted upon by the pressure of the spring chamber 16, additionally increases the hydraulic braking of the adjustment speed. Shortly before the upper part of the connecting rod 8 mechanically comes into contact with the step 32 when the connecting rod is then at a minimum length L2, the chamfer 33 belonging to the upper part of the connecting rod 8 closes the hydraulic connection 34 to the spring chamber 16. The oil volume now enclosed in the annular chamber 31 is then released under high pressure as squeeze oil Existing sealing gaps are dissipated, resulting in massive braking of the adjustment speed System of the upper part 8 of the connecting rod at the stage 32 takes place.
A disk spring 35 fixed to a further step of the lower part 9 of the connecting rod is used in a known manner to further decelerate the upper part 8 of the connecting rod at the end of a shortening of the connecting rod.

In der 2 ist die Pleuelstange 5 nach einer erfolgten Verdichtungsabsenkung bei minimaler Pleuellänge L2 in der Endposition E2 der Mittelachse des Kolbenbolzens 4 abgebildet. Der Öldruck der Brennkraftmaschine wurde zur Einleitung der Verdichtungsabsenkung beispielsweise auf einen oberen Öldruck von 4 bar angehoben, wodurch beim Umschaltventil 25 sich der Kolben 26 gegen seine Kolbenfeder 27 in eine rechtsseitige Position verschoben hat. Dadurch ist nun die Steuerbohrung 29 mit Öldruck beaufschlagt und die Steuerbohrung 28 druckentlastet. Hierdurch sind die Bolzen 21 und 22 stirnseitig aus der Steuerdruckleitung 29 mit Öldruck beaufschlagt sowie federseitig druckentlastetet und hatten folglich die Pleuelstange 5 entriegelt. Periodisch wirkende Pleueldruckkräften haben daraufhin die Pleuelstange 5 auf die gezeigte minimale Pleuellänge L2 verkürzt. Die ebenfalls gewechselte Druckbeaufschlagung der Bolzen 23 und 24 hatte diese zunächst gegen die Hülse 12 vorgespannt, wodurch diese abschließend bei Erreichen der Endposition E2 nun die Pleuelstange 5 verriegelt haben. Während der Verdichtungsabsenkung wurde zunächst die durch den Drosselstopfen 18 bewirkte Druckerhöhung in der sich verkleinernden Federkammer 16 und der Ringkammer 31 die Verstellgeschwindigkeit moderat abgebremst, um danach vor Erreichen der Anlage des Pleueloberteils 8 an der Stufe 32 bei dann geschlossener Ringkammer 31 durch deren massiven Quetschdruck die Verstellgeschwindigkeit stark abzubremsen. Weiterhin hat durch Anlage des Pleueloberteils 8 an der Tellerfeder 35 diese zunehmend bis zum Erreichen der Endposition E2 mit abbremsender Wirkung gespannt.In the 2 the connecting rod 5 is shown in the end position E2 of the central axis of the piston pin 4 after a compression reduction has taken place with a minimum connecting rod length L2. The oil pressure of the internal combustion engine was raised to an upper oil pressure of 4 bar, for example, to initiate the reduction in compression, as a result of which the piston 26 has shifted against its piston spring 27 into a right-hand position in the switchover valve 25 . As a result, oil pressure is now applied to control bore 29 and pressure is relieved from control bore 28 . As a result, the bolts 21 and 22 are acted upon at the ends from the control pressure line 29 with oil pressure and relieved of pressure on the spring side and consequently had the connecting rod 5 unlocked. Periodically acting connecting rod pressure forces then shortened the connecting rod 5 to the shown minimum connecting rod length L2. The pressurization of the bolts 23 and 24, which also alternated, initially prestressed them against the sleeve 12, as a result of which they finally locked the connecting rod 5 when the end position E2 was reached. During the reduction in compression, the increase in pressure caused by the throttle plug 18 in the reducing spring chamber 16 and the annular chamber 31 slowed down the adjustment speed moderately, in order to then, before the upper part 8 of the connecting rod came into contact with the step 32, with the annular chamber 31 then closed, due to the massive squeezing pressure slow down the adjustment speed. Furthermore, as a result of contact between the upper part 8 of the connecting rod and the plate spring 35, the latter has become increasingly tensioned with a braking effect until it reaches the end position E2.

Die 3 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt die noch ablaufende Verkürzung der Pleuelstange 5 in einer Position kurz vor Erreichen der Endposition E2. Der vorzugsweise gestuft ausgebildete Drosselstopfen 18 ist im üblicherweise aus Stahl bestehenden Pleueloberteil 8 fixiert, weist diesem gegenüber aber einen höheren Ausdehnungskoeffizienten auf und besteht bevorzugt aus Aluminium. Durch das Radialspiel des Drosselstopfenns 18 zur ihn umgebenden Bohrung 15 ist ein Radialspalt 36 gebildet, über den das bei der Pleuelverkürzung aus der Federkammer 16 und der Ringkammer 31 verdrängte Öl verstelldrosselnd mit resultierender Druckerhöhung abgeleitet wird. Über eine Zentralbohrung 37 des Drosselstopfens 18 und eine Entlastungsbohrung 38 wird das verdrängte Öl in die Umgebung des Pleueloberteils 8 abgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl verkleinert sich mit zunehmender Temperatur der Radialspalt 36, wodurch trotz abnehmender Ölviskosität des über ihn verdrängten Öls vorteilhaft die die Verstellung abbremsende Drosselwirkung des erfindungsgemäß ausgebildeten Drosselstopfens 18 weitgehend erhalten bleibt. Bei abnehmender Temperatur kompensiert entsprechend der sich dann vergrößernde Radialspalt 36 überwiegend die für eine nahezu temperaturunabhängig gewünschte Drosselwirkung nachteilige Zunahme der Ölviskosität. Durch die erfindungsgemäß temperaturveränderliche Drosselwirkung des Drosselstopfens 18 kann also die Verstellfunktion der Pleuelstange 5 in einem weiten Betriebstemperaturbereich der Brennkraftmaschine trotz stark veränderlicher Ölviskosität vorteilhaft genutzt werden.
Nach der durch den Drosselstopfen18 bewirkten ersten hydraulischen Bremsphase für die Verdichtungsabsenkung wird ab der gezeigten Position in einer zweiten hydraulischen Bremsphase die Verstellgeschwindigkeit bis zur mechanischen Anlage des Pleueloberteils 8 an der Stufe 32 des Pleuelunterteils 9 massiv abgebremst. Die zur Ringkammer 31 gehörige Fase 33 unterbrich hierbei die hydraulische Verbindung 34 zur Federkammer 16, so dass in der Ringkammer 31 bis zum Erreichen der mechanischen Abstützung sich ein die Verstellgeschwindigkeit sehr hoch abbremsender Quetschdruck einstellt. Etwa parallel hierzu hat sich auch die Hülse 12 des Pleueloberteils 8 an die Tellerfeder 35 angelegt und verspannt diese zunehmend bis zum Erreichen der Endposition E2.
Eine das Langloch 19 mit der Steuerbohrung 29 verbindende Bypassnut 39 ermöglicht bei der ablaufenden Verdichtungsverstellung einen Druckausgleich beidseitig des Führungsbolzens 20. Aber bei einer Pleuelverlängerung verschließt der sich nach oben bewegende Führungsbolzen 20 kurz vor Erreichen seiner oberen Anlage am Pleuelunterteil 9 die Nut 39, so dass in bekannter Weise ein resultierend hoher Quetschdruck eine starke Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit hervorruft.
Die bei der Verdichtungsabsenkung über die Steuerbohrung 29 hydraulisch gegen die Hülse 12 vorgespannten Bolzen 23 und 24 verriegeln bei Erreichen der Endposition E2 das Pleueloberteil 8 in bekannter Weise.The 3 shows an enlarged section of the shortening of the connecting rod 5 that is still in progress in a position shortly before reaching the end position E2. The preferably stepped throttle plug 18 is fixed in the upper part 8 of the connecting rod, which is usually made of steel, but has a higher coefficient of expansion than this part and is preferably made of aluminum. The radial clearance of the throttle plug 18 to the bore 15 surrounding it forms a radial gap 36 through which the oil displaced from the spring chamber 16 and the annular chamber 31 when the connecting rod is shortened is discharged with the resultant pressure increase. The displaced oil is discharged into the environment of the upper part 8 of the connecting rod via a central bore 37 of the throttle plug 18 and a relief bore 38 . Due to the different coefficients of expansion of aluminum and steel, the radial gap 36 decreases with increasing temperature, whereby the throttling effect of the throttle plug 18 designed according to the invention that slows down the adjustment is advantageously largely retained despite the decreasing oil viscosity of the oil displaced via it. As the temperature decreases, the radial gap 36, which then increases, largely compensates for the increase in oil viscosity that is disadvantageous for a throttling effect desired that is almost independent of temperature. Due to the temperature-variable throttling effect of the throttle plug 18 according to the invention, the adjustment function of the connecting rod 5 can thus be advantageously used over a wide operating temperature range of the internal combustion engine, despite greatly varying oil viscosity.
After the first hydraulic braking phase for the reduction in compression caused by the throttle plug 18, the adjustment speed is massively braked from the position shown in a second hydraulic braking phase until the upper connecting rod part 8 comes into mechanical contact with the step 32 of the lower connecting rod part 9. The chamfer 33 belonging to the annular chamber 31 interrupts the hydraulic connection 34 to the spring chamber 16, so that in the annular chamber 31 until the mechanical support is reached, a squeezing pressure that very greatly decelerates the adjustment speed is established. Roughly parallel to this, the sleeve 12 of the upper part 8 of the connecting rod has also applied to the disk spring 35 and increasingly braces it until it reaches the end position E2.
A bypass groove 39 connecting the elongated hole 19 with the control bore 29 enables pressure equalization on both sides of the guide pin 20 when the compression adjustment is in progress in a known manner, a resulting high squeezing pressure causes a strong deceleration of the adjustment speed.
The bolts 23 and 24, which are hydraulically prestressed against the sleeve 12 via the control bore 29 when the compression is lowered, lock the upper part 8 of the connecting rod in a known manner when the end position E2 is reached.

Im Ausführungsbeispiel von 4 kommt als Rückstellfeder alternativ zur bisherigen Druckfeder 17 ein aus mehreren Tellerfedern bestehendes Tellerfederpaket 40 zur Anwendung. Hierdurch kann bei Pleuelverkürzung durch Verbrennungsdruck eine erhöhte Vorspannkraft der Rückstellfeder erzeugt werden. Diese erhöht bei einer nachfolgenden Pleuelverlängerung die Verstellgeschwindigkeit, um beispielsweise während eines Ansaugtaktes mit Unterdruckwirkung am Hubkolben 3 die Pleuelverlängerung komplett abschließen zu können.In the embodiment of 4 a plate spring package 40 consisting of several plate springs is used as a return spring as an alternative to the previous compression spring 17 . As a result, when the connecting rod shortens due to combustion pressure, an increased pretensioning force of the return spring can be generated. In the case of a subsequent lengthening of the connecting rod, this increases the adjustment speed in order, for example, to be able to completely complete the lengthening of the connecting rod during an intake stroke with a vacuum effect on the reciprocating piston 3 .

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung einer längenverstellbaren Pleuelstange einer Brennkraftmaschine wird in einem relativ weiten Betriebstemperaturbereich eine vorteilhafte Verdichtungsverstellung zur Verbrauchsabsenkung ermöglicht.With the construction according to the invention of a length-adjustable connecting rod of an internal combustion engine, an advantageous compression adjustment for reducing consumption is made possible in a relatively wide operating temperature range.

BezugszeichenlisteReference List

11: Zylindercylinder
22: Zylinderachsecylinder axis
33: Hubkolbenreciprocating
44: Kolbenbolzengudgeon pin
55: Pleuelstangeconnecting rod
66: Hubzapfencrank pin
77: Kurbelwellecrankshaft
88th: Pleueloberteilupper part of the connecting rod
99: Pleuelunterteilconnecting rod lower part
1010: Pleueldeckelconnecting rod cap
1111: Pleuellängsachseconnecting rod longitudinal axis
1212: Hülsesleeve
1313: erster Zapfenfirst cone
1414: zweiter Zapfensecond cone
1515: Bohrungdrilling
1616: Federkammerspring chamber
1717: Druckfedercompression spring
1818: Drosselstopfenthrottle plug
1919: LanglochLong hole
2020: Führungsbolzenguide pin
2121: erster Bolzenfirst bolt
2222: zweiter Bolzensecond bolt
2323: dritter Bolzenthird bolt
2424: vierter Bolzenfourth bolt
2525: Umschaltventilswitching valve
2626: KolbenPistons
2727: Kolbenfederpiston spring
2828: erste Steuerbohrungfirst control hole
2929: zweite Steuerbohrungsecond control hole
3030: Rückschlagventilcheck valve
3131: Ringkammerring chamber
3232: StufeStep
3333: Fasechamfer
3434: hydraulische Verbindunghydraulic connection
3535: Tellerfederdisc spring
3636: Radialspaltradial gap
3737: Zentralbohrungcentral bore
3838: Entlastungsbohrungrelief hole
3939: Bypassnutbypass groove
4040: Tellerfederpaketdisk spring package
L1L1: maximale Pleuellängemaximum connecting rod length
L2L2: minimale Pleuellängeminimum connecting rod length
E1E1: obere Endpositionupper end position
E2E2: untere Endpositionlower end position

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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DE 102016117875 A1 [0003]
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DE 102017107720 A1 [0009]

Claims

Length-adjustable connecting rod for a reciprocating piston engine, in particular for an internal combustion engine with compression adjustment, comprising an upper part (8) and a lower part (9) of the connecting rod, which can be adjusted relative to one another along a longitudinal axis (11) of the connecting rod between a first and a second end position, a rotary support (19 , 20) between the upper part (8) and the lower part (9) of the connecting rod, mechanical stops (19, 20, 32, 35) for limiting the compression adjustment in the end positions, at least one between the upper part (8) and the lower part (9) of the connecting rod Oil-filled chamber (16, 31), a restoring spring (17, 40) arranged between the upper part (8) and the lower part (9) of the connecting rod, at least one device (16, 17, 18, 19, 20, 31, 35) for braking the adjustment speed of the connecting rod (5), hydraulically adjustable bolts (21, 22, 23, 24) for mechanically locking the connecting rod (5) in the respective end positions, a switching valve (25) for the alternating pressurization of the bolts (21, 22, 23), 24) with oil pressure of the internal combustion engine, characterized in that when the connecting rod (5) is shortened to slow down the adjustment speed, the oil displaced from the chamber (16, 31) flows out via a thermally variable throttle (18).

connecting rod after claim 1 , characterized in that the throttle is designed as a throttle plug (18) which is arranged with radial play in a bore (15) of the upper part (8) of the connecting rod and has a higher coefficient of expansion than the upper part (8) of the connecting rod.

connecting rod after claim 1 , characterized in that the chamber serves as a spring chamber (16) for the return spring.

connecting rod after claim 1 , characterized in that the chamber is designed as an annular chamber (31) which is dependent on the adjustment stroke of the connecting rod (5) in a hydraulic connection (34) to the spring chamber (16) that can be switched off.

Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that the restoring spring is designed either as a compression spring (17) or as a set of disk springs (40).

connecting rod after claim 1 , characterized in that two bolts (21, 22) in one end position and two bolts (23, 24) in the other end position lock the connecting rod (5).

Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that when the compression ratio is set low, the upper part (8) of the connecting rod is supported by a mechanical stop (32, 35) on the lower part (9) of the connecting rod.

Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that when the compression ratio is set high, the upper part (8) of the connecting rod is supported by the guide pin (20) by mechanical contact with the slot (19) of the lower part (9) of the connecting rod.

connecting rod after claim 8 , characterized in that the oil outflow from the elongated hole (19) is prevented before it reaches the mechanical contact point of the guide pin (20) and the adjustment speed is braked hydraulically by the resulting increase in pressure.

Connecting rod according to one of the preceding claims, characterized in that the switching valve (25) is arranged in a connecting rod cover (11) of the connecting rod (5).