-
Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleuel, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist und der Anlenkpleuel ein mit dem Koppelglied zusammenwirkendes erstes Pleuelauge, ein mit der Exzenterwelle zusammenwirkendes zweites Pleuelauge und eine das erste Pleuelauge mit dem zweiten Pleuelauge verbindende Pleuelstange aufweist.
-
Der Mehrgelenkskurbeltrieb der eingangs genannten Art ist aus dem Stand der Technik bekannt. Er ist üblicherweise Bestandteil der Brennkraftmaschine, kann jedoch auch in anderen Bereichen Anwendung finden. Der Mehrgelenkskurbeltrieb umfasst die Exzenterwelle, deren Drehwinkel mittels einer Stelleinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, verstellt werden kann. Alternativ kann die Exzenterwelle auch mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden und auf diese Weise von ihr antreibbar sein. Der Mehrgelenkskurbeltrieb verfügt über eine der Anzahl der Kolben der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Koppelgliedern, die jeweils drehbar auf dem entsprechenden Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert sind und zwei nach entgegengesetzten Seiten über die Kurbelwelle überstehende, an ihrem Ende jeweils mit einem Schwenkgelenk versehene Arme aufweisen. Eines der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem Kolbenpleuel, der einen der Kolben der Brennkraftmaschine über das Koppelglied mit der Kurbelwelle verbindet. Ein anderes der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem sogenannten Anlenkpleuel, welcher mit seinem anderen Ende drehbar auf dem Hubzapfen der Exzenterwelle gelagert ist. Der Anlenkpleuel verfügt zu diesem Zweck über die beiden Pleuelaugen. Das erste Pleuelauge ist Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches der Anlenkpleuel mit dem Koppelglied zusammenwirkt. Das erste Pleuelauge umgreift dabei beispielsweise einen an dem Koppelglied gehaltenen Koppelstift beziehungsweise Lagerbolzen. Das zweite Pleuelauge ist analog dazu Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches der Anlenkpleuel mit der Exzenterwelle verbunden ist. Insbesondere umgreift das zweite Pleuelauge den Hubzapfen der Exzenterwelle wenigstens bereichsweise.
-
Mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs kann das in dem dem Kolben jeweils zugeordneten Zylinder erreichte Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder dem Arbeitstakt. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wird die Exzenterwelle in eine bestimmte, dem gewünschten Verdichtungsverhältnis entsprechende Drehwinkelstellung gebracht oder die Phasenlage zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle auf einen bestimmten Wert eingestellt. Um einen zuverlässigen Betrieb des Mehrgelenkskurbeltriebs zu gewährleisten, müssen die Pleuelaugen mit Schmiermittel versorgt werden. Mit diesem werden die Pleuelaugen sowohl geschmiert als auch gekühlt. Um die Schmiermittelversorgung sicherzustellen ist es beispielsweise bekannt, eine die Pleuelstange von dem ersten Pleuelauge bis zu dem zweiten Pleuelauge durchgreifende Schmiermittelbohrung vorzusehen und lediglich entweder einem der Pleuelaugen Schmiermittel zuzuführen. Das jeweils andere Pleuelauge wird über die Schmiermittelbohrung mit Schmiermittel versorgt. Das Herstellen der Schmiermittelbohrung ist jedoch zum einen sehr aufwendig und beeinträchtigt zum anderen die Festigkeit des Anlenkpleuels negativ. Speziell der Austritt der Schmiermittelbohrung in einem auf Zug beanspruchten Pleuelauge führt zu hohen Spannungen und niedrigen Sicherheitsfaktoren. Nur durch eine masseintensive Versteifung der Pleuelaugen kann eine ausreichende Festigkeit hergestellt werden.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Mehrgelenkskurbeltrieb vorzustellen, welcher den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern sowohl eine ausreichende Schmiermittelversorgung beider Pleuelaugen des Anlenkpleuels sicherstellt als auch eine einfache Herstellung ermöglicht.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Anlenkpleuel zur Schmiermittelversorgung eines in den Pleuelaugen vorgesehenen Pleuellagers wenigstens eine an der Pleuelstange angeordnete Schmiermittelfangrinne aufweist, die in das Pleuellager einmündet. Nachfolgend wird rein beispielhaft auf eine Schmiermittelversorgung des ersten Pleuelauges eingegangen. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch stets auch eine Schmiermittelversorgung des zweiten Pleuelauges auf die beschriebene Art und Weise hergestellt sein. In dem ersten Pleuelauge liegt auf bekannte Art und Weise das Pleuellager vor, welches das eingangs genannte Schwenkgelenk mit ausbildet. Um dem tribologischen System in dem ersten Pleuelauge eine ausreichende Menge des Schmiermittels zuzuführen, liegt an der Pleuelstange die Schmiermittelfangrinne vor, welche dem Auffangen von Schmiermittel dient, das beispielsweise in Form von Schmiermitteltropfen vorliegt. Das mit der Schmiermittelfangrinne aufgefangene Schmiermittel kann beispielsweise Schmiermittel sein, welches von der Kurbelwelle oder anderen benachbarten Elementen abtropft beziehungsweise abgeschleudert wird. Die Schmiermittelfangrinne erstreckt sich vorzugsweise in Längsrichtung entlang der Pleuelstange und mündet in das Pleuellager ein. Auf diese Weise kann das Schmiermittel, welches mit der Schmiermittelfangrinne aufgefangen wird, dem Pleuellager beziehungsweise dem ersten Pleuelauge zugeführt werden.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die Schmiermittelfangrinne entlang der Pleuelstange von einem Verbindungsbereich zwischen dem zweiten Pleuelauge und der Pleuelstange bis zu dem ersten Pleuelauge erstreckt. In dem Verbindungsbereich geht das zweite Pleuelauge in die Pleuelstange über. Durch die Erstreckung der Schmiermittelfangrinne von dem Verbindungsbereich bis hin zu dem ersten Pleuelauge und damit über die gesamte oder zumindest nahezu die gesamte Länge der Pleuelstange, wird die mithilfe der Schmiermittelfangrinne auffangbare Menge des Schmiermittels maximiert. Entsprechend wird eine ausreichende Schmiermittelversorgung des ersten Pleuelauges sichergestellt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schmiermittelfangrinne und das erste Pleuelauge in seitlicher Richtung über einen Grundkörper der Pleuelstange überstehen. Unter der seitlichen Richtung ist dabei eine Richtung zu verstehen, welche senkrecht auf einer Längserstreckung der Pleuelstange steht. Insbesondere verläuft die seitliche Richtung in Richtung einer Drehachse der Exzenterwelle beziehungsweise parallel zu dieser. Die Pleuelstange besteht nun aus dem Grundkörper, an welchem die Schmiermittelfangrinne befestigt ist. Um das Gewicht des Anlenkpleuels so gering wie möglich zu halten, ist der Grundkörper in seitlicher Richtung vergleichsweise schmal. Um dennoch eine zuverlässige und stabile Lagerung des Anlenkpleuels an dem Koppelglied zu ermöglichen, erstreckt sich das erste Pleuelauge in seitlicher Richtung über den Grundkörper hinaus. Auf diese Weise wird ein Verkippen des Anlenkpleuels bezüglich des Koppelglieds verhindert. Entsprechendes gilt üblicherweise für das zweite Pleuelauge und seine Lagerung auf der Exzenterwelle. Zusätzlich liegt seitlich an dem Grundkörper die Schmiermittelfangrinne vor, überragt ihn in dieser Richtung also ebenfalls.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Pleuelauge einen Durchbruch aufweist, durch welchen die Schmiermittelfangrinne in das Pleuellager einmündet. Der Durchbruch liegt dabei bevorzugt in dem Bereich vor, in welchem das erste Pleuelauge in seitlicher Richtung über den Grundkörper der Pleuelstange übersteht. Insbesondere durchgreift es den dadurch geschaffenen Überstand wenigstens bereichsweise. Es ist also nicht notwendig, eine randgeschlossene Durchtrittsöffnung für das Schmiermittel im Sinne der Schmiermittelbohrung vorzusehen. Vielmehr ist es ausreichend, dass der Durchbruch vorliegt, durch welchen das Schmiermittel von der Schmiermittelfangrinne in das Pleuellager eingeleitet werden kann.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schmiermittelfangrinne der Kurbelwelle zugewandt ist. Die Schmiermittelfangrinne verfügt über eine sich entlang ihrer größten Erstreckung vorliegende Schmiermittelfangöffnung, durch welche Schmiermittel in die Schmiermittelfangrinne eintreten kann. Zur Ausbildung der Schmiermittelfangöffnung ist die Schmiermittelfangrinne randoffen in der Form eines Kanals ausgebildet. Die Schmiermittelfangöffnung liegt entlang der gesamten Längserstreckung der Schmiermittelfangrinne vor, während an einem ihrer Enden der Durchbruch in das Pleuellager ausgebildet ist. Die Schmiermittelfangrinne beziehungsweise die Schmiermittelfangöffnung ist nun der Kurbelwelle zugewandt, sodass von dieser abgeschleudertes Schmiermittel in die Schmiermittelfangrinne gelangen und nachfolgend dem Pleuellager zugeführt werden kann. Die Schmiermittelfangrinne ist beispielsweise derart ausgerichtet, dass das Schmiermittel durch Fliehkraft in das erste Pleuelauge gelangen kann, welches üblicherweise oberhalb der Schmiermittelfangrinne liegt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass beidseitig des Grundkörpers jeweils eine Schmiermittelfangrinne vorgesehen ist. Um die Menge des dem ersten Pleuelauges zugeführten Schmiermittels zu vergrößern, kann entweder die Breite der Schmiermittelfangrinne vergrößert werden oder, zusätzlich oder alternativ, eine weitere Schmiermittelfangrinne vorgesehen werden. In letzterem Fall liegt somit eine Schmiermittelfangrinne auf der einen Seite des Grundkörpers und eine weitere Schmiermittelfangrinne auf der gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers – betrachtet in seitlicher Richtung – vor. Entsprechend weist das erste Pleuelauge mehrere Durchbrüche auf, wobei jeder Schmiermittelfangrinne zumindest einer der Durchbrüche zugeordnet ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 einen Bereich eines Mehrgelenkkurbeltriebs in einer Brennkraftmaschine, wobei ein Anlenkpleuel dargestellt ist, welchem von der Kurbelwelle Schmiermittel zugeführt wird,
-
2 der Anlenkpleuel mit zwei beidseitig des Grundkörpers angeordneten Schmiermittelfangrinnen,
-
3 der Anlenkpleuel in einer zweiten Ansicht,
-
4 der Anlenkpleuel in einer dritten Ansicht, und
-
5 eine Detailansicht eines ersten Pleuelauges des Anlenkpleuels.
-
Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, welche beispielsweise als Reihenbrennkraftmaschine, genauer gesagt als Viertakt-Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine, vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Kurbelwelle 2, welche hier lediglich angedeutet ist. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine 1 mehrere Kolben 3 auf, von welchen ebenfalls lediglich einer angedeutet ist. Der Kolben 3 ist in einem hier nicht dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 beweglich gelagert. Der Kolben 3 ist durch einen Kolbenpleuel 4 mit der Kurbelwelle 2 verbunden. Die Kurbelwelle 2 ist in hier nicht dargestellten Wellenlagern eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert. Sie weist Hubzapfen auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu einer Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 versetzt sind. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 6, die bevorzugt eine zur Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 7 aufweist. Die Exzenterwelle 6 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas unterhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 umfasst ein Mehrgelenkskurbeltrieb 8 der Brennkraftmaschine ein Koppelglied 9, das auf einem der Hubzapfen der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Das Koppelglied 9 weist einen Hubarm 10 auf, der über ein Schwenkgelenk 11 schwenkbar mit einem unteren Ende des Kolbenpleuels 4 verbunden ist. Ein oberes Ende des Kolbenpleuels 4 ist über ein weiteres, hier nicht dargestelltes Schwenkgelenk am zugehörigen Kolben 3 angelenkt. Insgesamt ist also jeder der Kolben 3 der Brennkraftmaschine 1 durch den jeweiligen Kolbenpleuel 4 und das jeweilige Koppelglied 9 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.
-
Der Mehrgelenkskurbeltrieb 8 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 und der Koppelglieder 9 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 12, von welchen hier lediglich einer dargestellt ist. Der Anlenkpleuel 12 ist – in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 6 gesehen – in etwa derselben Ebene wie der dazugehörige Kolbenpleuel 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet. Der Anlenkpleuel 12 umfasst eine Pleuelstange 13 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 13 angeordnete Pleuelaugen 14 und 15, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern. Das erste Pleuelauge 14 am oberen Ende der Pleuelstange 13 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 18 zwischen dem Anlenkpleuel 12 und einem Koppelarm 19 des Koppelglieds 9, der auf dem zum Hubarm 10 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Das erste Pleuelauge 14 umfasst ein Pleuellager 17, mittels welchem es beispielsweise an einem Lagerbolzen beziehungsweise Koppelstift des Koppelglieds 9 gelagert ist. Das zweite Pleuelauge 15 des Anlenkpleuels 12 am unteren Ende der Pleuelstange 13 umgibt einen in Bezug zur Drehachse 7 der Exzenterwelle 6 exzentrischen Hubzapfen 16 der Exzenterwelle 6.
-
Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann durch die zuvor beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 2 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 8 ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine gewählt beziehungsweise eingestellt oder das Verdichtungsverhältnis variiert werden.
-
Um eine zuverlässige Schmiermittelversorgung des Pleuellagers 17 des Pleuelauges 14 zu erreichen, soll mithilfe einer hier nicht erkennbaren Schmiermittelfangrinne 20 von der Kurbelwelle 2 in Richtung der Pfeile 21 abgeschleudertes Schmiermittel aufgefangen werden.
-
Dies ist in der 2 zu erkennen, welche eine der Kurbelwelle 2 zugewandte Seite des Anlenkpleuels 12 zeigt. Es wird deutlich, dass der Anlenkpleuel 12 aus einem Grundkörper 22 besteht, der die beiden Pleuelaugen 14 und 15 miteinander verbindet. Der Grundkörper 22 weist dabei eine Erstreckung in seitlicher Richtung auf (also in Richtung der Drehachse 7), welche deutlich geringer ist als die der Pleuelaugen 14 und 15. An dem Grundkörper 22 sind zwei Schmiermittelfangrinnen 20 vorgesehen. Diese erstrecken sich von einem hier nicht erkennbaren Verbindungsbereich 23 zwischen dem Pleuelauge 15 und der Pleuelstange 13 bis hin zu dem Pleuelauge 14. Wie bereits vorstehend ausgeführt, weisen die Pleuelaugen 14 und 15 in seitlicher Richtung eine größere Erstreckung auf als der Grundkörper 22, sodass ein Überhang vorliegt. An diesem Überhang ist nun beidseitig des Grundkörpers 22 für jede Schmiermittelfangrinne 20 ein Durchbruch 24 ausgebildet, durch welchen die jeweilige Schmiermittelfangrinne 20 in das Pleuellager 17 einmündet. Entsprechend kann in den Schmiermittelfangrinnen 20 vorliegendes Schmiermittel in Richtung der Pfeile 25 durch die Durchbrüche 24 in das Pleuellager 17 hineingelangen.
-
Die 3 zeigt eine Ansicht des Anlenkpleuels 12 aus Richtung der Kurbelwelle 2. Hier ist nun der Verbindungsbereich 23 zu erkennen, über welchen das Pleuelauge 15 mit der Pleuelstange 13 verbunden ist. Deutlich wird auch, dass sich der Grundkörper 22 der Pleuelstange 13 über deren gesamte Länge von dem ersten Pleuelauge 14 zu dem zweiten Pleuelauge 15 erstreckt. Die Schmiermittelfangrinnen 20 verlaufen von dem Verbindungsbereich 23 bis hin zu dem ersten Pleuelauge 14. Auch die Durchbrüche 24, über welche die Schmiermittelfangrinnen 20 in Fluidverbindung mit dem Pleuellager 17 stehen, sind erkennbar.
-
Die 4 zeigt eine Seitenansicht des Anlenkpleuels 12. Hier ist zu erkennen, dass der Überhang des Pleuelauges 14 über den Grundkörper 22 in seitlicher Richtung zur Ausbildung der Durchbrüche 24 das Pleuellager 17 in Umfangsrichtung nicht vollständig umgreift.
-
Die 5 zeigt ergänzend eine Detailansicht des Pleuelauges 14, wobei zusätzlich ein Bereich der Pleuelstange 13 beziehungsweise deren Grundkörper 22 und eine der Schmiermittelfangrinnen 20 dargestellt ist. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Durchbrüche 24 eine Schmiermittelverbindung von der Schmiermittelfangrinne 20 zu dem Pleuellager 17 herstellen. Die Durchbrüche 24 liegen auf der der Pleuelstange 13 zugewandten Seite des Pleuelauges 14 und insoweit auf dessen Druckseite vor. Das in der Schmiermittelfangrinne 20 vorliegende Schmiermittel wird durch die Fliehkraft, welche bei einer Schwenkbewegung des Anlenkpleuels 12 entsteht, dem Pleuelauge 14 zugeführt.
-
Die Schmiermittelfangrinnen 20 können auch dazu ausgebildet sein, von der Exzenterwelle 6 abgeschleudertes Schmiermittel aufzufangen. Je nach Drehrichtung der Exzenterwelle 6 müssen dazu die Schmiermittelfangrinnen 20 in die entgegengesetzte Richtung geöffnet sein, also nicht in Richtung der Kurbelwelle 2. Die Schmiermittelfangrinnen 20 können entweder gemeinsam mit der Pleuelstange 13 beziehungsweise dem Anlenkpleuel 12 ausgebildet sein. Alternativ können sie jedoch auch als zusätzliche Elemente nachträglich an dieser befestigt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Pleuelaugen 14 und 15 lagerbuchsenfrei ausgebildet sind. Zu diesem Zweck werden beispielsweise beide Pleuelaugen 14 und 15 beziehungsweise das in dem Pleuelauge 14 vorliegende Pleuellager 17 durch Rollieren geglättet und das jeweilige Gegenstück, also entweder der Lagerbolzen beziehungsweise Koppelstift des Schwenkgelenks 18 oder der Hubzapfen 16 mit einer DLC-Beschichtung (DLC: diamond-like carbon) versehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kolben
- 4
- Kolbenpleuel
- 5
- Drehachse
- 6
- Exzenterwelle
- 7
- Drehachse
- 8
- Mehrgelenkskurbeltrieb
- 9
- Koppelglied
- 10
- Hubarm
- 11
- Schwenkgelenk
- 12
- Anlenkpleuel
- 13
- Pleuelstange
- 14
- Erstes Pleuelauge
- 15
- Zweites Pleuelauge
- 16
- Hubzapfen
- 17
- Pleuellager
- 18
- Schwenkgelenk
- 19
- Koppelarm
- 20
- Schmiermittelfangrinne
- 21
- Pfeil
- 22
- Grundkörper
- 23
- Verbindungsbereich
- 24
- Durchbruch
- 25
- Pfeil
