DE102014101929B4

DE102014101929B4 - Pleuelstange und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102014101929B4
Application number: DE102014101929.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Paul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: CN104847491B; CN104847491A; JP6001704B2; US9726077B2; JP2015152013A; US20150233288A1; DE102014101929A1

Abstract

Pleuelstange (10), mit einem Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an eine Kurbelwelle, mit einem Pleuellagerauge (12) zur Anbindung derselben an einen Kolben eines Zylinders, und mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (13) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) Exzenterstangen (15, 16) aufweist, die an einem Exzenterhebel (14) der Exzenter-Verstelleinrichtung (13) angreifen, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) einen Exzenter (36) aufweist, der eine Bohrung zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Pleuellagerauge (12) und in den Exzenter (36) jeweils mindestens zwei Schmierölbohrungen (38, 39, 40, 41) eingebracht sind, über die einerseits zwischen Pleuellagerauge (12) und Exzenter (36) und anderseits zwischen Exzenter (36) und Kolbenbolzen (37) ein Schmierölfilm aufbaubar ist, wobei eine erste Schmierölbohrung (38) des Pleuellagerauges (12) einen größeren Durchmesser als eine erste Schmierölbohrung (40) des Exzenters (36) und/oder eine zweite Schmierölbohrung (39) des Pleuellagerauges (12) einen größeren Durchmesser als eine zweite Schmierölbohrung (41) des Exzenters (36) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor und einen Verbrennungsmotor.
1 zeigt eine aus der DE 10 2010 016 037 A1 bekannte Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis. So verfügt die Pleuelstange 10 über ein Hublagerauge 11 und ein Pleuellagerauge 12, wobei das Hublagerauge 11 der Anbindung der Pleuelstange 10 an eine in 1 nicht gezeigte Kurbelwelle und das Pleuellagerauge 12 der Anbindung der Pleuelstange 10 an einen in 1 nicht gezeigten Zylinderkolben des Verbrennungsmotors dient. Der Pleuelstange 10 ist eine Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zugeordnet, die einen in 1 nicht gezeigten Exzenter, einen Exzenterhebel 14 und Exzenterstangen 15, 16 aufweist. Der Exzenterhebel 14 weist eine exzentrisch zu einem Mittelpunkt 17 des Pleuellagerauges 12 angeordnete Bohrung mit einem Mittelpunkt 18 auf, wobei die Bohrung im Exzenterhebel 14 den Exzenter und eine Bohrung im Exzenter einen Kolbenbolzen aufnimmt. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 dient der Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge left, wobei als Pleuelstangenlänge der Abstand des Mittelpunkts 18 der Bohrung im Exzenterhebel 14 zu einem Mittelpunkt 19 des Hublagerauges 11 zu verstehen ist. Zur Verdrehung des Exzenterkörpers 14 und damit zur Veränderung der effektiven Pleuelstangenlänge l_eff sind die Exzenterstangen 15, 16 verlagerbar. Jeder Exzenterstange 15, 16 ist ein Kolben 20, 21 zugeordnet, der in einer Hydraulikkammer 22, 23 verschiebbar geführt ist. In den Hydraulikkammern 22, 23 herrscht ein Hydraulikdruck, der auf die den Exzenterstangen 15, 16 zugeordneten Kolben 20, 21 einwirkt, wobei abhängig von der Ölmenge in den Hydraulikkammern die Verlagerung der Exzenterstangen 15, 16 möglich ist oder nicht möglich ist.
Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirken. Während eines Arbeitstakts verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirkenden Kräfte ständig. Die Verstellbewegung wird durch die mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben 20, 21, die auf die Exzenterstangen 15, 16 einwirken, unterstützt, wobei die Kolben 20, 21 ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirkenden Kräfte verhindern. Die Exzenterstangen 15, 16, die mit den Kolben 20, 21 zusammenwirken, sind beidseitig an den Exzenterkörper 14 angebunden. Die Hydraulikkammern 22 und 23, in welchen die Kolben 20, 21 geführt sind, sind über Hydraulikölleitungen 24 und 25 von dem Hublagerauge 11 aus mit Hydrauliköl beaufschlagbar. Rückschlagventile 26 und 27 verhindern ein Rückfließen des Hydrauliköls aus den Hydraulikkammern 23 und 24 zurück in die Hydraulikleitungen 24 und 25. In einer Bohrung 28 der Pleuelstange 10 ist ein Umschaltventil 29 aufgenommen, wobei die Schaltstellung des Umschaltventils 29 bestimmt, welche der Hydraulikkammern 22 und 23 mit Hydrauliköl befüllt und welche der Hydraulikkammern 22 und 23 entleert wird, wobei hiervon die Verstellrichtung bzw. Verdrehrichtung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 abhängt. Die Hydraulikkammern 22 und 23 stehen dabei über Fluidleitungen 30 bzw. 31 mit der Bohrung 28 in Kontakt, welche das Umschaltventil 29 aufnimmt. Vom Umschaltventil 29 sind in 1 ein Betätigungsmittel 32, eine Federeinrichtung 33 und ein Steuerkolben 34 schematisiert gezeigt, wobei die Funktion dieser Bauelemente des Umschaltventils 29 bereits aus der DE 10 2010 016 037 A1 bekannt ist.
Wie oben ausgeführt, wird das Hydrauliköl, welches auf die in den Hydraulikkammern 22, 23 geführten Kolben 20, 21 einwirkt, den Hydraulikkammern 22, 23 ausgehend vom Hublagerauge 11 über Hydraulikleitungen 24 und 25 zugeführt, wobei die Pleuelstange 10 derart mit dem Hublagerauge 11 an der in 1 nicht gezeigten Kurbelwelle angreift, dass zwischen der Kurbelwelle, nämlich einem Kurbelwellenlagerzapfen derselben, und dem Hublagerauge eine Pleuellagerschale 35 angeordnet ist.
Aus der DE 101 08 461 B4 ist eine Kurbelwellenlagerung für eine Brennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis bekannt, bei welcher die Kurbelwelle in Exzenterringen gelagert ist, und bei welcher der Exzenterring an seiner Außenumfangsfläche mit einer umlaufenden Ölverteilungsnut versehen ist. Über einen Ölzulaufkanal im Motorgehäuse kann Öl in Richtung auf die Ölverteilungsnut gelangen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Verbrennungsmotor und eine neuartige Pleuelstange zu schaffen.
DE 10 2005 055 199 A1 offenbart eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
US 4 142 484 A offenbart eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors ohne einstellbares Verdichtungsverhältnis. Die Pleuelstange weist ein Pleuellagerauge zur Anbindung derselben an einen Kolben eines Zylinders auf, wobei in das Pleuellagerauge Schmierölbohrungen eingebracht sind, über die zwischen dem Pleuellagerauge und einem Kolbenbolzen ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Pleuelstange gemäß Anspruch 1 gelöst.
In das Pleuellagerauge und in den Exzenter sind jeweils mindestens zwei Schmierölbohrungen eingebracht, über die einerseits zwischen Pleuellagerauge und Exzenter und anderseits zwischen Exzenter und Kolbenbolzen ein Schmierölfilm aufbaubar ist, wobei eine erste Schmierölbohrung des Pleuellagerauges einen größeren Durchmesser als eine erste Schmierölbohrung des Exzenters und/oder eine zweite Schmierölbohrung des Pleuellagerauges einen größeren Durchmesser als eine zweite Schmierölbohrung des Exzenters aufweist. Dies erlaubt eine vorteilhafte Schmierung der Kontaktstellen einerseits zwischen Pleuelstange und Exzenter und andererseits zwischen Exzenter und Kolbenbolzen.
Erfindungsgemäß sind in das Pleuellagerauge mindestens zwei Schmierölbohrungen und in den Exzenter mindestens zwei Schmierölbohrungen eingebracht. Diese Schmierölbohrungen erlauben in den Endstellungen der Exzenter-Verstelleinrichtung eine gute Schmierung der obigen Kontaktstellen, ebenso während der Verstellung derselben.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Schmierölbohrungen in das Pleuellagerauge und in den Exzenter derart eingebracht, dass in einer ersten Endstellung des Exzenters eine erste Schmierölbohrung des Exzenters mit einer ersten Schmierölbohrung des Pleuellagerauges fluchtet, sodass über dieselben in der ersten Endstellung zwischen Exzenter und Kolbenbolzen ein Schmierölfilm aufbaubar ist, wohingegen in einer zweiten Endstellung des Exzenters eine zweite Schmierölbohrung des Exzenters mit einer zweiten Schmierölbohrung des Pleuellagerauges fluchtet, sodass über dieselben in der zweiten Endstellung zwischen Exzenter und Kolbenbolzen ein Schmierölfilm aufbaubar ist. Vorzugsweise fluchtet in der ersten Endstellung des Exzenters die zweite Schmierölbohrung des Exzenters nicht mit der zweiten Schmierölbohrung des Pleuellagerauges, sodass über die zweite Schmierölbohrung des Pleuellagerauges in der ersten Endstellung zwischen Pleuellagerauge und Exzenter ein Schmierölfilm aufbaubar ist, wohingegen in der zweiten Endstellung des Exzenters die erste Schmierölbohrung des Exzenters mit der ersten Schmierölbohrung des Pleuellagerauges nicht fluchtet, sodass über die erste Schmierölbohrung des Pleuellagerauges in der zweiten Endstellung zwischen Pleuellagerauge und Exzenter ein Schmierölfilm aufbaubar ist. Diese Schmierölbohrungen erlauben in den Endstellungen der Exzenter-Verstelleinrichtung und während der Verstellung derselben eine gute Schmierung der Kontaktstellen.
Der Verbrennungsmotor ist in Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Pleuel eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis;
2 ein Detail eines erfindungsgemäßen Pleuels mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis in einem ersten Zustand; und
3 das Detail der 2 in einem zweiten Zustand.

Ein Verbrennungsmotor mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis weist mindestens einen, vorzugsweise mehrere, Zylinder auf. Jeder Zylinder verfügt über einen Kolben, der über eine Pleuelstange 10 an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Jede Pleuelstange 10 verfügt an einem Ende über ein Pleuellagerauge 12 und an einem gegenüberliegenden Ende über ein Hublagerauge 11. Die jeweilige Pleuelstange 10 greift mit ihrem Hublagerauge 11 derart an einem Kurbelwellenlagerzapfen der Kurbelwelle an, dass zwischen dem Kurbelwellenlagerzapfen und dem Hublagerauge eine Pleuellagerschale positioniert ist, wobei sich zwischen der Pleuellagerschale und dem Kurbelwellenlagerzapfen ein Schmierölfilm aufbauen kann.
Ein Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis weist im Bereich jedes Pleuels 10 eine Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zur Verstellung der effektiven Pleuelstangenlänge der jeweiligen Pleuelstange 10 auf.
Die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 weist einen Exzenter 36, einen Exzenterhebel 14 und Exzenterstangen 15, 16 auf, die abhängig von einem in mit dem den Exzenterstangen zusammenwirkenden Hydraulikkammern herrschenden Hydraulikdruck zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses verlagerbar sind. Die mit den Exzenterstangen 15, 16 zusammenwirkenden Hydraulikkammern sind ausgehend vom Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange mit Hydrauliköl versorgbar. Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert.
Der Exzenterhebel 14 weist eine Bohrung zur Aufnahme des Exzenters 36 auf, wobei der Exzenter 36 eine Bohrung aufweist, die der Aufnahme eines Kolbenbolzens 37 dient. Erfindungsgemäß sind in das Pleuellagerauge 12 und in den Exzenter 36 Schmierölbohrungen 38, 39 bzw. 40, 41 eingebracht, über die einerseits zwischen Pleuellagerauge 12 und Exzenter 36 und anderseits zwischen Exzenter 36 und Kolbenbolzen 37 ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Diese Schmierölbohrungen 38, 39, 40, 41 erlauben in den Endstellungen der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 und während der Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 eine gute Schmierung der Kontaktstellen zwischen Pleuellagerauge 12 und Exzenter 36 sowie zwischen Exzenter 36 und Kolbenbolzen 37.
Im in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in das Pleuellagerauge 12 zwei Schmierölbohrungen 38, 39 und in den Exzenter 36 zwei Schmierölbohrungen 40, 41 eingebracht.
Die Schmierölbohrungen 38, 39, 40, 41 sind in das Pleuellagerauge 12 und in den Exzenter 36 derart eingebracht, dass in einer ersten Endstellung des Exzenters 36 bzw. der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 eine erste Schmierölbohrung 40 des Exzenters 36 mit einer ersten Schmierölbohrung 38 des Pleuellagerauges 12 fluchtet, sodass über dieselben in der ersten Endstellung (siehe 2) zwischen Exzenter 36 und Kolbenbolzen 37 ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Die Schmierölbohrungen 38, 39, 40, 41 sind in das Pleuellagerauge 12 und in den Exzenter 36 ferner derart eingebracht, dass in einer in einer zweiten Endstellung des Exzenters 36 bzw. der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 eine zweite Schmierölbohrung 41 des Exzenters 36 mit einer zweiten Schmierölbohrung 39 des Pleuellagerauges 12 fluchtet (siehe 3), sodass über dieselben in der zweiten Endstellung zwischen Exzenter 36 und Kolbenbolzen 37 ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
In der ersten Endstellung des Exzenters 36 bzw. der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 (siehe 2) fluchtet die zweite Schmierölbohrung 41 des Exzenters 36 nicht mit der zweiten Schmierölbohrung 39 des Pleuellagerauges 12, sodass dann über die zweite Schmierölbohrung 39 des Pleuellagerauges 12 in der ersten Endstellung zwischen Pleuellagerauge 12 und Exzenter 36 ein Schmierölfilm aufbaubar ist. In der zweiten Endstellung des Exzenters 36 bzw. der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 (siehe 3) fluchtet die erste Schmierölbohrung 40 des Exzenters 36 nicht mit der ersten Schmierölbohrung 38 des Pleuellagerauges 12, sodass dann über die erste Schmierölbohrung 38 des Pleuellagerauges 12 in der zweiten Endstellung zwischen Pleuellagerauge 12 und Exzenter 36 ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Diese Schmierölbohrungen 38, 39, 40, 41 erlauben in den Endstellungen der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 und während der Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 eine besonders vorteilhafte Schmierung der Kontaktstellen zwischen Pleuellagerauge 12 und Exzenter 36 sowie zwischen Exzenter 36 und Kolbenbolzen 37.
Die Schmierölbohrungen 38, 39 im Pleuellagerauge 12 und die Schmierölbohrungen 40, 41 im Exzenter 36 erstrecken sich jeweils in Radialrichtung des Exzenters 36 bzw. in Radialrichtung des Pleuellagerauges 12.
Die erste Schmierölbohrung 38 des Pleuellagerauges 12 weist einen größeren Durchmesser als die erste Schmierölbohrung 40 des Exzenters 36 aufweist. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Schmierölbohrung 39 des Pleuellagerauges 12 einen größeren Durchmesser als die zweite Schmierölbohrung 41 des Exzenters 36 auf.

Claims

Pleuelstange (10), mit einem Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an eine Kurbelwelle, mit einem Pleuellagerauge (12) zur Anbindung derselben an einen Kolben eines Zylinders, und mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (13) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) Exzenterstangen (15, 16) aufweist, die an einem Exzenterhebel (14) der Exzenter-Verstelleinrichtung (13) angreifen, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) einen Exzenter (36) aufweist, der eine Bohrung zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Pleuellagerauge (12) und in den Exzenter (36) jeweils mindestens zwei Schmierölbohrungen (38, 39, 40, 41) eingebracht sind, über die einerseits zwischen Pleuellagerauge (12) und Exzenter (36) und anderseits zwischen Exzenter (36) und Kolbenbolzen (37) ein Schmierölfilm aufbaubar ist, wobei eine erste Schmierölbohrung (38) des Pleuellagerauges (12) einen größeren Durchmesser als eine erste Schmierölbohrung (40) des Exzenters (36) und/oder eine zweite Schmierölbohrung (39) des Pleuellagerauges (12) einen größeren Durchmesser als eine zweite Schmierölbohrung (41) des Exzenters (36) aufweist.
Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierölbohrungen in das Pleuellagerauge (12) und in den Exzenter (36) derart eingebracht sind, dass in einer ersten Endstellung des Exzenters (36) die erste Schmierölbohrung (40) des Exzenters (36) mit der ersten Schmierölbohrung (38) des Pleuellagerauges (12) fluchtet, sodass über dieselben in der ersten Endstellung zwischen Exzenter (36) und Kolbenbolzen (37) ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Pleuelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierölbohrungen in das Pleuellagerauge (12) und in den Exzenter (36) ferner derart eingebracht sind, dass in einer zweiten Endstellung des Exzenters (36) die zweite Schmierölbohrung (41) des Exzenters (36) mit der zweiten Schmierölbohrung (39) des Pleuellagerauges (12) fluchtet, sodass über dieselben in der zweiten Endstellung zwischen Exzenter (36) und Kolbenbolzen (37) ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Pleuelstange nach Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Endstellung des Exzenters (36) die zweite Schmierölbohrung (41) des Exzenters (36) mit der zweiten Schmierölbohrung (39) des Pleuellagerauges (12) nicht fluchtet, sodass über die zweite Schmierölbohrung (39) des Pleuellagerauges (12) in der ersten Endstellung zwischen Pleuellagerauge (12) und Exzenter (36) ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Pleuelstange nach einem der 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Endstellung des Exzenters (36) die erste Schmierölbohrung (40) des Exzenters (36) mit der ersten Schmierölbohrung (38) des Pleuellagerauges (12) nicht fluchtet, sodass über die erste Schmierölbohrung (38) des Pleuellagerauges (12) in der zweiten Endstellung zwischen Pleuellagerauge (12) und Exzenter (36) ein Schmierölfilm aufbaubar ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schmierölbohrungen (38, 39) im Pleuellagerauge (12) und die Schmierölbohrungen (40, 41) im Exzenter (36) jeweils in Radialrichtung des Exzenters und in Radialrichtung des Pleuellagerauges erstrecken.
Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit mindestens einem Zylinder und mit einer Kurbelwelle, an der mindestens eine Pleuelstange (10) angreift, wobei die oder jede Pleuelstange (10) ein Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an der Kurbelwelle, ein Pleuellagerauge (12) zur Anbindung derselben an einem Kolben eines Zylinders und eine Exzenter-Verstelleinrichtung (13) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge aufweist, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (13) einen mit einem Exzenterhebel (14) zusammenwirkenden Exzenter (36) und an dem Exzenterhebel (14) angreifende Exzenterstangen (15, 16) aufweist, die von einem in mit den Exzenterstangen (15, 16) zusammenwirkenden Hydraulikkammern (22, 23) herrschenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Pleuelstange (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.