AT524662B1

AT524662B1 - Längenverstellbare Pleuelstange mit Schraubbund

Info

Publication number: AT524662B1
Application number: ATA50625/2021A
Authority: AT
Inventors: Neugärtner Dr Jörg
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2022-08-15
Also published as: AT524662A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange (1) eine Vorrichtung zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange (1) mit einer in der Pleuelstange (1) angeordneten Zylinder- Kolben-Einheit (10) mit einem Zylinder (12) und einem in dem Zylinder (12) längsbeweglich angeordneten Verstellkolben (9) aufweist, wobei der Verstellkolben (9) mit einer Kolbenstange (8) verbunden ist und mindestens einen separaten Kolbenteil (44) aufweist, der an der Kolbenstange (8) befestigt ist, und zumindest einen Teil einer Kolbenmantelfläche (25) des Verstellkolbens (9) ausbildet. Der mindestens eine Kolbenteil (44) des Verstellkolbens (9) weist einen Schraubbund (26) auf, wobei der Schraubbund (26) an der Kolbenmantelfläche (25) des mindestens einen Kolbenteils (44) angeordnet ist und eine Schraubbundnut (27) ausbildet, die gegenüber der Kolbenmantelfläche (25) zurückversetzt ist und die Kolbenmantelfläche (25) des mindestens einen Kolbenteils (44) in zwei Teile unterteilt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Kolbenmotor mit zumindest einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange (1).

Description

Längenverstellbare Pleuelstange mit Schraubbund

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange eine Vorrichtung zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange mit einer in der Pleuelstange angeordneten ZylinderKolben-Einheit mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder längsbeweglich angeordneten Verstellkolben aufweist, wobei der Verstellkolben mit einer Kolbenstange verbunden ist und mindestens einen separaten Kolbenteil aufweist, der an der Kolbenstange befestigt ist, und zumindest einen Teil einer Kolbenmantelfläche des Verstellkolbens ausbildet. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Kolbenmotor mit zumindest einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange.

Mittels derartiger längenverstellbarer Pleuelstangen wird bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs verändert und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors angepasst, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist. Neben längenverstellbaren Kolbenstangen gibt es zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses weitere Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die

effektive Länge der Pleuelstange variiert wird.

Die WO 2015/055582A2 beschreibt beispielsweise eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, wobei der am ersten Pleuelteil vorgesehene Verstellkolben mit gesicherter Kolbendichtung den Zylinder des zweiten Pleuelteils in zwei Druckräume unterteilt. Die beiden Druckräume dieser ZylinderKolben-Einheit werden über Rückschlagventile mit Motoröl versorgt, wobei sich jeweils nur in einer Druckkammer unter Druck stehendes Motoröl befindet. Ist die längenverstellbare Pleuelstange in der langen Position, befindet sich in der oberen Druckkammer kein Motoröl, während die untere Druckkammer hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Im Betrieb wird dann eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit dem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die motorölgefüllte untere Druckkammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den

Rücklauf des Motoröls unterbindet, steigt der Druck des Motoröls an, so dass die Pleuelstange in dieser Richtung hydraulisch gesperrt ist. In der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange drehen sich die Verhältnisse in der Zylinder-Kolben-Einheit um. Die untere Druckkammer ist leer, während die obere Druckkammer mit Motoröl gefüllt ist. Entsprechend bewirkt eine Zugkraft einen Druckanstieg in der oberen Kammer und eine hydraulische Sperrung der längenverstellbaren Pleuelstange, während eine Druckkraft durch einen weiteren mechanischen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen wird.

Beim Betrieb einer solchen längenverstellbaren Pleuelstange in einem Kolbenmotor sind die von der Pleuelstange zu übertragenden Kräfte beträchtlich, weshalb die Drücke in den Druckkammern der Zylinder-Kolben-Einheit und damit auch auf die Verstellkolben und Kolbendichtungen sehr hoch sein können. Angesichts der hohen Innendrücke in den Druckkammern ist sowohl die Dauerfestigkeit aller im Bereich der Zylinder-Kolben-Einheit verwendeten Werkstoffe problematisch als auch die Konstruktion der Verstellkolben im Hinblick auf die Belastungen und den geringen zur Verfügung stehenden Bauraum.

Im Hinblick auf die extremen Druckdifferenzen in den Druckkammern einer ZylinderKolben-Einheit für eine längenverstellbare Pleuelstange von über 1000 bar und den Einfluss der Kraftübertragung über die Pleuelstange an die Kurbelwelle auf die Leistung des Kolbenmotors ist eine sichere Abdichtung der Verstellkolben gegenüber dem Zylinder essenziell. Eine Leckage aus dem jeweils gesperrten Druckraum führt zu einem Einrücken des Verstellkolbens in die jeweilige Druckkammer, wodurch ein Arbeitsbetrag entsprechend der Kraft auf den Verstellkolben und dem Weg des Verstellkolbens dissipiert wird, was zu einem Leistungsverlust des Kolbenmotors führt. Dieser Leistungsverlust ist entsprechend den jeweiligen Konstruktionen der Zylinder-Kolben-Einheiten von dem verbesserten thermischen Wirkungsgrad durch das variable Verdichtungsverhältnis abzuziehen.

In der DE102016 120 967 A1 wird beispielsweise eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer Zylinder-Kolben-Einheit beschrieben, bei der die beiden Druckkammern einer Zylinder-Kolben-Einheit von jeweils mindestens einer Kolbendichtung abgedichtet werden. Dabei ist jede Kolbendichtung in einer umlaufenden Kolbennut in der Kolbenmantelfläche des Verstellkolbens angeordnet, die in einem der Druckkammer zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche ausgebildet ist. Da die Verstelleinrichtung einer Zylinder-Kolben-Einheit für einen Einsatz bei sehr hohen Drücken ausgerichtet ist, weisen die entsprechenden Kolbendichtungen, aber auch die Verstellkolben selbst, oftmals einen komplexen Aufbau oder empfindliche Oberflächen auf, so dass bei einer Montage der

Verstellkolben und der Kolbendichtungen leicht Beschädigungen auftreten können, die

wiederum zu einer eingeschränkten Funktionalität und letztendlich zu einem Versagen der längenverstellbaren Pleuelstange führen können.

Eine vergleichbare Problematik ergibt sich bei der WO 2020/227748 A1, die ebenfalls eine längenverstellbare Pleuelstange mit einem Verstellkolben zeigt. Am unteren Ende des Verstellkolbens ist ein Hochdruck-Dichtungsring mit einer Stützringmutter spiel- und quetschfrei fixierbar.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine längenverstellbare Pleuelstange bereitzustellen, die eine einfache Montage und sichere Funktion der längenverstellbaren Pleuelstange selbst und des Verstellkolbens im Besonderen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der mindestens eine Kolbenteil des Verstellkolbens einen Schraubbund aufweist, wobei der Schraubbund an der Kolbenmantelfläche des mindestens einen Kolbenteil angeordnet ist und eine Schraubbundnut ausbildet, die gegenüber der Kolbenmantelfläche zurückversetzt ist und die Kolbenmantelfläche des mindestens einen Kolbenteils in zwei Teile unterteilt. Ein solcher separat zur Kolbenstange ausgebildeter Kolbenteil kann als einzelnes Teil den eigentlichen Verstellkolben bilden oder kann bei einem mehrteiligen Verstellkolben lediglich einen Teil dieses Verstellkolbens ausbilden. Dabei ist der Schraubbund ein Werkzeugaufnahmeprofil, in das beim Zusammenbau der längenverstellbaren Pleuelstange ein Montagewerkzeug eingreift, um den mindestens einen Kolbenteil zu fixieren und/oder zu drehen. Die Kolbenmantelfläche des Verstellkolbens bzw. des separaten Kolbenteils, d.h. die mit dem Zylinder der Zylinder-KolbenEinheit in Wirkbeziehung stehende Oberfläche des Verstellkolbens, kann mit einer Gleitbeschichtung oder einer Antihaft-Beschichtung versehen sein, um die Reibzahl der Kolbenmantelfläche zu minimieren und die Anforderungen an eine üblicherweise notwendige Schmierung der Kolbenmantelfläche durch das Hydrauliköl zu reduzieren. Derartige Funktionsbeschichtungen, beispielsweise eine Chromnitrid-Beschichtung, können mittels eines an sich bekannten PVD-Beschichtungsverfahren oder alternativ mittels eines CVDBeschichtungsverfahren auf die Kolbenmantelfläche aufgetragen werden. Die Schraubbundnut teilt dabei die Kolbenmantelfläche des Verstellkolbens in der Längsrichtung der Pleuelstange in zwei Teile, so dass die als Lagerfläche des Kolbens fungierende Kolbenmantelfläche im Wesentlichen direkt an der Stirnseite des Verstellkolbens beginnt. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Führung des Verstellkolbens im Zylinder. Gleichzeitig wird das Totvolumen im Zylinder bzw. am Verstellkolben reduziert, da keine weiteren

Bohrungen oder Absätze zur Montage des Verstellkolbens selbst oder der Kolbendichtung am

Verstellkolben vorgesehen werden müssen. Dies führt nebenbei auch zu einem besseren Wirkungsgrad der Zylinder-Kolben-Einheit der längenverstellbaren Pleuelstange.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schraubbund eine nicht rotationssymmetrische Kontur aufweist, vorzugsweise als eine Vielzahnkontur mit einer Vielzahl von Zähnen und/oder Kanten zum Eingriff eines Montagewerkzeugs ausgebildet ist. Die Vielzahnkontur ist dabei insbesondere in einer Schnittebene normal zu einer Längsachse der Kolbenstange bzw. der Pleuelstange ersichtlich. Mit anderen Worten ist die Oberfläche des Grundes der Schraubbundnut konturiert. Dies ermöglicht einen sicheren Eingriff eines Montagewerkzeugs in den Schraubbund und damit eine einfache und schnelle Montage des Verstellkolbens an der Kolbenstange. Hierzu können die Zähne oder Kanten symmetrisch oder asymmetrisch am Umfang des Schraubbunds verteilt sein, wobei für einen sicheren Grip und eine gute Kraftübertragung des Montagewerkzeugs auf den Schraubbund eine relativ große Anzahl von Zähnen oder Kanten vorgesehen sein kann, bevorzugt mindestens zehn, vorzugsweise 12 oder 16 Zähne und/oder Kanten. Alternativ kann ein einfacher Schraubbund auch lediglich vier, sechs oder acht Zähne und/oder Kanten aufweisen, wodurch sich zwar die Herstellung des Kolbenteils vereinfacht, aber die Tiefe der Schraubbundnut bereichsweise deutlich erhöht wird und entsprechend das Totvolumen am Verstellkolben steigt.

Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass der Schraubbund als eine Vielzahnkontur ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Flanken zwischen den Zähnen und/oder Kanten der Vielzahlkontur zumindest teilweise eine konkave Form aufweisen. Dies ermöglicht eine sichere und durchrutschfreie Kraftübertragung vom Montagewerkzeug über den Schraubbund auf das separate Kolbenteil. Bei einer symmetrischen Verteilung der Zähne und Kanten können bevorzugt alle Flanken eine konkave bzw. ovale Form aufweisen, während bei einer asymmetrischen Verteilung die Flanken üblicherweise nur teilweise konkav oder oval ausgebildet sind. Beispielsweise kann die Vielzahnkontur auch als Torx-Profil ausgebildet sein. Alternativ können die Flanken zwischen den Zähnen und/oder Kanten der Vielzahnkontur eine gerade Form aufweisen, die eine einfachere und damit kostengünstigere Herstellung des Schraubbunds erlauben.

Zweckmäßigerweise kann eine Breite der Schraubbundnut kleiner als 5% der gesamten Länge des Verstellkolbens, vorzugsweisekleiner als 4% der gesamten Länge des Verstellkolbens, sein. Dabei bezieht sich die gesamte Länge des Verstellkolbens auf die axiale Länge des Verstellkolbens in Längsrichtung der Pleuelstange und/oder der Kolbenstange. Eine derart schmale Schraubbundnut erlaubt neben einer größeren Lagerfläche an der

Kolbenmantelfläche auch ein kleineres Totvolumen am Verstellkolben und somit neben einer

besseren Führung des Verstellkolbens im Zylinder gleichzeitig auch einen besseren Wirkungsgrad.

Eine Variante der erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass in der Schraubbundnut ein Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement angeordnet ist. Ein solches alternativ oder zusätzlich zu einer Hochdruck-Dichtungseinrichtung vorgesehenes, ein- oder mehrteilig ausgebildetes Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement erlaubt eine Abdichtung oder Druckdämpfung der Lagerfläche zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinder jenseits der Schraubbundnut. Durch die Anordnung des Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselements in der Schraubbundnut kann auf eine zusätzliche Nut zur Aufnahme des Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselements in der Kolbenmantelfläche verzichtet werden. Die nicht rotationssymmetrische Kontur des Schraubbunds zum Eingriff eines Montagewerkzeugs dient dabei gleichzeitig als Verdrehsicherung des Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselements gegenüber der Kolbenmantelfläche. In Verbindung mit einer nachgeordneten HochdruckDichtungseinrichtung reduziert ein solches Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement den an der Hochdruck-Dichtungseinrichtung anliegenden Druck und ermöglicht über die reduzierten Anforderungen an die Hochdruck-Dichtungseinrichtung eine verbesserte

Dichtungsfunktion und/oder eine kostengünstigere Dichtungseinrichtung.

Eine nützliche Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Kolbenteil ein Gewinde aufweist, das auf ein Gegengewinde aufgeschraubt ist, wobei das Gegengewinde in einem zweiten Kolbenteil oder an der Kolbenstange ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache Ausführung eines mit einer Kolbenstange verbundenen Verstellkolbens, eine sichere Montage des Verstellkolbens sowie die dauerhafte Verbindung zwischen Verstellkolben und Kolbenstange. Das Gegengewinde kann dabei insbesondere an einem dem Pleuelauge der Kolbenstange abgewandten freien Ende der Kolbenstange vorgesehen sein, insbesondere einer Außenseite der Kolbenstange. Zusätzlich zu dem Gewinde an dem einen Kolbenteil und dem Gegengewinde können jeweils Zentrierungsabschnitte auf einem zweiten Kolbenteil oder an der Kolbenstange vorgesehen sein, um eine fehlerhafte Montage und entsprechenden Ausschuss zu vermeiden.

Des Weiteren kann für eine längenverstellbare Pleuelstange der mindestens eine Kolbenteil des längsbeweglich angeordneten Verstellkolbens in dem Zylinder mindestens einen Druckraum ausbilden, wobei der Schraubbund auf einem dem Druckraum zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche angeordnet ist und eine Hochdruckdichtungseinrichtung auf

einer dem Druckraum abgewandten Seite des Schraubbunds vorgesehen ist. Dieser kompakte

Aufbau eines Verstellkolbens erlaubt trotz einer relativ großen Kolbenmantelfläche eine gute Abdichtung des Druckraums auch bei sehr hohen Drücken.

Für einen modularen Aufbau des Pleuelteils kann der Verstellkolben weiter mindestens einen zweiten Kolbenteil aufweisen, wobei der zweite Kolbenteil einen weiteren Teil der Kolbenmantelfläche des Verstellkolbens ausbildet. Für eine entsprechend sichere und langlebige Konstruktion kann der zweite separate Kolbenteil von dem über den Schraubbund montierten ersten Kolbenteil mit einer konischen Aufnahme auf einen entsprechenden Sitz an der Kolbenstange aufgepresst werden oder über eine Schraubklemmung zwischen dem ersten

Kolbenteil und dem zweiten Kolbenteil auf der Kolbenstange geklemmt werden.

Ein besonderes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass zumindest eine HochdruckDichtungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Hochdruck-Dichtungseinrichtung zwischen dem ersten Kolbenteil und dem zweiten Kolbenteil des Verstellkolbens angeordnet ist. Eine derartige Anordnung der Hochdruck-Dichtungseinrichtung ermöglicht nicht nur eine einfache Montage der Dichtungseinrichtung sowie eine sichere Fixierung und Positionierung gegenüber der Kolbenmantelfläche, sondern ermöglicht auch den Einsatz einteiliger Dichtungseinrichtungen für die Hochdruck-Abdichtung des Verstellkolbens. Weiter reduziert die einfache Montage auch das Risiko von Beschädigungen an den ein- oder mehrteilig ausgebildeten Hochdruck-Dichtungseinrichtungen sowie von Beschädigungen der Kolbenmantelfläche bzw. deren Beschichtungen.

Ein alternatives Dichtungskonzept für den Verstellkolben in einer Zylinder-KolbenEinheit einer längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass zwei HochdruckDichtungseinrichtungen vorgesehen sind, wobei die erste Hochdruck-Dichtungseinrichtung an dem ersten Kolbenteil des an einem dem zweiten Kolbenteil zugewandten Bereichs der Kolbenmantelfläche angeordnet ist und eine zweite Hochdruck-Dichtungseinrichtung an dem zweiten Kolbenteil an einem dem ersten Kolbenteil zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche angeordnet ist. Eine solche neuartige Positionierung der HochdruckDichtungseinrichtungen in einem in Längsrichtung mittigen Bereich der Kolbenmantelfläche ermöglicht eine ausreichende Schmiermittelversorgung der weiter außenliegenden Lagerflächen der Kolbenmantelfläche, wodurch die Dauerhaltbarkeit der Kolbenmantelfläche verbessert und gleichzeitig eine Verwendung anderer, kostengünstiger Materialien ermöglicht

wird.

Eine sinnvolle Ausbildung sieht vor, dass zwischen dem ersten Kolbenteil und dem zweiten Kolbenteil zumindest ein Distanzelement vorgesehen ist. Ein solches Distanzelement

erlaubt eine Separierung der ersten und zweiten Hochdruck-Dichtungseinrichtung ohne einen

erhöhten Aufwand für die Montage der Hochdruck-Dichtungseinrichtungen in entsprechenden Nuten. Dabei kann das Distanzelement ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Verstellkolben der ZylinderKolben-Einheit als ein zweiseitig wirkender Verstellkolben ausgebildet ist, wobei der längsbeweglich angeordnete Verstellkolben in dem Zylinder einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum ausbildet und jeweils einseitig begrenzt. Die Druckräume befinden sich insbesondere in Richtung der Pleuellängsachse bzw. der Verstellkolbenlängsachse auf gegenüberliegenden Seiten des Verstellkolbens. Ein zweiseitig wirkender Verstellkolben ermöglicht ein Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange sowohl in Richtung eines größeren Verdichtungsverhältnisses als auch in Richtung eines geringeren Verdichtungsverhältnisses mittels einer einzelnen Zylinder-Kolben-Einheit. Im Gegensatz zu der längenverstellbaren Pleuelstange mit Exzenter, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2005 055 199 A1 bekannt ist, wird zur bidirektionalen Verstellung der Wirklänge, bzw. des Verdichtungsverhältnisses derselbe Verstellkolben verwendet.

Günstigerweise kann dabei ein Verstellkolben unterschiedlich große Stirnseiten aufweisen, wobei die größere Stirnseite bei einer entsprechenden Beaufschlagung die Pleuelstange in ihre ausgefahrene Stellung drückt. Aufgrund der vorherrschenden Kraftverhältnisse in dem Kolbenmotor reicht die kleinere Stirnfläche für die Verstellung in die entgegengesetzte Richtung aus.

Eine zweckmäßige Ausbildung der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass die Pleuelstange zumindest zwei Pleuelteile aufweist, wobei der erste Pleuelteil ein erstes Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und der zweite Pleuelteil ein zweites Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, und wobei der erste Pleuelteil gegenüber dem zweiten Pleuelteil in Längsrichtung der Pleuelstange bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar bewegbar ist, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen zu verstellen. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzenter ermöglichen zwei in Längsrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen

Aufbau sowie einen sicheren dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange.

Dabei kann der erste Pleuelteil mit dem Verstellkolben der Zylinder-Kolben-Einheit verbunden sein, wobei vorzugsweise der erste Pleuelteil über die Kolbenstange mit dem Verstellkolben verbunden ist, und der zweite Pleuelteil den Zylinder der Zylinder-KolbenEinheit aufweisen. Der Zylinder kann beispielsweise als Zylinderbohrung oder als Zylinderhülse ausgeführt sein. Damit kann der erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil

bewegt werden. Dies ermöglicht neben einem sehr robusten Aufbau der längenverstellbaren

Pleuelstange auch einfache und kostengünstige Pleuelteile, wobei der Verstellkolben des ersten Pleuelteils bevorzugt direkt mit der Kolbenstange und dem Pleuelkopf mit dem ersten Pleuelauge verbunden ist und der zweite Pleuelteil ein Gehäuse aufweist, in dem neben dem Zylinder auch eine hydraulische Steuereinrichtung zur Steuerung der Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen ist.

Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit zumindest einer mit dem AHubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet und die jeweiligen Zylinder-Kolben-Einheiten mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden.

Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels dem von der Stützringmutter sicher in der Ringnut am Verstellkolben angeordneten Hochdruck-Dichtungsring ist neben einem einfachen und sicheren Aufbau auch

eine dauerhafte Funktion der längenverstellbaren Pleuelstange gewährleistet.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage mindestens eines separaten Kolbenteils des Verstellkolbens einer Zylinder-Kolben-Einheit auf einer Kolbenstange, wobei ein Montagewerkzeug in einen an der Kolbenmantelfläche des mindestens einen Kolbenteils angeordneten Schraubbund eingreift und das Montagewerkzeug den mindestens einen Kolbenteil für eine Montage an der Kolbenstange fixiert und/oder dreht. Dabei kann der mindestens eine Kolbenteil mit einem Gewinde auf ein Gegengewinde aufgeschraubt werden, das in einem zweiten Kolbenteil oder an der Kolbenstange ausgebildet ist. Dieses Verfahren ermöglicht neben einer einfachen und schnellen Montage den Einsatz einfacher und kostengünstiger Dichtungseinrichtungen und verhindert gleichzeitig auch das Risiko einer Beschädigung der Kolbenmantelfläche oder ihrer

Beschichtung.

Im Folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung anhand

beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange,

Fig. 2 eine schematische Ansicht der teilweise freigeschnittenen längenverstellbaren Pleuelstange,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des ersten Pleuelteils aus Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Verstellkolbens aus Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Verstellkolbens für den ersten Pleuelteil aus Fig. 2,

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Verstellkolbens für den ersten Pleuelteil aus Fig. 2,

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Verstellkolbens für den ersten Pleuelteil aus Fig. 2,

Fig. 7a eine Schnittansicht des Verstellkolbens aus Fig. 7, Fig. 7b eine vergrößerte Detailansicht des Verstellkolbens aus Fig. 7a, und

Fig. 8a bis 8d verschiedene Ausführungsformen des Schraubbunds am Verstellkolben in einer Schnittansicht des ersten Pleuelteils aus Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst zwei entlang einer Längsachsenrichtung A der Pleuelstange 1 teleskopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Der in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete zweite Pleuelteil 2 weist ein großes Pleuelauge 4 auf, mit dem die längenverstellbare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Kolbenmotors gelagert ist. Dazu ist am zweiten Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 5 angeordnet, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich des zweiten Pleuelstangenteils 2 das große Pleuelauge 4 ausbildet. Die Lagerschale 5 und der zweite Pleuelteil 2 werden mittels zweier Pleuelschrauben 23 miteinander verbunden. Abgesehen von der Drehbewegung um bzw. mit der Kurbelwelle führt der untere zweite Pleuelteil 2 keine Bewegung aus. Der verstellbare erste Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 6 mit einem kleinen Pleuelauge 7 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kolbenmotor

aufnimmt.

Wie in der teilweise freigeschnittenen Ansicht in Fig. 2 gut zu erkennen, ist der Pleuelkopf 6 mit einer Kolbenstange 8 und über die Kolbenstange 8 mit dem Verstellkolben 9 einer hier als Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstell-Vorrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 verbunden. Der Verstellkolben 9 ist in einem Zylinder 12 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 längsbeweglich.

In der dargestellten Variante sind der Verstellkolben 9 und die Kolbenstange 8 zweiteilig ausgeführt und miteinander verschraubt, während der Pleuelkopf 6 einstückig mit

der Kolbenstange 8 ausgeführt ist. Alternativ kann der Pleuelkopf 6 mit der Kolbenstange 8 verschraubt, verschweißt oder verstiftet sein, während der Verstellkolben 9 und die Kolbenstange 8 einteilig ausgebildet sind. Die mehrteilige Ausbildung von Kolbenstange 8 und Verstellkolben 9 gemäß Fig. 2 ermöglicht vor einem Zusammenbau des ersten Pleuelteils 3 eine Stangendichtung 16 und einen Zylinderdeckel 15 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 auf der Kolbenstange 8 sowie eine obere Kolbendichtung 17 als Teil der zwischen einer Außenwandung des Verstellkolbens 9 und einer Innenwandung des Zylinders 12 angeordneten Dichtungseinrichtung an dem Verstellkolben 9 einfach und sicher anzuordnen. Dafür ist im Inneren des Verstellkolbens 9 eine Schraubverbindung 22 zwischen dem Verstellkolben 9 und der Kolbenstange 8 vorgesehen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Verstellkolben 9 über die Schraubverbindung 22 direkt mit der Kolbenstange 8 verschraubt und kann bei der Montage der längenverstellbaren Pleuelstange 1 als vorgefertigte Einheit bereitgestellt werden.

Das erste Pleuelteil 3 ist über den Verstellkolben 9 teleskopierbar in dem zweiten Pleuelteil 2 geführt, um den Abstand zwischen dem im kleinen Pleuelauge 7 aufgenommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem großen Pleuelauge 4 aufgenommenen Kurbelwelle des Kolbenmotors zu verstellen und so das Verdichtungsverhältnis des Kolbenmotors zu verändern. Dadurch ist es möglich, den Kolbenmotor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als unter Volllast zu betreiben und so den

Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.

In einem Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 ist im oberen Bereich ein Zylinder 12 ausgebildet, der als Zylinderbohrung oder Zylinderhülse in das Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 eingebracht ist. In dem Zylinder 12 ist der Verstellkolben 9 des ersten Pleuelteils 3 in Längsachsenrichtung A (siehe Fig. 1) der Pleuelstange 1, bzw. des Verstellkolbens 9 bewegbar angeordnet, um gemeinsam mit dem Zylinder 12 und dem Zylinderdeckel 15 die Zylinder-Kolben-Einheit 10 auszubilden. Der Verstellkolben 9 ist in Fig. 2 in einer Mittelstellung dargestellt, in der der Verstellkolben 9 den Zylinder 12 in zwei Druckräume 13 und 14 unterteilt. Die Druckräume 13, 14 befinden sich in Längsachsenrichtung A auf gegenüberliegenden Seiten des Verstellkolbens 9.

Die Kolbenstange 8 erstreckt sich von dem Verstellkolben 9 durch den oberen Druckraum 14 und den Zylinderdeckel 15 hindurch, der das Gehäuse 11 und den Zylinder 12 nach oben hin begrenzt. An dem Zylinderdeckel 15 ist eine Stangendichtung 16 vorgesehen, die von einem Sicherungsring 19 am Übergang zwischen Kolbenstange 8 und dem

Zylinderdeckel 15 gehalten wird. Die Stangendichtung 16 umgibt die Kolbenstange 8 und

dichtet den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung ab. Die beiden auf dem Verstellkolben 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Verstellkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab, wobei zumindest die untere Kolbendichtung 18, bevorzugt beide Kolbendichtungen 17, 18 als Hochdruck-Dichtungsringe ausgeführt sind, die in entsprechenden Dichtungsnuten 24 in der Kolbenmantelfläche 25 des Verstellkolbens 9 angeordnet sind. Möglich ist dabei eine einteilige Ausführung oder eine Ausbildung aus mehreren, radial nicht trennbaren Teilen. Der Sicherungsring 19 bildet zusammen mit dem Zylinderdeckel 15 einen oberen Anschlag aus, an dem der Verstellkolben 9 in der oberen Stellung, der langen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1, anliegt, während in der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange 1 der Verstellkolben 9 an dem vom Zylinderboden 20 ausgebildeten unteren Anschlag anliegt.

Am Pleuelkopf 6 des oberen Pleuelteils 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Kolbenstange 8 bzw. zur Längsachsenrichtung A ein in Richtung des Gehäuses 11 vorstehender Führungsstift 28 vorgesehen. Der fest mit dem Pleuelkopf 6 verbundene Führungsstift 28 ist verschiebbar in einer am Gehäuse 11 ausgebildeten Führungsbohrung 29 angeordnet, so dass bei einer axialen Bewegung des ersten teleskopierbaren Pleuelteils 3 in Längsachsenrichtung A relativ zum zweiten Pleuelteil 2 keine Rotation der Pleuelteile 2, 3 zueinander und damit eine Verdrehung des ersten Pleuelauges 7 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und des zweiten Pleuelauges 4 zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens auftritt. Auch andere, nicht dargestellte Lösungen zur Verdrehsicherung sind möglich.

Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, befindet sich in dem Gehäuse 11 des zweiten Pleuelteils 2 unterhalb des Zylinders 12 eine hydraulische Steuereinrichtung 21 zur Versorgung der Zylinder-Kolben-Einheit 10. Anhand der in Fig. 2 schematisch dargestellten hydraulischen Verschaltung der Steuereinrichtung 21 wird die Versorgung der ZylinderKolben-Einheit 10 und die Steuerung der Wirklängenverstellung der Pleuelstange 1 im Folgenden näher erläutert. Die beiden Druckräume 13, 14 sind jeweils über getrennte Hydraulikmittelleitungen 32, 33 und separate Rückschlagventile 34, 35 und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal 36, der in dem großen Pleuelauge 4 mündet, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden. Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen Druckraum 14 kein Motoröl, während der untere Druckraum 13 hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen- und Gaskräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den mechanischen Kontakt des Verstellkolbens 9 mit dem Sicherungsring 19 aufgenommen, wobei sich die Länge der

Pleuelstange 1 nicht weiter verändert. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den mit Motoröl gefüllten unteren Druckraum 13 übertragen. Da das dem unteren Druckraum 13 zugeordnete Rückschlagventil 35 ein Ausströmen des Motoröls verhindert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Änderung der Pleuellänge, wodurch die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch gesperrt ist.

In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum 13 ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens 9 am Zylinderboden 20 aufgenommen, während der obere Druckraum 14 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längenverstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 14 und eine

hydraulische Sperrung bewirkt.

Die Wirklänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume 13, 14 entleert wird und der jeweils andere Druckraum 13, 14 mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird in der hydraulischen Steuereinrichtung 21 jeweils eines der Rückschlagventile 34, 35 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum 13, 14 abfließen kann. Das jeweilige Rückschlagventil 34, 35 verliert so seine Wirkung. Dazu umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 ein 3/2-Wegeventil 37, dessen beiden schaltbaren Anschlüsse 40 jeweils über eine Drossel 38, 39 mit einer Hydraulikmittelleitung 32, 33 der Druckräume 13, 14 verbunden sind. Dabei wird das 3/2-Wegeventil 37 über den Druck des Motoröls betätigt, das dem 3/2-Wegeventil 37 über eine mit dem Ölversorgungskanal 36 verbundene Steuerdruckleitung 41 zugeführt wird. Die Rückstellung des 3/2-Wegeventils 37 erfolgt durch eine Rückstellfeder 42.

Die beiden schaltbaren Anschlüsse 40 des 3/2-Wegeventils 37 sind mit einem Abströmkanal 43 verbunden bzw. verbindbar, der das aus den Druckräumen 13, 14 abgeführte Motoröl an den Ölversorgungskanal 36 abgibt, von wo aus es zur Befüllung des jeweils anderen Druckraums 14, 13 zur Verfügung steht oder über das große Pleuelauge 4 an die Umgebung abgegeben werden kann. In der in Fig. 2 dargestellten Vorzugslage des 3/2Wegeventils 37 ist der obere Druckraum 14 geöffnet.

Die Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des ersten Pleuelteils 3 aus Fig. 2. Im Inneren des Verstellkolbens 9 ist eine Schraubverbindung 22 zwischen dem Verstellkolben 9 und der Kolbenstange 8 vorgesehen. Vor dem Verbinden der Kolbenstange 8 mit dem Verstellkolben 9 werden zunächst der Zylinderdeckel 15, die Stangendichtung 16 und der

Sicherungsring 19 auf den oberen Teil der Kolbenstange 8 aufgeschoben, wobei die von dem

Sicherungsring 19 gehaltene Stangendichtung 16 im montierten Zustand des ersten Pleuelteils 3 im zweiten Pleuelteil 2 die Kolbenstange 8 und damit den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung abdichtet. Danach wird die Kolbenstange 8 zusammen mit der Stangendichtung 16, dem Zylinderdeckel 15 und dem Pleuelkopf 6 mittels der Schraubverbindung 22 mit dem Verstellkolben 9 verbunden.

In einem üblicherweise vorgelagerten Arbeitsschritt werden die oberen und unteren Kolbendichtung 17, 18 in den Dichtungsnuten 24 an der Kolbenmantelfläche 25 positioniert und gesichert, wobei unterschiedliche konstruktive Lösungen für die Anordnung und Fixierung der oberen und unteren Kolbendichtungen 17, 18 zum Einsatz kommen können. Die beiden in der Kolbenmantelfläche 25 des Verstellkolbens 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Verstellkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab, siehe Fig. 2. An einem dem unteren Druckraum 14 zugewandten Ende des Verstellkolbens 9 ist in der Kolbenmantelfläche 25 ein Schraubbund 26 ausgebildet, in den bei der Montage des oberen Pleuelteils 3 ein entsprechendes Montagewerkzeug eingreift, um den Verstellkolben 9 mit der Kolbenstange 8 zu verschrauben. Dabei erstreckt sich die Kolbenmantelfläche 25 auf beiden Seiten der vom Schraubbund 26 ausgebildeten Schraubbundnut 27 und ermöglicht eine Führung des Verstellkolbens 9 über dessen gesamte Baulänge in Längsrichtung A der Pleuelstange 1. Der Schraubbund 26 ist gegenüber der Kolbenmantelfläche 25 vertieft ausgebildet, wobei die sich ergebende Schraubbundnut 27 sehr schmal ausgebildet ist, um eine möglichst große Kolbenmantelfläche 25 zur Lagerung des Verstellkolbens 9 zu ermöglichen. Gleichzeitig wird dadurch auch das Totvolumen am Verstellkolben 9 minimiert, siehe auch Fig. 4.

Die Schraubverbindung 22 umfasst in der Ausführungsform aus den Fign. 2 bis 4 ein innenliegendes Gewinde 30 und ein Gegenwinde 31 am freien Ende der Kolbenstange 8. Zusätzlich zu der Schraubverbindung 22 können an der Kolbenstange 8 und in der Aufnahme

des Verstellkolbens 9 Führungsabschnitte 49 (siehe z.B. Fig. 7b) vorgesehen sein.

Die Draufsicht auf den oberen verstellbaren Pleuelteil 3 in Fig. 4 zeigt neben den am Verstellkolben 9 vorgesehenen Kolbendichtungen 17, 18 auch die Profilierung des Schraubbunds 26 sowie die vertiefte Anordnung des Schraubbunds 26 in der Schraubbundnut 27 an der Kolbenmantelfläche 25 des Verstellkolbens 9. Die Fig. 8a bis 8d zeigen verschiedene Ausführungsformen der Profilierung des Schraubbunds 26 im Schnitt durch die Schraubbundnut 27, wobei die Schnittebene normal zur Längsachsenrichtung A bzw. Längsrichtung A der Pleuelstange 1 verläuft.

In einer zweiten Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 ist, wie in Fig. 5 gezeigt, der Verstellkolben 9 zweiteilig ausgeführt, wobei der erste Kolbenteil 44 am unteren freien Ende der Kolbenstange 8 angeordnet ist und der zweite Kolbenteil 45 oberhalb des ersten Kolbenteils 44 in Richtung des Pleuelkopfes 6 der Pleuelstange 8 angeordnet ist. Dabei begrenzt der erste Kolbenteil 44 im Zylinder 12 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 den unteren Druckraum 13 und der zweite Kolbenteil 45 den oberen Druckraum 14. Zwischen dem ersten Kolbenteil 44 und dem zweiten Kolbenteil 45 kann ein Distanzelement 46 positioniert sein. Das Distanzelement 46 erstreckt sich bevorzugt von der Kolbenstange 8 bis zur Kolbenmantelfläche 25, um den Totraum für das Hydraulikmittelfluid am Verstellkolben 9 möglichst gering zu halten. Das Distanzelement 46 fixiert in der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 die Kolbendichtungen 17, 18, die in offenen Dichtungsnuten 24 des ersten und zweiten Kolbenteils 44, 45 angeordnet sind. Dies ermöglicht eine sehr einfache Positionierung der oberen und unteren Kolbendichtungen 17, 18 zur Abdichtung des unteren und oberen Druckraums 13, 14 am Verstellkolben 9 und die

Verwendung einfacher ein- oder mehrteiliger Dichtungseinrichtungen.

Wie in Fig.6 dargestellt, kann die Länge des Distanzelements 46 in Längsachsenrichtung A entsprechend den Anforderungen an den Verstellkolben gewählt werden und dabei auch eine entsprechende Separierung der oberen und unteren Kolbendichtungen 17, 18 ermöglichen. Alternativ kann auch auf ein Distanzelement 46 verzichtet werden, so dass der erste Kolbenteil 44 und zweite Kolbenteil 45 sowie die obere und untere Kolbendichtung 17, 18 aneinander anliegen.

Zur Fixierung des Verstellkolbens 9 auf der Kolbenstange 8 wird in der in den Fign. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform des oberen Pleuelteils 3 der erste Kolbenteil 44 über die Schraubverbindung 22 mit der Kolbenstange 8 verbunden. Dabei drückt der untere erste Kolbenteil 44 den oberen zweiten Kolbenteil 45 auf einen an der Kolbenstange 8 im Bereich des zweiten Kolbenteils 45 vorgesehenen konischen Sitz, bis der zweite Kolbenteil 45 fest mit der Kolbenstange 8 verbunden ist.

Die Seitenansicht in Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines oberen verstellbaren Pleuelteils 3 mit einem mehrteiligen Verstellkolben 9. Zwischen dem ersten Kolbenteil 44 und dem oberen zweiten Kolbenteil 45 ist eine einteilige, doppeltwirkende Kolbendichtung 47 vorgesehen, die eine Abdichtung des doppeltwirkenden Verstellkolbens 9 gegenüber dem unteren Druckraum 13 und dem oberen Druckraum 14 ermöglicht. In dieser Ausführungsform ist sowohl an einem dem unteren Druckraum 13 zugewandten Ende des ersten Kolbenteils 44 als auch an einem dem oberen Druckraum 14 zugewandten Ende des zweiten Kolbenteils 45 eine Schraubbundnut 27 mit einem gegenüber der

Kolbenmantelfläche 25 zurückversetzten Schraubbund 26 vorgesehen. Wie in der Schnittansicht des Verstellkolbens 9 in Fig. 7a gut zu erkennen, liegt die Schraubverbindung

22 zwischen dem ersten Kolbenteil 44 und dem zweiten Kolbenteil 45.

Beim Aufschrauben des innenliegenden Gewindes 30 des ersten Kolbenteils 44 auf das Gegengewinde 31 an einem äußeren Umfang des zweiten Kolbenteils 45 wird der zweite Kolbenteil 45 gegen die Kolbenstange 8 gepresst und zusammen mit dem ersten Kolbenteil 44 an der Kolbenstange 8 fixiert. Entsprechend sind zur Montage des ersten und zweiten Kolbenteils 44, 45 auf der Kolbenstange 8 zwei Schraubbünde 26 vorgesehen, die jeweils an den unteren und oberen Druckraum 13, 14 zugewandten Enden des ersten und zweiten Kolbenteils 44, 45 ausgebildet sind und die Kolbenmantelfläche 25 unterbrechen, in die bei der Montage entsprechendes Montagewerkzeug eingreift, um den ersten Kolbenteil 44 und

zweiten Kolbenteil 45 zueinander zu verdrehen.

Wie in Fig. 7b in der vergrößerten Detailansicht des Schnitts durch den Verstellkolben 9 aus Fig. 7a zu erkennen, können zwischen dem ersten Kolbenteil 44 und dem zweiten Kolbenteil 45 sowie zwischen dem zweiten Kolbenteil 45 und der Kolbenstange 8 Dichtungsringe 48 vorgesehen sein. Diese optionalen Dichtungsringe 48 verhindern ein Eindringen des Hydraulikmittels in die Kontaktbereiche zwischen der Kolbenstange 8 und dem zweiten Kolbenteil 45 sowie zwischen dem zweiten Kolbenteil 45 und dem ersten Kolbenteil 44, um einen sicheren Sitz der Kolbenteile 44, 45 auf der Kolbenstange 8 zu gewährleisten. Weiter ist zwischen dem ersten Kolbenteil 44 und dem zweiten Kolbenteil 45 ein Führungsabschnitt 49 vorgesehen, der die Montage erleichtert und eine fehlerhafte Montage des ersten Kolbenteils 44 auf dem zweiten Kolbenteil 45 vermeidet. Entsprechende Führungsabschnitte 49 können auch bei einer Schraubverbindung 22 zwischen ersten Kolbenteil 44 und Kolbenstange 8 vorgesehen sein.

Die vergrößerte Schnittansicht des Verstellkolbens 9 in Fig. 7b zeigt weiter ein in der Schraubbundnut 27 angeordnetes Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement 50. Dabei wird dieses Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement 50 durch die Profilierung des Schraubbunds 26 in seiner radialen Lage fixiert. Das Druckdämpfungs- und/oder Dichtungselement 50 kann in die Schraubbundnut 27 eingeclipst werden oder als geteilte Dichtung gesteckt werden und reduziert im Betrieb des Verstellkolbens 9 im Zylinder 12 der Zylinder-Kolben-Einheit 10 den an der weiter innen liegenden Kolbendichtung 47 anliegenden Druck, so dass, wie in Fig. 7 gezeigt, nur eine einzelne Hochdruck-Kolbendichtung ausreichend ist, um den zweiseitig wirkenden Verstellkolben 9 gegenüber dem unteren

Druckraum 13 und dem oberen Druckraum 14 abzudichten.

Die Schnittansichten durch eine Schraubbundnut 27 in den Fign. 8a bis 8d zeigen verschiedenartige Profilformen für einen Schraubbund 26 zur Verwendung mit den in den Fign. 3 bis 7 gezeigten Ausführungsformen eines oberen Pleuelteils 3 für eine erfindungsgemäße längenverstellbare Pleuelstange 1. Dabei zeigt Fig. 8a einen Schraubbund 26 mit einem achteckigen Profil, bei dem die Flanken 52 zwischen den Kanten 51 eine gerade Form aufweisen. Demgegenüber weist das Profil des in Fig. 8b gezeigten Schraubbunds 26 sechs konvex geformte Zähne 53 sowie konkav geformte Flanken 52 zwischen den einzelnen Zähnen 53 auf. In den in Fig. 8a und 8b gezeigten Profilformen des Schraubbunds 26 ist die Tiefe der Schraubbundnut 27 zumindest im Bereich der Flanken 52 relativ groß, so dass sich bei diesen Ausführungsformen ein signifikanter Totraum im Bereich des Verstellkolbens 9 ergibt. Demgegenüber zeigt die Fig. 8c einen Schraubbund 26 mit einem geringen Totraum. Bei diesem als Zwölfeck ausgebildeten Schraubbund 26 mit geraden Flanken 52 zwischen den zwölf Kanten 51 ist die Tiefe der Schraubbundnut 27 über den gesamten Umfang des ersten Kolbenteils 44 relativ gering. Fig. 8d zeigt ein weiteres Profil für eine Schraubbundnut 27, das als Vielzahnkontur mit einer Vielzahl von Kanten 51 ausgestaltet ist, wobei die Kanten 51 asymmetrisch über den Umfang des ersten Kolbenteils 44 angeordnet sind. Dabei sind die zwischen den Kanten 51 mit relativ großem Abstand verlaufenden Flanken 52 konkav ausgeführt, während die Flanken 52 zwischen den Kanten 51 mit geringem Abstand gerade ausgebildet sind. Dies ermöglicht bei einem mäßigen Totraum am Verstellkolben 9 ein sehr gutes Eingreifen des Montagewerkzeugs in den Schraubbund 26.

Bezugszeichenliste

1 längenverstellbare Pleuelstange 2 unteres Pleuelteil

3 verstellbares Pleuelteil 4 Pleuelauge

5 Lagerschale

6 Pleuelkopf

7 Pleuelauge

8 Kolbenstange

9 Verstellkolben

10 Zylinder-Kolben-Einheit 11 Gehäuse

12 Zylinder

13 unterer Druckraum

14 oberer Druckraum

15 Zylinderdeckel

16 Stangendichtung

17 (obere) Kolbendichtung

18 (untere) Kolbendichtung

19 Sicherungsring

20 Zylinderboden

21 hydraulische Steuereinrichtung 22 Schraubverbindung

23 Pleuelschraube 24 Dichtungsnut 25 Kolbenmantelfläche

26 Schraubbund

27 Schraubbundnut

28 Führungsstift

29 Führungsbohrung

30 Gewinde

31 Gegengewinde

32 Hydraulikmittelleitung 33 Hydraulikmittelleitung 34 Rückschlagventil

35 Rückschlagventil

36 Ölversorgungskanal 37 3/2-Wegeventil

38 Drossel

39 Drossel

40 Anschlüsse

41 Steuerdruckleitung 42 Rückstellfeder

43 Abströmkanal

44 erstes Kolbenteil 45 zweites Kolbenteil 46 Distanzelement

47 Kolbendichtung

48 Dichtungsabschnitt 49 Führungsabschnitt 50 Dichtungselement 51 Kanten

52 Flanken

53 Zähne

A Längsachsenrichtung

AVL List GmbH, iwis motorsysteme GmbH & Co. KG

18

Claims

Ansprüche

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor, wobei die Pleuelstange (1) eine Vorrichtung zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange (1) mit einer in der Pleuelstange (1) angeordneten Zylinder-Kolben-Einheit (10) mit einem Zylinder (12) und einem in dem Zylinder (12) längsbeweglich angeordneten Verstellkolben (9) aufweist, wobei der Verstellkolben (9) mit einer Kolbenstange (8) verbunden ist, mindestens einen von der Kolbenstange (8) separat ausgebildeten Kolbenteil (44) aufweist, der an der Kolbenstange (8) befestigt ist und zumindest einen Teil einer Kolbenmantelfläche (25) des Verstellkolbens (9) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolbenteil (44) des Verstellkolbens (9) einen Schraubbund (26) aufweist, wobei der Schraubbund (26) an der Kolbenmantelfläche (25) des mindestens einen Kolbenteils (44) angeordnet ist und eine Schraubbundnut (27) ausbildet, die gegenüber der Kolbenmantelfläche (25) zurückversetzt ist und die Kolbenmantelfläche (25) des mindestens einen Kolbenteils

(44) in zwei Teile unterteilt.

2, Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubbund (26) eine nicht rotationssymmetrische Kontur aufweist, vorzugsweise als eine Vielzahnkontur mit einer Vielzahl von Zähnen (53) und/oder Kanten (51) zum Eingriff eines Montagewerkzeugs

ausgebildet ist.

3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubbund (26) als eine Vielzahnkontur ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Flanken (52) zwischen den Zähnen (53) und/oder

Kanten (51) der Vielzahnkontur zumindest teilweise eine konkave Form aufweisen.

4. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Schraubbundnut (27) kleiner als 5 % der gesamten Länge des Verstellkolbens (9) ist, vorzugsweise kleiner als 4% der

gesamten Länge des Verstellkolbens (9) ist.

5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schraubbundnut (27) ein Druckdämpfungs-

und/oder Dichtungselement (50) angeordnet ist.

6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolbenteil (44) ein Gewinde (30) aufweist, das auf ein Gegengewinde (31) aufgeschraubt ist, wobei das Gegengewinde (31) in einem zweiten Kolbenteil (45) oder an der Kolbenstange (8) ausgebildet ist.

7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kolbenteil (44) des längsbeweglich angeordneten Verstellkolbens (9) in dem Zylinder (12) mindestens einen Druckraum (13, 14) ausbildet, wobei der Schraubbund (26) auf einem dem Druckraum (13, 14) zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche (25) angeordnet ist und eine Hochdruck-Dichtungseinrichtung (17, 18, 47) auf einer dem Druckraum (13,

14) abgewandten Seite des Schraubbunds (26) vorgesehen ist.

8. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (9) weiter mindestens einen zweiten Kolbenteil (45) aufweist, wobei der zweite Kolbenteil (45) einen weiteren Teil der Kolbenmantelfläche (25) des Verstellkolbens (9) ausbildet.

9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hochdruck-Dichtungseinrichtung (17, 18) vorgesehen ist, wobei die Hochdruck-Dichtungseinrichtung (17, 18) zwischen dem ersten Kolbenteil (44) und dem zweiten Kolbenteil (45) des Verstellkolbens (9) angeordnet ist.

10. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hochdruck-Dichtungseinrichtungen (17, 18) vorgesehen sind, wobei eine erste Hochdruck-Dichtungseinrichtung (18) an dem ersten Kolbenteil (44) an einem dem zweiten Kolbenteil (45) zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche (25) angeordnet ist und eine zweite HochdruckDichtungseinrichtung (17) an dem zweiten Kolbenteil (45) an einem dem ersten

Kolbenteil (44) zugewandten Bereich der Kolbenmantelfläche (25) angeordnet ist.

11. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kolbenteil (44) und dem

zweiten Kolbenteil (45) zumindest ein Distanzelement (46) vorgesehen ist.

12. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit

(10) als ein zweiseitig wirkender Verstellkolben (9) ausgebildet ist, wobei der längsbeweglich angeordnete Verstellkolben (9) in dem Zylinder (12) einen ersten

Druckraum (13) und einen zweiten Druckraum (14) ausbildet und einseitig begrenzt.

13. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (1) zumindest zwei Pleuelteile (2, 3) aufweist, wobei der erste Pleuelteil (3) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und der zweite Pleuelteil (2) ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, und wobei der erste Pleuelteil (3) gegenüber dem zweiten Pleuelteil (2) in Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem

Kurbelwellenzapfen zu verstellen.

14. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pleuelteil (3) mit dem Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) verbunden ist, wobei vorzugsweise der erste Pleuelteil (3) über die Kolbenstange (8) mit dem Verstellkolben (9) verbunden ist, und der zweite Pleuelteil (2) den Zylinder (12) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) aufweist.

15. Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit zumindest einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.