DE102017107673A1

DE102017107673A1 - Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017107673A1
Application number: DE102017107673.5A
Authority: DE
Inventors: David Huber; Dietmar Schulze
Original assignee: Eco Holding 1 GmbH
Current assignee: Eco Holding 1 GmbH
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pleuel (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem Pleuelkörper (10) und einer Exzenter-Verstelleinrichtung (2) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung (2) weist wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben (8, 9) auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange (6, 7) verbunden ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung (2) weist weiter einen mit einem Exzenterhebel (3) zusammenwirkenden Exzenter (4) auf. Erfindungsgemäß ist ein Haltemechanismus (11) vorgesehen, der den Exzenterhebel (3) in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen arretiert, wobei die Arretierung bei Überschreiten eines Haltemoments aufhebbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen” der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen” auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulisch oder mechanisch betätigbaren Umschaltventilen eine Exzenter-Verstelleinrichtung eines Pleuels betätigen.
Ein gattungsgemäßes Umschaltventil ist beispielsweise aus der DE 10 2012 112 461 A1 zu entnehmen. Ein Abgriffselement des darin beschriebenen Umschaltelements ist mittels einer Rastkugel und einer Feder in zwei Schaltstellungen arretierbar, wobei die Rastkugel mit zwei in dem Abgriffselement ausgebildeten Rastnuten zusammenwirkt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, kostengünstiges Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zu schaffen, welche einen möglichst stabilen Betrieb aufweist.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung vorgeschlagen, mit einem Pleuelkörper und einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist weiter einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter auf.
Erfindungsgemäß ist ein Haltemechanismus vorgesehen, der den Exzenterhebel in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen arretiert, wobei die Arretierung bei Überschreiten eines Haltemoments aufhebbar ist.
Winkelpositionen des Exzenterhebels der Exzenter-Verstelleinrichtung des Pleuels sind hydraulisch geregelt. In für das hydraulische System der Exzenter-Verstelleinrichtung kritischen Betriebspunkten, insbesondere im Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine bei hoher Drehzahl, welcher als Betrieb mit niedriger Verdichtung (ε_low) ausgezeichnet ist, ist für die Befüllung und Nachfüllung des wenigstens einen Zylinders, bzw. einer in dem Zylinder befindlichen Stützkammer mit Hydraulikflüssigkeit aufgrund der Beschleunigungen des Systems im Betrieb nur ein geringes Zeitfenster vorhanden. In ungünstigen Umständen kann so möglicherweise nicht genügend Hydraulikflüssigkeit aus der Galerie, d. h. vom Versorgungsanschluss in die Stützkammer der Massenkraftseite (MKS) nachgesaugt werden, weil die Zeitspanne zu kurz ist. Dadurch kann es von ungewollten Positionsschwankungen des Exzenterhebels bis hin zu einem Absinken des entsprechenden Stützkolbens kommen, so dass die Position des Exzenterhebels nicht gehalten werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Pleuel ist deshalb eine mechanische Unterstützung und Stabilisierung des hydraulischen Systems der Exzenter-Verstelleinrichtung in der Endlagenposition für niedrige Verdichtung durch ein mechanisches System zusätzlich zu dem hydraulischen System in Form eines Haltemechanismus vorgesehen, welches das Zeitfenster zum Befüllen des Zylinders erhöht. Der Haltemechanismus wirkt dabei zwischen dem Pleuelkörper und der Exzenterhebel-/Exzenter-Baugruppe. Der Haltemechanismus übt dabei wenigstens ein Haltemoment oder ein Drehmoment in Richtung einer der beiden Endlagen der Exzenter-Verstelleinrichtung aus. Das Haltemoment kann beispielsweise mit einem Rastsystem über eine Rastvorrichtung, welche zwischen Exzenterhebel und Pleuelkörper mit einer korrespondierenden Rastaufnahme zusammenwirkt, erreicht werden.
Der Haltemechanismus kann weiter als elastisches Element ausgebildet sein, welches beispielsweise über eine Zugfeder ein Rückstellmoment auf den Exzenterhebel bewirkt.
Eine alternative Ausführungsform des Haltemechanismus kann auch eine hydraulische Konstruktion aufweisen.
Das Funktionsprinzip des Pleuels bleibt dabei im Wesentlichen unverändert erhalten. Zwei in den Exzenterhebel eingesetzte Rastelemente der Rastvorrichtung bewirken in Kombination mit zwei Rastaufnahmen ein Halte-/Gegenmoment, welches das hydraulische System im Beibehalten der Endlagenposition ε_low unterstützt. Dieses kann durch eine Arretierung mittels des Rastelements erfolgen. Die Rastvorrichtung kann beispielsweise ein Gehäuse, eine Druckfeder und das Rastelement, beispielsweise eine Kugel, umfassen, die nicht aus dem Gehäuse austreten kann. Die Rastaufnahme arretiert die Kugel über ihre konstruktive Form, beispielsweise mit einem Öffnungswinkel, und ermöglicht erst eine weitere Verdrehung des Exzenterhebels bei Überscheiten eines Haltemoments, abhängig von Geometrie und Federvorspannung.
Die Rastaufnahme kann auch Teil des Exzenterhebels sein, beispielsweise eine Sacklochbohrung im Exzenterhebel. Die Rastvorrichtung kann beispielsweise durch eine Bohrung im Pleuel, die zwei Kugeln und eine doppelt wirkende Druckfeder führt, ausgebildet sein. Alternativ kann auch eine doppelt wirkende Rastvorrichtung verwendet werden. Die Rastvorrichtung kann in eine Bohrung des Pleuels eingepresst sein. Alternativ kann die Pressverbindung der Rastvorrichtung auch durch eine Gewindeverschraubung oder eine Schweißverbindung ersetzt werden.
Allgemein kann der Haltemechanismus als ein elastisches Element, beispielsweise eine Druck-, Form-, Zug-, Spiral-, Schenkel- oder Torsionsfeder, welches ein Haltemoment über Arretierung oder Rückstellung bewirkt, ausgebildet sein.
Der Haltemechanismus kann auch die Außenkontur der Exzenterhebel zur Rückstellung nutzen, beispielsweise in Verbindung mit einer Formfeder, oder weitere Bauteile der Hebelbaugruppe einbeziehen, wie Kolben, Stützstangen.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Pleuels in der Stellung für niedrige Verdichtung (ε_low) besteht darin, dass ein Abgreifer eines hydraulischen Umschaltventils des Pleuels so steht, dass ein hydraulischer Ablaufkanal von der GKS-Kammer direkt mit einem hydraulischen Versorgungsanschluss verbunden ist und der Ablaufkanal zu der MKS-Kammer verschlossen ist. Diese Ablaufkanäle können dabei insbesondere mit einer gedrosselten Bohrung versehen sein. Die MKS-Kammer füllt sich über ein Rückschlagventil mit Hydraulikflüssigkeit, stützt Zugkräfte über die entstehende Hydraulikflüssigkeitssäule ab und verhindert eine Exzenterverstellung in die Stellung hoher Verdichtung (ε_high).
Die Funktionsweise in der Stellung für hohe Verdichtung (ε_high) besteht darin, dass der Abgreifer des hydraulischen Umschaltventils des Pleuels so steht, dass der hydraulische Ablaufkanal von der MKS-Kammer direkt mit dem hydraulischen Versorgungsanschluss verbunden ist und der Ablaufkanal zu der GKS-Kammer verschlossen ist. Die GKS-Kammer füllt sich über ein Rückschlagventil mit Hydraulikflüssigkeit, stützt Zugkräfte über die entstehende Hydraulikflüssigkeitssäule ab und verhindert eine Exzenterverstellung in die Stellung niedriger Verdichtung (ε_low).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Haltemechanismus zwischen dem Exzenterhebel und dem Pleuelkörper angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich eine wirksame Arretierung des Exzenterhebels mit einer begrenzten Kraft erreichen. Das Rastsystem kann sowohl mit Rastvorrichtung im Pleuelkörper und Rastaufnahme im Exzenterhebel als auch mit Rastaufnahme im Pleuelkörper und Rastvorrichtung im Exzenterhebel ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Haltemechanismus ein elastisches Element und/oder ein Rastsystem aufweisen. Der Haltemechanismus übt dabei wenigstens ein Haltemoment oder ein Drehmoment in Richtung einer der beiden Endlagen der Exzenter-Verstelleinrichtung aus. Das Haltemoment kann beispielsweise mit einem Rastsystem über eine Rastvorrichtung, welche zwischen Exzenterhebel und Pleuelkörper mit einer korrespondierenden Rastaufnahme zusammenwirkt, erreicht werden. Der Haltemechanismus kann auch als elastisches Element ausgebildet sein, welches beispielsweise über eine Zugfeder ein Rückstellmoment auf den Exzenterhebel bewirkt. Auch Kombinationen von elastischem Element mit einem Rastsystem lassen sich vorteilhaft zur Stabilisierung von Positionsschwankungen des Exzenterhebels einsetzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rastsystem wenigstens eine Rastvorrichtung aufweisen, welche mit wenigstens einer Rastaufnahme so zusammenwirkt, dass der Exzenterhebel in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen verrastbar ist. Das Haltemoment kann mit einem Rastsystem über eine Rastvorrichtung, welche zwischen Exzenterhebel und Pleuelkörper mit einer korrespondierenden Rastaufnahme zusammenwirkt, erreicht werden. Zwei in den Exzenterhebel eingesetzte Rastelemente der Rastvorrichtung bewirken in Kombination mit zwei Rastaufnahmen ein Halte-/Gegenmoment, welches das hydraulische System im Beibehalten der Endlagenposition ε_low unterstützt. Dieses kann vorteilhaft durch eine Arretierung mittels des Rastelements erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Rastvorrichtung wenigstens ein in einem Gehäuse mit einer Druckfeder vorgespanntes Rastelement aufweisen. Die Rastvorrichtung kann beispielsweise durch eine Bohrung im Pleuel, die zwei Kugeln als Rastelemente und eine doppelt wirkende Druckfeder führt, ausgebildet sein. Die Rastaufnahme kann auch Teil des Exzenterhebels sein, beispielsweise eine Sacklochbohrung im Exzenterhebel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Rastvorrichtung im Pleuelkörper und die Rastaufnahme im Exzenterhebel angeordnet sein. Der Pleuelkörper bietet ausreichend Bauraum, um die Rastvorrichtung in geeigneter Weise anzuordnen, um eine zuverlässige Arretierung des Exzenterhebels zu erreichen. Die Rastaufnahme benötigt wenig Bauraum, so dass sie günstig im Exzenterhebel untergebracht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Rastvorrichtung im Exzenterhebel und die Rastaufnahme im Pleuelkörper angeordnet sein. Alternativ kann die Rastvorrichtung jedoch auch im Exzenterhebel angeordnet sein. Dieses kann durch kompakte Bauformen von Rastelementen und Druckfedern in geeigneter Weise günstig erreicht werden. Die Rastaufnahme benötigt wenig Bauraum, so dass sie günstig im Pleuelkörper untergebracht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rastsystem zwei einander diametral gegenüber liegende Rastvorrichtungen und zwei korrespondierende Rastaufnahmen aufweisen. Auf diese Weise kann eine Exzenter-Verstelleinrichtung, welche zwei gegenüber liegende Exzenterhebel aufweist, wirksam arretiert werden, indem zwei diametral gegenüber liegende und in entgegengesetzter Richtung wirkende Rastvorrichtungen zwischen den Exzenterhebeln im Pleuelkörper angeordnet werden. Die zwei Exzenterhebel weisen dazu günstig zwei einander gegenüber liegende Rastaufnahmen auf, in welche die Rastelemente jeweils eingreifen und verrasten können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Gehäuse als Ausnehmung im Pleuelkörper oder im Exzenterhebel ausgebildet sein. Das Gehäuse der Rastvorrichtung kann zweckmäßigerweise beispielsweise als Bohrung im Pleuelkörper oder im Exzenterhebel ausgebildet sein. Dadurch kann der Bauraum für ein zusätzliches Gehäuse eingespart werden, wodurch die Rastvorrichtung noch kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden kann. Die Druckfeder und das Rastelement, beispielsweise eine Kugel, lassen sich so günstig in die Ausnehmung einsetzen, um ihre Funktion zuverlässig auszuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Rastaufnahme als Bohrung ausgebildet sein. Dadurch kann der Bauraum für ein zusätzliches Gehäuse eingespart werden, wodurch die Rastvorrichtung noch kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden kann. Eine Bohrung stellt eine einfache Ausbildung einer Ausnehmung im Pleuelkörper oder im Exzenterhebel dar und lässt sich günstig ausführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rastsystem eine Rastvorrichtung umfassen, welche mit zwei diametral gegenüber liegenden Rastaufnahmen zusammenwirkt. Dadurch kann der Haltemechanismus sehr stabil und zugleich mit begrenztem Haltemoment günstig ausführen. Die Exzenter-Versteilleinrichtung mit zwei zu beiden Seiten des Pleuelkörpers angeordneten Exzenterhebeln lässt sich so durch die symmetrische Ausbildung zuverlässig und leichtgängig arretieren und auch wieder lösen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Rastvorrichtung ein Rastelement aufweisen, welches auf einer Längsachse in beiden Richtungen mit einem elastischen Anschlag verschiebbar angeordnet ist. Das Rastelement kann sich auf diese Weise selbst zentrieren, um die Rastfunktion zu beiden Seiten im Zusammenwirken mit diametral gegenüber liegenden Rastaufnahmen in den Exzenterhebeln zuverlässig sicherzustellen. Dadurch lassen sich auch Toleranzen beispielsweise in der Fertigung von Pleuelkörper, Exzenterhebel und/oder Rastsystem auf vorteilhafte Weise ausgleichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das elastische Element wenigstens bereichsweise als elastisches Element, insbesondere als Federelement, ausgebildet sein, welches mit dem Pleuelkörper und dem Exzenterhebel verbunden ist. Auch über ein elastisches Element, beispielsweise einer Zugfeder, lassen sich Drehmomente in Form von Rückstellmomenten auf den Exzenterhebel ausüben, so dass Positionsschwankungen des Exzenterhebels auf Grund von variierendem Hydraulikdruck vorteilhaft verringert oder gedämpft werden können. Auf diese Weise lässt sich ein stabilerer Betrieb der Exzenter-Verstelleinrichtung erreichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenterhebel wenigstens bereichsweise als elastisches Element ausgebildet sein. Auch über die Außenkontur des Exzenterhebels kann, beispielsweise in Verbindung mit einer Formfeder, ein Rückstellmoment auf den Exzenterhebel erreicht werden, so dass Positionsschwankungen des Exzenterhebels auf Grund von variierendem Hydraulikdruck vorteilhaft verringert oder gedämpft werden können. Auf diese Weise lässt sich ein stabilerer Betrieb der Exzenter-Verstelleinrichtung erreichen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Pleuel vorgeschlagen. Das Pleuel kann wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein mit einem Haltemechanismus zur Reduzierung von ungewollten Positionsschwankungen der Exzenter-Verstelleinrichtung, insbesondere des Exzenterhebels. Damit lässt sich auf vorteilhafte Weise ein stabilerer und günstigerer Betrieb der Brennkraftmaschine erzielen. Insbesondere können Drehmoment- und Leistungsverlauf der Brennkraftmaschine sowie Verbrauch und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine günstig beeinflusst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
1 ein erfindungsgemäßes Pleuel in Vorderansicht mit eingezeichneten Schnittebenen D-D, E-E, K-K;
2 das Pleuel nach 1 in Seitenansicht mit eingezeichneter Schnittebene A-A;
3 das Pleuel nach 1 im Längsschnitt A-A in 2;
4 das Pleuel nach 1 im Längsschnitt D-D in 1;
5 das Pleuel nach 1 im Längsschnitt E-E in 1;
6 das Pleuel nach 1 in einer Stellung für niedrige Verdichtung (ε_low) im Längsschnitt K-K in 1 mit dem vergrößerten Ausschnitt Z;
7 der Haltemechanismus in dem vergrößerten Ausschnitt Z in 6;
8 das Pleuel nach 1 in einer Stellung für hohe Verdichtung (ε_high) im Längsschnitt K-K in 2 mit dem vergrößerten Ausschnitt Z;
9 der Haltemechanismus in dem vergrößerten Ausschnitt Z in 8 und
10 ein Pleuel nach einem weiteren Ausführungsbeispiel in Vorderansicht mit Fokus auf die Exzenter-Verstelleinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Die 1 bis 9 zeigen in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines Pleuels 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem Pleuelkörper 10 und mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 kann einen mit einem ein- oder mehrteiligen Exzenterhebel 3 zusammenwirkenden Exzenter 4 aufweisen. Ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 ist mittels eines Umschaltventils 5 verstellbar.
Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, im Pleuel 1 integrierte Kolben 8, 9 unterstützt, bzw. die Kolben 8, 9 verhindern ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte.
Die Kolben 8, 9 sind in einer Zylinderbohrung eines Zylinders 20, 22 des Pleuels 1 verschiebbar geführt und mit Stützstangen 6, 7 verbunden, welche ihrerseits mit dem Exzenterhebel 3 gelenkig verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist ein Haltemechanismus 11 vorgesehen, mittels welchem ein vorzugsweise zweiteiliger Exzenterhebel 3 in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen arretierbar ist, wobei die Arretierung bei Überschreiten eines Haltemoments aufgehoben wird.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Pleuel 1 in Vorderansicht mit eingezeichneten Schnittebenen D-D, E-E, K-K, während 2 das Pleuel 1 nach 1 in Seitenansicht mit der eingezeichneten Schnittebene A-A darstellt. 3 zeigt das Pleuel 1 nach 1 im Längsschnitt A-A in 2, 4 im Längsschnitt D-D in 1, 5 im Längsschnitt E-E in 1 und 6 in einer Stellung für niedrige Verdichtung (ε_low) im Längsschnitt K-K in 1 mit dem vergrößerten Ausschnitt Z. In 7 ist der Haltemechanismus 11 in dem vergrößerten Ausschnitt Z in 6 dargestellt. 8 zeigt das Pleuel 1 in einer Stellung für hohe Verdichtung (ε_high) im Längsschnitt K-K in 2 mit dem vergrößerten Ausschnitt Z, während 9 den Haltemechanismus 11 in dem vergrößerten Ausschnitt Z in 8 darstellt.
In den 1 bis 7 ist das Pleuel 1 in der Stellung für niedrige Verdichtung (ε_low) dargestellt, also im verrasteten Zustand des Exzenterhebels 3, während in den 8 und 9 das Pleuel 1 in der Stellung für hohe Verdichtung (ε_high) dargestellt ist, in welcher der Exzenterhebel 3 aus der Verrastung gelöst am anderen Endanschlag positioniert ist.
Der erfindungsgemäße Haltemechanismus 11 kann dabei zwischen dem Exzenterhebel 3 und dem Pleuelkörper 10 angeordnet sein und ein elastisches Element 17 oder ein Rastsystem 18 aufweisen.
Das Rastsystem 18 weist erfindungsgemäß wenigstens eine Rastvorrichtung 13 auf, welche mit wenigstens einer Rastaufnahme 12 so zusammenwirkt, dass der Exzenterhebel 3 in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen, in dem Ausführungsbeispiel in der Endlagenposition für niedrige Verdichtung (ε_low), verrasten kann. Wie insbesondere in den 7 und 9 zu erkennen ist, umfasst das Rastsystem 18 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Rastvorrichtungen 13, welche mit zwei diametral gegenüber liegenden Rastaufnahmen 12 zusammenwirken, welche in den beiden Exzenterhebeln 3 angeordnet sind.
Die Rastvorrichtung 13 weist jeweils ein in einem Gehäuse 14 mit einer Druckfeder 15 vorgespanntes Rastelement 16 auf, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kugel. Die Rastvorrichtung 13 ist im Pleuelkörper 10 und die Rastaufnahme 12 im Exzenterhebel 3 angeordnet.
Dabei formen zwei in die Exzenterhebel 3 eingesetzte Rastaufnahmen 12 in Kombination mit zwei Rastvorrichtungen 13 ein Halte-/Gegenmoment, das das hydraulische System im Beibehalten der in den 1 bis 7 gezeigten Endlagenposition für niedrige Verdichtung (ε_low) unterstützt. Denkbar ist ebenfalls, jeweils nur eine Rastaufnahme 12 und eine Rastvorrichtung 13 vorzusehen.
In einer alternativen Ausführungsform könnten die Rastvorrichtung 13 auch im Exzenterhebel 3 und die Rastaufnahme 12 im Pleuelkörper 10 angeordnet sein.
Wie insbesondere 7 zu entnehmen ist, weist das Rastsystem 18 zwei einander diametral gegenüber liegende Rastvorrichtungen 13 und zwei korrespondierende Rastaufnahmen 12 auf. Die Rastvorrichtung 13 besteht aus dem Gehäuse 14, der Druckfeder 15 und der Kugel als Rastelement 16, die nicht aus dem Gehäuse 14 austreten kann, was insbesondere 9 zu entnehmen ist, welche den Schnitt entlang der Linie K-K sowie den vergrößerten Ausschnitt Z in der Endlagenposition ε_high zeigt. Ein Austritt der Kugel 16 wird durch eine Blende 24 mit einer passenden Öffnung, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kugel ist und durch die nur ein Kugelabschnitt durchtritt, verhindert.
Das Gehäuse 14 ist in dem Ausführungsbeispiel in den 7 und 9 als separates Teil in Form einer offenen Hülse zu erkennen, welches in eine Bohrung im Pleuelkörper 10 beispielsweise eingepresst ist. Alternativ könnte das Gehäuse 14 auch direkt als Ausnehmung im Pleuelkörper 10 oder im Exzenterhebel 3 ausgebildet sein, wodurch sich ein zusätzliches Teil als Gehäuse 14 einsparen lässt.
Die Rastaufnahme 12 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eingesetztes Element im Exzenterhebel 3 realisiert, welches eine kegelförmige Aussparung 26 aufweist. Alternativ könnte die Rastaufnahme 12 auch direkt als Bohrung im Exzenterhebel ausgebildet sein.
Die Rastaufnahme 12 arretiert die Kugel 16 durch ihre konstruktive Gestaltung, in dem Ausführungsbeispiel eine Aussparung 26 mit 90° Öffnungswinkel, und ermöglicht erst eine weitere Verdrehung des Exzenterhebels 3 bei Überscheiten eines Haltemoments, abhängig von Geometrie und Federvorspannung der Druckfeder 15.
Die Rastaufnahme 12 kann dabei auch als Teil des Exzenterhebels 3 ausgebildet sein, beispielsweise als Sacklochbohrung. Die Rastvorrichtung 13 kann auch durch eine Bohrung im Pleuel 1, die zwei Kugeln 16 und eine doppelt wirkende Druckfeder 15 führt, ersetzt werden. Ebenso kann eine doppelt wirkende Rastvorrichtung 13 verwendet werden.
Der Haltemechanismus 11 wirkt dabei zwischen dem Pleuelkörper 10 und der Exzenterhebel-/Exzenter-Baugruppe. Der Haltemechanismus 11 übt dabei wenigstens ein Haltemoment oder ein Drehmoment in Richtung einer der beiden Endlagen der Exzenter-Verstelleinrichtung 2, insbesondere der Endlage für niedrige Verdichtung (ε_low) aus.
Die Pressverbindung der Rastvorrichtungen 13 kann alternativ auch durch eine Gewindeverschraubung oder eine Schweißverbindung ersetzt werden.
Die Rastvorrichtung 13 kann in einer alternativen Ausführungsform auch ein Rastelement 16 aufweisen, welches auf einer Längsachse L in beiden Richtungen mit einem elastischen Anschlag verschiebbar angeordnet ist. Ein solches Rastelement 16 kann in beiden Rastaufnahmen 12 verrasten, wobei sich das Rastelement 16 auf diese Weise selbst zwischen den beiden Rastaufnahmen 12 zentrieren kann.
10 zeigt ein Pleuel 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel in Vorderansicht mit Fokus auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2. Der Haltemechanismus 11 kann, wie in 10 schematisch dargestellt ist, über ein elastisches Element 17, beispielsweise in Form einer Druck-, Form-, Zug-, Spiral-, Schenkel- oder Torsionsfeder, welches ein Haltemoment über Arretierung oder Rückstellung bewirkt, ausgebildet werden. In dem Ausführungsbeispiel in 10 ist eine Zugfeder als elastisches Element 17 dargestellt, die an dem Pleuelkörper 10 und dem Exzenterhebel 3 einseitig befestigt ist, um so eine Zugkraft auf den Exzenterhebel 3 auszuüben, welche den Exzenterhebel 3 in die Stellung für niedrige Verdichtung (ε_low) zieht. Dabei ist nur eine geringe Kraft, im Schleppbetrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise in der Größenordnung von 10 N nötig, um den Exzenterhebel 3 gegen eventuelle Hydraulikdruckschwankungen zu stabilisieren. So kann der Exzenterhebel 3 mit geringer Kraft bei Umschalten des Umschaltventils 5 des Pleuels 1 in eine Stellung für hohe Verdichtung (ε_high) geschwenkt werden.
Der Haltemechanismus 11 kann in einer anderen Ausführungsform auch wenigstens bereichsweise als elastisches Element 17, insbesondere als Federelement, ausgebildet sein, welches mit dem Pleuelkörper 10 und dem Exzenterhebel 3 verbunden ist. Der Exzenterhebel 3 kann so wenigstens bereichsweise als elastisches Element 17 ausgebildet sein. Dieses elastische Element 17 kann so beispielsweise die Außenkontur der Exzenterhebel 3 zur Rückstellung nutzen, beispielsweise in Verbindung mit einer Formfeder, oder weitere Bauteile der Hebelbaugruppe einbeziehen, wie Kolben 8, 9, oder Stützstangen 6, 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012112461 A1 [0003]

Claims

Pleuel (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem Pleuelkörper (10) und einer Exzenter-Verstelleinrichtung (2) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (2) wenigstens einen Zylinder (20, 22) mit einem Kolben (8, 9) aufweist, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange (6, 7) verbunden ist, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (2) einen mit einem Exzenterhebel (3) zusammenwirkenden Exzenter (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Haltemechanismus (11) vorgesehen ist, der den Exzenterhebel (3) in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen arretiert, wobei die Arretierung bei Überschreiten eines Haltemoments aufhebbar ist.
Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltemechanismus (11) zwischen dem Exzenterhebel (3) und dem Pleuelkörper (10) angeordnet ist.
Pleuel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltemechanismus (11) ein elastisches Element (17) und/oder ein Rastsystem (18) aufweist.
Pleuel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastsystem (18) wenigstens eine Rastvorrichtung (13) aufweist, welche mit wenigstens einer Rastaufnahme (12) so zusammenwirkt, dass der Exzenterhebel (3) in wenigstens einer seiner Endlagenpositionen verrastbar ist.
Pleuel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung (13) wenigstens ein in einem Gehäuse (14) mit einer Druckfeder (15) vorgespanntes Rastelement (16) aufweist.
Pleuel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung (13) im Pleuelkörper (10) und die Rastaufnahme (12) im Exzenterhebel (3) angeordnet sind.
Pleuel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung (13) im Exzenterhebel (3) und die Rastaufnahme (12) im Pleuelkörper (10) angeordnet sind.
Pleuel nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastsystem (18) zwei einander diametral gegenüber liegende Rastvorrichtungen (13) und zwei korrespondierende Rastaufnahmen (12) aufweist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) als Ausnehmung im Pleuelkörper (10) oder im Exzenterhebel (3) ausgebildet ist.
Pleuel nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastaufnahme (12) als Bohrung ausgebildet ist.
Pleuel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastsystem (18) eine Rastvorrichtung (13) umfasst, welche mit zwei diametral gegenüber liegenden Rastaufnahmen (12) zusammenwirkt.
Pleuel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung (13) ein Rastelement (16) aufweist, welches auf einer Längsachse (L) in beiden Richtungen mit einem elastischen Anschlag verschiebbar angeordnet ist.
Pleuel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (17) wenigstens bereichsweise als elastisches Element (17), insbesondere als Federelement, ausgebildet ist, welches mit dem Pleuelkörper (10) und dem Exzenterhebel (3) verbunden ist.
Pleuel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterhebel (3) wenigstens bereichsweise als elastisches Element (17) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Pleuel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.