AT519294B1 - Längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit mit Zylinderhülse - Google Patents

Abstract

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. Die Zylinder- Kolben-Einheit umfasst ein Gehäuse, eine Zylinderbohrung, ein in der Zylinderbohrung längsbewegbaren Verstellkolben sowie mindestens einen ersten und einen zweiten Druckraum zur Aufnahme von Motoröl. In einer Gehäusebohrung des Gehäuses der Zylinder-Kolben-Einheit ist eine Zylinderhülse angeordnet, wobei die Zylinderhülse die Zylinderbohrung ausbildet und an der Außenfläche mindestens eine Ölführungsnut aufweist, um den zweiten Druckraum mit Motoröl zu versorgen. 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.

Description

Beschreibung

LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE MIT EINER ZYLINDER-KOLBEN-EINHEIT MIT ZYLINDERHÜLSE

[0001] 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 ein Gehäuse, eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längs bewegbar angeordneten Verstellkolben und mindestens einen in der Zylinderbohrung vorgesehenen Druckraum umfasst. 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.

[0002] 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 Vh + Kompressionsvolumens Vc) / Kompressionsvolumen Vc). 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.

[0003] In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden, da ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstentzündung des Verbren-nungsgemischs 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor zeigt die EP 1 426 584 A1, bei der ein mit dem Kolbenbolzen verbundener Exzen-ter 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] In der kurzen Stellung des Pleuels drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum ist leer, die obere Druckraum ist mit Motoröl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in dem oberen Druckraum. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen.

[0011] Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem einer 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 abfließen. 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 zum Beispiel hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert.

[0012] 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 Gegenge wichte begrenzt. In axialer Richtung 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.

[0013] Die in einem Verbrennungsmotor von einer Pleuelstange zu übertragenden Kräfte sind beträchtlich, weshalb auch die Drücke in dem Druckräumen 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 und Belastbarkeit der Komponenten sowie die Einbindung der Motorölversorgung im Hinblick auf den geringen Bauraum.

[0014] Bei der Einbindung der Motorölversorgung in die längenverstellbare Pleuelstange kommt aus konstruktiver Sicht der Befüllung eines oberen Druckraums eine besondere Bedeutung zu. Die hydraulische Anbindung des für die Motorölversorgung weiter abgelegenen Druckraums, üblicherweise des in Richtung des kleinen Lagerauges liegenden oberen Druckraums, erfolgt bei einer herkömmlichen Ausgestaltung einer längenverstellbaren Pleuelstange mittels eines gebohrten Ölkanals im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit. Dies führt nicht nur zu einer aufwändigen Konstruktion des Pleuelteils mit einer entsprechend vergrößerten Wandstärke, sondern auch zu örtlichen Spannungskonzentrationen durch die Kerbwirkung von Vertiefungen, Nuten, Bohrungen und Querbohrungen. Die Problematik der Kerbwirkung von hydraulischen Versorgungskanälen für das Motoröl wird durch den hohen Systemdruck in der Zylinder-Kolben-Einheit sowie die Partikelbelastung des Motoröls nochmals erhöht.

[0015] 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 Verstell- und Versorgungsmechanismen von Zylinder-Kolben-Einheiten längenverstellbarer Pleuelstangen trotz umfangreicher Entwicklungsund Forschungsarbeiten weiterhin unbefriedigend, insbesondere im Hinblick auf die notwendige Lebensdauer längenverstellbarer Pleuelstangen gegenüber der gesamten Laufzeit von Verbrennungsmotoren. In herkömmlichen Hubkolbenmaschinen unterliegt die hydraulische Versorgung einer Zylinder-Kolben-Einheit längenverstellbarer Pleuelstangen einer erhöhten Belastung durch den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum, die extreme Temperaturbelastung durch extrem hohe Drücke und wechselnde Kraftrichtungen sowie durch die Verschmutzung des Motoröls mit Rußpartikeln und Spänen. Dies führt nicht nur zu einem schnellen Verschleiß der Dichtungseinrichtung, sondern auch zu Beschädigungen und schlussendlich zu einem Versagen der hydraulischen Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit und somit zu einem Leistungsverlust des Verbrennungsmotors.

[0016] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit bereitzustellen, die eine sichere und problemlose Ölversorgung der Druckräume der Zylinder-Kolben-Einheit ermöglicht.

[0017] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der längsbewegbar angeordnete Verstellkolben weiter einen zweiten Druckraum zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und einseitig begrenzt, wobei eine Zylinderhülse vorgesehen ist, die in einer Gehäusebohrung im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit angeordnet ist und die Zylinderbohrung ausbildet, die Zylinderhülse weist an der Außenfläche mindestens eine Ölführungsnut auf, um den zweiten Druckraum mit Motoröl zu versorgen.

[0018] Üblicherweise sind der Verstellkolben und die Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit rotationssymmetrisch ausgebildet, aber nicht auf eine solche geometrische Form beschränkt. Eine längenverstellbare Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst auch ovale, mehreckige oder anderweitige Querschnittsformen des Verstellkolbens und der Zylinderbohrung der Zylinder-Kolben-Einheit.

[0019] Eine Versorgung des zweiten Druckraums der Zylinder-Kolben-Einheit über eine Ölführungsnut, die an der Außenfläche einer Zylinderhülse vorgesehen ist, ist eine einfach herzustellende und montagefreundliche Konstruktion und ermöglicht eine sichere und problemlose Ver sorgung des zweiten Druckraums mit Motoröl. Die Herstellung dieser Ölführungsnut an der Außenfläche der Zylinderhülse, wobei die Ölführungsnut gegenüber der eigentlichen Mantelfläche der Zylinderhülse nach innen versetzt ist, ist einfach und mit hoher Genauigkeit bei der Produktion der Komponenten zu realisieren. Im Gegensatz zu anderen Lösungsansätzen für längenverstellbaren Pleuelstangen wird durch eine Ölführungsnut an der Außenfläche der Zylinderhülse die eigentliche Wandung des Gehäuses der Zylinder-Kolben-Einheit, bzw. des zugehörigen Pleuelteils, nicht durch das Vorsehen eines Ölkanals geschwächt, was ggf. mit einer erhöhten Wandstärke des Gehäuses und entsprechend einem größeren Außenmaß des Pleuelteils ausgeglichen werden muss. Darüber hinaus kann bei der Produktion der Zylinderhülse die Innenwandung der Zylinderbohrung leichter und exakter bearbeitet werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führen kann. Weiter führt das Bereitstellen einer Zylinderhülse mit einer Ölführungsnut an der Außenfläche zu synergetischen Effekten bei der Herstellung und dem Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange.

[0020] Eine besondere Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Ölführungsnut durch eine Bohrungswand der Gehäusebohrung begrenzt ist und mit der Bohrungswand einen zumindest bereichsweise geschlossenen Ölzuführkanal ausbildet. Die Begrenzung der Ölführungsnut durch eine Bohrungswand der Gehäusebohrung ist eine konstruktiv einfache Lösung zur Ausbildung eines geschlossenen Ölzuführkanals. Dabei ergibt sich die Ausbildung des Ölzuführkanals bei entsprechenden konstruktiven Abmessungen der Gehäusebohrung und der Zylinderhülse bei der Endmontage der Zylinder-Kolben-Einheit von selbst.

[0021] Für eine möglichst schnelle Befüllung des zweiten Druckraums der Zylinder-Kolben-Einheit mit Motoröl sind mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Ölführungsnuten an der Außenfläche der Zylinderhülse vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist die Mehrzahl von Ölführungsnuten gleichmäßig am Umfang der Zylinderhülse angeordnet.

[0022] Eine sinnvolle Ausbildung sieht vor, dass die mindestens eine Ölführungsnut am distalen Ende eine Ölöffnung aufweist, die sich durch die Zylinderhülse in den zweiten Druckraum erstreckt. Eine Ölöffnung, beispielsweise eine Bohrung in der Ölöffnungsnut, am distalen Ende der Ölführungsnut, d.h. an dem in Einströmrichtung des Motoröls stromabwärtigen Ende der Ölführungsnut, ermöglicht einen einfachen Zulauf des Motoröls in den zweiten Druckraum und ggf. auch einen entsprechenden Ablauf des Motoröls über die mindestens eine Ölführungsnut an der Außenfläche der Zylinderhülse. Üblicherweise ist dabei für jede Ölführungsnut eine Ölöffnung vorgesehen, jedoch können anstatt einer großen Ölöffnung auch mehrere kleine Ölöffnungen vorgesehen sein.

[0023] Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Zylinderhülse fluiddicht mit einem dem ersten Druckraum zugeordneten Gehäuseboden verbunden ist. Eine dauerhafte fluiddichte Abdichtung der Zylinderhülse gegenüber dem Gehäuseboden des ersten Druckraums ist für eine sichere, problemlose Funktion der Zylinder-Kolben-Einheit notwendig. Ein Leckagestrom zwischen der den zweiten Druckraum versorgenden Ölführungsnut und dem ersten Druckraum kann nicht nur die Funktion der Zylinder-Kolben-Einheit beeinträchtigen, sondern auch zu einem deutlichen Wirkungsgradverlust oder einem Ausfall der längenverstellbaren Pleuelstange führen. Der dem ersten Druckraum zugeordnete Gehäuseboden ist zumeist auch der Boden, der die Zylinderhülse aufnehmende Gehäusebohrung, sodass die Zylinderhülse fluiddicht in der Gehäusebohrung eingepasst werden muss, bevorzugt in einer in Verlängerung der Gehäusewand ausgebildeten Nut am Gehäuseboden. Alternativ kann die Zylinderhülse auch fest mit dem dem ersten Druckraum zugeordneten Gehäuseboden verbunden sein, wenn gleichzeitig die Gehäusebohrung in dem komplementären Deckel des zweiten Pleuelteils der Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet und bei der Montage teleskopartig über die Zylinderhülse geschoben wird. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Zylinderhülse integral mit dem zweiten Pleuelteil ausgebildet, alternativ integral mit dem zugehörigen Deckel des zweiten Pleuelteils ausgebildet. Üblicherweise kann die Zylinderhülse jedoch als separates Bauteil ausgebildet sein. Eine als separates Bauteil ausgebildete Zylinderhülse ist kostengünstig herstellbar sowie einfach montierbar und kann ggf. aus einem bestimmten Material hergestellt werden.

[0024] Für einen dauerhaften Betrieb und eine hohe Lebensdauer der längenverstellbaren Pleuelstange kann die Zylinderhülse mit mindestens einer Ölführungsnut aus einem gehärteten Material hergestellt sein oder oberflächlich gehärtet sein. Die Herstellung der Zylinderhülse aus einem gehärteten Grundwerkstoff oder einem entsprechend oberflächlich gehärteten Bauteil, beispielsweise einem einsatzgehärteten, nitrierten oder PVD-beschichteten Bauteil, ermöglicht einen geringen Verschleiß zwischen der Zylinderbohrung und dem längsbewegbar angeordneten Verstellkolben und ggf. einer dazwischen ausgebildeten Dichtungseinrichtung. Darüber hinaus kann das Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit dann aus einem zähen Material hergestellt sein, beispielsweise aus einem Vergütungsstahl, mit einer entsprechend hohen Dauerfestigkeit zur Aufnahme der Druckbeanspruchung durch den extrem hohen Systemdruck in der Zylinder-Kolben-Einheit.

[0025] Eine bevorzugte Ausführungsform der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung eine Dichtungseinrichtung vorgesehen ist. Diese Dichtungseinrichtung verhindert auch bei hohen Systemdrücken ein Einrücken des Verstellkolbens in den jeweils mit Motoröl gefüllten ersten oder zweiten Druckraum und ermöglicht es damit die Funktion einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange sicher und dauerhaft umzusetzen. Dabei verhindert die Dichtungseinrichtung zwischen der Außenwandung des Verstellkolbens und der Innenwandung der Zylinderbohrung auch bei einer großen Krafteinwirkung auf den Verstellkolben, insbesondere beim Verdichtungs- und Verbrennungsvorgang im jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors, ein Einrücken des Verstellkolbens in den jeweiligen Druckraum, wodurch das variable Verdichtungsverhältnis in den Zylindern ermöglicht wird und die erreichte Wirkungsgradverbesserung des Verbrennungsmotors nicht durch ein Einrücken des Verstellkolbens in den jeweiligen Druckraum wieder reduziert wird. Als Dichtungseinrichtung können sowohl Spaltdichtungen, die konstruktiv eine gewisse Leckage aufweisen, aber auch berührende Kolbendichtungen eingesetzt werden, die eine Leckage nahezu vermeiden, aber konstruktiv aufwändiger und funktional anfälliger sind. Im Hinblick auf die hohen Systemdrücke in den Druckräumen der Zylinder-Kolben-Einheit von bis zu 3.000 bar, sollte das Spaltmaß der Spaltdichtung höchstens 20 pm, insbesondere höchstens 10 pm, betragen, bevorzugt sogar noch geringer. Im Hinblick auf ein derart geringes Spaltmaß sollte zusätzlich zu der Dichtungseinrichtung ein Ölfilter und/oder ein Ölabstreifer vorgesehen sein, die den Eintrag von großen Rußpartikeln und Spänen aus dem Motoröl in die Druckräume und von dort in den Spalt der Spaltdichtung bzw. zwischen die Dichtungsflächen von Kolbendichtungen verhindern.

[0026] Dadurch kann verhindert werden, dass die im Motoröl vorhandenen Partikel durch die hohen Systemdrücke und die Bewegung des Verstellkolbens in der Zylinderbohrung in die Dichtungseinrichtung eingetragen werden. So kann ein Verschleiß an der Innenwandung der Zylinderbohrung und der Außenwandung des Verstellkolbens bzw. an den Dichtungsflächen von einer oder mehreren Kolbendichtungen verhindert oder deutlich reduziert werden, um letztlich eine Beschädigung und einen Ausfall der Zylinder-Kolben-Einheit zu verhindern.

[0027] Bevorzugt kann der Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit als zweiseitig wirkender Verstellkolben ausgebildet sein, wobei der in der Zylinderbohrung längsbewegbar angeordnete Verstellkolben an der ersten Stirnseite den ersten Druckraum und an einer zweiten Stirnseite des zweiten Druckraum begrenzt. Ein zweiseitig wirkender Verstellkolben ermöglicht die Fixierung 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 Einstellung des Kolbenhubs, bzw. des Verdichtungsverhältnisses verwendet. Günstigerweise kann hier ein Stufenkolben eingesetzt werden, mittels dessen größerer Stirnseite bei einer entsprechenden Druckbeaufschlagung die Pleuelstange in ihrer ausgefahrenen Stellung gehalten wird. Aufgrund der vorherrschenden Kraftverhältnisse in einem Verbrennungsmotor reicht die kleinere Stirnfläche für die Fixierung in die entgegengesetzte Richtung üblicherweise aus.

[0028] Eine sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, dass ein hydraulischer Verstellmechanismus ein

Steuerventil, bevorzugt ein hydraulisch betätigtes Steuerventil umfasst, um das Abfließen des aus der Zylinder-Kolben-Einheit ausströmenden Motoröls aus dem ersten und 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 günstig, um das Abfließen des Motoröls aus der 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 das Ablassventil ansteuern.

[0029] Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Kolbenstange vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange an einer zweiten Stirnseite des Verstellkolbens angeordnet ist, die Kolbenstange erstreckt sich durch den zweiten Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit und durch eine Stangenbohrung im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit hindurch in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors. Die Kolbenstange ermöglicht eine einfache Übertragung der Bewegung des Verstellkolbens in der Zylinderbohrung zu der relativen Bewegung zwischen dem ersten Pleuelteil und dem zweiten Pleuelteil und ermöglicht gleichzeitig auch eine sinnvolle Abdichtung zwischen Stangenbohrung und Kolbenstange, beispielsweise mittels einer Stangendichtung, der optional ein Ölabstreifer zugeordnet sein kann, um einen Eintrag von Partikeln aus dem Motoröl im Kurbelgehäuse in die Zylinder-Kolben-Einheit zu verhindern. Entsprechend können auch relativ geringe Spaltmaße der Dichtungseinrichtung zwischen Verstellkolben und Zylinderbohrung realisiert werden.

[0030] 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.

[0031] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit mit einer Zylinderhülse für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem ersten Pleuelteil und einem zweiten Pleuelteil, die mittels der Zylinder-Kolben-Einheit verstellbar sind, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst ein Gehäuse, eine Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung längsbewegbar angeordneten Verstellkolben sowie mindestens einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum zur Aufnahme von Motoröl, die einseitig von dem längsbewegbaren Verstellkolben begrenzt sind, wobei die Zylinderhülse in einer Gehäusebohrung im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit angeordnet ist und die Zylinderbohrung ausbildet, die Zylinderhülse weist an der Außenfläche mindestens eine Ölführungsnut auf, um den zweiten Druckraum mit Motoröl zu versorgen. Der Einsatz einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange eines Verbrennungsmotors ermöglicht trotz der sehr kleinen Abmessung und des extrem hohen Systemdrucks die Nutzung von Motoröl zum Verstellen der Zylinder-Kolben-Einheit. Dabei erfolgt die Aktuierung der Zylinder-Kolben-Einheit mittels der an den Pleuelteilen angreifenden Gas- und Massenkräfte des Verbrennungsmotors, während die Position der Pleuelteile durch das in den jeweiligen Druckräumen vorhandene Motoröl arretiert wird. Weiter ermöglicht eine Zylinderhülse mit mindestens einer Ölführungsnut die Verwendung von im Wesentlich rotationssymmetrischen Bauteilen für die Zylinder-Kolben-Einheit und die gesamte längenverstellbare Pleuelstange mit entsprechenden Vorteilen im Hinblick auf den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum sowie die Material- und Produktionskosten.

[0032] 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. Dadurch können die im Motorölkreislauf vorhan denen Drücke zur Steuerung eines hydraulischen Verstellmechanismus zur Anwendung kommen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Motoröl Rußpartikel und Späne vorhanden sind, die eine Unempfindlichkeit des hydraulischen Verstellmechanismus, der Versorgungsleitungen und einer zugehörigen Dichtungseinrichtung erfordern. Je geringer der Eintrag von Schmutzpartikeln aus dem Motoröl ist, desto eher kann ein sicherer Betrieb der Zylinder-Kolben-Einheit gewährleistet werden.

[0033] Eine weitere Modifikation sieht vor, das der Systemdruck des Motoröls im ersten oder zweiten Druckraum der Zylinder-Kolben-Einheit zwischen 1.000 bar und 3.000 bar, bevorzugt zwischen 2.000 bar und 2.500 bar, beträgt. Der gewählte Systemdruck 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.

[0034] 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.

[0035] Im Folgenden wird eine Ausführungsform anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: [0036] Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Verbrennungsmotor, und [0037] Fig. 2 eine schematische Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1 in teilweiser geschnittener Darstellung.

[0038] In Fig. 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 Fig. 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.

[0039] 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 HK 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 Fig. 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 HK. Die verbleibende Höhe Hc (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 HK das Hubvolumen Vh und aus der verbleibenden Kompressionshöhe Hc errechnet sich das Kompressionsvolumen Vc. Selbstverständlich hängt das Kompressionsvolumen Vc maßgeblich von der Gestaltung des Zylinderdeckels ab. Aus diesen Volumen Vh und Vc ergibt sich das Verdichtungsverhältnis ε. Im Detail errechnet sich das Verdichtungsverhältnis ε aus der Summe des Hubvolumens Vh und des Kompressionsvolumens Vc dividiert durch das Kompressionsvolumen Vc. Heute übliche Werte für Ottomotoren liegen für ε zwischen 10 und 14.

[0040] 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.

[0041] In Fig. 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 üblicherweise mittels Befestigungsmitteln miteinander verbunden. Das zweite Pleuelteil 19.1 bildet gleichzeitig auch das Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 aus, wobei in der Gehäusebohrung 37.1 des zweiten Pleuelteils 19.1 eine Zylinderhülse 34.1 angeordnet ist, die die Zylinderbohrung 22.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 ausbildet. 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 der Zylinderhülse 34.1 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 Gehäusebohrung 37.1 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. Zur Veränderung der Pleuelstangenlänge mittels der Bewegung des Verstellkolbens 21.1 in der Zylinderbohrung 22.1 ist ein hydraulischer Verstellmechanismus 26.1 vorgesehen. Zu dem Verstellmechanismus 26.1 gehört eine unten näher beschriebene hydraulische Schaltung, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf des Motoröls 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.

[0042] Die Zylinderhülse 34.1 weist an ihrer Außenfläche 34a. 1 eine oder mehrere Ölführungsnuten 40.1 auf, die zusammen mit der Gehäusebohrung 37.1 geschlossene Ölzuführkanäle 41.1 zur Versorgung des zweiten Druckraums 25.1 mit Motoröl ausbilden. Die Zylinderhülse 34.1 ist dabei in einer kreisringförmigen Nut 42.1 am Gehäuseboden 43.1 der Gehäusebohrung 37.1 im zweiten Pleuelteil 19.1 angeordnet und dadurch gegenüber dem ersten Druckraum 24.1 abgedichtet. An dem in Einströmrichtung des Motoröls in den zweiten Druckraum 25.1 distalen Ende der Ölzuführkanale 41.1, d.h. im Bereich des Deckels 19a.1 des zweiten Pleuelteils 19.1, ist jeweils mindestens eine Ölöffnung 44.1 vorgesehen, durch die das Motoröl aus dem Ölzu führkanal 41.1 in den zweiten Druckraum 25.1 strömt. Für diese Ölöffnungen 44.1 können sowohl eine oder mehrere Bohrungen vorgesehen sein, die von der Ölführungsnut 40.1 durch die Zylinderhülse 34.1 in den zweiten Druckraum 25.1 führen oder als stirnseitige Weiterführung der Ölführungsnut 40.1 ausgebildet sein. Die in Fig. 2 gezeigte Zylinderhülse 34.1 ist im Bereich der Druckräume 24.1 und 25.1 bzw. des Verstellkolbens 21.1 mit einem kreisringförmigen Querschnitt ausgestaltet. Andere geometrische Abmessungen sind denkbar. Die Wandstärke der Zylinderhülse 34.1 jenseits der in der Außenfläche 34a. 1 vorgesehenen Ölführungsnuten 40.1 ergibt sich aus dem Radius der Gehäusebohrung 37.1 abzüglich dem Radius der Zylinderbohrung 22.1, während sich die Wandstärke des Gehäuses im Bereich der Zylinderhülse 34.1 aus dem zugehörigen Außenradius des zweiten Pleuelteils 19.1 abzüglich des Radius der Gehäusebohrung 37.1 ergibt. Bei einer derart symmetrischen Ausgestaltung ist die Wandstärke über den Umfang des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig dick und die Spannung im Werkstoff des zweiten Pleuelteils 19.1 gleichmäßig gering, sodass der Pleuelstange 6.1 auftretende maximale Systemdruck in beherrschbaren Grenzen bleibt.

[0043] Im Folgenden wird anhand der Fig. 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 diesem abfließt. An den Ölversorgungskanal 29.1 anschließend ist ein Steuerventil 30.1 vorgesehen, mittels dem das Abfließen des aus dem ersten Druckraum 24.1 und dem zweiten Druckraum 25.1 der Zylinder-Kolben-Einheit 20.1 ausströmenden Motoröls gesteuert wird. Von dem Steuerventil 30.1 aus gelangt das mittels der an den Pleuelteilen 18.1, 19.1 angreifenden Gas- und Massenkräfte des Verbrennungsmotors 1 geförderte 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 31.1 ein Rückschlagventil 33.1 und optional ein Ölfilter vorgesehen, bevor der erste Ölkanal 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 mündet. Zwischen dem Rückschlagventil 33.1 und der Einmündung des ersten Ölkanals 31.1 in den ersten Druckraum 24.1 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.

[0044] Der zweite Ölkanal 32.1 zur Versorgung des zweiten Druckraums 25.1 führt vom Steuerventil 30.1 aus in Richtung eines Rückschlagventils und dann von dort aus über einen Auslass 45.1 in der Gehäusebohrung 37.1 in den Ölzuführkanal 41.1 zwischen der Außenfläche 34a. 1 der Zylinderhülse 34.1 und der Gehäusewand 37a. 1 der Gehäusebohrung 37.1. Das Motoröl strömt dann in der Ölführungsnut 40.1 weiter zur Ölöffnung 44.1 am distalen Ende des Ölzuführkanals 41.1 und strömt dann über die Ölöffnung 44.1 in den zweiten Druckraum 25.1 ein. Zur Versorgung des zweiten Druckraums 25.1 ist mindestens eine Ölführungsnut 40.1 auf der Außenfläche 34a. 1 der Zylinderhülse 34.1 vorgesehen, bevorzugt jedoch mehrere über den Umfang der Zylinderhülse 34.1 gleichmäßig verteilte Ölführungsnuten 40.1, die jeweils über einen einzelnen Auslass 45.1 oder über eine in der Gehäusebohrung 37.1 radial umlaufende Nut mit Motoröl versorgt werden. Zwischen dem Rückschlagventil 33.1 im vorderen Bereich des zweiten Ölkanals 32.1 und dem Auslass 45.1 in die mindestens eine Ölführungsnut 40.1 ist die Abzweigung eines Auslasskanals 35.1 vorgesehen, der an der Außenseite des zweiten Pleuelteils 19.1 in das Kolbengehäuse des Verbrennungsmotors 1 mündet. Der Auslasskanal 35.1 ist mit einem Ablassventil 36.1 ausgestattet, das beim Einströmen des Motoröls über den zweiten Ölkanal 32.1 in den zweiten Druckraum 25.1 geschlossen ist.

[0045] Wenn das Steuerventil 30.1 des hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 angetrieben durch die an den Pleuelteilen 18.1, 19.1 angreifenden Gas- und Massenkräfte 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 in den ersten Druckraum 24.1. Der Verstellkolben 21.1 fährt angetrieben durch die zwischen dem ersten Pleuelteil 18.1 und zweiten Pleuelteil 19.1 wirkenden Gas- und Massenkräfte in seine obere Stellung, fördert Motoröl in den ersten Druckraum 24.1 und ist dann in der in Fig. 2 gezeigten finalen ausgefahrenen oberen Stellung hydraulisch gesperrt, da sowohl eine Rückströmung über den ersten Ölkanal 34.1, 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 Ablassventils 36.1 im ersten Ölkanal 34.1 wird gleichzeitig auch der zweite Ölkanals 32.1 zur gas- und massenkräftegetriebenen Befüllung des zweiten Druckraums 25.1 mit Motoröl geöffnet, wobei gleichzeitig das im ersten Druckraum 24.1 befindliche Motoröl über den Auslasskanal 35.1 in das Kurbelgehäuse abströmen kann.

[0046] Gleichzeitig mit dem Abströmen des Motoröls aus dem ersten Druckraum 24.1 wird über den zweiten Ölkanal 32.1 Motoröl in die Zuführkanäle 41.1 zwischen Gehäusebohrung 37.1 und der Zylinderhülse 34.1 gefördert und gelangt über die Ölöffnung 44.1 am distalen Ende der Ölzuführkanäle 41.1 in den zweiten Druckraum 25.1. Während des Einströmen des Motoröls in den zweiten Druckraum 25.1 ist das Auslassventil 36.1 im zugehörigen Auslasskanal 35.1 geschlossen. Der Verstellkolben 21.1 fährt angetrieben durch die zwischen dem ersten Pleuelteil 18.1 und zweiten Pleuelteil 19.1 wirkenden Gas- und Massenkräfte in seine untere Stellung, wobei das Motoröl in den zweiten Druckraum 25.1 einströmt. In seiner unteren Stellung (nicht gezeigt) ist der Verstellkolben 21.1 dann hydraulisch gesperrt, da sowohl eine Rückströmung durch das Ablassventil 36.1 als auch durch das Rückschlagventil 33.1 im zweiten Ölkanal 32.1 verhindert ist.

[0047] Beim gas- und massenkräftegetriebenen 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 kann das gesamte einströmende Motoröl optional über Ölfilter geleitet werden, in denen größere Rußpartikel und Späne aus dem Motoröl ausgefiltert und festgehalten werden. Die optional vorgesehenen Ölfilter sind bevorzugt zwischen der Abzweigung der Auslasskanäle 35.1 vom ersten Ölkanal 31.1 bzw. dem zweiten Ölkanal 32.1 und dem Auslass 45.1 in die Ölführungsnut 40.1 bzw. einem Auslass in den ersten Druckraum 24.1 angeordnet, um beim Ausströmen des Motoröls aus den jeweiligen Druckräumen 24.1 und 25.1 vom ausströmenden und über die Auslasskanäle 35.1 in das Kubelgehäuse abströmenden Motoröl gereinigt zu werden. Dadurch ist das in die Druckräume 24.1 und 25.1 der Zylinderbohrung 22.1 einströmende 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.

[0048] Das Steuerventil 30.1 des hydraulischen Verstellmechanismus 26.1 der längenverstellbaren Pleuelstange 6.1 steuert aktiv die dem ersten Ölkanal 31.1 und dem zweiten Ölkanal 32.1 zugeordneten Ablassventile 36.1 in den abzweigenden Auslasskanälen 35.1, um die Position der längenverstellbaren Pleuelstange 6.1 festzulegen, während der gas- und massenkräftegetriebene Zulauf von Motoröl in den ersten Ölkanal 31.1 und den zweiten Ölkanal 32.1 lediglich passiv über das Steuerventil 30.1 erfolgt. Beim Öffnen des ersten Ölkanals 31.1 bzw. des zweiten Ölkanals 32.1 und der Einströmung 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 gesteuertes Ausströmen des Motoröls 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 Ansteuerung des Steuerventils 30.1 mit dem am Ölversorgungskanal 29.1 anliegenden Druck des Motoröls, wodurch sich andere, alternativ jedoch auch mögliche, elektrische, elektronische, magnetische oder mechanische Ansteuerungen des Steuerventils 30.1 bzw. der Ablassventile 36.1 vermeiden lassen.

BEZUGSZEICHENLISTE I 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 10.2.10.2.10.3 Kolbenbolzen II 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 Zylinderhülse 34a. 1 Außenfläche 35.1 Auslasskanal 36.1 Ablassventil 37.1 Gehäusebohrung 37a. 1 Gehäusewand 38.1 Innenwandung 39.1 Außenwandung 40.1 Ölzuführungsnut 41.1 Ölzuführkanal 42.1 Nut 43.1 Gehäuseboden 44.1 Ölöffnung 45.1 Auslass

Vh Hubvolumen

Vc Kompressionsvolumen

Hc Kompressionshöhe HK Hubweg S Spaltmaß ε Verdichtungsverhältnis n Drehzahl T Temperatur

Claims (15)

Patentansprüche

1. 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) ist zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (10.1) und das zweite Pleuelteil (19.1) ist zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens (7.1) ausgebildet, wobei das erste Pleuelteil (18.1) gegenüber dem zweiten Pleuelteil (19.1) bewegbar ist, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen (10.1) und dem Kurbelwellenzapfen (7.1) zu verstellen, und mit mindestens einer Zylinder-Kolben-Einheit (20.1), um das erste Pleuelteil (18.1) relativ zum zweiten Pleuelteil (19.1) zu verstellen, die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) umfasst ein Gehäuse, 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 von Motoröl des Verbrennungsmotors (1), der erste Druckraum (24.1) ist einseitig von dem bewegbaren Verstellkolben (21.1) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Zylinderbohrung (22.1) längs bewegbar angeordnete Verstellkolben (21.1) weiter einen zweiten Druckraum (25.1) zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und einseitig begrenzt, wobei eine Zylinderhülse (34.1) vorgesehen ist, die Zylinderhülse (34.1) ist in einer Gehäusebohrung (37.1) im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) angeordnet und bildet die Zylinderbohrung (22.1) aus, wobei die Zylinderhülse (34.1) an der Außenfläche (34a.1) mindestens eine Ölführungsnut (40.1) aufweist, um den zweiten Druckraum (25.1) mit Motoröl zu versorgen.

2. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ölführungsnut (40.1) durch eine Gehäusewand (37a.1) der Gehäusebohrung (37.1) begrenzt ist und mit der Gehäusewand (37a. 1) einen geschlossenen Ölzuführkanal (41.1) ausbildet.

3. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Ölführungsnuten (40.1) vorgesehen sind.

4. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ölführungsnut (40.1) am distalen Ende eine Ölöffnung (44.1) aufweist die sich durch die Zylinderhülse (34.1) in den zweiten Druckraum (25.1) erstreckt.

5. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderhülse (34.1) fluiddicht mit einem dem ersten Druckraum (24.1) zugeordneten Gehäuseboden (43.1) verbunden ist.

6. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderhülse (34.1) ein separates Bauteil ist.

7. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderhülse (34.1) aus einem gehärteten Material hergestellt oder oberflächlich gehärtet ist.

8. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenwandung (39.1) des Verstellkolbens (21.1) und der Innenwandung (38.1) der Zylinderbohrung (22.1) eine Dichtungseinrichtung (23.1) vorgesehen ist.

9. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 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) an der ersten Stirnseite (27.1) den ersten Druckraum (24.1) und an einer zweiten Stirnseite (28.1) den zweiten Druckraum (25.1) begrenzt.

10. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenstange (18a.1) vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange (18a.1) an einer zweiten Stirnseite (27.1) des Verstellkolbens (21.1) angeordnet ist sowie sich durch den zweiten Druckraum (24.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) und durch eine Stangenbohrung (36.1) im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) hindurch in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors (1) erstreckt.

11. Längenverstellbare Pleuelstange (6.1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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.

12. Verwendung einer Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) mit einer Zylinderhülse (34.1) für eine längenverstellbare Pleuelstange (6.1) eines Verbrennungsmotors (1) mit einem ersten Pleuelteil (18.1) und einem zweiten Pleuelteil (19.1), die mittels der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) verstellbar sind, um das erste Pleuelteil (18.1) relativ zum zweiten Pleuelteil (19.1) zu bewegen, die Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) umfasst ein Gehäuse, 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 von Motoröl, der erste Druckraum (24.1) ist einseitig von dem bewegbaren Verstellkolben (21.1) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Zylinderbohrung (22.1) längs bewegbar angeordnete Verstellkolben (21.1) weiter einen zweiten Druckraum (25.1) zur Aufnahme von Motoröl ausbildet und einseitig begrenzt, wobei die Zylinderhülse (34.1) in einer Gehäusebohrung (37.1) im Gehäuse der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) angeordnet ist und die Zylinderbohrung (22.1) ausbildet, die Zylinderhülse (34.1) weist an der Außenfläche (34a.1) mindestens eine Ölführungsnut (40.1) auf, um den zweiten Druckraum (25.1) mit Motoröl zu versorgen.

13. 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 11.

14. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck des Motoröls im ersten Druckraum (24.1) oder im zweiten Druckraum (25.1) der Zylinder-Kolben-Einheit (20.1) zwischen 1.200 bar und 3.000 bar, bevorzugt zwischen 2.000 bar und 2.500 bar, beträgt.

15. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 13 oder 14, 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. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen