DE102013014090A1 - Verbrennungsmotor und Pleuelstange - Google Patents
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Abstract
Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit mindestens einem Zylinder und mit einer Kurbelwelle, an der mindestens eine Pleuelstange (10) angreift, wobei die oder jede Pleuelstange (10) ein Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an der Kurbelwelle, ein Pleuellagerauge (12) zur Anbindung derselben an einem Kolben eines Zylinders und eine Exzenter-Verstelleinrichtung (13) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge aufweist, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) einen mit einem Exzenterhebel (14) zusammenwirkenden Exzenter (36) und an dem Exzenterhebel (14) angreifende Exzenterstangen (15, 16) aufweist, die von einem in mit den Exzenterstangen (15, 16) zusammenwirkenden Hydraulikkammern (22, 23) herrschenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind, wobei der Exzenterhebel (14) mindestens ein Exzenterhebelsegment (38, 39) aufweist, wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment (38, 39) in Axialrichtung des Exzenters (36) gesehen vor und/oder hinter dem Pleuellagerauge (12) positioniert ist, und wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment (38, 39) mit dem Exzenter (36) fest verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor und eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor.
-
1 zeigt ein aus derDE 10 2010 016 037 A1 bekanntes Detail eines Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis im Bereich einer Pleuelstange. So ist in1 eine Pleuelstange10 gezeigt, die über ein Hublagerauge11 und ein Pleuellagerauge12 verfügt, wobei das Hublagerauge11 der Anbindung der Pleuelstange10 an eine in1 nicht gezeigte Kurbelwelle und das Pleuellagerauge12 der Anbindung der Pleuelstange10 an einen in1 nicht gezeigten Zylinderkolben des Verbrennungsmotors dient. Der Pleuelstange10 ist eine Exzenter-Verstelleinrichtung13 zugeordnet, die einen in1 nicht gezeigten Exzenter, einen Exzenterhebel14 und Exzenterstangen15 ,16 aufweist. Der Exzenterhebel14 weist eine exzentrisch zu einem Mittelpunkt17 des Pleuellagerauges12 angeordnete Bohrung mit einem Mittelpunkt18 auf, wobei die Bohrung im Exzenterhebel14 den Exzenter und eine Bohrung im Exzenter einen Kolbenbolzen aufnimmt. Die Exzenter-Verstelleinrichtung13 dient der Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge leff, wobei als Pleuelstangenlänge der Abstand des Mittelpunkts18 der Bohrung im Exzenterhebel14 zu einem Mittelpunkt19 des Hublagerauges11 zu verstehen ist. Zur Verdrehung des Exzenterkörpers14 und damit zur Veränderung der effektiven Pleuelstangenlänge leff sind die Exzenterstangen15 ,16 der Exzenter-Verstelleinrichtung13 verlagerbar. Jeder Exzenterstange15 ,16 ist ein Kolben20 ,21 zugeordnet, der in einer Hydraulikkammer22 ,23 verschiebbar gelagert bzw. geführt ist. In den Hydraulikkammern22 ,23 herrscht ein Hydraulikdruck, der auf die den Exzenterstangen15 ,16 zugeordneten Kolben20 ,21 einwirkt, wobei abhängig von der Ölmenge in den Hydraulikkammern22 ,23 die Verlagerung der Exzenterstangen15 ,16 möglich ist oder nicht möglich ist. - Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung
13 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung13 wirken. Während eines Arbeitstakts verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung13 wirkenden Kräfte ständig. Die Verstellbewegung wird durch die mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben20 ,21 , die auf die Exzenterstangen15 ,16 einwirken, unterstützt, wobei die Kolben20 ,21 ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung13 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung13 wirkenden Kräfte verhindern. Die Exzenterstangen15 ,16 , die mit den Kolben20 ,21 zusammenwirken, sind beidseitig an den Exzenterkörper14 angebunden. Die Hydraulikkammern22 und23 , in welchen die Kolben20 ,21 geführt sind, sind über Hydraulikölleitungen24 und25 von dem Hublagerauge11 aus mit Hydrauliköl beaufschlagbar. Rückschlagventile26 und27 verhindern ein Rückfließen des Hydrauliköls aus den Hydraulikkammern23 und24 zurück in die Hydraulikleitungen24 und25 . In einer Bohrung28 der Pleuelstange10 ist ein Umschaltventil29 aufgenommen, dessen Funktion ebenfalls bereits aus derDE 10 2010 016 037 A1 bekannt ist, wobei die Schaltstellung des Umschaltventils29 bestimmt, welche der Hydraulikkammern22 und23 mit Hydrauliköl befüllt und welche der Hydraulikkammern22 und23 entleert wird, wobei hiervon die Verstellrichtung bzw. Verdrehrichtung der Exzenter-Verstelleinrichtung13 abhängt. Die Hydraulikkammern22 und23 stehen dabei über Fluidleitungen30 bzw.31 mit der Bohrung28 in Kontakt, welche das Umschaltventil29 aufnimmt. Vom Umschaltventil29 sind in1 ein Betätigungsmittel32 , eine Federeinrichtung33 und ein Steuerkolben34 schematisiert gezeigt, wobei die Funktion dieser Bauelemente des Umschaltventils29 bereits aus derDE 10 2010 016 037 A1 bekannt ist. - Wie oben ausgeführt, wird das Hydrauliköl, welches auf die in den Hydraulikkammern
22 ,23 geführten Kolben20 ,21 einwirkt, den Hydraulikkammern22 ,23 ausgehend vom Hublagerauge11 über Hydraulikleitungen24 und25 zugeführt, wobei die Pleuelstange10 derart mit dem Hublagerauge11 an der in1 nicht gezeigten Kurbelwelle angreift, dass zwischen der Kurbelwelle, nämlich einem Kurbelwellenlagerzapfen derselben, und dem Hublagerauge eine Pleuellagerschale35 angeordnet ist. - Aus der
DE 10 2005 055 199 A1 sind weitere Details eines solchen Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei es diesem Stand der Technik bekannt ist, den Exzenterhebel, an welchem die Exzenterstangen angreifen, in eine schlitzartige Ausnehmung im Pleuellagerauge einzusetzen. Zur Montage wird der Exzenterhebel, der eine Bohrung mit einer Innenverzahnung aufweist, in die schlitzartige Ausnehmung des Pleuellagerauges eingesetzt, wobei anschließend der Exzenter, der eine Außenverzahnung aufweist, in die Bohrung des Exzenterhebels eingesetzt wird. Der Exzenter und der Exzenterhebel sind über die ineinander greifenden Verzahnungen miteinander verbunden. Die Verbindung des Exzenters mit dem Exzenterhebel über die ineinander eingreifenden Verzahnungen erfordert einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand und ist verschleißanfällig. - Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Verbrennungsmotor und eine neuartige Pleuelstange zu schaffen, der bzw. die die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.
- Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Exzenterhebel mindestens ein Exzenterhebelsegment auf, wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment in Axialrichtung des Exzenters gesehen vor und/oder hinter dem Pleuellagerauge positioniert ist, und wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment mit dem Exzenter fest verbunden ist.
- Mit der hier vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, den Exzenter mit dem oder jedem Exzenterhebelsegment des Exzenterhebels fest zu verbinden und auf Verzahnungen am Exzenter sowie Exzenterhebel zu verzichten. Hierdurch kann der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert werden, ebenso wie die Verschleißanfälligkeit.
- Vorzugsweise weist der Exzenterhebel zwei Exzenterhebelsegmente aufweist, wobei ein erstes Exzenterhebelsegment in Axialrichtung des Exzenters vor dem Pleuellagerauge und ein zweites Exzenterhebelsegment in Axialrichtung des Exzenters hinter neben dem Pleuellagerauge positioniert ist, derart, dass das Pleuellagerauge zwischen den beiden Exzenterhebelsegmenten positioniert ist. Dann, wenn der Exzenter zwei Exzenterhebelsegmente aufweist, zwischen welchen das Pleuellagerauge positioniert ist, ist eine besonders vorteilhafte Verlagerung des Exzenterhebels bei der Verstellung der effektiven Pleuelstangenlänge möglich.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Exzenter eine abgestufte Außenkontur mit einem Absatz auf, wobei der Absatz die Einführtiefe des Exzenters in den Exzenterhebel beschränkt. Der Absatz am Exzenter vereinfacht die Montage.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das oder jedes Exzenterhebelsegment des Exzenterhebels mit dem Exzenter verschweißt. Das Verbinden des oder jedes Exzenterhebelsegments des Exzenterhebels mit dem Exzenter durch Verschweißen ist besonders einfach und verschleißunanfällig.
- Die Pleuelstange ist in Anspruch 7 definiert.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 ein Detail eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis; -
2 ein Detail eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis; -
3 ein Detail der2 ; -
4 ein weiteres Detail der2 ; -
5 Baugruppen der4 in Explosionsdarstellung; -
6 eine Alternative zum Detail der2 ; -
7 Baugruppen der6 in Draufsicht; -
8 ein weiteres Detail des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors; -
9 eine weitere Alternative zum Detail der2 ; -
10 Baugruppen der9 in Explosionsdarstellung; und -
11 eine weitere Alternative zum Detail der2 ; - Ein Verbrennungsmotor mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis weist mindestens einen, vorzugsweise mehrere, Zylinder auf. Jeder Zylinder verfügt über einen Kolben, der über eine Pleuelstange
10 an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Jede Pleuelstange10 verfügt an einem Ende über ein Pleuellagerauge12 und an einem gegenüberliegenden Ende über ein Hublagerauge11 . Die jeweilige Pleuelstange10 greift mit ihrem Hublagerauge11 derart an einem Kurbelwellenlagerzapfen der Kurbelwelle an, dass zwischen dem Kurbelwellenlagerzapfen und dem Hublagerauge eine Pleuellagerschale positioniert ist, wobei sich zwischen der Pleuellagerschale und dem Kurbelwellenlagerzapfen ein Schmierölfilm aufbauen kann. - Ein Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis weist im Bereich jedes Pleuels
10 eine Exzenter-Verstelleinrichtung13 zur Verstellung der effektiven Pleuelstangenlänge der jeweiligen Pleuelstange10 auf. Die Exzenter-Verstelleinrichtung13 weist einen Exzenter36 , einen Exzenterhebel14 und Exzenterstangen15 ,16 auf, die abhängig von einem in mit dem den Exzenterstangen zusammenwirkenden Hydraulikkammern herrschenden Hydraulikdruck zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses verlagerbar sind. Die mit den Exzenterstangen15 ,16 zusammenwirkenden Hydraulikkammern sind ausgehend vom Hublagerauge11 der jeweiligen Pleuelstange mit Hydrauliköl versorgbar. Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert. - Der Exzenterhebel
14 weist eine Bohrung zur Aufnahme des Exzenters36 auf, wobei der Exzenter36 eine Bohrung37 aufweist, die der Aufnahme eines sogenannten Kolbenbolzens dient. Der Exzenterhebel14 weist mindestens ein Exzenterhebelsegment, im Ausführungsbeispiel der1 bis5 zwei Exzenterhebelsegmente38 ,39 auf, wobei in Axialrichtung des Exzenters36 gesehen zu beiden Seiten des Pleuellagerauges12 vor und hinter demselben jeweils eines der Exzenterhebelsegmente38 ,39 positioniert ist. Dabei ist, wie am besten2 entnommen werden kann, das Pleuellagerauge12 zwischen den beiden Exzenterhebelsegmenten38 ,39 des Exzenterhebels14 angeordnet. - Die Exzenterhebelsegmente
38 ,39 des Exzenterhebels14 sind mit dem Exzenter36 fest verbunden, wobei in3 in gestrichelter Linienführung ein in Umfangsrichtung des Exzenters36 umlaufender Verbindungsbereich40 zwischen dem dort sichtbaren Exzenterhebelsegment38 und dem Exzenter36 gezeigt ist. - Vorzugsweise sind in diesem Verbindungsbereich
40 der Exzenter36 und das Exzenterhebelsegment38 des Exzenterhebels14 durch Verschweißen fest verbunden. Dann, wenn, wie im Ausführungsbeispiel der1 bis5 gezeigt, in Axialrichtung des Exzenters36 gesehen vor und hinter Pleuellagerauges12 jeweils ein Exzenterhebelsegment38 ,39 positioniert ist, ist der Exzenter36 mit beiden Exzenterhebelsegmenten38 ,39 fest verbunden, insbesondere durch Verschweißen. - Im Ausführungsbeispiel der
1 bis5 sind die beiden Exzenterhebelsegmente38 ,39 des Exzenterhebels14 als individuelle Baugruppen ausgebildet, die an seitlichen Enden über jeweils einen Verbindungsbolzen41 ,42 miteinander verbunden sind. An diesen Verbindungsbolzen41 ,42 greifen die Exzenterstangen15 ,16 gelenkig an, nämlich im Ausführungsbeispiel der2 bis5 unter Ausbildung eines Scharniergelenks zwischen den Exzenterstangen15 ,16 und den die beiden Exzenterhebelsegmente38 ,39 verbindenden Verbindungsbolzen41 ,42 . -
6 und7 zeigen eine Variante der Erfindung, in welcher der Exzenterhebel14 als einstückige bzw. monolithisch Baugruppe ausgebildet ist, in welcher demnach die beiden Exzenterhebelsegmente38 ,39 desselben einstückig bzw. monolithisch ausgebildet sind. Die Exzenterstangen15 ,16 greifen an den Enden des einstückigen bzw. monolitischen Exzenterhebels14 an demselben gelenkig an, nämlich wiederum über Verbindungsbolzen41 ,42 , an welchen die Exzenterstangen15 ,16 unter Ausbildung eines Scharniergelenks angreifen. - Eine weitere Variante der Erfindung mit einem einstückigen bzw. monolitischen Exzenterhebel
14 zeigen9 und10 , wobei in9 und10 die beiden Exzenterstangen15 ,16 an den sich gegenüberliegenden Enden des Exzenterhebels14 über Kugelgelenke43 ,44 angreifen. -
11 zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher der Exzenterhebel14 ausschließlich ein Exzenterhebelsegment38 aufweist, das an einer Seite des Pleuellagerauges12 in Axialrichtung des Exzenters36 gesehen vor oder hinter dem Pleuellagerauge12 positioniert ist. Dabei ist im Bereich dieses Exzenterhebelsegments38 der Exzenter36 wiederum fest mit dem Exzenterhebelsegment38 verbunden, insbesondere durch Verschweißen. - Der Exzenter
36 wird in Bohrungen der Exzenterhebelsegmente38 ,39 sowie in eine Bohrung im Pleuellagerauge12 eingesetzt und durchdringt diese Bohrungen. Dies kann am besten8 entnommen werden, wobei das Detail der8 bei jedem der oben beschriebenen Varianten zum Einsatz kommen kann.8 kann weiterhin entnommen werden, dass der Exzenter14 mit beiden Exzenterhebelsegmenten38 ,39 in einem Verbindungsbereich40 , der vorzugsweise als umlaufende Schweißnaht ausgeführt ist, verbunden ist. - Um eine definierte Position des Exzenters
36 in den Bohrungen des Pleuellagerauges12 sowie der Exzenterhebelsegmente38 ,39 zu gewährleisten, verfügt der Exzenter36 über eine abgestufte Kontur, die einen Absatz45 aufweist. Dieser Absatz45 bildet einen Anschlag, der an einer Außenkontur des Pleuellagerauges12 zur Anlage kommt und demnach die Relativposition des Exzenters36 relativ zum Exzenterhebel14 und damit zum Pleuellagerauge12 definiert. - Wie
8 entnommen werden kann, verfügt dabei das Exzenterhebelsegment39 über eine größere Bohrung als das Exzenterhebelsegment38 , wobei die Innendurchmesser dieser Bohrungen an den Außendurchmesser der abgestuften Kontur des Exzenters36 angepasst sind. - Die Erfindung erlaubt eine einfache Montage und Fertigung einer Pleuelstange
10 eines Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis. - Der Exzenter
36 ist mit dem Exzenterhebel14 durch Verschweißen fest verbunden, wodurch eine vorteilhafte Drehmomentübertragung möglich ist und die Verschleißanfälligkeit reduziert werden kann. - Der Exzenterhebel
14 ist nicht mehr in eine schlitzförmige Ausnehmung in der Pleuelstange10 eingesetzt, vielmehr ist das oder jedes Exzenterhebelsegment38 ,39 des Exzenterhebels14 in Axialrichtung des Exzenters36 gesehen vor bzw. hinter der Pleuelstange10 positioniert, sodass nach dem Einführen des Exzenters36 in den Exzenterhebel14 und die Pleuelstange10 der Exzenter36 mit dem Exzenterhebel14 insbesondere durch Verschweißen fest verbunden werden kann. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010016037 A1 [0002, 0003, 0003]
- DE 102005055199 A1 [0005]
Claims (8)
- Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit mindestens einem Zylinder und mit einer Kurbelwelle, an der mindestens eine Pleuelstange (
10 ) angreift, wobei die oder jede Pleuelstange (10 ) ein Hublagerauge (11 ) zur Anbindung derselben an der Kurbelwelle, ein Pleuellagerauge (12 ) zur Anbindung derselben an einem Kolben eines Zylinders und eine Exzenter-Verstelleinrichtung (13 ) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge aufweist, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13 ) einen mit einem Exzenterhebel (14 ) zusammenwirkenden Exzenter (36 ) und an dem Exzenterhebel (14 ) angreifende Exzenterstangen (15 ,16 ) aufweist, die von einem in mit den Exzenterstangen (15 ,16 ) zusammenwirkenden Hydraulikkammern (22 ,23 ) herrschenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (14 ) mindestens ein Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) aufweist, dass das oder jedes Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) in Axialrichtung des Exzenters (36 ) gesehen vor und/oder hinter dem Pleuellagerauge (12 ) positioniert ist, und dass das oder jedes Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) mit dem Exzenter (36 ) fest verbunden ist. - Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (
14 ) zwei Exzenterhebelsegmente (38 ,39 ) aufweist, wobei ein erstes Exzenterhebelsegment (38 ) in Axialrichtung des Exzenters (36 ) vor dem Pleuellagerauge (12 ) und ein zweites Exzenterhebelsegment (39 ) in Axialrichtung des Exzenters (36 ) hinter neben dem Pleuellagerauge (12 ) positioniert ist, derart, dass das Pleuellagerauge (12 ) zwischen den beiden Exzenterhebelsegmenten (38 ,39 ) positioniert ist. - Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Exzenterhebelsegmente (
38 ,39 ) als individuelle Baugruppen ausgebildet und über Verbindungsbolzen (41 ,42 ) verbunden sind, an welchen die Exzenterstangen (15 ,16 ) gelenkig angreifen. - Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Exzenterhebelsegmente (
38 ,29 ) von einem einstückigen bzw. monolithischen Exzenterhebel (14 ) bereitgestellt sind, an welchem die Exzenterstangen (15 ,16 ) gelenkig angreifen. - Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (
36 ) eine abgestufte Außenkontur mit einem Absatz (45 ) aufweist, wobei der Absatz (45 ) die Einführtiefe des Exzenters (36 ) in den Exzenterhebel (14 ) beschränkt. - Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Exzenterhebelsegment (
38 ,39 ) des Exzenterhebels (14 ) mit dem Exzenter (36 ) verschweißt ist. - Pleuelstange, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (
13 ) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13 ) einen mit einem Exzenterhebel (14 ) zusammenwirkenden Exzenter (36 ) und an dem Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen (15 ,16 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (14 ) mindestens ein Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) aufweist, dass das oder jedes Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) in Axialrichtung des Exzenters (36 ) gesehen vor und/oder hinter einem Pleuellagerauge (12 ) positioniert ist, und dass das oder jedes Exzenterhebelsegment (38 ,39 ) mit dem Exzenter (36 ) fest verbunden ist. - Pleuelstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe nach einem der Ansprüche 2 bis 6 weitergebildet ist.
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