DE102005006902A1 - Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents
Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor Download PDFInfo
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Abstract
Eine
Pleuelstange für
ein veränderliches
Verdichtungsverhältnis
bei einem Verbrennungsmotor umfasst einen Pleuelfuß, der an
einer Kurbelwelle befestigt werden kann, und einen Pleuelkopf, der
an einem Kolben befestigt werden kann. Ein verstellbares Viergelenksystem
erstreckt sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf und verbindet
diese, damit die Länge
der Pleuelstange durch die Bewegung eines verstellbaren Kniehebels
und eines Exzenters eingestellt werden kann, der durch Trägheitskräfte angetrieben
wird, die auf die Pleuelstange wirken.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, bei der die wirksame Länge der Pleuelstange auf steuerbare Weise verändert werden kann, um das Verdichtungsverhältnis des Motors zu ändern.
- Wer die Thermodynamik studiert, weiß, dass höhere Verdichtungsverhältnisse im Allgemeinen einen höheren Wärmewirkungsgrad für Verbrennungsmotoren vom Kolbentyp ergeben. Bei Motoren mit vorgemischter Ladung, die für gewöhnlich in Form von Benzinmotoren mit Fremdzündung vertrieben werden, führen höhere Verdichtungsverhältnisse leider zu Problemen aufgrund einer Frühzündung. Dieses Problem kann darüber hinaus noch verschärft werden, wenn es sich um einen Turbo- oder Kompressionsmotor handelt. Es wäre daher wünschenswert, einen Motor zu haben, der unter den meisten Betriebsbedingungen normalerweise mit einem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden kann, um eine maximale Kraftstoffeinsparung zu bieten, während er unter den energiereichsten Bedingungen immer noch mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis arbeiten kann. Dadurch könnte der Motor ohne Klopfen oder Frühzündung ein Maximum an Energie produzieren. Der Erfinder der vorliegenden Pleuelstange hat eine einzigartige Lösung für Probleme im Zusammenhang mit bekannten Anordnungen mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis bereitgestellt. Anordnungen wie Kolben mit veränderlicher Verdichtungshöhe, die normalerweise von BICERI entwickelt werden, sowie eine Fülle an anderen mechanischen Vorrichtungen, leiden alle an Problemen hinsichtlich Steuerbarkeit, unzureichendem Zeitverhalten, übermäßigem Ge wicht, übermäßiger Komplexität und sonstigen Schwierigkeiten. Die vorliegende Pleuelstange löst die Probleme in Verbindung mit bekannten Vorrichtungen zum Steuern des Verdichtungsverhältnisses mit Hilfe eines Mechanismus, der von einem Viergelenksystem ausgeht, das sich zwischen dem Fuß und dem Kopf der Pleuelstange erstreckt und mit Trägheitskräften arbeitet, um die erforderlichen Änderungen im Verdichtungsverhältnis zu erhalten, wobei ein Verriegelungsmechanismus verwendet wird, der nur den auf den Viergelenkmechanismus wirkenden Knickkräften standhalten muss, um die Pleuelstange auf dem ausgewählten Verdichtungsverhältnis zu halten.
- Eine Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor umfasst einen Pleuelfuß, der an einer Kurbelwelle befestigt werden kann, und einen Pleuelkopf, der an einem Kolben befestigt werden kann. Ein verstellbares Viergelenksystem erstreckt sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf und verbindet diese, damit die Länge der Pleuelstange eingestellt werden kann. Das Viergelenksystem umfasst vorzugsweise ein Hauptverbindungselement, das sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt, wobei das Hauptverbindungselement schwenkbar an dem Pleuelfuß befestigt ist, und einen verstellbaren Kniehebel mit einem ersten Ende, das schwenkbar an dem Hauptverbindungselement befestigt ist, und einem zweiten Ende, das an einem in dem Pleuelfuß gelagerten Exzenter schwenkbar befestigt ist. Die Drehstellung des Exzenters bestimmt die Länge, oder genauer gesagt die wirksame Länge der Pleuelstange.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der im Fuß der Stange untergebrachte Exzenter wahlweise in einer Vielzahl von Drehstellungen positionierbar, wobei jede solche Stellung einer anderen wirksamen Länge der Pleuelstange und damit einer Reihe von Verdichtungsverhältnissen für den Motor entspricht.
- Die Stellung des Exzenters wird gesteuert durch eine im Fuß der Pleuelstange angeordnete Verriegelungsvorrichtung, wobei die Verriegelungsvorrichtung steuerbar ist, um den Exzenter festzustellen. Die Verriegelungsvorrichtung kann mindestens einen Sperrstift umfassen, der im Fuß der Pleuelstange angeordnet ist, wobei der Sperrstift steuerbar in Eingriff mit mindestens einer in dem verstellbaren Kniehebel ausgebildeten Öffnung ausgefahren werden kann, um den Exzenter festzustellen. Die Verriegelungsvorrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Sperrstifte, die in dem Pleuelfuß angeordnet sind, wobei die Sperrstifte steuerbar in Eingriff mit mehreren in dem verstellbaren Kniehebel ausgebildete Öffnungen ausgefahren werden können, um die Exzenter wahlweise in einer von mehreren Drehstellungen zu verriegeln, wobei jede der Drehstellungen einem einzigen Verdichtungsverhältnis entspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder der Sperrstifte einen doppelt wirkenden Hydraulikkolben mit einem Stiftende, wobei der Kolben in einer Patrone untergebracht ist, die selbst im Fuß der Pleuelstange angeordnet ist, wobei der Kolben sowohl mit einer Federkraft als auch mit einer Hydraulikkraft beaufschlagt wird, die den Stift ausfahren, und mit einer Hydraulikkraft allein, um den Stift zurückzuziehen.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst jede der Öffnungen, in die die in den Patronen untergebrachten Sperrstifte eingreifen, eine insgesamt kreisrunde Bohrung mit einem anfänglichen Eingriffsabschnitt, wobei der anfängliche Eingriffsabschnitt eine nicht kreisrunde Gestalt hat, die sich um die insgesamt kreisrunde Bohrung herum und über diese hinaus erstreckt. Dieser Führungsbereich unterstützt das erste Eingreifen des Stifts und "dirigiert" den Sperrstift wirksam in seine endgültige Eingriffsstellung in einer Bohrung oder Öffnung, die sich in einen Abschnitt des verstellbaren Kniehebels erstreckt.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine zu einer Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis gehörige Verriegelungsvorrichtung durch Motorschmieröl betätigt, das durch Kanäle zugeführt wird, die in einer Kurbelwelle, an der die Pleuelstange befestigt ist, ausgebildet sind. In dieser Hinsicht wird das US-Patent Nr. 6,408,804, das auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist, hiermit in diese Beschreibung mit einbezogen.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Einstellen der Länge einer Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor die folgenden Schritte: Ermitteln eines gewünschten Zustands des Verdichtungsverhältnisses der Pleuelstange und Erfassen des momentanen Zustands des Verdichtungsses der Pleuelstange und, für den Fall, dass der erfasste Zustand nicht der erwünschte Zustand ist, Entriegeln eines Riegels, der zwischen dem Fuß der Pleuelstange und einem sich zwischen einem Hauptverbindungselement der Pleuelstange und einem in dem Pleuelfuß gelagerten Exzenter erstreckenden verstellbaren Kniehebel positioniert ist, damit auf die Pleuelstange wirkende Trägheitskräfte den Kniehebel dazu veranlassen können, die Drehstellung des Exzenters zu ändern, was dazu führt, dass sich die Drehstellung des Hauptverbindungselements in Bezug auf den Fuß der Stange ändert, wodurch sich die wirksame Länge der Pleuelstange ändert, und schließlich das Wiederverriegeln des Riegels, um die Pleuelstange auf der eingestellten Länge zu halten. Bei dem vorliegenden Verfahren wird außerdem der momentane Zustand des Verdichtungsverhältnisses der Pleuelstange im Anschluss an das Einstellen der Länge der Pleuelstange erfasst.
- Es ist ein Vorteil der vorliegenden Pleuelstange, dass das Verdichtungsverhältnis eines Motors auf robuste Weise geändert werden kann, um eine überlegene Steuerung des Verdichtungsverhältnisses des Motors bereitzustellen.
- Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die vorliegende Pleuelstange die Bereitstellung eines veränderlichen Verdichtungsverhältnisses bei geringerem Gewicht und geringerer Komplexität als bei Mechanismen nach dem Stand der Technik erlaubt.
- Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die vorliegende verstellbare Pleuelstange eine rasche Änderung des Verdichtungsverhältnisses erlaubt.
- Weitere Vorteile sowie Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Leser dieser Beschreibung offensichtlich.
-
1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung. - Die
2 -9 zeigen die Lage eines Exzenters, der Bestandteil eines in einer Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltenen Viergelenksystems ist, wenn der Exzenter entsprechend Änderungen in der wirksamen Länge der Stange und damit entsprechend Änderungen in dem von der vorliegenden Pleuelstange erzeugten Verdichtungsverhältnis in verschiedene Positionen gedreht wird. -
10 ist eine teilweise auseinandergezogene Perspektive, in der Sperrstifte in einer Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. -
11 ist eine perspektivische Ansicht, in der im Fuß einer Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnete Sperrstifte dargestellt sind. -
12 ist eine teilweise abgebrochene perspektivische Ansicht, in der insbesondere Ölkanäle gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. -
13 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Exzenters und zugehöriger Buchsen gemäß der vorliegenden Erfindung. -
14 veranschaulicht ein hoch verdichtendes Element und die zugehörigen Bauteile gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. -
15 zeigt zwei Pleuelstangen, die nebeneinander auf einem Kurbelzapfen einer Motorkurbelwelle angeordnet sind, wobei sie sich in einer Stellung für ein niedriges Verdichtungsverhältnis befinden. -
16 zeigt die zwei Pleuelstangen von15 in einer Stellung für ein hohes Verdichtungsverhältnis. -
17 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. -
18 zeigt einen einstückigen Kniehebel gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. -
19 zeigt einen durch Absprengen vorbearbeiteter Teile hergestellten Kniehebel gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. - Gemäß
1 hat die Pleuelstange10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Pleuelfuß22 , der an der Kurbelwelle (nicht dargestellt) eines Motors befestigt werden kann, und einen Pleuelkopf32 mit einer Kolbenbolzenbohrung34 zum Befestigen der Pleuelstange10 an einem Motorkolben (nicht dargestellt). Der Pleueldeckel24 und Schrauben26 halten die Pleuelstange10 auf herkömmliche Weise in Kontakt mit einem Kurbelwellenlager. - Das Hauptverbindungselement
38 erstreckt sich zwischen dem Pleuelkopf32 und dem Pleuelfuß22 . Ein Ende des Hauptverbindungselements38 ist einstückig mit dem Pleuelkopf32 ausgebildet, und das andere Ende42 umfasst eine Gabel mit zwei Bohrungen44 , die den Zapfen50 aufnehmen, so dass das Hauptverbindungselement38 schwenkbar an dem Pleuelfuß22 befestigt werden kann. Das Hauptverbindungselement38 umfasst einen Teil eines Viergelenksystems, das sich zwischen dem Pleuelkopf32 und dem Pleuelfuß22 erstreckt. Der zweite Teil des Viergelenksystems besteht aus einem verstellbaren Kniehebel, der durch das niedrig verdichtende Element56 und das hoch verdichtende Element76 gebildet wird. Wenn wir nun mit dem niedrig verdichtenden Element56 beginnen, so ist aus1 und14 zu entnehmen, dass das Element56 eine Bohrung58 für den Eingriff des Hauptverbindungselements aufweist, die eine schwenkbare Lagerung um den Drehzapfen46 erlaubt, der in dem Hauptverbindungselement38 gelagert ist. Dadurch kann der verstellbare Kniehebel schwenkbar an dem Hauptverbindungselement38 befestigt werden. Das zweite Ende des niedrig verdichtenden Elements56 hat eine Bohrung62 , durch die es auf dem Exzenter92 angeordnet werden kann, der im Fuß22 der Pleuelstange10 untergebracht ist. Der Exzenter92 ist in einer im Pleuelfuß22 ausgebildeten Bohrung96 angeordnet. - Wie in den verschiedenen Figuren gezeigt, hat der Pleuelfuß
22 zwei Bohrungen102 und104 , die eine Sperrstiftbohrung102 für niedrige Verdichtung und eine Sperrstiftbohrung104 für hohe Verdichtung umfassen. In10 ,11 und12 sind Einzelheiten der Sperrstiftbohrungen und Sperrstifte dargestellt. Gemäß12 nun weiterhin ist der Kanal124 der Sperrstiftkanal für hohe Verdichtung. Aus einem Kanal in der Kurbelwelle (nicht dargestellt) stammendes und durch eine Bohrung im Kurbelzapfen am Rand des Lagereinsatzes im Pleuelfuß22 strömendes Öl wird also durch den Kanal124 und in die Bohrungen104 und102 gelangen. Drucköl aus dem Kanal124 wird dazu führen, dass der in der Bohrung102 angeordnete Sperrstift zurückgezogen wird, während gleichzeitig der in der Bohrung104 angeordnete Sperrstift ausgefahren wird, um an dem hoch verdichtenden Element76 anzugreifen (1 ). Wie das niedrig verdichtende Element56 ist das hoch verdichtende Element76 schwenkbar an dem Drehzapfen46 auf dem Hauptverbindungselement38 befestigt und ist außerdem an dem Exzenter94 schwenkbar befestigt, der in der Bohrung96 im Pleuelfuß22 untergebracht ist. Schrauben86 und98 dienen zur Befestigung des hoch verdichtenden Elements76 an dem niedrig verdichtenden Element56 . Die Schraube98 dient zum Verbinden der beiden Exzenterhälften92 und94 . - Einzelheiten der Sperrstiftkonstruktion sind in
10 dargestellt. So hat jede Patrone110 ein Gehäuse112 , das einen Kolben114 enthält, der ein Ende115 mit einem Stift aufweist. Jeder Kolben ist mit einer Feder116 versehen und wird durch eine Haltevorrichtung118 in dem Gehäuse112 festgehalten. Die Patronen110 sind in Bohrungen102 und104 angeordnet, wie in11 gezeigt. Durch den Kanal124 (12 ) strömendes Öl bewirkt, dass der Kolben114 in der in der Bohrung104 angeordneten Patrone aus dem Gehäuse112 ausfährt. Dieses Ausfahren wird durch die Feder116 unterstützt. Der Stift115 am Ende des Kolbens114 wird sich in eine in dem hoch verdichtenden Element76 ausgebildete Sperrstiftöffnung erstrecken. Einzelheiten der in dem niedrig verdichtenden Element56 ausgebildeten Sperrstiftöffnung64 sind in1 und14 dargestellt. Diese Einzelheiten sind ähnlich wie bei der in dem hoch verdichtenden Element76 ausgebildeten Öffnung. Gemäß1 und14 ist die Sperrstiftöffnung64 eine insgesamt zylindrische Bohrung mit einem Führungsbereich66 , der als teilweise ausgesparter Bereich um einen Teil der Sperrstiftöffnung64 herum ausgebildet ist. Wenn also die Sperrstifte115 aus den Patronen110 ausgefahren werden, werden sich die Sperrstifte zunächst in die ausgesparte Fläche des Führungsbereichs66 erstrecken und werden dann im Wesentlichen in die Bohrung64 "dirigiert". - In den Kanal
126 (12 ) eintretendes Öl bewirkt, dass der Sperrstift115 , der in der in der Bohrung102 angeordneten Patrone110 untergebracht ist, in die in dem niedrig verdichtenden Element56 ausgebildete Öffnung64 ausgefahren wird, was dazu führt, dass die Pleuelstange10 ihre kürzere bzw. niedrig verdichtende Stellung einnimmt. Wenn dagegen der sich aus der Bohrung104 erstreckende Stift in Eingriff gebracht wird, wird die Pleuelstange10 in einer längeren bzw. höher verdichtenden Stellung verriegelt. Wie oben angemerkt, umfassen das niedrig verdichtende Element56 und das hoch verdichtende Element76 einen zweiten Teil des Viergelenksystems. Ein dritter Teil des Viergelenksystems besteht aus einem Abschnitt der Exzenter92 und94 . Dieser Abschnitt ist insbesondere in2 bis9 dargestellt, in denen die Drehung des Exzenters94 näher dargestellt ist. In2 befindet sich die Pleuelstange10 also in einer Konfiguration für maximale Ver dichtung, und der Exzenter94 ist so positioniert, dass er eine Dreiecksgeometrie zwischen den Mittelpunkten des Drehzapfens46 , des Zapfens50 und der Bohrung96 bildet. In3 ist das Viergelenksmerkmal der Pleuelstange der vorliegenden Erfindung deutlich zu sehen, wobei sich das erste Element vom Mittelpunkt A des Drehzapfens46 aus erstreckt und das zweite Element sich vom Mittelpunkt A zum Mittelpunkt B des Exzenters94 erstreckt. Das dritte Element erstreckt sich vom Mittelpunkt B zum Mittelpunkt C der Bohrung96 , und das vierte Element erstreckt sich vom Mittelpunkt C zum Mittelpunkt D des Zapfens50 . Angesichts dieser Offenbarung wird der Fachmann erkennen, dass eine Vielzahl von Verdichtungsverhältnissen hergestellt werden können, indem man den Exzenter94 in verschiedenen Drehstellungen verriegelt. - Wenn sich die Pleuelstange
10 in der in2 und6 gezeigten Konfiguration befindet, müssen die Sperrstifte115 , die sich aus den in den Bohrungen102 und104 untergebrachten Patronen110 erstrecken, nur den Knickkräften standhalten, mit denen die Pleuelstange10 durch die Bewegung der Stange in dem Motor beaufschlagt wird. Die Kräfte, denen die Sperrstifte115 standhalten müssen, sind also stark verringert im Vergleich zu den sonst auftretenden Kräften. Wenn die Sperrstifte115 jedoch zurückgezogen werden, um eine Änderung im Verdichtungsverhältnis zu ermöglichen, bewirken Trägheitskräfte, dass die Seitwärtsbewegung der Pleuelstange10 das Viergelenksystem verschiebt, und die Bewegung des Gestänges wird dann den Exzenter94 in Drehung versetzen, wie in3 -5 gezeigt, bis die Konfiguration mit einem alternativen Verdichtungsverhältnis erreicht ist, wie in6 , wobei der in der Patrone in der Bohrung102 untergebrachte Sperrstift115 dann gegenüber dem niedrig verdichtenden Element56 verriegelt wird. -
17 veranschaulicht ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Steuern einer verstellbaren Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Routine beginnt bei200 und geht weiter zu202 , wo der gewünschte Zustand des Verdichtungsverhältnisses ermittelt wird. Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, dass eine Vielzahl von Motorbetriebsparametern bei einer Berechnung zur Ermittlung des gewünschten Zustands des Verdichtungsverhältnisses verwendet werden können. Das Verdichtungsverhältnis kann zum Beispiel gesenkt werden, wenn die Motorleistung plötzlich erhöht wird und ein Gebläse wie zum Beispiel ein Kompressor oder Turbolader eingeschaltet wird. Analog dazu kann das Verdichtungsverhältnis gesenkt werden, wenn es zum Klopfen des Motors kommt. Das Verdichtungsverhältnis kann dagegen erhöht werden, wenn die Motorlast gering ist, wie zum Beispiel im Leerlauf oder bei Teilgas. Diese Einzelheiten gehen über den Rahmen dieser Erfindung hinaus. Es ist aber wichtig, dass der gewünschte Zustand des Verdichtungsverhältnisses in Block202 ermittelt wird. Danach prüft die Routine in Block204 den aktuellen Zustand des Verdichtungsverhältnisses. Dies kann mit Hilfe von Sensoren erfolgen, wie später in dieser Beschreibung erläutert wird. In Block206 ermittelt der Controller, der in diesem Fall vorzugsweise ein dem Fachmann bekanntes und von dieser Offenbarung vorgeschlagenes Motorsteuergerät umfasst, ob der gewünschte Zustand und der aktuelle Zustand identisch sind. Mit anderen Worten, der Controller stellt fest, ob der aktuelle Zustand dem gewünschten Zustand entspricht. Wenn die Antwort in Block206 "JA" lautet, kehrt die Routine zurück zu202 und läuft dann weiter. Wenn jedoch die Antwort in Block206 "NEIN" lautet, wird die Verriegelungsvorrichtung (wie zum Beispiel die in den Patronen110 befindlichen Stifte115 ) in Block208 entriegelt, und in Block210 können die Trägheitskräfte die Stange auf die eingestellte gewünschte Länge schieben. Danach verriegeln die Verriegelungsvorrichtungen wieder in Block212 , und die Routine fährt fort in Block214 . - In
15 und16 sind zwei Pleuelstangen dargestellt, die in einer für einen V-Motor typischen Konfiguration angeordnet sind. In15 sind die Pleuelstangen in der Einstellung für ein niedriges Verdichtungsverhältnis dargestellt;16 zeigt die Einstellung für ein hohes Verdichtungsverhältnis. Der Sensor140 ist ein Näherungssensor wie zum Beispiel ein Hall-Effekt-Sensor der einen Impuls erzeugt, wenn die Pleuelstangen an dem Sensor vorbei streichen. Wenn sich die Pleuelstangen10 in einem Modus für hohe Verdichtung befinden, wird die Dauer des Impulses länger sein als dann, wenn sich die Pleuelstangen im Modus für niedrige Verdichtung befinden. Ein Motorsteuergerät (nicht dargestellt) muss nur die Kurbelwellenstellungen markieren, wenn der Hall-Effekt-Impuls beginnt und endet, um den Zustand des Verdichtungsverhältnisses des Motors zu ermitteln. Dies gilt in jedem Fall, ob nun der Hall-Effekt-Sensor den Zustand des Verdichtungsverhältnisses von einer oder von zwei Pleuelstangen ermittelt. Bei Motoren mit einer einzigen Pleuelstange auf jedem Kurbelzapfen wird die Impulsphase und nicht die Impulsdauer anhand der Kurbelwellenstellung ermittelt, um festzustellen, ob sich die Pleuelstange in dem Zustand für hohe oder für niedrige Verdichtung befindet. -
13 zeigt eine alternative Ausführungsform für den Exzenter132 , wobei der Exzenter aus einem einzigen Stück mit zwei daran angelegten Schultern134 zur Aufnahme der hoch und niedrig verdichtenden Elemente besteht. - In
18 und19 sind zusätzliche alternative Ausführungsformen für den Kniehebel veranschaulicht. In18 ist der Kniehebel300 einstückig konstruiert. Dadurch muss die Zugangsbohrung302 vorgesehen sein, damit die Sperrstiftführungsbereiche wie zum Beispiel der Führungsbereich66 (14 ) ausgearbeitet werden können. - Der in
19 dargestellte Kniehebel ist zunächst als einstückiger Vorformling ausgebildet. Nach der Bearbeitung werden die gegenüberliegenden Seiten des Vorformlings mit Hilfe von Sprengkerben316 auseinander gesprengt. Die Bohrung312 kann ein Befestigungselement aufnehmen, damit die voneinander getrennten Hälften auf dem Exzenter94 angeordnet werden können. - Wenngleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Adaptationen vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Umfang der in den folgenden Ansprüchen dargelegten Erfindung abzuweichen.
Claims (16)
- Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor, mit: einem Pleuelfuß, der an einer Kurbelwelle befestigt werden kann; einem Pleuelkopf, der an einem Kolben befestigt werden kann; und einem verstellbaren Viergelenksystem, das sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt, damit die Länge der Pleuelstange eingestellt werden kann.
- Pleuelstange nach Anspruch 1, bei der das Viergelenksystem ein Hauptverbindungselement umfasst, das sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt, wobei das Hauptverbindungselement schwenkbar an dem Pleuelfuß befestigt ist, und einen verstellbaren Kniehebel mit einem ersten Ende, das an dem Hauptverbindungselement schwenkbar befestigt ist, und einem zweiten Ende, das an einem in dem Pleuelfuß gelagerten Exzenter schwenkbar befestigt ist, so dass die Drehstellung des Exzenters die Länge der Pleuelstange bestimmt.
- Pleuelstange nach Anspruch 2, bei der der Exzenter wahlweise in einer Vielzahl von Drehstellungen positionierbar ist.
- Pleuelstange nach Anspruch 2, bei der die Stellung des Exzenters durch eine im Pleuelfuß angeordnete Verriegelungsvorrichtung gesteuert wird, wobei die Verriegelungsvorrichtung steuerbar ist, um den Exzenter festzustellen.
- Pleuelstange nach Anspruch 4, bei der die Verriegelungsvorrichtung mindestens einen im Pleuelfuß angeordneten Sperrstift umfasst, wobei der mindestens eine Sperrstift steuerbar in Eingriff mit mindestens einer in dem verstellbaren Kniehebel ausgebildeten Öffnung ausgefahren werden kann, um den Exzenter festzustellen.
- Pleuelstange nach Anspruch 4, bei der die Verriegelungsvorrichtung mehrere Sperrstifte umfasst, die in dem Pleuelfuß angeordnet sind, wobei die Sperrstifte steuerbar in Eingriff mit mehreren in dem verstellbaren Kniehebel ausgebildeten Öffnungen ausgefahren werden können, um den Exzenter wahlweise in einer von mehreren Drehstellungen zu verriegeln, wobei jede der Drehstellungen einem einzigen Verdichtungsverhältnis entspricht.
- Pleuelstange nach Anspruch 6, bei der jeder der Sperrstifte einen doppeltwirkenden Hydraulikkolben mit einem Stiftende umfasst, wobei der Kolben in einer im Fuß der Kolbenstange angeordneten Patrone untergebracht ist, wobei der Kolben sowohl mit einer Federkraft als auch mit einer Hydraulikkraft beaufschlagt wird, um den Stift auszufahren, und mit einer Hydraulikkraft allein, um den Stift zurückzuziehen.
- Pleuelstange nach Anspruch 7, bei der die mehreren Öffnungen, in die die Sperrstifte eingreifen, jeweils eine insgesamt kreisrunde Bohrung mit einem anfänglichen Eingriffsabschnitt mit einer nicht kreisrunden Konfiguration umfassen, die sich um die insgesamt kreisrunde Bohrung herum und über diese hinaus erstreckt.
- Pleuelstange nach Anspruch 4, bei der die Verriegelungsvorrichtung durch Motorschmieröl betätigt wird, das durch Kanäle zugeführt wird, die in einer Kurbelwelle ausgebildet sind, an der die Pleuelstange befestigt ist.
- Verfahren zum Einstellen der Länge einer Pleuelstange mit einem Pleuelkopf zur Befestigung an einem Kolben und einem Pleuelfuß zur Befestigung an einer Kurbelwelle für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor, wobei sich ein Hauptverbindungselement zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln eines gewünschten Zustands des Verdichtungsverhältnisses für die Pleuelstange; Erfassen des momentanen Zustands des Verdichtungsverhältnisses der Pleuelstange und, für den Fall, dass der erfasste Zustand nicht der erwünschte Zustand ist, Entriegeln eines Riegels, der zwischen dem Pleuelfuß und einem sich zwischen dem Hauptverbindungselement und einem im Pleuelfuß gelagerten Exzenter erstreckenden verstellbaren Kniehebel positioniert ist, damit auf die Pleuelstange wirkende Trägheitskräfte den Kniehebel dazu veranlassen können, die Drehstellung des Exzenters zu ändern, was dazu führt, dass sich die Drehstellung des Hauptverbindungselements in Bezug auf den Pleuelfuß ändert, wodurch sich die wirksame Länge der Pleuelstange ändert; und Wiederverriegeln des Riegels, um die Pleuelstange auf der eingestellten Länge zu halten.
- Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ferner der momentane Zustand des Verdichtungsverhältnisses der Pleuelstange im Anschluss an das Einstellen der Länge der Pleuelstange erfasst wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der momentane Zustand des Verdichtungsverhältnisses der Pleuelstange dadurch erfasst wird, dass die Nähe eines Abschnitts der Pleuelstange zu einem Sensor in einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung erfasst wird.
- Pleuelstange für ein veränderliches Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor, mit: einen Pleuelfuß, der an einer Kurbelwelle befestigt werden kann; einem Pleuelkopf, der an einem Kolben durch einen Kolbenbolzen befestigt werden kann; und einem verstellbaren Viergelenksystem, das sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt und diese verbindet, damit die Länge der Pleuelstange eingestellt werden kann, wobei das Viergelenksystem ein Hauptverbindungselement fester Länge umfasst, das sich zwischen dem Pleuelfuß und dem Pleuelkopf erstreckt, wobei das Hauptverbindungselement schwenkbar an dem Pleuelfuß befestigt ist, und einen verstellbaren Kniehebel mit einem ersten Ende, das schwenkbar an dem Hauptverbindungselement befestigt ist, und einem zweiten Ende, das schwenkbar an einem im Pleuelfuß gelagerten Exzenter befestigt ist, so dass die Drehstellung des Exzenters und die resultierende Stellung des Kniehebels die Drehstellung des Hauptverbindungselements in Bezug auf den Pleuelfuß festlegen, um die Länge der Pleuelstange zu bestimmen.
- Pleuelstange nach Anspruch 13, bei der die Pleuelstange wahlweise auf eine Vielzahl von Längen verstellbar ist, die durch eine Vielzahl von in dem Pleuelfuß angeordneten Sperrstiften bestimmt werden, wobei die Sperrstifte hydraulisch in Eingriff mit einer Vielzahl von in dem verstellbaren Kniehebel ausgebildeten Öffnungen ausgefahren werden können, um wahlweise den Exzenter in einer von einer Vielzahl von Drehstellungen zu verriegeln, wobei jede der Drehstellungen einem einzigen Verdichtungsverhältnis entspricht.
- Pleuelstange nach Anspruch 13, bei der der Kniehebel einstückig ist.
- Pleuelstange nach Anspruch 13, bei der der Kniehebel hergestellt wird durch Auseinandersprengen eines einstückigen Vorformlings.
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