DE102005036701A1

DE102005036701A1 - Spring rod used as a length-adjustable drive rod in an internal combustion engine comprises a slim shaft and a support that in the resting state run parallel to the central axis of the rod

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Publication number: DE102005036701A1
Application number: DE102005036701A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Will Frank 35713 Eschenburg De
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Spring rod (1) comprises a slim shaft (4) and at least one support (6, 7) that in the resting state run parallel to the central axis (X) of the rod. The shaft elastically bows sideward on application of a specific pressure force (F) acting in the direction of the central axis of the rod so that the rod ends (2, 3) move toward each other and the distance between the support face ends (8, 9) is reduced. Plastic bowing of the shaft is prevented by the support as the face ends touch and the thickness of the support (7) is considerably greater than its width. The lower rod end (2) is connected to a crankshaft and the upper rod end (3) is connected to a piston to form a drive rod of a crank mechanism.

Description

Die Erfindung betrifft eine Federstange mit mindestens einem schlanken Schaft und mindestens einem Stützträger der mit den Anschlagenden einen Spalt bildet, insbesondere als längenvariables Pleuel in einem Verbrennungsmotor zur Variation des Verdichtungsverhältnisses.The The invention relates to a spring rod with at least one slender Shank and at least one support beam of forms a gap with the stop ends, in particular as a variable length Connecting rod in an internal combustion engine for varying the compression ratio.

Bei üblichen Verbrennungsmotoren ist ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis als Kompromiss zwischen einer maximalen Leistung bei Volllast und eines minimalen Kraftstoffverbrauches bei Teilllast festgelegt. Um das Kompressionsverhältnis während des Betriebes des Verbrennungsmotors zu verändern wurden Systeme mit veränderlichen Kompressionsverhältnissen mittels der folgenden beispielhaften Maßnahmen entwickelt:

– Bewegung von Zylinderblöcken,
– Veränderung von Zylinderkopfgeometrien,
– Veränderungen von Kolbengeometrien,
– exzentrische Kurbelwelle,
– exzentrische Pleuellagerung,
– spezielle Kurbelmechanismen,
– veränderliche Kolben und Pleuel

In conventional internal combustion engines, a specific compression ratio is determined as a compromise between maximum power at full load and minimum fuel consumption at partial load. In order to change the compression ratio during operation of the internal combustion engine, variable compression ratio systems have been developed by the following exemplary measures:

- movement of cylinder blocks,
- change of cylinder head geometries,
- changes of piston geometries,
- eccentric crankshaft,
- eccentric connecting rod bearing,
- special crank mechanisms,
- variable piston and connecting rod

Als ein Hauptnachteil dieser beispielhaft genannten Konzepte ist anzusehen, daß diese sehr komplex aufgebaut sind, wobei eine innere Reibung der jeweiligen Verbrennungsmotoren erhöht wird, so daß einige Vorteile hierdurch bereits kompensiert werden. Zudem sind diese beispielhaft genannten Ansätze bei der Herstellung von Verbrennungsmotoren sehr kostenintensiv. Bei einer exzentrischen Pleuellagerung müssen die einzelnen Bauteile zudem derart stark dimensioniert werden, daß die typischerweise hohen Gas- und/oder Massenkräfte moderner Verbrennungsmotoren ertragen werden. Ein weiterer Nachteil ist, das sich das Verdichtungsverhältnis nur sehr langsam ändern lässt und innerhalb eines Arbeitstaktes quasi konstant ist.When a major disadvantage of these exemplified concepts is to be considered, that these are constructed very complex, with an internal friction of the respective Internal combustion engines increased so that some Advantages are already compensated. In addition, these are exemplified approaches in the production of internal combustion engines very expensive. With an eccentric connecting rod bearing the individual components must Moreover, they are dimensioned so strongly that the typically high Gas and / or mass forces modern internal combustion engines are endured. Another disadvantage is that the compression ratio can be changed only very slowly and is virtually constant within a work cycle.

Die EP 1 164 272 A1 betrifft einen Verbrennungsmotor, umfassend:

– Einen Zylinder mit einem Einlaßventil, einem Auslaßventil, einem Kraftstoffeinspritzventil und einer Zündkerze;
– einen Kolben mit einem Lager, der sich in dem Zylinder hin- und herbewegt;
– ein Bindeglied mit einer J-förmigen Pleuelstange mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, einem oberen Augenende, welches in dem oberen Ende eingebracht ist und durch einen Kolbenbolzen mit dem Kolben verbunden ist, einem Augenende, welches in dem unteren Ende eingebracht ist; und
– zumindest eine Kurbelwelle zur Übertragung einer Drehbewegung des Bindegliedes zu einer Auslaßkraftachse, welche damit lagernd verbunden ist, wobei die Kurbelwelle mit den jeweiligen Enden des Bindegliedes und der Kraftauslaßachse verbunden ist.

The EP 1 164 272 A1 relates to an internal combustion engine, comprising:

A cylinder having an intake valve, an exhaust valve, a fuel injection valve and a spark plug;
A piston with a bearing which reciprocates in the cylinder;
A link having a J-shaped connecting rod with an upper end and a lower end, an upper eye end which is inserted in the upper end and connected to the piston by a piston pin, an eye end which is inserted in the lower end; and
- At least one crankshaft for transmitting a rotational movement of the link to a Auslaßkraftachse, which is connected in stock, wherein the crankshaft is connected to the respective ends of the link and the Kraftauslaßachse.

Nachteilig bei dem in der EP 1 164 272 A1 genannten Verbrennungsmotor ist, daß die Vorspannung nicht eingestellt werden kann, und daß die Abstand der beiden Pleuelaugen zueinander, welcher das Verdichtungsverhältnis bestimmt, nicht begrenzt werden kann. Dieser Abstand hängt im wesentlichen nur von der Ausgestaltung des Pleuels und vom jeweiligen Verbrennungsdruck ab. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich das Pleuel bei hohen Drehzahlen durch die Zugkräfte der oszillierenden Massen verlängert und dadurch der Kolben den Zylinderkopf berühren kann.A disadvantage of the in the EP 1 164 272 A1 said internal combustion engine is that the bias voltage can not be adjusted, and that the distance between the two connecting rods to each other, which determines the compression ratio, can not be limited. This distance depends essentially only on the design of the connecting rod and the respective combustion pressure. Another disadvantage is that the connecting rod extends at high speeds by the tensile forces of the oscillating masses and thereby the piston can touch the cylinder head.

Die US 4,111,164 offenbart einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor mit einem Zylinder, einem hin- und hergehenden Kolben, Einspritzmitteln zum Einspritzen von Gasgemischen in den Zylinder, Zündelemente zur Zündung des Gasgemisches, Auslaßmittel zum Auslassen des verbrannten Gasgemisches aus dem Zylinder, eine Kurbelwelle sowie Verdichtungsfederelemente, die derart zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle wirken, daß sich die Kurbelwelle aufgrund der Hin- und Herbewegung des Kolbens dreht. Dem Verbrennungsmotor sind Mittel zur Ausdehnungsbegrenzung der Federelemente zugeordnet, um die Feder mit einer Kraft zusammenzudrücken, die im Wesentlichen gleich der Kolbenkraft ist, die erforderlich ist, das Gasgemisch zur Verbrennung zu verdichten, wenn der Motor im Wesentlichen ohne Last betrieben wird. Die Federelemente sind als steife Verbindungselemente zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle ausgestaltet und stellen eine elastische Verdichtungsverbindung zur Verfügung, wenn der Motor im Wesentlichen unter Last betrieben wird. Die Federelemente sind zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle im Wesentlichen im Verhältnis zur Belastung des Motors zusammendrückbar. Nachteilig ist hierbei, dass sich die Kolben drehen können. Des weiteren ist die Befestigung der Seile an den beiden Pleuelaugen sehr aufwendig, um die durch die oszillierenden Kolbenmassen verursachten Zugkräfte übertragen zu können. Ein weiteres Problem ist, dass der zusätzlich erforderliche Einbauraum für die Unterbringung der Seilbefestigung im Bereich der beiden Pleuelaugen sowie der Raum zur Ausbiegung der Seile innerhalb der Feder im Bereich der Pleuelgeige zwischen Pleuel und Zylinderlaufbahn nicht vorhanden ist.The US 4,111,164 discloses a four-cylinder internal combustion engine having a cylinder, a reciprocating piston, injection means for injecting gas mixtures into the cylinder, ignition elements for igniting the gas mixture, exhaust means for venting the burnt gas mixture from the cylinder, a crankshaft, and compression spring elements so interposed between the cylinder Piston and the crankshaft act, that the crankshaft rotates due to the reciprocation of the piston. The internal combustion engine is associated with means for limiting the expansion of the spring elements to compress the spring with a force substantially equal to the piston force required to compress the gas mixture for combustion when the engine is operated substantially without load. The spring elements are configured as rigid connecting elements between the piston and the crankshaft and provide an elastic compression connection when the engine is operated substantially under load. The spring elements are compressible between the piston and the crankshaft substantially in proportion to the load of the engine. The disadvantage here is that the pistons can rotate. Furthermore, the attachment of the cables to the two connecting rods is very expensive in order to transmit the tensile forces caused by the oscillating piston masses can. Another problem is that the additionally required installation space for housing the cable attachment in the region of the two connecting rods and the space for deflection of the cables within the spring in the area of the connecting rod between the connecting rod and cylinder bore is not present.

Die US 5,769,042 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors während eines Verbrennungsprozesses. Der Motor weist zumindest einen Zylinder und einen zugeordneten Kolben auf, um eine Arbeitskammer zu bilden. Der Kolben weist einen oberen Bereich mit einer Oberfläche auf, um eine hin- und hergehende Wand der Arbeitskammer zu bilden. Der Kolben weist aber auch einen unteren Bereich auf, der Mittel zur Verbindung mit einem Motormechanismus hat. Zudem hat der Kolben elastische Elemente zur elastischen Verbindung des oberen Bereiches mit dem unteren Bereich. Der untere Bereich ist mit dem Motormechanismus verbunden, damit der Kolben während des Betriebes bewegt wird, so daß die Arbeitskammer mit ihrem Volumen während der Verbrennung im Allgemeinen erhöht wird. Das Verfahren umfaßt:

– Einleitung der Verbrennung einer verbrennbaren Ladung innerhalb der Arbeitskammer in der Nähe des oberen Kolbentotpunktes, um eine relativ abrupte Erhöhung des Gasdruckes zu generieren;
– Zusätzliche Erhöhung des Volumens der Arbeitskammer durch Deformieren der zugeordneten elastischen Elemente aufgrund der Gasdruckerhöhung, wodurch eine Relativbewegung des oberen Abschnittes, bezogen auf den unteren Abschnitt, hervorgerufen wird; und
– Steuerung der Volumenerhöhung der Arbeitskammer durch Vorherbestimmung der Deformation der zugeordneten elastischen Elemente, um die Gasdruckerhöhung innerhalb der Verbrennungskammer zu unterbrechen und um diese zumindest teilweise durch eine im Wesentlichen isobarische Verbrennung zu ersetzen.

The US 5,769,042 discloses a method of operating an internal combustion engine during a combustion process. The engine has at least one cylinder and an associated piston to form a working chamber. The piston has an upper area with a surface on to form a reciprocating wall of the working chamber. However, the piston also has a lower portion that has means for connection to a motor mechanism. In addition, the piston has elastic elements for the elastic connection of the upper region with the lower region. The lower portion is connected to the motor mechanism for moving the piston during operation, so that the working chamber is generally increased in volume during combustion. The method comprises:

Initiation of combustion of a combustible charge within the working chamber near the upper piston dead center to generate a relatively abrupt increase in gas pressure;
- Additional increase of the volume of the working chamber by deforming the associated elastic elements due to the gas pressure increase, whereby a relative movement of the upper portion, based on the lower portion, is caused; and
Controlling the increase in volume of the working chamber by predetermining the deformation of the associated elastic elements, to interrupt the gas pressure increase within the combustion chamber and to replace these at least partially by a substantially isobaric combustion.

Als ein Hauptnachteil dieser Lösung ist anzusehen, daß der Kolben eine hohe thermische Belastung zu ertragen hat, da die Kolbenkrone vom Kolbenhemd isoliert ist. Wegen der erhöhten schwingenden Massen steigen zudem auch die Vibrationen und die Geräuschbelastung (NVH = Noise Vibration Harshness). Auch hier ist der bauliche Aufwand sehr nachteilig.When a major disadvantage of this solution is to be considered that the Piston has to endure a high thermal load, as the piston crown isolated from the piston skirt. Because of the increased oscillating masses are rising In addition, the vibrations and noise pollution (NVH = noise Vibration harshness). Again, the construction effort is very disadvantageous.

DE 102004000029.8 betrifft einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem flexiblen Pleuel, der an seinem Pleuelkopf mit einer Kurbelwelle verbindbar ist und an seinem zum Pleuelkopf gegenüberliegenden Pleuelauge mit einem Kolben verbindbar ist. Dem Pleuelkopf und dem Pleuelauge ist jeweils ein Stützträger zugeordnet. Die Stützträger erstrecken sich entlang einer Mittelachse aufeinander zu und sind mit ihren Anschlagenden zueinander variabel beabstandet, so daß ein Spalt gebildet ist.DE 102004000029.8 relates to an internal combustion engine with at least one flexible connecting rod attached to its connecting rod with a crankshaft is connectable and at its opposite to the connecting rod Connecting rod can be connected to a piston. The connecting rod and the Connecting rod eye is assigned in each case a support beam. The support beams extend are along a central axis towards each other and are with their Stroke ends to each other variably spaced, so that a gap is formed.

Der Spalt wird von einem Kraftspeicherelement überbrückt. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass der zusätzlich erforderliche Einbauraum für das Kraftspeicherelement und den gebogenen Pleuelschaft im Bereich der Pleuelgeige zwischen Pleuel und Zylinderlaufbahn nicht vorhanden ist. Ein weiterer Nachteil ist auch hier, dass sich das Pleuel bei hohen Drehzahlen durch die Zugkräfte der oszillierenden Massen verlängert und dadurch der Kolben den Zylinderkopf berühren kann. Nachteilig ist weiterhin, dass sich die Anschlagenden seitlich voneinander weg bewegen, wenn sich die Pleuelaugen aufeinander zu bewegen, also keine geführte Bewegung der Anschlagenden zueinander möglich ist.Of the Gap is bridged by a force storage element. The disadvantage here in particular, that of the addition required installation space for the power storage element and the bent connecting rod shank in the area the conrod joint between connecting rod and cylinder liner is not available is. Another disadvantage is also here that the connecting rod at high speeds due to the tensile forces the oscillating masses extended and thereby the piston can touch the cylinder head. Another disadvantage is that the stop ends move laterally away from each other when to move the connecting rod eyes towards each other, so no guided movement the stopper each other possible is.

Die aufgezeigten Probleme bezüglich der zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor erforderlichen Veränderung der Pleuellänge gelten selbstverständlich ganz allgemein für alle schlanken Stangen oder Stäbe, deren Länge variiert werden soll.The indicated problems regarding the one to change the compression ratio in a combustion engine required change in the connecting rod length apply Of course in general for all slender rods or rods, their length should be varied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einer Pleuelstange der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln derart zu verbessern, daß eine verbessertes Laufruhe bei reduziertem Kraftstoffverbrauch erreicht wird und das insbesondere ein Einbau in vorhandene Motoren möglich ist.Of the Invention is based on the object with an internal combustion engine a connecting rod of the type mentioned by simple means to improve such that a improved smoothness with reduced fuel consumption achieved is and in particular an installation in existing engines is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention Problem solved by the features of claim 1. advantageous Refinements and developments of the invention are the dependent claims remove.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ein gerader langer Stab, wie z.B. eine Pleuelstange, bei Belastung mit einer bestimmten Druckkraft in Richtung der Stabachse, seitlich ausknickt. Dies wird bei herkömmlichen Pleuelstangen durch entsprechende Auslegung der Ausformung des Pleuelschaftes vermieden, da das Ausknicken nicht begrenzt werden kann. Beim Ausknicken würde daher eine plastische Verformung eintreten, die die Funktion des Motors beeinträchtigt und in den meisten Fällen sogar zur Beschädigung des Motors führen würde.Of the Invention is based on the finding that a straight long Rod, such as a connecting rod, under load with a certain Pressure force in the direction of the rod axis, laterally buckling. this will at conventional Connecting rods by appropriate interpretation of the shape of the connecting rod shank avoided, since the buckling can not be limited. When buckling would therefore one occur plastic deformation, which affects the function of the engine and in most cases even to damage lead the engine would.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht somit in einer Federstange mit mindestens einem schlanken Schaft und mindestens einem Stützträger wobei der schlanke Schaft durch Beaufschlagung einer bestimmten in Richtung der Stangenmittelachse wirkenden Druckkraft seitlich elastisch ausknickt, so dass sich die Stangenenden aufeinander zu bewegen und sich der Abstand zwischen den Anschlagenden verringert. Ein plastisches Ausknicken des Schaftes wird durch den Stützträger vermieden indem sich die Anschlagenden berühren und so der Abstand zwischen den beiden Stangenenden auf ein Mindestmass begrenzt wird.The Basic principle of the invention thus consists in a spring rod at least one slender shaft and at least one support beam the slender shaft by applying a specific in the direction the pressure acting on the rod center axis elastically buckles laterally, so that the rod ends move towards each other and the Distance between the stop ends reduced. A plastic buckling the shaft is avoided by the support beam by touching the stop ends and so the distance between the two rod ends to a minimum is limited.

Im Ruhezustand ist der schmale Schaft also gerade und die Entfernung zwischen den beiden Stangenenden ist am grössten. Im Belastungszustand ändert sich knickt der schmale Schaft elastisch zur Seite hin aus und die beiden Stangenenden bewegen sich auf einander zu bis der Abstand zwischen den Stangenenden von den beiden Stützträgern begrenzt wird. Bei einer in Stangenmittelachse wirkenden Zugkraft – wie sie z.B. bei Verbrennungsmotoren im Lastwechseltakt bei hohen Drehzahlen vorkommen – wird der Abstand der Stangenenden durch die gerade Form des schmalen Schaftes begrenzt, da außer der Zugkraft keine zusätzlichen Biege- oder Knickmomente auf den Schaft wirken.At rest, the narrow shaft is therefore straight and the distance between the two rod ends is the largest. In the load state, the narrow shaft changes elastically to the side buckling and the two rod ends move towards each other until the distance between the rod ends of the two support beams be is bordered. In the case of a tensile force acting in the rod central axis-as occur, for example, in high-speed cycles in internal combustion engines-the distance of the rod ends is limited by the straight shape of the narrow shaft, since, apart from the tensile force, no additional bending or bending moments act on the shaft.

Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn die längenveränderliche Federstange an einem Ende mit einem Kolben und am anderen Ende mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist und somit ein variables Verdichtungsverhältnis ermöglicht wird. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Federstange so dimensioniert wird, dass der Abstand der beiden Stangenenden im Lastwechsel und bei Teillast des Motors maximal ist und im Verbrennungstakt, insbesondere bei hohen Lasten – z.B. über 50% – abnimmt.Appropriate in the sense The invention is when the variable in length Spring rod at one end with a piston and at the other end with a crankshaft of an internal combustion engine is connected and thus a variable compression ratio allows becomes. It is advantageous if the spring rod dimensioned so is that the distance between the two rod ends in the load change and at maximum load of the engine is maximum and in the combustion cycle, in particular at high loads - e.g. over 50% - decreases.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Veränderung des Abstandes zwischen den Stangenenden und eine Begrenzung dieses Abstandes auf eine minimale und maximale Entfernung – wie z.B. zum Erreichen eines variablen Verdichtungsverhältnisses – ohne Verwendung von zusätzlichen Bauteilen erreicht wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Variation des Verdichtungsverhältnisses in vorhandene Motoren ermöglicht ohne Änderungen an weiteren Motorbauteilen, die erfahrungsgemäss sehr kostenintensiv sind, vornehmen zu müssen. Des weiteren ist die Bearbeitung der Pleuelaugen des elastisch ausknickenden Federpleuels auch weiterhin auf den vorhandenen Fertigungsmaschinen für die herkömmlichen starren Pleuel möglich.Of the significant advantage of the invention is that a change the distance between the rod ends and a limit of this Distance to a minimum and maximum distance - e.g. to achieve a variable compression ratio - without the use of additional Components is achieved. By the embodiment according to the invention, the variation the compression ratio in existing engines allows without changes on other engine components, which experience has shown to be very cost-intensive, to have to make. Furthermore, the processing of the connecting rod of the elastic ausknickenden Federpleuels continues on the existing production machines for the conventional rigid Connecting rod possible.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Anschlagenden des Stützträgers durch eine bestimmte Form dargestellt so dass die Stützträger sich während des Ausknickens des schmalen Schaftes gegenseitig berühren und in einander schieben, so dass die Bewegungsrichtung der beiden Stangenenden zueinander – und insbesondere der Anschlagenden der Stützträger zueinander – geführt wird.To a development of the invention, the abutment ends of the support beam through shown a particular shape so that the support beams during the buckling of the narrow Shank touching each other and slide in each other so that the direction of movement of the two Rod ends to each other - and in particular the abutment ends of the support beams to each other - is performed.

Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Anschlagende des Stützträgers durch zwei in einem Winkel zueinander liegenden Flächen V-förmig ausgebildet ist und das andere Anschlagende des Stützträgers als walzenförmig rund gewölbte Fläche ausgebildet ist.This can be achieved, for example, that a stop end of the support beam through two surfaces lying at an angle V-shaped and is the other stop ends of the support beam than roller-shaped round arched area is trained.

Alternativ dazu können beide Anschlagenden des Stützträgers durch zwei in einem Winkel zueinander liegenden Flächen V-förmig ausgebildet sein oder beide als walzenförmig rund gewölbte Fläche ausgebildet sein.alternative can do this both stop ends of the support beam through two surfaces lying at an angle to each other be V-shaped or both as cylindrical round arched area be educated.

Zweckmäßig im Sinne der Erfindung ist, wenn die Stützträger einstückig mit dem schmalen Schaft hergestellt ist. Natürlich kann aber auch vorgesehen werden, dass ein Teil des Stützträgers als separates Bauteil mit den Stangenenden oder mit dem schmalen Schaft verbunden ist. Selbstverständlich können aber auch beide Stützträger als jeweils separates Bauteil mit den zugeordneten Stangenenden bzw. mit dem schmalen Schaft verbunden sein. Die Verbindung der separaten Stützträger mit den Stangenenden bzw. dem schmalen Schaft kann bevorzugt kraftformschlüssig oder in jeder anderen Verbindungsart hergestellt werden.Appropriate in the sense The invention is when the support beams integral with the narrow shaft is made. Of course, but also provided be that part of the support carrier as a separate Component connected to the rod ends or with the narrow shaft is. Of course can but also both support beams as each separate component with the associated rod ends or be connected to the narrow shaft. The connection of the separate Support carrier with the rod ends or the narrow shaft can preferably kraftformschlüssig or be made in any other type of connection.

Zweckmässig im Sinne der Erfindung ist, wenn zwischen den beiden Stangenenden ein zusätzliches Federelement angeordnet ist, insbesondere wenn dieses Federelement eine progressive Federrate aufweist.Practical in Meaning of the invention is when between the two rod ends a additional Spring element is arranged, in particular when this spring element has a progressive spring rate.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pleuelstange kann eine Änderung des Basismotors auf vorteilhafte Weise vermieden werden, wobei sogar ein Originalkolben verwendet werden kann. Zudem wird kein zusätzlicher, teurer und komplexer Steuermechanismus erforderlich, da die erfindungsgemäße Ausgestaltung selbst steuernd ist. Auch eine thermische Belastung des Kolbens wird nicht verändert, wobei auch Vibrationen und Lärmbelastung reduziert werden, da der Pleuelschaft signifikant kleiner ausgestaltet wird, um eine elastische Bewegung zu erreichen und somit die oszillierenden Massen verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden wie z.B. eine zusätzliche Feder oder entsprechende Federhalter.through the embodiment of the invention The connecting rod may be a change the base engine can be avoided in an advantageous manner, even an original piston can be used. In addition, no additional, expensive and complex control mechanism required because the inventive design self-controlling. Also a thermal load on the piston is not changed, being also vibration and noise pollution be reduced, since the connecting rod shaft designed significantly smaller is to achieve an elastic movement and thus the oscillating masses be reduced. Another advantage is that no extra Components needed be like an additional Spring or corresponding spring holder.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the The following is the invention with reference to embodiments in connection closer with the drawings explained. Show it:

1a eine Pleuelstange im Ruhezustand in einer Seitenansicht, 1a a connecting rod at rest in a side view,

1b eine Pleuelstange im Ruhezustand in einem Längsschnitt, 1b a connecting rod at rest in a longitudinal section,

2a eine Pleuelstange im Belastungszustand in einer Seitenansicht, 2a a connecting rod in the loaded state in a side view,

2b eine Pleuelstange im Belastungszustand in einem Längsschnitt, 2 B a connecting rod in the loaded state in a longitudinal section,

3a eine Pleuelstange mit V- und walzenförmigen Stützträgern im Ruhezustand in einer Seitenansicht, 3a a connecting rod with V and cylindrical support beams at rest in a side view,

3b eine Pleuelstange mit V- und walzenförmigen Stützträgern im Ruhezustand in einem Längsschnitt, 3b a connecting rod with V-shaped and cylindrical support beams at rest in one Longitudinal section

1a und 1b zeigen eine Pleuelstange 1 im Ruhezustand. Die Pleuelstange 1 weist ein unteres Ende (grosses Pleuelauge) 2, und ein dazu gegenüberliegendes oberes Ende (kleines Pleuelauge) 3 auf. Zwischen dem grossen Pleuelauge 2 und dem kleinen Pleuelauge 3 erstreckt sich ein Pleuelschaft 4. Der Pleuelschaft 4 ist im Längsschnitt gesehen gerade ausgeführt. Die Pleuelstange 1 ist mit seinem grossen Pleuelauge 2 mit einer Kurbelwelle und mit seinem kleinen Pleuelauge 3 mit einem Kolben verbindbar. 1a and 1b show a connecting rod 1 at rest. The connecting rod 1 has a lower end (big connecting rod eye) 2 , and an opposite upper end (small connecting rod eye) 3 on. Between the big connecting rod eye 2 and the small connecting rod eye 3 extends a connecting rod shaft 4 , The connecting rod shaft 4 is seen in longitudinal section just executed. The connecting rod 1 is with his big eye 2 with a crankshaft and with its small connecting rod eye 3 connectable with a piston.

Dem grossen Pleuelauge 2 und dem kleinen Pleuelauge 3 ist jeweils ein Stützträger 6, 7 zugeordnet. Die Stützträger 6, 7 erstrecken sich entlang der Mittelachse X jeweils von dem grossen Pleuelauge 2 bzw. dem kleinen Pleuelauge 3 weg und aufeinander zu. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pleuelstange 1 in einem unbelasteten Zustand dargestellt. Die Stützträger 6, 7 sind mit ihren Anschlagenden 8, 9 entlang der Mittelachse X zueinander variabel beabstandet, so daß ein Spalt 11 gebildet ist. Der Spalt 11 wird von dem schmalen Pleuelschaft 4 überbrückt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem linken und einem rechten Teil besteht. Alternativ sind auch ein einteiliger Schaft oder mehrteilige Stützträger möglich.The big connecting rod eye 2 and the small connecting rod eye 3 is each a support beam 6 . 7 assigned. The support beams 6 . 7 extend along the central axis X respectively from the large connecting rod eye 2 or the small connecting rod eye 3 away and towards each other. In the illustrated embodiment, the connecting rod 1 shown in an unloaded state. The support beams 6 . 7 are with their followers 8th . 9 along the central axis X to each other variably spaced, so that a gap 11 is formed. The gap 11 is from the narrow connecting rod shaft 4 bridged, which consists of a left and a right part in the embodiment shown. Alternatively, a one-piece shaft or multi-part support beams are possible.

In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel sind die Stützträger 6, 7 einstückig mit der Pleuelstange 1 hergestellt. Selbstverständlich kann aber auch der Stützträger 7 als separates Bauteil mit dem grossen Pleuelauge 3 verschraubt werden.In the exemplary embodiment, the support beams 6 . 7 integral with the connecting rod 1 produced. Of course, but also the support beam 7 as a separate component with the large connecting rod eye 3 be screwed.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pleuelstange 1 kann ein maximaler Bewegungsbereich durch den Abstand der beiden Anschlagenden 8 bzw. 9, also eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Spaltes 11, eingestellt werden.By means of the inventive design of the connecting rod 1 can a maximum range of motion by the distance between the two stop ends 8th respectively. 9 , ie an enlargement or reduction of the gap 11 to be discontinued.

Die Pleuestange 1 ist Bestandteil eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Viertaktmotors, wobei jedem Zylinder jeweils eine Pleuelstange 1 zugeordnet werden kann. In dem Verbrennungsmotor werden Verbrennungsdrücke erzeugt, die ein elastisches Verformen der Pleuelstange 1 bewirken. Eine minimale Gaskraft, die eine elastische Verformung der Pleuelstange 1 bewirkt, wird von den Materialeigenschaften der Pleuelstange 1 und der Dimensionierung der Pleuelstange 1 sowie der Ausgestaltung des Pleuelschaftes 4, insbesondere durch die Länge des Pleuelschaftes 4 und dessen Querschnitt, insbesondere dessen Flächenträgheitsmomentes, welches durch Dicke und Breite sowie Form beeinflusst werden, beeinflusst.The Pleuestange 1 is part of an internal combustion engine, preferably a four-stroke engine, each cylinder each having a connecting rod 1 can be assigned. In the internal combustion engine combustion pressures are generated, which is an elastic deformation of the connecting rod 1 cause. A minimal gas force, which is an elastic deformation of the connecting rod 1 is caused by the material properties of the connecting rod 1 and the dimensioning of the connecting rod 1 as well as the design of the connecting rod shank 4 , in particular by the length of the connecting rod shank 4 and its cross-section, in particular its area moment of inertia, which are influenced by thickness and width and shape influenced.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Länge des Pleuelschaftes 4 ein Mehrfaches des Produktes aus seiner Breite BS und seiner Dicke DS beträgt und der Pleuelschaft 4 somit schlank ausgebildet ist und wenn die Breite BS des Pleuelschaftes 4 deutlich grösser ist als seine Dicke DS, da dadurch das seitliche Ausknicken begünstigt wird und gleichzeitig eine besonders hohe Schlankheit erreicht wird, welches ungünstig für eine plastische Verformung ist. Des weiteren wird ein seitliches Ausknicken in Richtung der Kurbelwellenlängsachse vermieden, da das Flächenträgheitsmoment in diese Richtung dann besonders gross ist.It is particularly advantageous if the length of the connecting rod shank 4 is a multiple of the product of its width BS and its thickness DS and the connecting rod shank 4 thus slender and if the width BS of the connecting rod shank 4 is significantly greater than its thickness DS, as this favors the lateral buckling and at the same time a particularly high slenderness is achieved, which is unfavorable for a plastic deformation. Furthermore, a lateral buckling in the direction of the longitudinal axis of the crankshaft is avoided, since the area moment of inertia in this direction is then particularly great.

Besonderes vorteilhaft ist auch, wenn die Dicke D des Stützträgers 7 deutlich grösser ist als seine Breite B, da dadurch sein seitliches Ausknicken verhindert wird.It is also particularly advantageous if the thickness D of the support carrier 7 is significantly greater than its width B, as this prevents its lateral buckling.

2a und 2b zeigen eine Pleuelstange 1 im Belastungszustand. Der Pleuelschaft 4 ist elastisch zur Seite ausgeknickt und der Abstand der beiden Pleuelaugen zueinander sowie der Spalt 11 zwischen den Stützträgern 6, 7 mit ihren Anschlagenden 8, 9 hat sich im Vergleich zum in 1a und 1b gezeigten Ruhezustand mit geradem Pleuelschaft verringert. 2a and 2 B show a connecting rod 1 in the load condition. The connecting rod shaft 4 is elastically buckled to the side and the distance between the two connecting rods to each other and the gap 11 between the support beams 6 . 7 with their stoppers 8th . 9 has compared to in 1a and 1b shown hibernation with straight connecting rod reduced.

3a und 3b zeigen eine Pleuelstange 1 wobei das Anschlagende 9 des Stützträgers 7 durch zwei in einem Winkel zueinander liegenden Flächen V-förmig ausgebildet ist und das andere Anschlagende 8 des Stützträgers 6 als walzenförmig rund gewölbte Fläche ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung der Anschlagenden wird erreicht, dass die Stützträger sich während des Ausknickens des schmalen Schaftes gegenseitig berühren und in einander schieben, so dass die Bewegungsrichtung der beiden Stangenenden zueinander – und insbesondere der Anschlagenden der Stützträger zueinander – geführt wird. 3a and 3b show a connecting rod 1 the stop end 9 of the support carrier 7 is formed by two at an angle to each other faces V-shaped and the other stop end 8th of the support carrier 6 is designed as a cylindrical round curved surface. This design of the stop ends ensures that the support beams touch each other during the buckling of the narrow shaft and push each other, so that the direction of movement of the two rod ends to each other - and in particular the abutment ends of the support beams to each other - is performed.

Vorteilhaft ist auch, wenn zwischen den beiden Stangenenden ein zusätzliches Federelement angeordnet ist, insbesondere wenn dieses Federelement eine progressive Federrate aufweist. Durch dieses zusätzliche Federelement kann der Bewegungsablauf der beiden Anschlagenden 8, 9 zueinander zusätzlich vorteilhaft beeinflusst werden.It is also advantageous if an additional spring element is arranged between the two rod ends, in particular if this spring element has a progressive spring rate. By this additional spring element, the movement of the two stop ends 8th . 9 additionally be favorably influenced.

Claims

Spring rod ( 1 ), with at least one slender shaft ( 4 ) whose length is a multiple of the product of its width (BS) and its thickness (DS) and at least one support beam ( 6 . 7 ) with the stop ( 8th . 9 ) a gap ( 11 ), which has a maximum length (L) at rest and has a smaller length (L1) in the loaded state , characterized in that the slender shaft ( 4 ) and the support beam ( 6 . 7 ) at rest parallel to the rod center axis (X) run and the slender shaft ( 4 ) elastically buckles laterally by acting on a specific pressure force (F) acting in the direction of the rod central axis (X), so that the rod ends ( 2 . 3 ) and the distance between the stop ends ( 8th . 9 ) and a plastic buckling of the shaft ( 4 ) through the support beam ( 6 . 7 ) is avoided by the 8th . 9 ) and the thickness (D) of the support beam ( 7 ) is significantly larger than its width (B).

Spring rod according to claim 1, characterized in that the lower rod end ( 2 ) is connected to a crankshaft and the upper rod end ( 3 ) is connected to a piston and thus constitutes a connecting rod of a crank mechanism.

Spring rod according to claim 1 or 2, characterized in that in an internal combustion engine is reached only after the onset of combustion in the compression stroke or in the power stroke of the load state in which the rod ends ( 2 . 3 ) to move towards each other and in the Ausschiebetakt and intake stroke of the idle state with the maximum gap length (L) is present.

Spring rod according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stop end ( 9 ) of the support carrier ( 7 ) is formed by at least two at an angle to each other surfaces V-shaped and the other end stop ( 8th ) of the support carrier ( 6 ) is formed as a cylindrical round curved surface.

Spring rod according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stop end ( 9 ) of the support carrier ( 7 ) is formed by at least two at an angle to each other surfaces V-shaped and the other end stop ( 8th ) of the support carrier ( 6 ) is formed by at least two at an angle to each other surfaces V-shaped.

Spring rod according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stop end ( 9 ) of the support carrier ( 7 ) is formed as a cylindrical round curved surface and the other end stop ( 8th ) of the support carrier ( 6 ) is formed as a cylindrical round curved surface.

Spring rod according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the rod ends ( 2 . 3 ) An additional spring element is arranged and that this additional spring element is formed with a progressive spring rate.