DE102011002138A1 - Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einer derartigen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung - Google Patents

Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einer derartigen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Pleuelstangenvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, mit: einer Pleuelstange (3) mit einem Pleuelauge (5), welches zumindest abschnittsweise eine umfänglich variierende Pleuelaugen-Lagerbreite (a) mit einer sich entlang einem Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) umfänglich erstreckenden maximalen Pleuelaugen-Lagerbreite (amax) aufweist; und einer zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge (5) aufgenommenen und relativ zu diesem verstellbaren Exzentereinrichtung (10), welche eine der Pleuelaugen-Lagerbreite (a) zugeordnete, zumindest abschnittsweise umfänglich variierende Exzentereinrichtungs-Lagerbreite (b) mit einer sich entlang einem Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) umfänglich erstreckenden, maximalen Exzentereinrichtungs-Lagerbreite (bmax) aufweist; wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) den Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) überdeckt, und wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) größer vorgesehen ist als der Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung (1).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare Pleuelstangenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis und auf eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung.
  • Obwohl auf beliebige Fahrzeuge anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf ein Personenkraftfahrzeug näher erläutert.
  • Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, insbesondere einem Ottomotor, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweist, darf das Verdichtungsverhältnis allerdings nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein so genanntes ”Klopfen” der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein ”Klopfen” auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich der Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind verschiedene Systeme beschrieben. Beispielsweise kann zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses eine verstellbare Pleuelstangenvorrichtung vorgesehen sein. Eine effektive Pleuellänge einer solchen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung kann durch ein Verdrehen eines verstellbaren Pleuelauges eingestellt werden. Eine derartige verstellbare Pleuelvorrichtung wird auch als so genannte VCR-Pleueleinrichtung (Variable Compression Ratio) bezeichnet. Das Verstellen des Pleuelauge wird bei einer der Anmelderin betriebsbekannten Anordnung durch Einwirken von Massen- und Gaskräften der Brennkraftmaschinen initiiert, wobei die Drehbewegung durch mit Motoröl beaufschlagte Kolben, welche in der Pleuelstange angeordnet sind, unterstützt wird. Bauartbedingt erhöhen sich bei einer derartigen VCR-Pleuelvorrichtung die bewegten Massen durch die notwendigen Zusatzbauteile (Exzenter, Verstellkolben, etc.). Um die Gewichtszunahme in Grenzen zu halten kann die Lagerung des Kolbenbolzens trapezförmig gestaltet werden. D. h. sowohl das Pleuelauge als auch der Exzenter werden vorzugsweise mit einer identischen Trapezgeometrie versehen. Dies ist aber im Gegensatz zu einer konventionellen Pleuelstange ohne Verstellmöglichkeit nicht ohne weiteres möglich, da sich die Aufnahme des Kolbenbolzen (Exzenter) relativ zum Pleuel verdrehen kann. Hierdurch kann eine Übertragung der auf den Kolben wirkenden Kräfte bei einer entsprechenden Verstellung des Exzenters über die optimale Lagerbreite des Pleuelauges nicht gewährleistet werden. Eine Kantenbildung und somit eine mögliche lokale Überschreitung der zulässigen Flächenpressung kann im Bereich des Pleuelauges kann so nicht zuverlässig vermieden werden. Dies gilt es verständlicherweise zu vermelden.
  • Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte verstellbare Pleuelstangeneinrichtung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile beseitigt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine verstellbare Pleuelstangenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
  • Demgemäß ist eine verstellbare Pleuelstangenvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis vorgesehen, mit: einer Pleuelstange mit einem Pleuelauge, welches zumindest abschnittsweise eine umfänglich variierende Pleuelaugen-Lagerbreite mit einer sich entlang einem Pleuelaugen-Winkelabschnitt umfänglich erstreckenden maximalen Pleuelaugen-Lagerbreite aufweist; und einer zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge aufgenommenen und relativ zu diesem verstellbaren Exzentereinrichtung, welche eine der Pleuelaugen-Lagerbreite zugeordnete, zumindest abschnittsweise umfänglich variierende Exzentereinrichtungs-Lagerbreite mit einer sich entlang einem Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt umfänglich erstreckenden, maximalen Exzentereinrichtungs-Lagerbreite aufweist; wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt den Pleuelaugen-Winkelabschnitt überdeckt, und wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt größer vorgesehen ist als der Pleuelaugen-Winkelabschnitt.
  • Ferner ist eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung vorgesehen.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, an dem Pleuelauge und an der zumindest abschnittsweise in diesem aufgenommenen Exzentereinrichtung jeweils eine zumindest abschnittsweise umfänglich variierende Lagerbreite vorzusehen, wobei ein Winkelabschnitt der maximalen Lagerbreite der Exzentereinrichtung größer vorgesehen ist als ein Winkelabschnitt der maximalen Lagerbreite des Pleuelauges. Hierdurch kann im Bereich des Pleuelauges eine Gewichtsersparnis durch eine belastungsgerechte Optimierung der Lagerbreite erfolgen und gleichzeitig aufgrund der Überdeckung der maximalen Lagerbreiten des Pleuelauges und der Exzentereinrichtung eine von einem Kolben auf die Pleuelstange wirkende Kraft über die größtmögliche Lagerbreite übertragen werden. Dadurch, dass der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt größer vorgesehen als der Pleuelaugen-Winkelabschnitt, ist auch in Endpositionen der Exzentereinrichtung eine Überdeckung des Pleuelaugen-Winkelabschnittes durch den Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt gewährleistet.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Pleuelstangenvorrichtung ist der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt derart gewählt, dass dieser bei einem Verstellen der Exzentereinrichtung den Pleuelaugen-Winkelabschnitt stets vollständig überdeckt. Durch die stets vollständige Überdeckung der maximalen Lagerbreiten des Pleuelauges und der Exzentereinrichtung wird die Funktionssicherheit und die Verschleißbeständigkeit der Pleuelstangenvorrichtung gewährleistet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung entspricht der Pleuelaugen-Winkelabschnitt einem Wirkwinkelabschnitt einer maximalen Kolbenkraft, wodurch die kritische/dominierende Gaskraft des Kolbens über den gesamten Winkelabschnitt mittels der maximalen Lagerbreite auf die Pleuelstange übertragen wird. Dies erhöht die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der verstellbaren Pleuelvorrichtung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung sind die maximale Pleuelaugen-Lagerbreite und die maximale Exzentereinrichtungs-Lagerbreite gleich groß. Hierdurch wird eine unvorteilhafte Kantenbildung und damit eine mögliche Überschreitung der Flächenpressung im Bereich des Pleuelauges zuverlässig unterbunden, wodurch die Lebensdauer der verstellbaren Pleuelvorrichtung erhöht wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung weist ein dem Pleuelauge zugeordneter Endabschnitt der Pleuelstange zumindest abschnittsweise einen in etwa parallel zu einer Mittelachse des Pleuelauges orientierten trapezförmigen Querschnitt auf. Diese geometrische Kontur ist einfach zu fertigen, wobei vorteilhaft eine Materialeinsparung im Bereich des Pleuelauges möglich ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung verjüngt sich der trapezförmige Querschnitt der Pleuelstange zu einem Endabschnitt des Pleuelauges hin. Dies ermöglicht eine belastungsgerechte Gestaltung des Pleuelauges.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung weist die Exzentereinrichtung einen zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge aufgenommenen Exzenterkörper auf. Dies ermöglicht eine einfache Montage und Fertigung der Exzentereinrichtung. Hierdurch werden die Kosten zum Herstellen der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung vorteilhaft reduziert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung weist der Exzenterkörper zumindest abschnittsweise einen in etwa parallel zu einer Mittelachse des Exzenterkörpers orientierten trapezförmigen Querschnitt auf. Diese geometrische Kontur ist einfach zu fertigen, wobei vorteilhaft eine Materialeinsparung im Bereich des Exzenterkörpers möglich ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung ist der Pleuelaugen-Winkelabschnitt zwischen einem ersten Trapezansatzpunkt und einen zweiten Trapezansatzpunkt des Pleuelauges aufgespannt. Hierdurch verläuft der trapezförmige Querschnitt nicht bis in den Pleuelaugen-Winkelabschnitt hinein, wodurch die Tragfähigkeit des Pleuelauges stets gewährleistet bleibt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung ist der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt zwischen einem ersten Trapezansatzpunkt und einen zweiten Trapezansatzpunkt der Exzentereinrichtung aufgespannt. Hierdurch verläuft der trapezförmige Querschnitt nicht bis in den Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt hinein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert.
  • Von den Figuren zeigen:
  • 1 Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer verstellbaren Pleuelvorrichtung;
  • 2 eine Detailansicht der bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelvorrichtung gemäß 1;
  • 3 eine Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelvorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III nach 2;
  • 4 eine Schnittansicht einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelvorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III nach 2; und
  • 5 eine perspektivische Detailansicht der bevorzugten Ausführungsform der verstellbaren Pleuelvorrichtung gemäß 1.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Die 1 illustriert eine bevorzugte Ausführungsform einer verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt ein einstellbares Verdichtungsverhältnis auf. Die Pleuelstangenvorrichtung 1 ist insbesondere mit einem Kolben 2 der Brennkraftmaschine wirkverbunden. Der Kolben 2 ist bevorzugt in einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet und wird beispielsweise mit einer aus einem in dem Zylinder stattfindenden Verbrennungsprozess resultierenden Gaskraft F beaufschlagt. Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt eine Vielzahl Pleuelstangenvorrichtungen 1, Kolben 2 und Zylinder auf.
  • Die Pleuelstangenvorrichtung 1 weist vorzugsweise eine Pleuelstange 3 mit einem an einem ersten Endabschnitt 4 der Pleuelstange 3 angeordneten Pleuelauge 5 und einem an einem zweiten Endabschnitt 6 der Pleuelstange 3 angeordneten Hublagerauge 7 auf. Der erste Endabschnitt 4 ist vorzugsweise integral mit dem Pleuelauge 5 ausgebildet.
  • Der zweite Endabschnitt 6 ist vorzugsweise integral mit dem Hublagerauge 7 ausgebildet. Das Hublagerauge 7 weist insbesondere eine Mittelachse 8 auf. In dem Hublagerauge 7 ist vorzugsweise eine, insbesondere in zwei Lagerhalbschalen geteilte, Lagerschale 9 aufgenommen. Die Lagerschale 9 weist vorzugsweise eine hohlzylindrische Form auf. Mittels der Lagerschale 9 ist die Pleuelstange 3 an einem Pleuellagerzapfen einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelagert. Das Hublagerauge 7 ist zur Montage vorzugsweise geteilt ausgebildet. Das an dem ersten Endabschnitt 4 der Pleuelstange 3 vorgesehene Pleuelauge 5 weist vorzugsweise in etwa eine hohlzylindrische Geometrie mit einer Mittelachse 18 auf. Die Mittelachse 18 ist vorzugsweise parallel zu der Mittelachse 8 des Hublagerauges 7 orientiert und beabstandet von dieser angeordnet.
  • Zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge 5 aufgenommen und relativ zu diesem verstellbar ausgebildet ist eine Exzentereinrichtung 10 der Pleuelstangenvorrichtung 1. Die Exzentereinrichtung 10 weist vorzugsweise einen in etwa zylinderförmig ausgebildeten zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge 5 aufgenommenen Exzenterkörper 11 und einen mit diesem vorzugsweise drehfest wirkverbundenen Verstellkörper 12 auf. Der Exzenterkörper 11 weist eine Mittelachse auf, welche mit der Mittelachse 18 des Pleuelauges 5 identisch ist. Der Verstellkörper 12 weist in etwa eine Dreiecksform auf, wobei jeweils an einem endseitigen Anlenkabschnitt 13, 14 des Verstellkörpers 12 eine Exzenterstange 15, 16 montiert ist. Die Exzenterstangen 15, 16 sind vorzugsweise mit nicht dargestellten Arbeitskolben, insbesondere hydraulischen Arbeitskolben, der Pleuelstangenvorrichtung 1 wirkverbunden. Die Arbeitskolben sind bevorzugt bezüglich einer Mittelebene 17 der Pleuelstange 3 symmetrisch angeordnet und insbesondere in die Pleuelstange 3 integriert. Die Mittelebene 17 verläuft bevorzugt durch die Mittelachse 8 des Hublagerauges 7 und durch die Mittelachse 18 des Pleuelauges 5.
  • Der Exzenterkörper 11 weist vorzugsweise eine in etwa zylindrische Außenfläche 19 auf, welche mit einer in etwa zylindrischen Innenfläche 20 des Pleuelauges 5 in gleitender Wirkverbindung steht. Die Außenfläche 19 ist vorzugsweise als Lagerfläche 19 des Exzenterkörpers 11 und die Innenfläche 20 ist vorzugsweise als Lagerfläche des Pleuelauges 5 ausgebildet. Der Exzenterkörper 11 ist mittels des Verstellkörpers 12 um die Mittelachse 18 in dem Pleuelauge 5 verschwenkbar. Der Exzenterkörper 11 weist vorzugsweise eine exzentrisch zu seiner Mittelachse 18 angeordnete Kolbenbohrung 21 mit einer Mittelachse 22 auf. Ein Abstand zwischen der Mittelachse 22 der Kolbenbolzenbohrung 21 und der Mittelachse 8 des Hublagerauges 7 wird als effektive Pleuellänge leff bezeichnet. Die Mittelachsen 8, 18, 22 verlaufen bevorzugt beabstandet voneinander und parallel zueinander. In der Kolbenbolzenbohrung 21 ist insbesondere ein Kolbenbolzen 23 aufgenommen, welcher den Kolben 2 mittels des Exzenterkörpers 11 der Exzentereinrichtung 10 mit der Pleuelstange 3 wirkverbindet.
  • Mittels eines Verstellens der Exzentereinrichtung 10 kann die effektive Pleuellänge leff der verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung 1 verstellt werden. Ein Verdrehen der Exzentereinrichtung 10 wird durch ein Einwirken von Massen- und Gaskräften der Brennkraftmaschine initiiert. Die Gaskraft F ist dabei bei konventionellen verstellbaren Pleuelstangenvorrichtungen dominierend. Während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzentereinrichtung 10 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Eine Verstellbewegung der Exzentereinrichtung 10 wird durch die mit Hydraulikfluid, insbesondere Motoröl, beaufschlagten in der Pleuelstange 3 vorzugsweise integrierten Arbeitskolben unterstützt, bzw. verhindern diese ein Rückstellen der Exzentereinrichtung 10 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen. Beispielsweise wird bei einem Verdrehen der Exzentereinrichtung 10 in Richtung des Pfeils 24 die effektive Pleuellänge leff vergrößert.
  • Die Pleuelstange 3 ist, wie in der Detailansicht der 2 und in den Querschnittsansichten gemäß der 3 und 4, illustriert, vorzugsweise als sogenannte Trapez-Pleuelstange 3 ausgebildet. Die 3 illustriert dabei ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Trapezpleuelstange 3 und die 4 illustriert ein ebenso bevorzugtes, zweites Ausführungsbeispiel der Trapezpleuelstange 3. Insbesondere ist der erste Endabschnitt 4 der Pleuelstange 3 im Bereich des Pleuelauges 5 trapezförmig in Richtung des Kolbens 2 verjüngt. Vorzugsweise ist die. Pleuelstange 3 bezüglich einer Mittelebene 25 symmetrisch aufgebaut. Die Mittelebene 25 verläuft bevorzugt senkrecht zu der Mittelebene 17. Die Pleuelstange 3 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 vorzugsweise zwei symmetrisch bezüglich der Mittelebene 25 angeordnete Schrägen 26, 27 auf, welche jeweils von einem Trapezansatzpunkt 28, 29 in Richtung eines dem Kolben 2 zugeordneten oberen Endabschnittes 30 des Pleuelauges 5 aufeinander zu verlaufen. Als Trapezansatzpunkte 28, 29 sind insbesondere Schnittpunkte 28, 29 von horizontal verlaufenden Trapezansatzlinien 31, 32 mit der Innenfläche 20 des Pleuelauges 5 definiert. Die Trapezansatzlinien 31, 32 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Mittellinien 18, 22. Das heißt, das Pleuelauge 5 verjüngt sich in Richtung des oberen Endabschnittes 30. Die Schrägen 26, 27 können abweichend von der dargestellten Ausführungsform mit linearen Schrägen 26, 27 konkav, konvex, gekrümmt oder mit beliebiger Geometrie ausgebildet sein. Das Pleuelauge 5 weist vorzugsweise eine umfänglich variierende Pleuelaugen-Lagerbreite a mit einer dem oberen Endabschnitt 30 zugeordneten minimalen Pleuelaugen-Lagerbreite amin und einer einem unteren Endabschnitt 40 der Pleuelauges 5 zugeordneten maximalen Pleuelaugen-Lagerbreite amax auf. Die variierende Pleuelaugen-Lagerbreite a ist insbesondere auf einer Breite c von dem mit dem Exzenterkörper 11 drehfest verbundenen Verstellkörper 12 unterbrochen. Der Verstellkörper 12 ist vorzugsweise zumindest teilweise in einer Nut 35 der Pleuelstange 3 aufgenommen. Ausgehend von dem unteren Endabschnitt 40 bis zu dem Trapezansatzpunkten 28, 29 in einer z-Richtung verlaufend weist das Pleuelauge 5 vorzugsweise die maximale Lagerbreite amax auf. Die Trapezansatzpunkte 28, 29 schließen vorzugsweise mit der Mittelachse 18 des Pleuelauges 5 in einer, in 2 illustrierten, Neutralstellung der Exzentereinrichtung 10, in der die Mittelachse 22 horizontal auf einer Linie mit der Mittelachse 18 angeordnet ist, einen Pleuelaugen-Winkelabschnitt α ein. Der Pleuelaugen-Winkelabschnitt α entspricht vorzugsweise einem Wirkwinkelabschnitt α einer maximalen durch die Gaskraft F verursachten Kolbenkraft. Die Lage der Trapezansatzpunkte 28, 29 wird idealerweise belastungsorientiert entsprechend dem Wirkwinkel α der maximalen Kolbenkraft festgelegt. Das Pleuelauge 5 weist also in dem Pleuelaugen-Winkelabschnitt α vorzugsweise durchgängig die maximale Pleuelaugen-Lagerbreite amax auf.
  • Die in dem Pleuelauge 5 zumindest abschnittsweise aufgenommene Exzentereinrichtung 10 bzw. der Exzenterkörper 11 weist vorzugsweise eine der Pleuelaugen-Lagerbreite a des Pleuelauges 5 zugeordnete umfängliche variierende Exzentereinrichtungs-Lagerbreite b auf. Die Exzentereinrichtungs-Lagerbreite b kann zumindest abschnittsweise mit der Pleuelaugen-Lagerbreite a übereinstimmen. Der Exzenterkörper 11 weist vorzugsweise analog zu der Pleuelstange 3 symmetrisch bezüglich der Mittelebene 25 angeordnete Schrägen 33, 34 auf. Der Verlauf der Schrägen 33, 34 ist beliebig. Der Exzenterkörper 11 weist vorzugsweise eine dem unteren Endabschnitt 40 des Pleuelauges 5 zugeordnete maximale Exzentereinrichtungs-Lagerbreite bmax und eine dem Endabschnitt 30 des Pleuelauges 5 zugeordnete minimale Gegenlagerbreite bmin auf. Vorzugsweise entspricht die maximale Pleuelaugen-Lagerbreite amax der maximalen Exzentereinrichtungs-Lagerbreite bmax. Die minimale Pleuelaugen-Lagerbreite amin kann der minimalen Exzentereinrichtungs-Lagerbreite bmin entsprechen. Vorzugsweise weist der Exzenterkörper 11 einen ersten Trapezansatzpunkt 36 und einen zweiten Trapezansatzpunkt 37 auf, zwischen welchen insbesondere mit der Mittelachse 18 ein Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β aufgespannt wird. Als Trapezansatzpunkte 36, 37 des Exzenterkörpers 11 sind insbesondere Schnittpunkte 36, 37 von horizontal verlaufenden Trapezansatzlinien 38, 39 mit der Außenfläche 19 des Exzenterkörpers 11 definiert. Die Trapezansatzlinien 38, 39 verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Mittelachsen 18, 22. Der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β weist beispielsweise einen Wert von 180° auf. Der Exzenterkörper 11 weist in dem Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β vorzugsweise durchgehend die maximale Exzentereinrichtungs-Lagerbreite bmax auf. Die Trapezansatzpunkte 36, 37 des Exzenterkörpers 11 sind in z-Richtung vorzugsweise über den Trapezansatzpunkten 28, 29 der Pleuelstange 3 bzw. des Pleuelauges 5 angeordnet Beispielsweise überdeckt der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β den Pleuelaugen-Winkelabschnitt α zumindest bei einem Verstellen der Exzentereinrichtung 10 über einen Verstellbereich derselben, wobei der Verstellbereich der Exzentereinrichtung 10 insbesondere dem Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β entspricht Vorzugsweise ist der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt β derart gewählt, dass dieser bei einem Verstellen der Exzentereinrichtung 10 bis in Endlagen einer maximalen effektiven Pleuellänge leff_max oder einer minimalen effektiven Pleuellänge leff_min den Pleuelaugen-Winkelabschnitt α stets vollständig überdeckt. Insbesondere ist der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) größer vorgesehen als der Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α). Unter vollständigem Überdecken ist beispielsweise auch eine Stellung des Exzenterkörpers 11 zu verstehen, bei der sich beispielsweise die Trapezansatzpunkte 28, 36 annähernd decken, d. h. in etwa eine gleiche z-Position aufweisen, oder bei der beispielsweise der Trapezansatzpunkt 36 in z-Richtung gesehen geringfügig unter dem Trapezansatzpunkt 28 angeordnet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass im Bereich maximaler Last für den gesamten Verstellbereich der Pleuelvorrichtung 1 ausreichend Überdeckung zwischen der Exzentereinrichtung 10 und dem Pleuelauge 5 vorhanden ist.
  • Bei der alternativen Ausführungsform der Pleuelstange 3 gemäß der 4 verlaufen die Schrägen 26, 27 vorzugsweise nicht symmetrisch zu der Mittelebene 25. Vorzugsweise weist der Exzenterkörper 11 einen umlaufenden Flansch 41 auf, an dem der Verstellkörper 12 anliegt. Die Pleuelstange 3 ist vorzugsweise zur Aufnahme des Flansches 41 ausgebildet. Beispielsweise können der Flansch 41 und der Verstellkörper 12 jeweils eine Verzahnung aufweisen, die ein Übertragen eines Verstellmomentes von dem Verstellkörper 12 auf den Exzenterkörper 11 ermöglicht. Vorzugsweise ist die Schräge 26 einer in 4 links dargestellten linken Pleuelseite und die Schräge 27 einer in 4 rechts dargestellten rechten Pleuelseite zugeordnet. Der Schräge 26 ist ein linker Trapezansatzpunkt 29' und der Schräge 27 ist ein rechter Trapezansatzpunkt 29 zugeordnet. Die Lage der Trapezansatzpunkte 29, 29 kann aufgrund der Ausgestaltung des Exzenterkörpers 11 mit dem Flansch 41 bezüglich der z-Richtung unterschiedlich ausgebildet sein.
  • Die Exzentereinrichtung 11 weist bevorzugt analog der Pleuelstange 3 eine linke Schräge 33 und eine rechte Schräge 34 auf, welche insbesondere unsymmetrisch zu der Mittelebene 25 ausgebildet sind. Der linken Schräge 33 ist ein linker Trapezansatzpunkt 36' und der rechten Schräge 34 ist ein rechter Trapezansatzpunkt 36 zugeordnet. Die Trapezansatzpunkte 36, 36' sind vorzugsweise unterschiedlich bezüglich der z-Richtung positioniert. Die gestufte Ausführung des Exzenterkörper 11 ist insbesondere vorteilhaft bei der Montage der Pleuelstangenvorrichtung 1. Bei identischen Werten der Winkel α und β für die linke bzw. rechte Pleuelseite ergeben sich in z-Richtung insbesondere unterschiedliche Trapezansatzpunkte 29, 29', 36, 36' für die linke und rechte Pleuelseite. Bei der Wahl identischer Trapezansatzpunkte, d. h. die Position bzgl. Der z-Richtung des Trapezansatzpunktes 36' ist gleich der des Trapezansatzpunktes 36 bzw. die des Trapezansatzpunktes 29' ist gleich der des Trapezansatzpunktes 29 ergeben sich leichte Unterschiede in den Winkeln α, β in Bezug auf die linke und rechte Pleuelseite.
  • Beispielsweise illustriert 5 die Exzentereinrichtung 10 in einer Endposition der minimalen effektiven Pleuellänge leff_min. Die Trapezansatzpunkte 29, 37 weisen in dieser Endposition insbesondere eine gleiche Höhe in z-Richtung auf. Zur Übertragung der maximalen Kolbenkraft auf die Pleuelstange 3 steht mit der beschriebenen Pleuelstangeneinrichtung 1 stets die maximale Lagerbreite amax bzw. bmax zur Verfügung. Ein Tragbild der Exzentereinrichtung 10 im kritischen Pressungsbereich kann so nie in das Pleuelauge 5 wandern. Eine Kantenbildung, wie sie bei konventioneller Trapezausführung mit identischen Ansatzpunkten des Pleuelauges 5 und der Exzentereinrichtung 10 möglich wäre, kann so sicher vermieden werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Pleuelstangenvorrichtung
    2
    Kolben
    3
    Pleuelstange
    4
    Endabschnitt
    5
    Pleuelauge
    6
    Endabschnitt
    7
    Hublagerauge
    8
    Mittelachse
    9
    Lagerschale
    10
    Exzentereinrichtung
    11
    Exzenterkörper
    12
    Verstellkörper
    13
    Anlenkabschnitt
    14
    Anlenkabschnitt
    15
    Exzenterstange
    16
    Exzenterstange
    17
    Mittelebene
    18
    Mittelachse
    19
    Außenfläche
    20
    Innenfläche
    21
    Kolbenbolzenbohrung
    22
    Mittelachse
    23
    Kolbenbolzen
    24
    Pfeil
    25
    Mittelebene
    26
    Schräge
    27
    Schräge
    28
    Trapezansatzpunkt
    29
    Trapezansatzpunkt
    30
    Endabschnitt
    31
    Trapezansatzlinie
    32
    Trapezansatzlinie
    33
    Schräge
    34
    Schräge
    35
    Nut
    36
    Trapezansatzpunkt
    37
    Trapezansatzpunkt
    38
    Trapezansatzlinie
    39
    Trapezansatzlinie
    40
    Endabschnitt
    41
    Flansch
    a
    Lagerbreite
    b
    Lagerbreite
    c
    Breite
    F
    Gaskraft
    leff
    Effektive Pleuellänge
    max
    Maximaler Wert einer Größe
    min
    Minimaler Wert einer Größe
    α
    Pleuelaugen-Winkelabschnitt
    β
    Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt

Claims (11)

  1. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, mit: einer Pleuelstange (3) mit einem Pleuelauge (5), welches zumindest abschnittsweise eine umfänglich variierende Pleuelaugen-Lagerbreite (a) mit einer sich entlang einem Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) umfänglich erstreckenden maximalen Pleuelaugen-Lagerbreite (amax) aufweist; und einer zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge (5) aufgenommenen und relativ zu diesem verstellbaren Exzentereinrichtung (10), welche eine der Pleuelaugen-Lagerbreite (a) zugeordnete, zumindest abschnittsweise umfänglich variierende Exzentereinrichtungs-Lagerbreite (b) mit einer sich entlang einem Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) umfänglich erstreckenden, maximalen Exzentereinrichtungs-Lagerbreite (bmax) aufweist; wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) den Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) überdeckt, und wobei der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) größer vorgesehen ist als der Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α).
  2. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) derart gewählt ist, dass dieser bei einem Verstellen der Exzentereinrichtung (10) den Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) stets vollständig überdeckt.
  3. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) einem Wirkwinkelabschnitt (α) einer maximalen Kolbenkraft entspricht.
  4. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Pleuelaugen-Lagerbreite (amax) und die maximale Exzentereinrichtungs-Lagerbreite (bmax) gleich groß sind.
  5. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Pleuelauge (5) zugeordneter Endabschnitt (4) der Pleuelstange (3) zumindest abschnittsweise einen in etwa parallel zu einer Mittelachse (18) des Pleuelauges (5) orientierten trapezförmigen Querschnitt aufweist.
  6. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der trapezförmige Querschnitt der Pleuelstange (3) sich zu einem Endabschnitt (30) des Pleuelauges (5) hin verjüngt.
  7. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentereinrichtung (10) einen zumindest abschnittsweise in dem Pleuelauge (5) aufgenommenen Exzenterkörper (11) aufweist.
  8. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterkörper (11) zumindest abschnittsweise einen in etwa parallel zu einer Mittelachse (18) des Exzenterkörpers (11) orientierten trapezförmigen Querschnitt aufweist.
  9. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelaugen-Winkelabschnitt (α) zwischen einem ersten Trapezansatzpunkt (28) und einen zweiten Trapezansatzpunkt (29) des Pleuelauges (5) aufgespannt ist.
  10. Verstellbare Pleuelstangenvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzentereinrichtungs-Winkelabschnitt (β) zwischen einem ersten Trapezansatzpunkt (36) und einen zweiten Trapezansatzpunkt (37) der Exzentereinrichtung (10) aufgespannt ist.
  11. Brennkraftmaschine mit einer verstellbaren Pleuelstangenvorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
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