DE102018115727B3

DE102018115727B3 - Abstützanordnung für ein Exzenterorgan einer Verstellanordnung sowie Verstellanordnung

Info

Publication number: DE102018115727B3
Application number: DE102018115727.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Paul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2038-06-30
Also published as: US20200003130A1; US10767572B2

Abstract

Abstützanordnung für ein Exzenterorgan (8) einer Verstellanordnung (6) eines Pleuels (2) einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit mindestens einer Kolbenstange (18), die in einem im Pleuel (2) vorgesehenen Stützzylinder (12, 14), der eine Längsachse (16) aufweist, mittels eines Abstützkolbens (20) und einem mit dem Abstützkolben (20) verbundenen Dichtungsorgan (24) verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben (20) mit dem Stützzylinder (12, 14) mindestens eine Zylinderkammer (22) einschließt, wobei der Abstützkolben (20) an einer zur Zylinderkammer (22) gerichteten Seite (28) einen in Längsachse (16) beweglichen Bremskolben (30) aufweist, der am Abstützkolben (20) gelagert und mittels Vorspannungsmitteln (32) vorspannbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstützanordnung für ein Exzenterorgan einer Verstellanordnung eines Pleuels einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit mindestens einer Kolbenstange, die in einem im Pleuel vorgesehenen Stützzylinder, der eine Längsachse aufweist, mittels eines Abstützkolbens und einem mit dem Abstützkolben verbundenen Dichtungsorgan verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben mit dem Stützzylinder mindestens eine Zylinderkammer einschließt. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Verstellanordnung mit einer derartigen Abstützanordnung.
Derartige Verstellanordnungen sind unter dem Namen VCR-Pleuel hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Mittels einer derartigen Verstellanordnung ist auf besonders einfache Art und Weise eine variable Verdichtung im Verbrennungsmotor zu realisieren. Durch das Exzenterorgan ist es dabei auf einfache Weise möglich, die Pleuel-Länge und damit den Hub des Kolbens im Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zu verändern. Eine gattungsgemäße Abstützanordnung und Verstellanordnung ist in der DE 10 2005 055 199 A1 oder der DE 31 48 193 A1 offenbart. Hierbei weist jedoch die Abstützanordnung den Nachteil auf, dass es aufgrund der steigenden Gas- und Massenkräften bei höheren Motordrehzahlen zu einer Schwingbewegung der Verstelleinheit kommen kann. Im Wesentlichen werden die Gas- und Massekräfte im VCR-Pleuel durch die Abstützanordnung übertragen. Aufgrund von Mikrobewegungen und das schwer zu prognostizierende Aufsetzverhalten des Abstützkolbens am Pleuel, kann es zu einer Stoßbelastung kommen, die zu einem erhöhten Verschleiß bis hin zu einem Ausfall der Abstützanordnung führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Abstützkolben an einer zur Zylinderkammer gerichteten Seite einen in Längsachse beweglich, mittels Vorspannungsmitteln unter Vorspannung gelagerten Bremskolben aufweist. Hierdurch wird die Maximalkraft des Aufsetzimpulses begrenzt. Die Auslegung der Vorspannungsmittel erfolgt hierbei in optimaler Weise derart, dass eine Relativbewegung zwischen Bremskolben und Abstützkolben in weiten Teilen des Betriebsbereiches nicht stattfindet, sondern lediglich bei sehr hohen Lasten vorliegt. Als sekundärer Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang beispielsweise die DE 101 51 517 A1 und die DE 10 2016 122 553 A1 zu nennen, aus denen es bekannt ist, den Abstützkolben vor zu spannen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bestehen die Vorspannungsmittel aus zumindest einem Federorgan. Hierbei kann das Vorspannungsmittel als Blattfederanordnung ausgebildet sein, die sich an einer Anschlagplatte abstützt. Die Bewegung des Bremskolbens wird auf diese Weise sehr gleichmäßig aufgefangen, wobei diese durch die Anschlagplatte begrenzt wird.
In vorteilhafter Weise weist der Bremskolben eine als Düse wirkende Öffnungsanordnung auf. Hierdurch lässt sich zusätzlich ein Hydraulikraum integrieren, der durch das Öl der jeweiligen Zylinderkammer zu befüllen ist. Die Anschlagplatte kann hierbei als Abdichtung des Hydraulikraumes zur von der Öffnungsanordnung abgewandten Seite des Abstützkolbens dienen. Die Öffnungsanordnung ist in besonders vorteilhafter Weise als Drosselöffnung ausgebildet. Sie kann alternativ jedoch auch als Ringspalt ausgebildet sein.
Die Erfindung wird ebenfalls gelöst, durch eine Verstellanordnung mit einer derartigen Abstützanordnung, wobei die Abstützanordnung zwei Stützzylinder mit jeweils einer Kolbenstange und einem Abstützkolben aufweist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine aufgebrochene Ansicht eines Pleuels für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Verstellanordnung,
2 eine perspektivische Schnittansicht eines Abstützkolbens einer erfindungsgemäßen Abstützanordnung aus 1, und
3 eine Schnittansicht des Abstützkolbens aus 2.

1 zeigt einen sogenannten VCR-Pleuel 2 in einer aufgebrochenen Ansicht, der in einer nicht weiter dargestellten Hubkolbenverbrennungskraftmaschine zum Einsatz gelangt. Das Pleuel 2 weist hierbei auf bekannte Weise ein Pleuelauge 4 auf, das wiederum auf bekannte Weise mit einem Hubkolben der Hubkolbenverbrennungskraftmaschine verbunden ist. Um nun eine Hubänderung vornehmen zu können, ist eine Verstellanordnung 6 mit einem im Pleuelauge 4 angeordneter Exzenterorgan 8 vorgesehen. Um das Exzenterorgan 8 gezielt zu überführen und in einer gewünschten Position zu fixieren, ist eine Abstützanordnung 10 vorgesehen, die im Wesentlichen zwei Stützzylinder 12, 14 aufweist, die jeweils eine Längsachse 16 besitzt. In den Stützzylindern 12, 14 ist jeweils eine Kolbenstange 18 mit einem Abstützkolben 20 verschiebbar geführt. Der Abstützkolben 20 schließt mit dem jeweiligen Stützzylinder 12, 14 eine Zylinderkammer 22 ein, die mit Öl gefüllt ist und den jeweiligen Abstützkolben 20 und damit auch das Exzenterorgan 8 in der gewählten Position abstützt. Um die Zylinderkammer abzudichten, weist der jeweilige Abstützkolben 20 ein Dichtungsorgan 24 auf. Um das Öl bei der Überführungsbewegung des Exzenterorganes 8 in die jeweilige Zylinderkammer 22 zu- oder abfließen zu lassen, weist der jeweilige Stützzylinder 12, 14 Ventilorgane 26 auf.
Um nun die erfindungsgemäße Abstützanordnung 10 näher zu erläutern, zeigt 2 in einer perspektivischen Schnittansicht den Abstützkolben 20. An der zur Zylinderkammer 22 weisenden Seite 28 weist der Abstützkolben 20 einen sogenannten Bremskolben 30 auf, der in Richtung der Längsachse 16 (siehe hierzu 3) beweglich mittels Vorspannungsmitteln 32 im Abstützkolben 20 gelagert ist. Die Vorspannungsmittel 32 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Blattfederanordnung ausgebildet, die auf bekannte Weise aus einzelnen Federorganen 34 zusammengestellt ist. Es sollte deutlich sein, dass auch andere Federorgane beziehungsweise Federanordnungen vorgesehen sein können.
Zusätzlich ist hier ein Hydraulikraum 36 integriert, der über eine Öffnungsanordnung 38, die hier als Drosselöffnung ausgebildet ist, fluidisch mit der Zylinderkammer 22 verbunden ist. Alternativ kann die Öffnungsanordnung 38 auch als Ringspalt ausgeführt sein. Der Hydraulikraum 36 wird hierbei durch eine Wandung 40, welche alternativ als ein separates Plattenorgan, ausgebildet sein kann, gegenüber der von der Drosselöffnung 38 abgewandten Seite des Abstützkolbens 20 abgedichtet. Die Wandung 40 ist hierbei als Anschlagplatte für die Blattfederanordnung 32 ausgebildet.
Nachfolgend wird anhand der 2 und 3 die Funktionsweise des Bremskolbens 30 näher erläutert.
In 2 ist der Abstützkolben 20 mit dem Bremskolben 30 im normalen Betriebsbereich dargestellt. Der Bremskolben 30 ist durch die Blattfederanordnung 32 in Richtung der Zylinderkammer 22 (siehe hierzu 1) vorgespannt.
Kommt es nun kurzfristig zu einer Überlast, wird der Bremskolben 30 gegen die Spannung der Blattfederanordnung 32 in Richtung der Wandung 40 gedrückt, wodurch der Aufsetzimpuls auf die Kolbenstange 18 und das Pleuel 2 verringert wird.
3 zeigt den Bremskolben 30 in seiner Endposition, wobei dieser an der Wandung 40 zur Anlage gelangt ist. Durch die Drosselöffnung 38 lässt sich zusätzlich die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Bremskolben 30 und dem Abstützkolben 20 beeinflussen, wodurch eine zusätzliche Dämpfung erwirkt wird.

Claims

Abstützanordnung für ein Exzenterorgan (8) einer Verstellanordnung (6) eines Pleuels (2) einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit mindestens einer Kolbenstange (18), die in einem im Pleuel (2) vorgesehenen Stützzylinder (12, 14), der eine Längsachse (16) aufweist, mittels eines Abstützkolbens (20) und einem mit dem Abstützkolben (20) verbundenen Dichtungsorgan (24) verschiebbar geführt ist, wobei der Abstützkolben (20) mit dem Stützzylinder (12, 14) mindestens eine Zylinderkammer (22) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstützkolben (20) an einer zur Zylinderkammer (22) gerichteten Seite (28) einen in Längsachse (16) beweglichen Bremskolben (30) aufweist, der am Abstützkolben (20) gelagert und mittels Vorspannungsmitteln (32) vorspannbar ist.
Abstützanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungsmittel (32) aus zumindest einem Federorgan bestehen.
Abstützanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungsmittel (32) als Blattfederanordnung ausgebildet ist, die sich an einer Wandung (40) abstützt.
Abstützanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremskolben (30) eine als Düse wirkende Öffnungsanordnung (38) aufweist.
Abstützanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsanordnung (38) als Drosselöffnung ausgebildet ist.
Abstützanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsanordnung (38) als Ringspalt ausgebildet ist.
Verstellanordnung mit einer Abstützanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützanordnung (10) zwei Stützzylinder (12, 14) mit jeweils einer Kolbenstange (18) und einem Abstützkolben (20) aufweist.