DE102016120975A1

DE102016120975A1 - Längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit mit Ölfilter

Info

Publication number: DE102016120975A1
Application number: DE102016120975.9A
Authority: DE
Inventors: Zoltán RIBA; Kai Arens; Martin Bodensteiner; Steffen Latz; Malte Heller
Original assignee: AVL List GmbH; Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: AVL List GmbH; Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US20180119611A1; CN108019277B; AT519290A3; CN108019277A; US10563574B2; AT519290B1; AT519290A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, mit einem ersten Pleuelteil, einem zweiten Pleuelteil und mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu verstellen. Die Zylinder-Kolben-Einheit ist mittels eines hydraulischen Verstellmechanismus betätigbar, wobei der hydraulische Verstellmechanismus mindestens einen Ölfilter umfasst, um das in die Zylinder-Kolben-Einheit einströmende Motoröl des Verbrennungsmotors zu filtern. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange sowie die Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor, mit einem ersten Pleuelteil, einem zweiten Pleuelteil und mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu verstellen, wobei die Zylinder-Kolben-Einheit mittels eines hydraulischen Verstellmechanismus betätigbar ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange sowie die Verwendung einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors.
Der thermische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors, insbesondere von Ottomotoren, ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis ε, d.h. dem Verhältnis vom Gesamtvolumen vor der Verdichtung zum Kompressionsvolumen (ε = (Hubvolumen V_h + Kompressionsvolumens V_c) / Kompressionsvolumen V_c). Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu. Die Zunahme des thermischen Wirkungsgrades über das Verdichtungsverhältnis ist degressiv, allerdings im Bereich heute üblicher Werte noch relativ stark ausgeprägt.
In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden, da ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstentzündung des Verbrennungsgemischs durch Druck- und Temperaturerhöhung führt. Diese frühzeitige Verbrennung führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen bei Ottomotoren, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstentzündung geringer, die neben dem Einfluss von Umgebungstemperatur und Druck, auch vom Betriebspunkt des Motors abhängig ist. Entsprechend ist im Teillastbereich ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich. In der Entwicklung von modernen Verbrennungsmotoren gibt es daher Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis an den jeweiligen Betriebspunkt des Motors anzupassen.
Für die Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses (VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Motorkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Verstellung ermöglicht eine optimale Reduzierung des CO₂-Ausstoßes und des Verbrauchs aufgrund eines für jeden Betriebspunkt einstellbaren Verdichtungsverhältnisses. Demgegenüber ermöglicht eine diskontinuierliche Verstellung mit zwei als Endanschläge der Verstellbewegung ausgebildeten Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile und ermöglicht trotzdem im Vergleich zu einem konventionellen Kurbeltrieb noch signifikante Einsparungen im Verbrauch und dem CO₂-Ausstoß.
Bereits die Druckschrift US 2,217,721 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, die gemeinsam einen Hochdruckraum ausbilden. Zur Befüllung und Entleerung des Hochdruckraums mit Motoröl und damit zur Längenänderung der Pleuelstange ist ein hydraulischer Verstellmechanismus mit einem Steuerventil mit federvorgespanntem Verschlusselement vorgesehen, das durch den Druck des Motoröls in eine geöffnete Stellung verschiebbar ist.
Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor zeigt die EP 1 426 584 A1 , bei der ein mit dem Kolbenbolzen verbundener Exzenter eine Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht. Dabei erfolgt eine Fixierung des Exzenters in der einen oder anderen Endstellung des Schwenkbereichs mittels einer mechanischen Arretierung. Aus der DE 10 2005 055 199 A1 geht ebenfalls die Funktionsweise eines längenvariablen Pleuels hervor, mit dem verschiedene Verdichtungsverhältnisse ermöglicht werden. Die Realisierung erfolgt auch hier über einen Exzenter im kleinen Pleuelauge, das in seiner Position durch zwei Hydraulikzylinder mit veränderbarem Widerstand fixiert wird.
Die WO 2013/092364 A1 beschreibt eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Stangenteilen, wobei ein Stangenteil einen Zylinder und das zweite Stangenteil ein längsverschiebbares Kolbenelement ausbildet. Zwischen dem Verstellkolben des ersten Stangenteils und dem Zylinder des zweiten Stangenteils ist ein Hochdruckraum ausgebildet, der über einen hydraulischen Verstellmechanismus mit einem Ölkanal und einem öldruckabhängigen Ventil mit Motoröl versorgt wird. Eine ähnliche längenverstellbare Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit teleskopartig verschiebbaren Stangenteilen ist in der WO 2015/055582 A2 gezeigt.
Gemäß der WO 2015/055582 A2 soll das Verdichtungsverhältnis im Verbrennungsmotor durch die Pleuellänge verstellt werden. Die Pleuellänge beeinflusst das Kompressionsvolumen im Verbrennungsraum, wobei das Hubvolumen durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylinderbohrung vorgegeben ist. Eine kurze Pleuelstange führt daher zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis als eine lange Pleuelstange bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen, z.B. Kolben, Zylinderkopf, Kurbelwelle, Ventilsteuerung etc.. Bei den bekannten längenverstellbaren Pleuelstangen wird die Pleuellänge hydraulisch zwischen zwei Stellungen variiert. Dabei ist die gesamte Pleuelstange mehrteilig ausgeführt, wobei die Längenänderung durch einen Teleskopmechanismus erfolgt, der mittels eines doppelwirkenden Hydraulikzylinders verstellbar ist. Das kleine Pleuelauge, üblicherweise zur Aufnahme des Kolbenbolzens, ist mit einer Kolbenstange verbunden (teleskopierbarer Stangenteil). Der zugehörige Verstellkolben ist axial verschiebbar in einem Zylinder geführt, der in dem Pleuelteil mit dem großen Pleuelauge, üblicherweise zur Aufnahme des Kurbelwellenzapfens, angeordnet ist. Der Verstellkolben trennt den Zylinder in zwei Druckräume, einen oberen und einen unteren Druckraum. Diese beiden Druckräume werden über einen hydraulischen Verstellmechanismus mit Motoröl versorgt, wobei dessen Versorgung mit Motoröl über die Schmierung des Pleuellagers erfolgt. Hierzu ist eine Öldurchführung vom Kurbelwellenzapfen über das Pleuellager zum Pleuel und dort über die Rückschlagventile des Verstellmechanismus in die Druckräume erforderlich.
Ist die Pleuelstange in der langen Position, befindet sich kein Motoröl in dem oberen Druckraum. Der untere Druckraum hingegen ist vollständig mit Motoröl gefüllt. Während des Betriebs wird die Pleuelstange aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Position des Pleuels wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den ölgefüllten unteren Druckraum übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Ölrücklauf unterbindet, steigt der Öldruck an, wobei in dem unteren Druckraum sehr hohe dynamische Drücke von deutlich über 1.000 bar entstehen können. Die Pleuellänge ändert sich nicht. Das Pleuel ist durch den Systemdruck in dieser Richtung hydraulisch gesperrt.
In der kurzen Stellung des Pleuels drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum ist leer, der obere Druckraum ist mit Motoröl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in dem oberen Druckraum. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen.
Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem eine der beiden Druckräume entleert wird. Hierfür wird von dem Verstellmechanismus jeweils eines der beiden Rückschlagventile im Zulauf überbrückt oder ein zugeordneter Rücklaufkanal geöffnet. Durch diese Rücklaufkanäle kann Motoröl unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druckraum und der Versorgungseinrichtung in das Kurbelgehäuse fließen. Das jeweilige Rückschlageventil verliert entsprechend seine Wirkung. Die beiden Rücklaufkanäle werden durch ein Steuerventil geöffnet und geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen, der andere geschlossen ist. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hier hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert.
Der Bauraum für eine solche Pleuelstange ist sowohl axial als auch radial begrenzt. In Kurbelwellenrichtung wird der Bauraum durch die Lagerbreite und den Abstand der Gegengewichte begrenzt. Axial ist ohnehin nur der Bauraum zwischen dem kleinen Pleuelauge zur Lagerung des Kolbenbolzens und dem großen Lagerauge zur Lagerung des Kurbelwellenzapfens und ein eventueller Verstellhub der Pleuelstange vorhanden.
Die in einem Verbrennungsmotor von einer Pleuelstange zu übertragenden Kräfte sind beträchtlich, weshalb auch die Drücke in dem Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit erheblich sein können. Angesichts der hohen Innendrücke bei einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit und einem zugehörigen hydraulischen Verstellmechanismus ist die Dauerfestigkeit der verwendeten Werkstoffe problematisch, aber auch die Konstruktion der Komponenten im Hinblick auf den geringen Bauraum.
Ein weiterer Aspekt einer längenverstellbaren Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor ist, dass der hydraulische Verstellmechanismus üblicherweise von dem Motoröl des Verbrennungsmotors gespeist wird, dessen Viskosität nicht nur mit der Betriebstemperatur sondern auch mit zunehmender Betriebsdauer abnimmt und so schädliche Partikel in den Verstellmechanismus und die Zylinder-Kolben-Einheit des Pleuels eingetragen werden. Neben Rußpartikeln, die bei der Verbrennung im Motor entstehen können, werden über das Motoröl auch Gussrestpartikel oder Späne aus der Herstellung und Bearbeitung des Motors transportiert. Unabhängig von einer Viskositätsabnahme des Motoröls sowie den durch das Motoröl in den Verstellmechanismus transportierten Partikeln, muss der Verstellmechanismus einer längenverstellbaren Pleuelstange auf Dauer funktionsfähig bleiben.
Im Hinblick auf die extremen Druckdifferenzen in den Druckräumen einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange von deutlich über 1.000 bar und dem Einfluss der Kraftübertragung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle auf die Leistung des Verbrennungsmotors, werden in herkömmlichen längenverstellbaren Pleuelstangen hochwertige berührende Dichtungseinrichtungen oder konstruktiv ausgebildete Dichtungen eingesetzt. Eine Leckage aus dem jeweils gesperrten Druckraum führt zu einem Einrücken des Verstellkolbens in den jeweiligen Druckraum, wodurch ein Arbeitsbetrag entsprechend der Kraft auf den Verstellkolben und dem Weg des Verstellkolbens dissipiert wird, was zum Leistungsverlust des Verbrennungsmotors führt. Dieser Leistungsverlust ist entsprechend den jeweiligen Konstruktionen der Zylinder-Kolben-Einheiten von dem verbesserten thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors durch ein variables Verdichtungsverhältnis abzuziehen. In herkömmlichen längenverstellbaren Pleuelstangen mit einer Zylinder-Kolben-Einheit werden als Dichtungseinrichtungen einfache Spaltdichtungen oder Kolbendichtungen verwendet. Während Spaltdichtungen konstuktionsbedingt eine gewisse Leckage aufweisen, können Kolbendichtungen als berührende Dichtungseinrichtungen eine Leckage nahezu vermeiden. Die Vorteile von Spaltdichtungen sind die einfache Montage, aufgrund der geringeren Bauteilanzahl und ein geringerer Bauraum der Zylinder-Kolben-Einheit. Demgegenüber verursacht die systemimmanente Leckage bei Spaltdichtungen neben einem Leistungsverlust auch eine Erwärmung des Systems. Hohe Temperaturen in der längenverstellbaren Pleuelstange könnten neben einer verstärkten Alterung des Motoröls zu Schäden an dem hydraulischen Verstellmechanismus und zu Problemen an weiteren Bauteilen der längenverstellbaren Pleuelstange aufgrund thermischer Ausdehnungen führen.
Obwohl in vielen Bereichen der Technik Kolbenhubmaschinen hinlänglich bekannt sind und im Bereich der Automobilindustrie Hubkolben-Motoren beständig optimiert, verbessert und weiterentwickelt werden, sind die hydraulischen Verstellmechanismen von Zylinder-Kolben-Einheiten längenverstellbarer Pleuelstangen trotz umfangreicher Entwicklungs- und Forschungsarbeiten weiterhin unbefriedigend, insbesondere im Hinblick auf die notwendige Lebensdauer längenverstellbarer Pleuelstangen gegenüber der gesamten Laufzeit von Verbrennungsmotoren. In herkömmlichen Hubkolbenmaschinen unterliegen die hydraulischen Verstellmechanismen einer Zylinder-Kolben-Einheit längenverstellbarer Pleuelstangen zusätzlich zum Verschleiß durch die metallische Berührung einer erhöhten Belastung durch den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum, die extreme Temperaturbelastung durch extrem hohe Drücke und wechselnden Kraftrichtungen sowie durch die Verschmutzung des Motoröls mit Rußpartikeln und Spänen. Dies führt zu einem schnellen Verschleiß der Dichtungseinrichtung und zu Riefenbildungen in den Wandungen der Zylinder-Kolben-Einheit und schlussendlich zu einem Versagen der Zylinder-Kolben-Einheit und Leistungsverlust des Verbrennungsmotors.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit mit hydraulischen Verstellmechanismus bereitzustellen, die trotz hoher Druckdifferenzen, geringem Bauraum, hohen Temperaturbelastungen und Verschmutzungen des Motoröls eine verbesserte dauerhafte Funktionsfähigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der hydraulische Verstellmechanismus mindestens einen Ölfilter umfasst, um das in die Zylinder-Kolben-Einheit einströmende Motoröl des Verbrennungsmotors zu filtern. Die Reinigung des Motoröls vor dem Einströmen in die Zylinder-Kolben-Einheit durch einen im hydraulischen Verstellmechanismus integrierten Ölfilter verhindert oder reduziert den Eintrag der Verschmutzungen des Motoröls, insbesondere großer Rußpartikel und Späne, und vermeidet so einen Verschleiß der Dichtungseinrichtungen und die Bildung von Riefen in den Wandungen der Zylinder-Kolben-Einheit. Dabei kann der mindestens eine Ölfilter in verschiedenen Komponenten des hydraulischen Verstellmechanismus angeordnet sein, bevorzugt jedoch im Ölkanal vor einem Einlass in die Zylinder-Kolben-Einheit. Alternativ kann der mindestens eine Ölfilter auch im Ölzulaufkanal zum Steuerventil positioniert sein, um eine Reinigung des Ölfilters und das Ausschwemmen von Rußpartikeln und Spänen zu erleichtern
Eine zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Zylinder-Kolben-Einheit eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben, mindestens einen in der Zylinderbohrung vorgesehenen ersten Druckraum zur Aufnahme des einströmenden Motoröls, der erste Druckraum ist einseitig von dem bewegbaren Verstellkolben begrenzt, und eine zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung angeordneten Dichtungseinrichtung umfasst. Eine solche Zylinder-Kolben-Einheit mit einem in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben kann trotz der extremen Systemdrücke die Funktion einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange sicher und dauerhaft umsetzen. Dabei verhindert die Dichtungseinrichtung zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung ein Einrücken des Verstellkolbens in den ersten Druckraum, um die durch das variable Verdichtungverhältnis in den Zylindern des Verbrennungsmotors erreichten Wirkungsgradverbesserung nicht durch ein Einrücken des Verstellkolbens in den ersten Druckraum wieder zu reduzieren. Als Dichtungseinrichtung können sowohl Spaltdichtungen, die konstruktionsbedingt eine Leckage aufweisen, als auch berührende Kolbendichtungen eingesetzt werden, die zwar eine Leckage nahezu vermeiden, aber konstruktiv aufwändiger und funktional anfälliger sind. Der mindestens eine Ölfilter in dem hydraulischen Verstellmechanismus reinigt das in den ersten Druckraum zur Betätigung der Zylinder-Kolben-Einheit einströmende Motoröl und verhindert den Eintrag von großen Rußpartikeln und Spänen aus dem Motoröl in den ersten Druckraum. Dadurch kann verhindert werden, dass die im Motoröl vorhandenen Partikel durch die hohen Systemdrücke und die Bewegung des Verstellkolbens in der Zylinderbohrung in die Dichtungseinrichtungen eingetragen werden. So kann ein Verschleiß an der Innenwandung der Zylinderbohrung bzw. der Außenwandung des Verstellkolbens oder den Dichtungsflächen berührender Dichtungserinrichtungen verhindert oder deutlich reduziert, um so letztlich eine Beschädigung und einen Ausfall der Zylinder-Kolben-Einheit zu verhindern.
Bevorzugt kann der hydraulische Verstellmechanismus mindestens ein Ablassventil umfassen, um das aus der Zylinder-Kolben-Einheit ausströmende Motoröl nach außen abzugeben, wobei das Ablassventil in Ausströmrichtung hinter dem Ölfilter angeordnet ist. Je nach Verschmutzungsgrad des Motoröls mit Rußpartikeln und Spänen kann der mindestens eine Ölfilter in kurzer Zeit verstopfen und ein Einströmen von Motoröl in die Zylinder-Kolben-Einheit erschweren oder letztendlich auch blockieren. Die Anordnung eines Ablassventils, das in Ausströmrichtung hinter dem Ölfilter positioniert ist, ermöglicht ein Durchströmen des mindestens einen Ölfilters mit dem aus der Zylinder-Kolben-Einheit ausströmenden Motoröl in Gegenströmung durch das gefilterte Motoröl aus dem ersten Druckraum. Da das Ablassventil möglichst nahe an dem Ölfilter angeordnet sein sollte, ist eine entsprechende Steuerung des Ablassventils im hydraulischen Verstellmechanismus notwendig.
Für eine sichere Ausströmung des Motoröls durch das Ablassventil in das Kurbelgehäuse kann der hydraulische Verstellmechanismus mindestens ein Rückschlagventil umfassen, das in Ausströmrichtung hinter dem Ablassventil angeordnet ist. Die Anordnung des Rückschlagventils in Ausströmrichtung vor dem Steuerventil sowie die Positionierung des in Einströmrichtung offenen Ablassventils, bzw. eines Abzweigs mit Ablassventil zwischen Rückschlagventil und Ölfilter, ermöglicht eine sichere Funktion des hydraulischen Verstellmechanismus. Weiter wird die Steuereinheit des hydraulischen Verstellmechanismus, beispielsweise ein Steuerventil, vor einer Rückströmung von Motoröl aus der Zylinder-Kolben-Einheit mit einer erhöhten Verschmutzung durch die Reinigung des Ölfilters geschützt. Alternativ kann bei einem entsprechend robusten Steuerventil das Ablassventil auch in Ausströmrichtung nach dem Steuerventil angeordnet sein, wodurch gleichzeitig das Erfordernis eines separaten Rückschlagventils entfällt.
Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass der Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit als zweiseitig wirkender Verstellkolben ausgebildet ist, wobei der in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordnete Verstellkolben einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und jeweils einseitig begrenzt. Ein zweiseitig wirkender Verstellkolben ermöglicht die Verstellung des Hubs der Kolbenstange sowohl in Richtung eines größeren Verdichtungsverhältnisses als auch in Richtung eines geringeren Verdichtungsverhältnisses mit einer einzelnen Zylinder-Kolben-Einheit. Es wird also derselbe Verstellkolben, anders als bei der DE 10 2005 055 199 A1 , zur bidirektionalen Verstellung des Kolbenhubs, bzw. des Verdichtungsverhältnisses verwendet. Günstigerweise kann hier ein Stufenkolben eingesetzt werden, mittels dessen größerer Stirnseite bei entsprechender Druckbeaufschlagung die Pleuelstange in ihre ausgefahrene Stellung gedrückt wird. Aufgrund der vorherrschenden Kraftverhältnisse in einem Verbrennungsmotor reicht die kleinere Stirnfläche für die Verstellung in die entgegengesetzte Richtung üblicherweise aus. Dabei kann der hydraulische Verstellmechanismus mindestens zwei Ölfilter umfassen, wobei in einem ersten Ölzulaufkanal des ersten Druckraums und in einem zweiten Ölzulaufkanal des zweiten Druckraums jeweils mindestens ein Ölfilter angeordnet ist, um das in den ersten Druckraum und den zweiten Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit einströmende Motoröl zu filtern. Dadurch wird eine Reinigung des in den ersten Druckraum und den zweiten Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit einströmenden Motoröls ermöglicht und entsprechend ein Eintrag von Rußpartikeln und Spänen aus dem Motoröl zwischen den Verstellkolben und die Zylinderbohrung vermieden und ein möglicher Verschleiß und Ausfall der Zylinder-Kolben-Einheit verhindert.
Eine sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, dass der hydraulische Verstellmechanismus ein Steuerventil, bevorzugt ein hydraulisch betätigtes Steuerventil umfasst, um die Zuführung des in die Zylinder-Kolben-Einheit einströmenden Motoröls in den ersten Druckraum und den zweiten Druckraum zu steuern. Der Einsatz eines Steuerventils im hydraulischen Verstellmechanismus ist insbesondere bei einem zweiseitig wirkenden Verstellkolben für eine schnelle und sichere Betätigung der längenverstellbaren Pleuelstange wichtig, um die Zuführung des Motoröls in die Zylinder-Kolben-Einheit zu steuern. Ein hydraulisch betätigtes Steuerventil ist dabei für eine einfache und dauerhaft sichere Funktion des hydraulischen Verstellmechanismus sinnvoll. Das Steuerventil kann dabei auch gleichzeitig mögliche Ablassventile ansteuern, die bei einer Reinigung der Ölfilter durch die Rückströmung von Motoröl notwendig sein können.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in dem ersten Ölzulaufkanal des ersten Druckraums und dem zweiten Ölzulaufkanal des zweiten Druckraums jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist, wobei die Rückschlagventile in Einströmrichtung des Motoröls jeweils vor dem mindestens einen Ölfilter in dem ersten Ölkanal und dem zweiten Ölkanal angeordnet sind. Diese Anordnung von Rückschlagventilen ist, insbesondere in Kombination mit dem Einsatz eines Steuerventils in dem hydraulischen Vestellmechanismus, sinnvoll, um eine einfache Steuerung der Ölströmung zu erzielen, und um gegebenenfalls eine sichere Ausleitung einer Rückströmung von Motoröl aus der Zylinder-Kolben-Einheit zur Reinigung des Ölfilters sicherzustellen.
Für einen einfachen Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange kann das erste Pleuelteil mit dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbunden sein und das zweite Pleuelteil die Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit aufweisen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem hydraulischen Verstellmechanismus, die längenverstellbare Pleuelstange umfasst ein erstes Pleuelteil und ein zweites Pleuelteil, die Zylinder-Kolben-Einheit ist mittels des hydraulischen Verstellmechanismus betätigbar, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, wobei der hydraulische Verstellmechanismus mindestens einen Ölfilter umfasst, um das in die Zylinder-Kolben-Einheit einströmende Motoröl des Verbrennungsmotors zu filtern. Der Einsatz einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem hydraulischen Verstellmechanismus mit Ölfilter, ermöglicht trotz der sehr kleinen Abmessung der Zylinder-Kolben-Einheit und des extrem hohen Systemdrucks die Nutzung von Motoröl als Antrieb des hydraulischen Verstellmechanismus und vermeidet gleichzeitig den Eintrag von Schmutzpartikeln aus dem Motoröl in die Zylinder-Kolben-Einheit und das entsprechende Risiko von Beschädigungen und Verschleiß der Dichtungsflächen und von einem Ausfall der Zylinder-Kolben-Einheit. Dabei erfolgt die Aktuierung der Zylinder-Kolben-Einheit mittels der an den Pleuelteilen angreifenden Gas- und Massenkräften des Verbrennungsmotors, während die Position der Pleuelteile durch das in dem mindestens einen Druckraum vorhandene Motoröl arretiert wird.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Hubkolben und mit zumindest einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder und einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben eines Verbrennungsmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet, erforderlich ist dies jedoch nicht. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Verbrennungsmotors kann beträchtlich sein und bis zu 20 % betragen, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Zweckmäßigerweise kann die Zylinder-Kolben-Einheit der längenverstellbaren Pleuelstange an die Motorölhydraulik des Verbrennungsmotors angeschlossen sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Motoröl Rußpartikel und Späne vorhanden sind, die eine Unempfindlichkeit des hydraulischen Verstellmechanismus und der Dichtungseinrichtung erfordern. Je geringer der Eintrag von Schmutzpartikeln aus dem Motoröl ist, desto eher kann ein sicherer Betrieb der Zylinder-Kolben-Einheit gewährleistet werden. Darüber hinaus kann auch der Verstellmechanismus der längenverstellbaren Pleuelstange mittels des unter Druck stehenden Motoröls angesteuert werden.
Eine weitere Modifikation sieht vor, das der Systemdruck des Motoröls im Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit zwischen 1000 bar und 3000 bar, bevorzugt zwischen 2000 bar und 3000 bar, beträgt. Die Begrenzung des Systemdrucks ermöglicht die sichere konstruktive Auslegung des Innendurchmessers der Zylinderbohrung und der Wandstärke des Zylinders, und ermöglicht damit eine sichere konstruktive Auslegung der erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange.
Gemäß einer Weiterbildung können ein Steuertrieb mit mindestens einer Steuerkette, einer Spann- und/oder Führungsschiene, und/oder einem Kettenspanner vorgesehen sein, der die Kurbelwelle mit der mindestens einen Nockenwelle des Verbrennungsmotors verbindet. Der Steuertrieb ist insofern wichtig, weil dieser maßgeblichen Einfluss auf die dynamische Belastung des Verbrennungsmotors und somit auch auf die längenverstellbare Pleuelstange haben kann. Bevorzugt wird dieser so ausgestaltet, dass keine zu hohen dynamischen Kräfte über den Steuertrieb eingeleitet werden. Alternativ kann ein solcher Steuertrieb auch mit einer Stirnradverzahnung oder einem Antriebsriemen, beispielsweise einem Zahnriemen ausgebildet sein, der mittels einer Spannvorrichtung mit Spannrolle vorgespannt ist.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor, und
2 eine schematische Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange aus 1 in teilweiser geschnittener Darstellung.

In 1 ist in schematischer Darstellung ein Verbrennungsmotor (Ottomotor) 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 hat drei Zylinder 2.1, 2.2 und 2.3, in denen sich jeweils ein Hubkolben 3.1, 3.2, 3.3 auf und ab bewegt. Des Weiteren umfasst der Verbrennungsmotor 1 eine Kurbelwelle 4, die mittels Kurbelwellenlager 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4 drehbar gelagert ist. Die Kurbelwelle 4 ist mittels der Pleuelstangen 6.1, 6,2 und 6.3 jeweils mit dem zugehörigen Hubkolben 3.1, 3.2 und 3.3 verbunden. Für jede Pleuelstange 6.1, 6.2 und 6.3 weist die Kurbelwelle 4 einen exzentrisch angeordneten Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 auf. Das große Pleuelauge 8.1, 8.2, und 8.3 ist jeweils auf dem zugehörigen Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 gelagert. Das kleine Pleuelauge 9.1, 9.2 und 9.3 ist jeweils auf einem Kolbenbolzen 10.1, 10.2 und 10.3 gelagert und so mit dem zugehörigen Hubkolben 3.1, 3.2 und 3.3 schwenkbar verbunden. Dabei ist den Begriffen kleines Pleuelauge 9.1, 9.2 und 9.3 und großes Pleuelauge 8.1, 8.2 und 8.3 weder eine absolute noch relative Größenzuordnung zu entnehmen, sondern sie dienen lediglich zur Unterscheidung der Bauteile und Zuordnung zu dem in 1 dargestellten Verbrennungsmotor. Entsprechend können die Abmessungen der Durchmesser der kleinen Pleuelaugen 9.1, 9.2 und 9.3 kleiner, gleich groß oder größer als die Abmessungen der Durchmesser der großen Pleuelaugen 8.1, 8.2 und 8.3 sein.
Die Kurbelwelle 4 ist mit einem Kurbelwellenkettenrad 11 versehen und mittels einer Steuerkette 12 mit einem Nockenwellenkettenrad 13 gekoppelt. Das Nockenwellenkettenrad 13 treibt eine Nockenwelle 14 mit ihren zugehörigen Nocken zur Betätigung der Ein- und Auslassventile (nicht näher dargestellt) eines jeden Zylinders 2.1, 2.2 und 2.3 an. Das Leertrum der Steuerkette 12 wird mittels einer schwenkbar angeordneten Spannschiene 15 gespannt, die mittels eines Kettenspanners 16 an diese angedrückt wird. Das Zugtrum der Steuerkette 12 kann entlang einer Führungsschiene gleiten. Die wesentliche Funktionsweise dieses Steuertriebs einschließlich der Kraftstoffeinspritzung und Zündung mittels Zündkerze wird nicht näher erläutert und als bekannt vorausgesetzt. Die Exzentrizität der Kurbelwellenzapfen 7.1, 7.2 und 7.3 gibt maßgeblich den Hubweg H_k vor, insbesondere wenn, wie im vorliegenden Fall, die Kurbelwelle 4 exakt zentrisch unter den Zylindern 2.1, 2.2 und 2.3 angeordnet ist. Der Hubkolben 3.1 ist in 1 in seiner untersten Stellung dargestellt, während der Hubkolben 3.2 in seiner obersten Stellung dargestellt ist. Die Differenz ergibt im vorliegenden Fall den Hubweg H_k . Die verbleibende Höhe H_c (siehe Zylinder 2.2) ergibt die verbleibende Kompressionshöhe im Zylinder 2.2. In Verbindung mit dem Durchmesser des Hubkolbens 3.1, 3.2 oder 3.3 bzw. der zugehörigen Zylinder 2.1, 2.2 und 2.3 ergibt sich aus dem Hubweg H_k das Hubvolumen V_h und aus der verbleibenden Kompressionshöhe H_c errechnet sich das Kompressionsvolumen V_c . Selbstverständlich hängt das Kompressionsvolumen V_c maßgeblich von der Gestaltung des Zylinderdeckels ab. Aus diesen Volumen V_h und V_c ergibt sich das Verdichtungsverhältnis ε. Im Detail errechnet sich das Verdichtungsverhältnis ε aus der Summe des Hubvolumens V_h und des Kompressionsvolumens V_c dividiert durch das Kompressionsvolumen V_c . Heute übliche Werte für Ottomotoren liegen für ε zwischen 10 und 14.
Damit in Abhängigkeit vom Betriebspunkt (Drehzahl n, Temperatur T, Drosselklappenstellung) des Verbrennungsmotors 1 das Verdichtungsverhältnis ε angepasst werden kann, sind erfindungsgemäß die Pleuelstangen 6.1, 6.2 und 6.3 in ihrer Länge verstellbar ausgestaltet. Hierdurch kann im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis gefahren werden als im Volllastbereich.
In 2 ist beispielhaft die längenverstellbare Pleuelstange 6.1 dargestellt, die identisch zu den Pleuelstangen 6.2 und 6.3 ausgestaltet ist. Die Beschreibung gilt daher entsprechend. Die Pleuelstange 6.1 weist einen Pleuelstangenkopf 17.1 mit dem besagten kleinen Pleuelauge 9.1, einem ersten Pleuelteil 18.1, das teleskopierbar in einem zweiten Pleuelteil 19.1 geführt ist, auf. Die relative Bewegung des ersten Pleuelteils 18.1 in Längsrichtung zum zweiten Pleuelteil 19.1 erfolgt mittels einer Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 mit einem Verstellkolben 21.1. und einer Zylinderbohrung 22.1 sowie einer Dichtungseinrichtung 23.1 zwischen dem Verstellkolben 21.1 und der Zylinderbohrung 22.1. Am zweiten Pleuelteil 19.1 ist eine untere Lagerschale 19b.1 angeordnet, die zusammen mit dem unteren Bereich des zweiten Pleuelteils 19.1 das große Pleuelauge 8.1 umgibt. Die untere Lagerschale 19b.1 und das zweite Pleuelteil 19.1 werden in üblicher Weise mittels Befestigungsmitteln miteinander verbunden. Die Kolbenstange 18a.1 am unteren Ende des ersten Pleuelteils 18.1 ist mit dem Verstellkolben 21.1 verbunden, der in der Zylinderbohrung 22.1 des zweiten Pleuelteils 19.1 verschiebbar geführt ist. Am oberen Ende weist das zweite Pleuelteil 19.1 einen Deckel 19a.1 auf, durch den die Kolbenstange 18a.1 des ersten Pleuelteils 18.1 hindurch geführt und abgedichtet ist. Somit dichtet der Deckel 19a.1 insgesamt die Zylinderbohrung 22.1 ab. Der Verstellkolben 21.1 ist als Stufenkolben ausgestaltet. Unterhalb des Verstellkolbens 21.1 ist ein erster Druckraum 24.1 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet und oberhalb des Verstellkolbens 21.1 ist ein kreisringförmiger zweiter Druckraum 25.1 ausgebildet. Der Verstellkolben 21.1 und die Zylinderbohrung 22.1 sind Bestandteil eines hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 zur Veränderung der Pleuelstangenlänge. Zu dem Verstellmechanismus 26.1 gehört auch eine unten näher beschriebene hydraulische Schaltung, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf des Hydraulikfluids in bzw. aus den Druckräumen 24.1 und 25.1 und somit für eine Fixierung des mittels der an der Pleuelstange 6.1 wirkenden Kräfte aktuierten Verstellkolbens 21.1 sorgt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt des zweiten Pleuelteils 19.1 im Bereich der Druckräume 24.1 und 25.1 sowie des Verstellkolbens 21.1 im Querschnitt kreisringförmig (mit Ausnahme eventuell vorhandener Hydraulikleitungen) ausgestaltet. Andere geometrische Abmessungen sind denkbar. Entsprechend ergibt sich hier die Wandstärke D_w aus dem zugehörigen Außenradius r_a des oberen Abschnitts des zweiten Pleuelteils 19.1 abzüglich des Innenradius r_i der Zylinderbohrung 22.1. Bei einer solchen symmetrischen Ausgestaltung ist die Wandstärke D_w über den Umfang des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig dick und die Spannungen im Werkstoff des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig gering, so dass aufgrund eines relativ großen Kolbendurchmessers für den Verstellkolben 21.1 der in der Pleuelstange 6.1 auftretende maximale Systemdruck in beherrschbaren Grenzen bleibt.
Im Folgenden wird anhand der 2 der in der Pleuelstange 6.1 verwendete hydraulische Verstellmechanismus 26.1 näher erläutert. Der Verstellkolben 21.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 ist als Stufenkolben ausgebildet. Unter einem Stufenkolben wird im Allgemeinen ein zweiseitig wirkender Kolben mit unterschiedlich großen Wirkflächen verstanden. Eine erste Stirnseite 27.1 ist kreisförmig ausgestaltet und dem ersten Druckraum 24.1 zugeordnet. Eine zweite Stirnseite 28.1 ist kreisringförmig ausgestaltet und dem zweiten Druckraum 25.1 zugeordnet. Der hydraulische Verstellmechanismus 26.1 wird mit Motoröl betrieben. Hierzu steht ein Ölversorgungskanal 29.1 mit dem großen Pleuelauge 8.1 in Verbindung, wodurch Motoröl dem hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 zugeführt werden kann oder in einer alternativen Schaltung gegebenenfalls aus dieser abfließt. An den Ölversorgungskanal 29.1 anschließend ist ein Steuerventil 30.1 vorgesehen. Von dem Steuerventil 30.1 aus gelangt das Motoröl über einen ersten Ölkanal 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 und über einen zweiten Ölkanal 32.1 in den zweiten Druckraum 25.1. In Strömungsrichtung des einströmenden Motoröls ist im ersten Ölkanal 21.1 ein Rückschlagventil 33.1 und ein Ölfilter 34.1 vorgesehen, bevor der erste Ölkanal 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 mündet. Zwischen dem Rückschlagventil 33.1 und dem Ölfilter 34.1 des ersten Ölkanals 31.1 ist die Abzweigung eines Auslasskanals 35.1 vorgesehen, der an der Außenseite des zweiten Pleuelteils 19.1 in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors 1 mündet. Der Auslasskanal 35.1 ist mit einem Ablassventil 36.1 ausgestaltet, das beim Einströmen des Motoröls über den ersten Ölkanal 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 geschlossen ist. Der zweite Ölkanal 32.1 ist entsprechend des ersten Ölkanals 31.1 aufgebaut und weist in Einströmrichtung des Motoröls in den zweiten Druckraum 25.1 nach dem Steuerventil 30.1 ein Rückschlagventil 33.1, den Abzweig des Auslasskanals 35.1 mit Ablassventil 36.1 und danach den Ölfilter 34.1 auf, bevor der zweite Ölkanal 32.1 in den zweiten Druckraum 25.1 mündet.
Wenn das Steuerventil 30.1 des hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 den ersten Ölkanal 31.1 öffnet, strömt das aus dem großen Pleuelauge 8.1 über den Ölversorgungskanal 29.1 zugeführte Motoröl über das Rückschlagventil 33.1 und den Ölfilter 34.1 in den ersten Druckraum 24.1. Der Verstellkolben 21.1 fährt angetrieben durch das einströmende Motoröl in seine obere Stellung und ist dann in der in 2 gezeigten finalen ausgefahrenen oberen Stellung hydraulisch gesperrt, da sowohl eine Rückströmung über den ersten Ölkanal durch das Rückschlagventil 33.1 als auch eine Ausströmung über den Auslasskanal 35.1 durch das gesperrte Ablassventil 36.1 verhindert ist. Die Pleuelstange 6.1 befindet sich somit in ihrer längeren Stellung. Bei einem Umschalten des Steuerventils 30.1 zur Öffnung des zweiten Ölkanals 32.1 und zur Befüllung des zweiten Druckraums 25.1 mit Motoröl wird gleichzeitig auch das Ablassventil 36.1 im ersten Ölkanal 31.1 geöffnet, so dass das im ersten Druckraum 24.1 befindliche Motoröl über den Auslasskanal 35.1 in das Kurbelgehäuse abströmen kann.
Beim Einströmen des Motoröls aus dem Steuerventils 30.1 über den ersten Ölkanal 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 oder über den zweiten Ölkanal 32.1 in den zweiten Druckraum 25.1 wird das gesamte einströmende Motoröl über einen Ölfilter 34.1 geleitet, in dem größere Rußpartikel und Späne aus dem Motoröl ausgefiltert und gehalten werden. Dadurch ist das in die Zylinderbohrung 22.1 der Zylinderkolben 21.1 enthaltene Motoröl nur gering mit Verschmutzungen belastet, so daß die Dichtungseinrichtung 23.1 zwischen der Außenwandung 39.1 des Verstellkolbens 21.1 und der Innenwandung 38.1 der Zylinderbohrung 22.1 entsprechend geringfügig einem Verschleiß ausgesetzt ist. Dadurch läßt sich sowohl das Risiko stärkerer Beschädigungen an der Oberfläche der Dichtungseinrichtung 23.1 verhindern, als auch die notwendige Lebensdauer der längenverstellbaren Pleuelstangen 6.1 verbessern.
Beim Wechseln der Pleuelstange 6.1 zwischen ausgefahrener Position und eingefahrener Position des ersten Pleuelteils 18.1 strömt das gereinigte Motoröl aus dem ersten Druckraum 24.1 bzw. dem zweiten Druckraum 25.1 durch die jeweiligen Ölfilter 34.1 im ersten Ölkanal 31.1 bzw. im zweiten Ölkanal 32.1 und von dort über den Auslasskanal 35.1 und das Ablassventil 36.1 in das Kurbelgehäuse, da eine weitere Strömung in Richtung des Steuerventils 30.1 durch das Rückschlagventil 33.1 verhindert wird. Alternativ ist auch eine Rückströmung des Motoröls aus dem ersten Druckraum 24.1 und dem zweiten Druckraum 25.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 über das Steuerventil 30.1 möglich. Bei der Rückströmung des sauberen Motoröls aus der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 durch die Ölfilter 34.1 im ersten Ölkanal 31.1 und dem zweiten Ölkanal 32.1 werden die in den Ölfiltern 34.1 abgesetzten Schmutzpartikel ausgespült. Durch die regelmäßige Reinigung der Ölfilter 34.1 wird nicht nur ein Verstopfen der Ölfilter 34.1 verhindert, sondern es werden neben größeren Partikeln auch kleinere Partikel durch den Auslasskanal 35.1 abgeführt, die bei zunehmendem Druck im Ölfilter 34.1 den Ölfilter 34.1 passieren würden und die Verunreinigung des Motoröls im ersten Druckraum 24.1 und dem zweiten Druckraum 25.1 erhöhen würden. Die Reinigung der Ölfilter 34.1 mittels der Rückströmung des Motoröls aus der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 ist sehr zuverlässig, da bei zunehmender Verunreinigung der Ölfilter 34.1 die Druckdifferenz über den Ölfilter 34.1 zunimmt, so daß auch die Rückströmung durch den Ölfilter 34.1 mit Motoröl eine höhere Druckdifferenz und entsprechend eine höhere Reinigungswirkung aufweist.
Das Steuerventil 30.1 des hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 der längenverstellbaren Pleuelstange 6.1 kann neben dem Zulauf von Motoröl in den ersten Ölkanal 31.1 und dem zweiten Ölkanal 32.1 auch die den ersten Ölkanal 31.1 und dem zweiten Ölkanal 32.1 zugeordneten Ablassventile 36.1 in den abzweigenden Auslasskanälen 35.1 steuern. Beim Öffnen des ersten Ölkanals 31.1 bzw. des zweiten Ölkanals 32.1 und der Zuführung von Motoröl in den ersten Druckraum 24.1 bzw. dem zweiten Druckraum 25.1 muss gleichzeitig auch das Ablassventil 36.1 im anderen Zweig des hydraulischen Verstellmechanismus 26.1, d.h. dem zweiten Ölkanal 32.1 bzw. dem ersten Ölkanal 31.1, geöffnet werden, um ein ausströmendes Motoröl aus dem jeweils anderen Druckraum, d.h. dem zweiten Druckraum 25.1 bzw. dem ersten Druckraum 24.1, und das Einfahren des Verstellkolbens 21.1 in den zweiten Druckraum 25.1, bzw. den ersten Druckraum 24.1, zu ermöglichen. Bevorzugt erfolgt die Steuerung der Ablassventile 36.1 auch über das Steuerventil 30.1, wobei die Ansteuerung des Steuerventils 30.1 mit dem am hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 anliegenden Druck des Motoröls erfolgen kann. Entsprechend lassen sich andere, alternativ jedoch auch mögliche, elektrische, elektronische, magnetische oder mechanische Ansteuerungen des Steuerventils 30.1 bzw. der Ablassventile 36.1 vermeiden.
Die Reinigung des in die Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 einströmende Motoröls mittels der Ölfilter 34.1 im ersten Ölkanal 31.1 und zweiten Ölkanal 32.1 ermöglicht den Einsatz von engen Spaltdichtungen 37.1 als Dichtungseinrichtung 23.1 mit einem Spaltmaß S im Bereich des Verstellkolbens 21.1 von höchstens 20 µm bevorzugt von höchstens 10 µm, wodurch trotz eines gewissen Leckagestroms durch die Dichtungseinrichtung 23.1 eine sichere Funktion der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 gewährleistet wird. Alternativ kann bei einem Einsatz von Kolbendichtungen als Dichtungseinrichtung 23.1 durch das partikelarme Motoröl im ersten Druckraum 24.1 und dem zweiten Druckraum 25.1 der Verschleiß der Dichtungseinrichtung 23.1 deutlich reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2.1,2.2,2.3: Zylinder
3.1,3.2,3.3: Hubkolben
4: Kurbelwelle
5.1,5.2,5.3,5.4: Kurbelwellenlager
6.1,6.2,6.3: Pleuelstange
7.1,7.2,7.3: Kurbelwellenzapfen
8.1,8.2,8.3: großes Pleuelauge
9.1,9.2,9.3: kleine Pleuelauge
10.1,10.2,10.3: Kolbenbolzen
11: Kurbelwellenketterad
12: Steuerkette
13: Nockenwellenkettenrad
14: Nockenwelle
15: Spannschiene
16: Kettenspanner
17.1: Pleuelstangenkopf
18.1: erstes Pleuelteil
18a.1: Kolbenstange
19.1: zweites Pleuelteil
19a.1: Deckel
19b.1: Lagerschale
20.1: Zylinder-Kolben-Einheit
21.1: Verstellkolben
22.1: Zylinderbohrung
23.1: Dichtungseinrichtung
24.1: erster Druckraum
25.1: zweiter Druckraum
26.1: hydraulischer Verstellmechanismus
27.1: erste Stirnseite
28.1: zweite Stirnseite
29.1: Ölversorgungskanal
30.1: Steuerventil
31.1: erster Ölkanal
32.1: zweiter Ölkanal
33.1: Rückschlagventil
34.1: Ölfilter
35.1: Auslasskanal
36.1: Ablassventil
37.1: Spaltdichtung
38.1: Innenwandung
39.1: Außenwandung
D_w: Wandstärke
V_h: Hubvolumen
V_c: Kompressionsvolumen
H_c: Kompressionshöhe
H_k: Hubweg
r_i: Innendurchmesser
r_a: Außendurchmesser
S: Spaltmaß
ε: Verdichtungsverhältnis
n: Drehzahl
T: Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2217721 [0005]
EP 1426584 A1 [0006]
DE 102005055199 A1 [0006, 0022]
WO 2013/092364 A1 [0007]
WO 2015/055582 A2 [0007, 0008]

Claims

Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) für einen Verbrennungsmotor (1), insbesondere einen Ottomotor, mit einem ersten Pleuelteil (18.1) und einem zweiten Pleuelteil (19.1), das erste Pleuelteil (18.1) weist ein kleines Pleuelauge (9.1) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (10.1) und das zweite Pleuelteil (19.1) weist ein großes Pleuelauge (8.1) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens (7.1) auf, wobei das erste Pleuelteil (18.1) gegenüber dem zweiten Pleuelteil (19.1) bewegbar ist, um den Abstand zwischen dem großen Pleuelauge (8.1) und dem kleinen Pleuelauge (9.1) zu verstellen, und mit mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit (20.1), um das erste Pleuelteil (18.1) relativ zum zweiten Pleuelteil (19.1) zu bewegen, wobei die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) mittels eines hydraulischen Verstellmechanismus (26.1) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) mindestens einen Ölfilter (34.1) umfasst, um das in die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) einströmende Motoröl des Verbrennungsmotors (1) zu filtern.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) eine Zylinderbohrung (22.1), einen in der Zylinderbohrung (22.1) längs bewegbar angeordneten Verstellkolben (21.1), mindestens einen in der Zylinderbohrung (22.1) vorgesehenen ersten Druckraum (24.1) zur Aufnahme des einströmenden Motoröls, der erste Druckraum (24.1) ist einseitig von dem bewegbaren Verstellkolben (21.1) begrenzt, und eine zwischen der Außenwandung (39.1) des Verstellkolbens (21.1) und der Innenwandung (38.1) der Zylinderbohrung (22.1) angeordneten Dichtungseinrichtung (23.1) umfasst.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) mindestens ein Ablassventil (36.1) umfasst, um das aus der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) ausströmende Motoröl nach außen abzugeben, wobei das Ablassventil (36.1) in Ausströmrichtung hinter dem Ölfilter (34.1) angeordnet ist.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) mindestens ein Rückschlagventil (33.1) umfasst wobei das Rückschlagventil (33.1) in Ausströmrichtung hinter dem Ablassventil (36.1) angeordnet ist.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (21.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) als zweiseitig wirkender Verstellkolben (21.1) ausgebildet ist, wobei der in der Zylinderbohrung (22.1) längs bewegbar angeordnete Verstellkolben (21.1) den ersten Druckraum (24.1) und einen zweiten Druckraum (25.1) zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und jeweils einseitig begrenzt.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) mindestens zwei Ölfilter (34.1) umfasst, wobei in einem ersten Ölkanal (31.1) des ersten Druckraums (24.1) und in einem zweiten Ölkanal (32.1) des zweiten Druckraums (25.1) jeweils mindestens ein Ölfilter (34.1) angeordnet ist, um das in den ersten Druckraum (24.1) und den zweiten Druckraum (25.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) einströmende Motoröl zu filtern.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) ein Steuerventil (30.1), bevorzugt ein hydraulisch betätigtes Steuerventil (30.1) umfasst, um die Zuführung des in die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) einströmenden Motoröls in den ersten Druckraum (24.1) und den zweiten Druckraum (25.1) zu steuern.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Ölkanal (31.1) des ersten Druckraums (24.1) und dem zweiten Ölkanal (32.1) des zweiten Druckraums (25.1) jeweils ein Rückschlagventil (33.1) angeordnet ist, wobei die Rückschlagventile in Einströmrichtung jeweils vor dem mindestens einen Ölfilter (34.1) in dem ersten Ölkanal (31.1) und in dem zweiten Ölkanal (32.1) angeordnet sind.
Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pleuelteil (18.1) mit dem Verstellkolben (21.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) verbunden ist und das zweite Pleuelteil (19.1) die Zylinderbohrung (22.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) aufweist.
Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) für eine längenverstellbare Pleuelstange (6.1) eines Verbrennungsmotors (1) mit einem hydraulischen Verstellmechanismus, die längenverstellbare Pleuelstange (6.1) umfasst ein erstes Pleuelteil (18.1) und ein zweites Pleuelteil (19.1), die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) ist mittels des hydraulischen Verstellmechanismus (26.1) betätigbar, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Verstellmechanismus (26.1) mindestens einen Ölfilter (34.1) umfasst, um das in die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) einströmende Motoröl des Verbrennungsmotors (1) zu filtern.
Verbrennungsmotor (1) mit mindestens einem Hubkolben (3.1,3.2,3.3) und mit zumindest einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder (2.1,2.2,2.3) und einer mit dem Hubkolben (3.1,3.2,3.3) verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (6.1) (6.1,6.2,6.3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) der längenverstellbaren Pleuelstange (6.1,6.2,6.3) an die Motorölhydraulik des Verbrennungsmotors (1) angeschlossen ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck des Motoröls im ersten Druckraum (24.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) zwischen 1.000 bar und 3.000 bar, bevorzugt zwischen 2.000 bar und 2.500 bar, beträgt.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuertrieb mit mindestens einer Steuerkette (12), einer Spann- und/oder Führungsschiene (15), und/oder einem Kettenspanner (16) vorgesehen ist, der die Kurbelwelle (4) mit der mindestens einen Nockenwelle (14) des Verbrennungsmotors (1) verbindet.