AT519805A2 - Längenverstellbares Pleuel für einen Kolbenmotor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel (1) für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt (2) und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt (4), wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder (3) ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben (5) versehen ist, der in dem Zylinder (3) verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder (3) mindestens eine hydraulische Druckkammer (10, 11) begrenzt. Damit das Pleuel (1) neben einer kurzen und einer langen Pleuellänge auch Zwischenstellungen einnehmen kann, sieht die Erfindung vor, dass die hydraulischen Druckkammern (10, 11) über je ein Ablaufventil (16) verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern (10, 11) begrenzt.

Description

Zusammenfassung
Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel (1) für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt (2) und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt (4), wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder (3) ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben (5) versehen ist, der in dem Zylinder (3) verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder (3) mindestens eine hydraulische Druckkammer (10, 11) begrenzt. Damit das Pleuel (1) neben einer kurzen und einer langen Pleuellänge auch Zwischenstellungen einnehmen kann, sieht die Erfindung vor, dass die hydraulischen Druckkammern (10, 11) über je ein Ablaufventil (16) verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern (10, 11) begrenzt.
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AVL List GmbH, iwis motorsysteme GmbH & Co. KG
Längenverstellbares Pleuel für einen Kolbenmotor
Die Erfindung bezieht sich auf ein längenverstellbares Pleuel für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt, wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben versehen ist, der in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder mindestens eine hydraulische Druckkammer begrenzt.
Ein solches, längenverstellbares Pleuel ist beispielsweise aus der WO2015/055582 bekannt. Bei dem dortigen Pleuel kann der Kolben zwei Stellungen einnehmen, in denen er jeweils gegen einen mechanischen Anschlag fährt und durch die auf der anderen Seite des Anschlages gebildete Druckkammer hydraulisch verriegelt wird.
Diese Art der Längenverstellung des Pleuels hat den Vorteil, dass durch den mechanischen Anschlag beide Stellungen klar definiert sind, so dass sich den beiden Stellungen ein eindeutiges Verdichtungsverhältnis zuordnen lässt.
Allerdings lassen sich nicht sämtliche Verdichtungsverhältnisse durch zwei Pleuellängen abbilden, so dass es wünschenswert wäre, auch Zwischenstellungen zu realisieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein längenverstellbares Pleuel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Pleuel zwischen der kurzen und der langen Pleuellänge auch Zwischenstellungen einnehmen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die hydraulischen Druckkammern über je ein Ablaufventil verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern begrenzt.
Diese Lösung sieht vor, dass man für die Mittelstellung bewusst auf einen mechanischen Anschlag verzichtet. Zumindest für die Zwischenstellungen gibt man damit den Vorteil auf, dass eine bestimmte Pleuellänge durch einen mechanischen und damit klar definierten Anschlag bestimmt ist. Andererseits gewinnt man den Vorteil, dass man die Pleuellänge und damit das Verdichtungsverhältnis des Motors an die jeweiligen Betriebszustände besser anpassen kann. Bevorzugt sind die beiden Pleuelabschnitte teleskopartig ineinander gesteckt. Die Verwendung eines hydraulisch zu verstellenden Exzenters, bevorzugt im kleinen Pleuelauge, ist ebenfalls möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Druckkammer mit einem Zulaufrückschlagventil verbunden, welches den Zufluss des Hydraulikmediums gestattet, den Abfluss hingegen sperrt. Die Kombination mit den steuerbaren Ablaufventilen bewirkt, dass bei einer Sperrung der Druckkammern zwar kein Hydraulikmedium entweichen kann, allerdings zufließen kann. Mit anderen Worten bedeutet das, dass etwaige Leckageverluste in den Druckkammern ausgeglichen werden.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Erfindung, wonach die beiden Druckkammern parallel zu den Zulaufrückschlagventilen mit einem 3/3-Wegeventil in Verbindung stehen, wobei das 3/3-Wegeventil
- in einer ersten Schaltstellung den Abfluss der einen Druckkammer sperrt und den Abfluss der anderen Druckkammer erlaubt,
- in einer zweiten Schaltstellung den Abfluss beider Druckkammern sperrt und
- in einer dritten Schaltstellung den Abfluss der anderen Druckkammer sperrt und den Abfluss der einen Druckkammer freigibt.
Auf diese Weise ist es einfach möglich, das längenverstellbare Pleuel zum einen kurz und zum anderen lang einzustellen, und durch Sperren beider Druckkammern in jeder Mittelstellung zu arretieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hydraulikmedium Motoröl, so dass das längenverstellbare Pleuel einfach an die Motorölversorgung angeschlossen werden kann.
Günstig ist auch, wenn die Ablaufventile als Magnetsteuerventile ausgebildet sind. So kann während des Betriebs des Motors durch einfaches Ansteuern der Magnetventile die Pleuellänge eingestellt werden.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ablaufventile ansteuerbar ausgestaltet sind, wobei ein Klopfsensor in die Ansteuerung der Ablaufventile eingebunden ist. Dadurch lässt sich der Motor stets nahe an der Klopfgrenze betreiben.
Das Einstellen der Längenverstellung des Pleuels lässt sich auf einfache Weise über die Dauer der Ansteuerung der Ablaufventile regeln.
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Diese Art der Ansteuerung der Ablaufventile ermöglicht es in vorteilhafter Weise auch, dass die Längenverstellung des Pleuels in Abhängigkeit weiterer Motorkenndaten wir Drehzahl, Last, Verbrauch und Geschwindigkeit erfolgt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt schematisch ein längenverstellbares Pleuel 1 für einen Hubkolbenmotor. Das Pleuel 1 umfasst einen ersten Pleuelabschnitt 2, welcher einen radial abstehenden Zylinder 3 umfasst, in den ein zweiter Pleuelabschnitt 4 mit einem Kolben 5 teleskopartig eingesteckt ist. Der zweite Pleuelabschnitt 4 weist eine Kolbenstange 6 auf, die den Kolben 5 mit dem kleinen Pleuelauge 7, welches dem Motorkolben des Verbrennungsmotors zugeordnet ist, verbindet. Der Zylinder 3 ist mit einem Zylinderdeckel 8 versehen, der zugleich als oberer Anschlag für den Kolben 5 dient. Den unteren Anschlag des Kolbens 5 bildet der Zylinderboden 9. Der Kolben 5 ist in der Zeichnung in einer Zwischenstellung gezeigt, in der das längenverstellbare Pleuel 1 ebenfalls eine Zwischenstellung zwischen der größten und der kleinsten Länge einnimmt. In dieser Stellung unterteilt der doppelt wirkende Kolben 5 den Zylinder in zwei Druckkammern 10 und 11, die mit Motoröl gefüllt sind. Jede der Druckkammern 10, 11 ist mit einer Ölleitung 12 bzw. 13 an die Motorölversorgung des Verbrennungsmotors angeschlossen. In den Ölleitungen 12 und 13 befinden sich Rückschlagventile 14, 15, die den Zulauf von Öl in die Druckkammern 10 und 11 erlauben, den Abfluss aus diesen Kammern jedoch sperren. Parallel zu den Rückschlagventilen 14 und 15 zweigen die Ölleitungen 12 und 13 zu einem 3/3-Wegeventil ab, durch welches wahlweise der Ablauf einer Druckkammer 10 bzw. 11 oder auch beider Druckkammern 10 und 11 gesperrt werden kann. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des 3/3-Wegeventils 16 ist der Ablauf der oberen Druckkammer 11 geöffnet, während der Ablauf der unteren Druckkammer 10 gesperrt ist. In dieser Stellung des 3/3-Wegeventils sorgen die Massenkräfte des Motors dafür, dass sich der Kolben 5 nach oben in Richtung des durch den Zylinderdeckel 8 gebildeten Anschlags bewegt. Die Gasdruckkräfte des Motors, die eigentlich dafür sorgen würden, dass sich der Kolben nach unten bewegt, werden durch den gesperrten Druckraum 10 gehindert. Der Druckraum 10 füllt sich zwar weiter mit Motoröl, wenn der Kolben sich nach oben bewegt, das Öl kann allerdings nicht abfließen. Das längenverstellbare Pleuel 1 nimmt also in dieser Stellung des 3/3-Wegeventils seine längste Länge ein.
Wenn aufgrund von ermittelten Motordaten die Pleuellänge verkürzt werden soll, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Motor zum Klopfen neigt, wird das 3/3-Wegenventil vollständig nach links geschoben, so dass die untere Druckkammer 10 geöffnet wird und das dort befindliche Motoröl abfließen kann, während der Ablauf der oberen Druckkammer 11 gesperrt wird. Auf diese / 9
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Weise kann sich der Kolben nach unten bewegen, bis die Klopfgrenze unterschritten wird. Sollte das vor Erreichen des unteren Anschlags passieren, kann die Motorsteuerung vorsehen, dass das 3/3-Wegenventil in die Mittelstellung gefahren wird, in der sowohl die obere Druckkammer 11 als auch die untere Druckkammer 10 gesperrt sind. Das längenverstellbare Pleuel nimmt eine Mittelstellung ein. Hierdurch kann der Motor stets nah an der Klopfgrenze betrieben werden.
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Bezugszeichenliste
Pleuel erster Pleuelabschnitt
Zylinder zweiter Pleuelabschnitt
Kolben
Kolbenstange
Pleuelauge
Zylinderdeckel
Zylinderboden
Druckkammer
Druckkammer
Ölleitung
Ölleitung
Zulaufrückschlagventil
Zulaufrückschlagventil
3/3-Wegeventil / 9
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Claims (9)

  1. Ansprüche
    1. Längenverstellbares Pleuel (1) für einen Kolbenmotor, mit einem der Kurbelwelle zugeordneten ersten Pleuelabschnitt (2) und einem dem Motorkolben zugeordneten zweiten Pleuelabschnitt (4), wobei in einem Pleuelabschnitt ein Zylinder (3) ausgebildet ist, während der andere Pleuelabschnitt mit einem Kolben (5) versehen ist, der in dem Zylinder (3) verschiebbar angeordnet ist und entsprechend seiner Stellung in dem Zylinder mindestens eine hydraulische Druckkammer (10, 11) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Druckkammern (10, 11) über je ein Ablaufventil (16) verriegelbar sind, so dass der Kolben eine Mittelstellung einnehmen kann, in der er zwei hydraulische Druckkammern (10, 11) begrenzt.
  2. 2. Längenverstellbares Pleuel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, jede Druckkammer mit einem Zulaufrückschlagventil (14, 15) verbunden ist, welches den Zufluss des Hydraulikmediums gestattet, den Abfluss hingegen sperrt.
  3. 3. Längenverstellbares Pleuel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammern (10, 11) parallel zu den Zulaufrückschlagventilen (14, 15) mit einem 3/3-Wegeventil (16) in Verbindung stehen, wobei das 3/3-Wegeventil
    - in einer ersten Schaltstellung den Abfluss der einen Druckkammer (10) sperrt und den Abfluss der anderen Druckkammer (11) erlaubt,
    - in einer zweiten Schaltstellung den Abfluss beider Druckkammern (10, 11) sperrt, und
    - in einer dritten Schaltstellung den Abfluss der anderen Druckkammer (11) sperrt und den Abfluss der einen Druckkammer (10) freigibt.
  4. 4. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium Motoröl ist.
  5. 5. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufventile als Magnetsteuerventile (16) ausgebildet sind.
  6. 6. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufventile ansteuerbar ausgestaltet sind, wobei ein Klopfsensor in die Ansteuerung der Ablaufventile eingebunden ist.
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    AVL List GmbH, iwis motorsysteme GmbH & Co. KG
    7. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Längenverstellung des Pleuels (1) über die Dauer der Ansteuerung der Ablaufventile erfolgt.
  8. 8. Längenverstellbares Pleuel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Längenverstellung des Pleuels (1) in Abhängigkeit weiterer Motorkenndaten, wie Drehzahl, Last, Verbrauch und Geschwindigkeit, erfolgt.
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    AVL List GmbH iwis motorsysteme GmbH & Co. KG
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