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Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange, die ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor umfasst.
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Aus der
DE 102 55 299 A1 geht ein Pleuel zur Verwendung an einer Hubkolbenmaschine mit veränderbar einstellbarem Verdichtungsverhältnis hervor. Der Pleuel umfasst eine Pleuelstange, die an einem Ende ein Hubzapfenlagerauge und am anderen Ende ein Kolbenbolzenlagerauge aufweist, mit dem ein Kolben über einen Kolbenbolzen verbindbar ist, der mit seiner Bolzenachse unter einer Exzentrizität exzentrisch zur Achse des Kolbenbolzenlagerauges in einem Exzenterring gelagert ist, der um einen vorgegebenen Schwenkbereich frei hin und her drehbar im Kolbenbolzenlagerauge gelagert ist. Ferner sind an der Pleuelstange Verriegelungsmittel zur wahlweisen Fixierung des Exzenterringes in der einen oder anderen Endstellung des Schwenkbereichs gelagert, wobei der Pleuel von außen über ein Einwirkelement einer Aktuatoreinrichtung betätigbare Stellmittel aufweist, die mit den Verriegelungsmitteln in Wirkverbindung stehen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion und die Ausbildung einer Pleuelstange mit einem Schaltventil zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zu verbessern.
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Die erfindungsgemäße Pleuelstange umfasst ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor, wobei die Pleuelstange ferner eine Gaskraftstützkammer und eine Massenkraftstützkammer umfasst, wobei ein in der Gaskraftstützkammer angeordneter erster Kolben durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer angeordneter zweiter Kolben durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind, wobei die Gaskraft und die Massenkraft über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel ausgebildeten Exzenters in die Gaskraftstützkammer und die Massenkraftstützkammer einleitbar ist, wobei ferner das Schaltventil mit der Gaskraftstützkammer über eine Gaskraftfluidleitung und mit der Massenkraftstützkammer über eine Massenkraftfluidleitung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden ist. Das Schaltventil wird über die wirkenden Gas- und Massenkräfte bei unterschiedlichen Lastpunkten des Verbrennungsmotors betätigt. Diese Gas- und Massenkräfte bewirken einen Druckaufbau in der Gaskraftstützkammer und der Massenkraftstützkammer des Pleuels und somit einen lastabhängigen Druck auf das Schaltventil. Aufgrund der Schaltung des Schaltventils mittels der Gas- und Massenkräfte, ist eine Betätigung des Schaltventils nicht zwingend durch eine externe Ölpumpe durchzuführen. Durch den Verzicht auf eine Ölpumpe ist die Zeitverzögerung für das Schalten geringer. Die Ölpumpe muss nicht zuerst ein Signal zum Umschalten erhalten und das Öl durch die Leitungen drücken.
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Im vorliegenden Fall soll das Schaltventil vorzugsweise im Rahmen einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis einer Zylindereinheit ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes. Das Verdichtungsverhältnis von Hubkolbenbrennkraftmaschinen wird erhöht, um deren Wirkungsgrad zu steigern, was zur Folge hat, dass der Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine reduziert wird. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt.
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Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
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Die Ansteuerung des Schaltventils erfolgt durch einen Druckanstieg des Fluides in einem der beiden Stützkammern. Dieser Druckanstieg resultiert aufgrund der wirkenden Gas- beziehungsweise Massenkraft an einem Motorkolben und der Übersetzung dieser Kraft anhand eines Exzenters mittels eines Exzenterhebels in eine jeweilige Stützstange. Bevorzugt wird das Schaltventil durch die Stützkammer mit der höheren Last angesteuert, da sich bei diesem ein höherer Fluiddruck ausbildet. In dem vorliegenden Fall ist dies die Stützkammer, auf die die Gaskraft bevorzugt Einfluss hat, mit anderen Worten die Gaskraftstützkammer.
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Der Moment der Krafteinleitung ist relativ kurz, da diese nur an einem bestimmten Kurbelwinkel in einer Rotationsbewegung des Exzenters eintritt und nicht kontinuierlich über einen gesamten Kurbelwinkelbereich wirkt. Aufgrund der Krafteinleitung wird in der Gaskraftstützkammer ein Druck auf das Fluid aufgebaut. Dieser Fluiddruck in der Gaskraftstützkammer kann das Schaltventil betätigen. Der kurze aber sich durch die Rotation des Exzenters kontinuierlich wiederholende Druck muss durch eine entsprechende Trägheit eines Ventilschiebers im Schaltventil, insbesondere einer Ventilschiebermasse und einer Ölsäulenmasse, ausgeglichen werden, damit eine Schaltung möglich ist, da das Schaltventil einen Druck über einen bestimmten Zeitraum benötigt. Bei geringen Drehzahlen ist die Zeit des Kraftstoßes verglichen mit der Gesamtzeit der Umdrehung des Exzenters sehr kurz. Je höher die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, umso kürzer ist die Zeit des Kraftstoßes. Der Ventilschieber des Schaltventils befindet sich während der Krafteinleitung in einer ersten Schaltposition und kann aufgrund einer geringen Leckage einer entsprechenden Druckfeder und der Trägheit der Ölsäulenmasse bzw. der Schaltventilmasse nicht nach Wegnahme der Kraft wieder in seine Grundposition fallen. Hinzu kommt, dass ein darauffolgendes Kraftmaximum in einem so kleinen Abstand wieder auf die Gaskraftstützkammer drückt, sodass der Schieber wieder in seine Schaltposition gedrückt wird. Erst wenn das Kraftmaximum einen Wert unterhalb eines Schaltdrucks annimmt, kann der Ventilschieber in seine Grundposition fahren.
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Vorzugsweise ist das Schaltventil senkrecht in der Pleuelstange angeordnet. Dies ist vorteilhaft für einen platzsparenden Einbau des Schaltventils in der Pleuelstange. Das Schaltventil ist zwischen der Öl-Zufuhrleitung und der Gaskraft- beziehungsweise der Massenkraftfluidleitung zwischengeschaltet.
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Bevorzugt ist an der Gaskraftstützkammer und an der Massenkraftstützkammer ein jeweiliges Rückschlagventil koaxial und axial benachbart zur jeweiligen Kammer angeordnet. Mit anderen Worten ist ein Rückschlagventil für die Gaskraftstützkammer und das zweite Rückschlagventil für die Massenkraftstützkammer vorgesehen. Das jeweilige Rückschlagventil ist dazu vorgesehen, das Öl daran zu hindern, durch den erzeugten Druck in der Gaskraftstützkammer beziehungsweise der Massenkraftstützkammer zurück in die Öl-Zufuhrleitung gedrückt zu werden.
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Ferner bevorzugt ist das Schaltventil über die Gaskraftstützkammer betätigbar. Die Gaskraft ist gegenüber der Massenkraft die maßgebliche einwirkende Kraft am Verbrennungsmotor. Die Gaskraft ist drehzahlunabhängig und hat ein höheres Maximum, wohingegen die Massenkraft drehzahlabhängig ist. Bei geringer Drehzahl hat die Massenkraft praktisch keinen Einfluss auf den Verbrennungsmotor. Mit steigender Drehzahl bei gleichbleibender Gaskraft, steigt der Einfluss der Massenkraft auf den Verbrennungsmotor an. Jedoch hat eine steigende Drehzahl höhere Lasten und somit höhere Temperaturen zur Folge, wodurch es zu ungewollten Selbstzündungen kommen kann.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis.
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Gemäß der einzigen Figur umfasst eine erfindungsgemäße Pleuelstange 1 ein hydraulisch angesteuertes Schaltventil 2 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen – hier nicht dargestellten – Verbrennungsmotor. Die Pleuelstange 1 umfasst ferner eine Gaskraftstützkammer 3 und eine Massenkraftstützkammer 4, wobei ein in der Gaskraftstützkammer 3 angeordneter erster Kolben 5 durch eine Gaskraft und ein in der Massenkraftstützkammer 4 angeordneter zweiter Kolben 6 durch eine Massenkraft axial verschiebbar sind. Die Gaskraft und die Massenkraft sind über eine Rotationsbewegung eines an einem Exzenterhebel 7 ausgebildeten Exzenters 8 in die Gaskraftstützkammer 3 und die Massenkraftstützkammer 4 einleitbar. Ferner ist das Schaltventil 2 mit der Gaskraftstützkammer 3 über eine Gaskraftfluidleitung 9 und mit der Massenkraftstützkammer 4 über eine Massenkraftfluidleitung 10 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verbunden. Das Schaltventil 2 ist senkrecht in der Pleuelstange 1 angeordnet. An der Gaskraftstützkammer 3 und an der Massenkraftstützkammer 4 ist ein jeweiliges Rückschlagventil 11 koaxial und axial benachbart zur jeweiligen Kammer 3, 4 angeordnet. Der Fluidstrom zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses wird über die Öl-Zufuhrleitung 12 realisiert. Die Gaskraftstützkammer 3 und die Massenkraftstützkammer 4 werden durch die Öl-Zufuhrleitung 12 mit Öl versorgt, wobei das jeweilige Rückschlagventil 11 zwischen die Öl-Zufuhrleitung 12 und der Gaskraftstützkammer 3, beziehungsweise der Massenkraftstützkammer 4 geschaltet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuelstange
- 2
- Schaltventil
- 3
- Gaskraftstützkammer
- 4
- Massenkraftstützkammer
- 5
- Kolben
- 6
- Kolben
- 7
- Exzenterhebel
- 8
- Exzenter
- 9
- Gaskraftfluidleitung
- 10
- Massenkraftfluidleitung
- 11
- Rückschlagventil
- 12
- Öl-Zufuhrleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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