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Die Erfindung betrifft einen Pleuel zum Verbinden eines Kolbens mit einer Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kraftübertragung zwischen einem Kolben und einer Kurbelwelle mittels eines Pleuels.
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Bei einer Kolbenmaschine werden lineare Bewegungen eines Kolbens in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle um eine Drehachse umgewandelt. Zur Kraftübertragung zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle wird ein Pleuel verwendet.
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Der Pleuel ist dazu ausgelegt, die lineare Bewegung des Kolbens in eine entsprechende Rotationsbewegung der Kurbelwelle umzusetzen. Dazu müssen die auf Seiten des Kolbens auftretenden Kräfte und Momente in geeigneter Weise auf die Kurbelwelle gelenkt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Pleuel zur Verfügung zu stellen, der eine verbesserte Kraft- und Momentenübertragung auf die Kurbelwelle ermöglicht.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen Pleuel gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Kraftübertragung zwischen einem Kolben und einer Kurbelwelle mittels eines Pleuels gemäß Anspruch 15 gelöst.
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Der Pleuel gemäß den Ausführungsformen der Erfindung dient zum Verbinden eines Kolbens mit einer Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine. Der Pleuel umfasst einen Pleuelkopf, über den der Pleuel mit dem Kolben drehbar verbindbar ist, einen Pleuelfuß, über den der Pleuel mit der Kurbelwelle drehbar verbindbar ist, sowie einen Pleuelschaft, der sich vom Pleuelkopf zum Pleuelfuß erstreckt. Der Pleuel ist durch eine in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen schräg nach unten geneigt verlaufende Trennebene in ein oberes Teilstück und ein unteres Teilstück geteilt, wobei das obere Teilstück den Pleuelkopf und einen oberen Teil des Pleuelschafts oberhalb der Trennebene umfasst, und wobei das untere Teilstück einen unteren Teil des Pleuelschafts unterhalb der Trennebene und den Pleuelfuß umfasst. Entlang der Trennebene ist eine Schlittenführung vorgesehen, die das obere Teilstück verschieblich mit dem unteren Teilstück verbindet. Mittels der Schlittenführung ist das obere Teilstück relativ zum unteren Teilstück in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen vor und zurück verschiebbar und zwischen einem in Drehrichtung gesehen vorderen Anschlag und einem rückwärtigen Anschlag vor und zurück bewegbar.
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Durch den Einsatz einer Schlittenführung wird die Kraft- und Momentenübertragung durch den Pleuel verändert. Die bei der Zündung und Verbrennung entstehenden Kräfte werden über die Schlittenführung des Schlittenpleuels nach außen zum vorderen Anschlag geführt. Die Kräfte und Momente wirken jetzt an einem in Drehrichtung nach vorne versetzten Kraftanlenkpunkt auf das untere Teilstück des Pleuels ein. Mittels des Schlittenpleuels erfolgt die Anlenkung der Wirkungskräfte in gewissem Abstand versetzt zur OT-Linie. Die Kräfte wirken nicht mehr mittig auf den Pleuelfuß ein, sondern in Drehrichtung betrachtet nach vorn versetzt, nämlich am vorderen Anschlag. Wenn kurz vor dem oberen Totpunkt die Zündung erfolgt, werden die anstehenden Kräfte zum Kraftanlenkpunkt und somit bereits in die Richtung der Rotation der Kurbelwelle gelenkt.
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Auf diese Weise wird der wirksame Hebelarm für die Kraft- und Momentenübertragung vergrößert. Es ergibt sich eine Leistungssteigerung und ein deutlich verbessertes Drehmoment. Neben der Steigerung der Leistung entsteht mit der Schlittenpleueltechnik ein vergrößertes Drehmoment, das über das annähernd gesamte Drehzahlband abrufbereit zur Verfügung steht. Durch die in Drehrichtung gesehen nach vorn verlagerte Anlenkung der Kräfte und Momente und die dadurch bewirkte Vergrößerung des wirksamen Hebelarms wird die Effizienz und der Wirkungsgrad der Kraft- und Momentenübertragung auf die Kurbelwelle verbessert. Der Einsatz der Schlittenpleueltechnik ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrads eines Aggregats.
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Aufgrund der veränderten Hebelwirkung und des verlängerten Kraftarmes können mit dem Schlittenpleuel versehene Aggregate mit geringerer Verdichtung als bisher betrieben werden. Dies verringert die mechanische Belastung. Ein Klopfen bzw. Nageln des Aggregates wird verhindert. Die Verbrennungs- und die Abgastemperatur verringern sich ebenso wie die damit verbundene Belastung und Verschmutzung der Umwelt.
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Ein Motor, der mit Schlittenpleueln ausgestattet ist, erlaubt eine deutlich gleichmäßigere, kontinuierliche und ruckfreie Beschleunigung. Die Anzahl der Schaltvorgänge und Lastwechselaktionen wird verringert.
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Der Zünd- und Verbrennungsdruck ist der größte Druck, der im Zylinder auftritt. Mit Hilfe der Schlittenpleueltechnik wird dieser Druck annähernd vollständig in eine Rotation der Kurbelwelle umgesetzt. Bei Einsatz der Schlittenpleueltechnik wird die am OT-Punkt der Kurbelwelle entstehende Druckwirkung nicht mehr vom Aggregat absorbiert, sondern durch den Schlittenpleuel zum vorderen Anschlag geführt und in eine Rotation umgewandelt. Auf diese Weise wird die Härte des Zünd- und des Verbrennungsdruckes, der auf die Kurbelwelle wirkt, reduziert. Dadurch wird auch der größte im Brennraum auftretende Druck, der Zünd- und der Verbrennungsdruck, effizient in eine Rotation gewandelt.
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Durch den Verbau der Schlittenpleueltechnik wird die mechanische Belastung des Aggregates verringert. Außerdem werden die mechanisch bedingten Geräusche reduziert. Daraus resultierend ergeben sich deutlich weniger und geringere Vibrationen und deutlich weniger Schwingungen. Ein mit Schlittenpleueln bestücktes Aggregat läuft trotz der verbesserten Werte spürbar ruhiger, homogener und darüber hinaus effizienter, wirtschaftlicher und somit kostengünstiger.
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Darüber hinaus wird durch die Schlittenführung eine geringfügige Verschieblichkeit des oberen Teilstücks relativ zum unteren Teilstück des Pleuels entlang der schrägen Trennebene ermöglicht. Durch diese geringfügige Verschieblichkeit wird ein Verkanten des Kolbens im Zylinder verhindert. Kraftkomponenten, die bisher zu einem Verkanten des Kolbens im Zylinder geführt haben, werden durch die verschiebliche Lagerung an der Schlittenführung aufgenommen. Dadurch wird die Laufruhe gefördert, der Kolben bewegt sich weicher innerhalb des Zylinders und verkantet weniger.
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Infolge der weitgehenden Umwandelung des Zünd- und Verbrennungsdruckes in eine abgegebene Leistung und des verlängerte Hebelarm ermöglicht die Schlittenpleueltechnik eine verbesserte Wirtschaftlichkeit und eine entsprechende Einsparung von Treibstoff. Die verbesserte Wirtschaftlichkeit ist auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes von Vorteil.
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Das Aggregat kann bei gleichbleibender Leistung mit geringeren Verbrauchswerten und auch mit reduzierten Abgaswerten betrieben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben. Es zeigen:
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1A eine Vorderansicht eines Pleuels entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
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1B eine Seitenansicht eines Pleuels entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
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1C eine Schrägbildansicht eines Pleuels entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
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2A einen Querschnitt durch eine Schlittenführung, die mittels eines am unteren Teilstück des Pleuels angeformten Profilelements und einer komplementär geformten Aufnahme realisiert ist;
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2B einen Querschnitt durch eine Schlittenführung, wobei das Profilelement am oberen Teilstück des Pleuels angeformt ist;
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2C einen Querschnitt durch eine als Schwalbenschwanzführung realisierte Schlittenführung;
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3 einen Längsschnitt durch ein Pleuel entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
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4 die Funktionsweise eines Pleuels entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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1A zeigt eine Seitenansicht eines Pleuels entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Pleuel umfasst einen Pleuelkopf 1, einen Pleuelschaft 2 und einen Pleuelfuß 5. Der Pleuel ist aus zwei Teilstücken aufgebaut, einem oberen Teilstück 3 und einem unteren Teilstück 4. Entlang einer Trennebene 6 ist das obere Teilstück 3 des Pleuels über eine Schlittenführung 7 mit dem unteren Teilstück 4 des Pleuels verschieblich verbunden und kann entsprechend dem Doppelpfeil 8 zwischen einem vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag hin- und her bewegt werden.
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Durch den Pleuel wird die lineare Bewegung des Kolbens in eine entsprechende Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgesetzt. Dazu müssen die auf Seiten des Kolbens auftretenden Kräfte und Momente in geeigneter Weise auf die Kurbelwelle gelenkt werden.
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Der Pleuelkopf 1 weist ein oberes Pleuelauge 9 zur Aufnahme des Kolbenbolzens auf. Über den Kolbenbolzen und das obere Pleuelauge 9 wird eine drehbare Verbindung zwischen dem Kolben und dem Pleuelkopf 1 hergestellt.
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Der Pleuelfuß 5 umfasst eine obere Halbschale 10 sowie eine untere Halbschale 11. Die untere Halbschale 11 liegt sowohl am vorderen Auflagebereich 12 als auch am hinteren Auflagebereich 13 auf der oberen Halbschale 10 auf und ist mittels Schraubverbindungen mit der oberen Halbschale 10 verbunden. Dabei wird die Verbindung zwischen der oberen Halbschale 10 und der unteren Halbschale 11 am vorderen Auflagebereich 12 mittels einer ersten Schraubverbindung 14 hergestellt, während die Verbindung am hinteren Auflagebereich 13 mittels einer zweiten Schraubverbindung 15 hergestellt wird.
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Die obere Halbschale 10 und die untere Halbschale 11 bilden zusammen das untere Pleuelauge 16 zur Aufnahme des Kurbelzapfens. Über den Kurbelzapfen und das untere Pleuelauge 16 wird eine drehbare Verbindung zwischen dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle und dem Pleuelfuß 5 hergestellt. Die Rotationsrichtung des Kurbelzapfens ist in 1A mittels des Pfeils 17 veranschaulicht. In Hinblick auf den Pleuel sind die Begriffe „vorn”, „hinten”, „vorderer Auflagebereich” und „hinterer Auflagebereich” in Bezug auf die durch den Pfeil 17 veranschaulichte Rotationsrichtung des Kurbelzapfens zu sehen.
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Der obere Abschnitt des Pleuelschafts 2 ist als profilierter Pleuelschaft ausgebildet und umfasst einen vorderen Materialstrang 18, der über einen dünnen Stegbereich 19 mit einem hinteren Materialstrang 20 verbunden ist. Ähnlich wie ein T-Träger dient dieses Profil zur Stabilisierung des Pleuelschafts 2. Durch die Ausbildung eines vorderen Materialstrangs 18 und eines hinteren Materialstrangs 20 ist es möglich, Schwingungen, Verwindungen, Stauchungen oder Vibrationen zu absorbieren, die bei der Bewegung des Pleuels auftreten.
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Die Besonderheit des in 1A gezeigten Pleuels ist die Schlittenführung 7, die das obere Teilstück 3 des Pleuels verschieblich mit dem unteren Teilstück 4 des Pleuels verbindet. Die Schlittenführung 7 befindet sich in der Trennebene 6, die sich ausgehend von der rückwärtigen Seite des Pleuels schräg nach unten zum vorderen Bereich des Pleuels hin erstreckt. Dabei schließt die schräg verlaufende Trennebene 6 mit der Horizontalen einen Winkel α im Bereich von ca. 30° bis 50° ein. Insbesondere vorteilhaft ist ein Winkel α von 40°.
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Mittels der Schlittenführung 7 kann das obere Teilstück 3 des Pleuels relativ zum unteren Teilstück 4 des Pleuels um eine gewisse vorgegebene Verschiebungsstrecke Δx zwischen einem vorderen Anschlag und einem hinteren Anschlag hin- und her bewegt werden. Diese lineare Verschiebbarkeit des oberen Teilstücks 3 des Pleuels gegenüber dem unteren Teilstück 4 des Pleuels ist in 1A durch den Doppelpfeil 8 veranschaulicht. Der vordere Anschlag für das obere Teilstück 3 des Pleuels wird dabei durch ein vorderes Anschlagelement 21 gebildet, das am unteren Teilstück 4 des Pleuels angebracht ist. Der hintere Anschlag für das obere Teilstück 3 des Pleuels wird durch ein hinteres Anschlagelement 22 gebildet, das am rückwärtigen Teil des unteren Teilstücks 4 des Pleuels angebracht ist. Die Verschiebungsstrecke Δx zwischen dem vorderen Anschlag und dem hinteren Anschlag kann beispielsweise kleiner als 1 mm gewählt werden, vorzugsweise kleiner als 0,6 mm oder sogar kleiner als 0,3 mm. Für das Erzielen des erfindungsgemäßen Effekts ist ausschließlich relevant, dass entlang der Trennebene 6 eine gewisse Verschieblichkeit zwischen dem oberen Teilstück 3 und dem unteren Teilstück 4 des Pleuels gegeben ist.
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1B zeigt eine Seitenansicht des Pleuels. Zu erkennen sind der Pleuelkopf 1 mit dem oberen Pleuelauge 9, der Pleuelschaft 2 sowie der Pleuelfuß 5. Zu erkennen ist außerdem das vordere Anschlagelement 21 für die Schlittenführung 7, welches mittels Schrauben 23 am unteren Teilstück 4 des Pleuels angebracht ist. Außerdem ist der vordere Auflagebereich 12 zu erkennen, an dem die obere Halbschale 10 auf der unteren Halbschale 11 des Pleuelfußes aufliegt. Über die Ölbohrungen 24 wird das zur Schmierung der Lager benötigte Öl zur Verfügung gestellt und abgeführt.
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10 zeigt eine Schrägbilddarstellung des Pleuels. Zu erkennen sind der Pleuelkopf 1 mit dem oberen Pleuelauge 9 sowie der Pleuelschaft 2 mit dem vorderen Materialstrang 18, dem Stegbereich 19 und dem hinteren Materialstrang 20. Das obere Teilstück 3 des Pleuels liegt entlang der Schlittenführung 7 auf dem unteren Teilstück 4 des Pleuels auf und kann relativ zum unteren Teilstück 4 in Längsrichtung geringfügig verschoben werden, wie dies in 10 durch den Doppelpfeil 8 veranschaulicht ist. Das vordere Anschlagelement 21, das mittels Schrauben 23 am unteren Teilstück 4 des Pleuels angebracht ist, dient dabei als vorderer Anschlag für das obere Teilstück 3. Der hintere Anschlag für das obere Teilstück 3 wird durch das hintere Anschlagelement 22 gebildet, das ebenfalls am unteren Teilstück 4 des Pleuels angebracht ist. In 10 ist außerdem zu erkennen, dass der Pleuelfuß 5 aus einer oberen Halbschale 10 und einer unteren Halbschale 11 gebildet ist, wobei die untere Halbschale 11 sowohl am vorderen Auflagebereich 12 als auch am hinteren Auflagebereich 13 auf der oberen Halbschale 10 aufliegt. Am vorderen Auflagebereich 12 sind die beiden Halbschalen 10, 11 mittels einer vorderen Schraubverbindung 14 miteinander verbunden. Am hinteren Auflagebereich 13 sind die Halbschalen 10, 11 mittels einer hinteren Schraubverbindung 15 miteinander verbunden, die in 10 zu erkennen ist.
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Die Schlittenführung 7 zwischen dem oberen Teilstück 3 und dem unteren Teilstück 4 des Pleuels kann beispielsweise mittels einer Gleitführung oder eventuell auch mittels einer Wälzführung realisiert werden. In den 2A bis 2C sind verschiedene Querschnitte der Schlittenführung 7 gezeigt, welche verschiedene Möglichkeiten veranschaulichen, ein Gleitlager mit linearer Beweglichkeit in Richtung des Doppelpfeils 8 zu bilden.
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Wie in 2A gezeigt, ist zur Ausbildung der Schlittenführung 7 an das untere Teilstück 4 des Pleuels eine Profilschiene 25 angeformt, die in eine komplementär geformte Aufnahme 26 am oberen Teilstück 3 des Pleuels eingeschoben werden kann. Dadurch wird die Profilschiene 25 in der Aufnahme 26 verschieblich gelagert und kann relativ zur Aufnahme 26 verschoben werden. Durch die komplementär geformte Aufnahme 26 wird eine formschlüssige Gleitführung ermöglicht, wobei die Hinterschneidungen 27 ein Ausheben der Profilschiene 25 aus der Aufnahme 26 verhindern.
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Alternativ zu der in 2A gezeigten Gleitführung kann die Profilschiene auch an das obere Teilstück 3 des Pleuels angeformt sein. Eine derartige Gleitführung ist in 2B gezeigt. Wie in 2B gezeigt, ist die Profilschiene 28 an das obere Teilstück 3 des Pleuels angeformt, während das untere Teilstück 4 des Pleuels eine komplementär geformte Aufnahme 29 für die Profilschiene 28 aufweist. Das obere Teilstück 3 des Pleuels wird mittels der Profilschiene 28 in die Aufnahme 29 eingeschoben. Auf diese Weise wird eine sich entlang der Trennebene 6 erstreckende Gleitführung gebildet.
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Die Schlittenführung 7 kann auch mittels einer Schwalbenschwanzführung realisiert werden. Eine derartige Lösung ist in 2C gezeigt. Dabei ist an das untere Teilstück 4 des Pleuels ein Schwalbenschwanz 30 angeformt, während das obere Teilstück 3 des Pleuels eine entsprechende trapezförmige Nut 31 aufweist. Der Schwalbenschwanz 30 wird in die trapezförmige Nut 31 eingeschoben, so dass der Schwalbenschwanz 30 zusammen mit der trapezförmigen Nut 31 eine formschlüssige Gleitführung bildet. Dabei verhindert die Form des Schwalbenschwanzes 30 ein Ausheben des Schwalbenschwanzes 30 aus der trapezförmigen Nut 31.
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Alternativ zu der in 2C gezeigten Lösung könnte der Schwalbenschwanz auch am oberen Teilstück 3 des Pleuels angeformt sein. In diesem Fall würde das untere Teilstück 4 des Pleuels die zur Aufnahme des Schwalbenschwanzes benötigte trapezförmige Nut aufweisen.
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Bei Gleitlagern und Gleitführungen der in den 2A bis 2C gezeigten Art ist die Schmierung von entscheidender Bedeutung, um den Gleitwiderstand zu verringern und ein Verkanten der Profilelemente relativ zueinander zu verhindern. Bei einem Pleuel stehen ohnehin Ölleitungen für die Ölschmierung am oberen Pleuelauge 9 sowie am unteren Pleuelauge 16 zur Verfügung, so dass man über geeignet angebrachte Ölleitungen auch eine Ölschmierung der in den 2A bis 2C gezeigten Gleitlager bzw. Gleitführungen sicherstellen kann.
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Als Alternative zu den gezeigten Gleitlagern bzw. Gleitführungen kämen eventuell auch Wälzlager bzw. Wälzführungen in Betracht, bei denen die Reibung im Bereich der Schlittenführung 7 mit Hilfe von Wälzelementen verringert wird. Als Wälzelemente kämen beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Nadeln in Betracht. Beispielsweise könnte die Schlittenführung 7 mittels einer reibungsarmen Laufrollenführung realisiert werden, beispielsweise mittels eines Zylinderrollenlagers. Alternativ dazu könnte beispielsweise eine Käfigschienenführung mit einem Wälzkörperkäfig für die jeweils eingesetzten Wälzelemente verwendet werden.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch den Pleuel entlang der in 1B eingezeichneten Linie A-A. Zu erkennen sind das obere Teilstück 3 des Pleuels mit dem Pleuelschaft 2 sowie das untere Teilstück 4 des Pleuels mit dem Pleuelfuß 5. Das obere Teilstück 3 des Pleuels kann mittels der Schlittenführung 7 relativ zum unteren Teilstück 4 des Pleuels bewegt werden. Das obere Teilstück 3 kann dabei zwischen dem vorderen Anschlagelement 21 und dem hinteren Anschlagelement 22 geringfügig hin- und her bewegt werden. Das vordere Anschlagelement 21 ist mit Hilfe von Schrauben 23 am unteren Teilstück 4 des Pleuels festgeschraubt, und auch das hintere Anschlagelement 22 ist am unteren Teilstück 4 angebracht.
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Die Schlittenführung 7 ist bei dem in 3 gezeigten Beispiel in Form eines Wälzlagers ausgebildet. Das Wälzlager umfasst eine Mehrzahl von Wälzkörpern 32. Mit Hilfe der Wälzkörper 32 wird eine reibungsarme Relativbewegung zwischen dem oberen Teilstück 3 und dem unteren Teilstück 4 des Pleuels ermöglicht.
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Das untere Teilstück 4 des Pleuels umfasst den Pleuelfuß 5, der aus der oberen Halbschale 10 und der unteren Halbschale 11 aufgebaut ist. Die untere Halbschale 11 liegt am vorderen Auflagebereich 12 und am hinteren Auflagebereich 13 auf der oberen Halbschale 10 auf. Dabei sind die beiden Halbschalen 10, 11 über die vordere Schraubverbindung 14 und die hintere Schraubverbindung 15 miteinander verbunden.
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In 4 ist die Funktionsweise eines Pleuels, der eine Schlittenführung 7 aufweist, innerhalb einer Kolbenmaschine dargestellt. Die Kolbenmaschine umfasst einen Zylinder 33 mit einem innerhalb des Zylinders 33 beweglichen Kolben 34. Zur Kraft- und Momentenübertragung zwischen dem Kolben 34 und der Kurbelwelle ist ein Pleuel vorgesehen, der eine Schlittenführung 7 aufweist. Der Kolbenbolzen 35 des Kolbens 34 ist mit dem Pleuelkopf 1 drehbar verbunden. Der Pleuelfuß 5 ist drehbar mit dem Hubzapfen 36 der Kurbelwelle verbunden. Das Kurbelwellenlager 37 ist in 4 mit eingezeichnet. Der Hubzapfen 36 bewegt sich auf einer Kreisbahn 38 um das Kurbelwellenlager 37. Die Auf- und Abbewegung des Kolbens 34 im Zylinder 33 wird über den Pleuelschaft 2 und den Pleuelfuß 5 in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgewandelt. Während des Arbeitstakts wird am Kolben 34 Arbeit geleistet, dabei werden Kräfte und Momente auf die Kurbelwelle übertragen und in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umgesetzt.
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Das im Brennraum 39 befindliche Gemisch wird zunächst durch den Kolben 34 verdichtet und dann kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts (OT) gezündet. Die Zündung des Gemischs erfolgt entweder durch Fremdzündung oder durch Selbstzündung. Das Gemisch brennt im Brennraum 39 ab und übt eine starke Kraft auf den Kolben 34 aus, der nach unten gedrückt wird. Während des Arbeitstakts leistet das verbrennende Gemisch Arbeit am Kolben 34.
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Durch das abbrennende Gemisch wird das obere Teilstück 3 des Pleuels stark nach unten gedrückt. Sowohl beim Zweitaktmotor als auch beim Viertaktmotor wird das Gemisch vor der Zündung durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 34 verdichtet. Bereits während dieser Aufwärtsbewegung des Kolbens 34 befindet sich das obere Teilstück 3 des Pleuels am vorderen Anschlagelement 21. Infolge des plötzlichen Impulses bei der Verbrennung des Gemischs im Brennraum 39 wird das obere Teilstück 3 schlagartig entlang der Schlittenführung 7 einen Bruchteil eines Millimeters zum Anschlagelement 21 hin gestoßen und überträgt die Kraft auf das vordere Anschlagelement 21. Die bei der Expansion des verbrennenden Gemischs erzeugten Kräfte und Momente wirken am Kraftanlenkpunkt 40 auf das vordere Anschlagelement 21, und die Kräfte und Momente werden am Kraftanlenkpunkt 40 auf das untere Teilstück 4 des Pleuels und auf die Kurbelwelle übertragen. Diese durch die Schlittenführung 7 bewirkte Kraftanlenkung am Kraftanlenkpunkt 40 ist in 4 durch die Pfeile 41, 42 veranschaulicht.
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Durch den Einsatz einer Schlittenführung 7 wird die Kraft- und Momentenübertragung durch den Pleuel verändert. Die bei der Zündung und Verbrennung entstehenden Kräfte werden über die Schlittenführung 7 des Schlittenpleuels nach außen zum Kraftanlenkpunkt 40 geführt. Die Kräfte und Momente wirken jetzt an dem in Drehrichtung nach vorne versetzten Kraftanlenkpunkt 40 auf das untere Teilstück 4 des Pleuels ein. Mittels des Schlittenpleuels erfolgt die Anlenkung der Wirkungskräfte in gewissem Abstand versetzt zur OT-Linie. Die Kräfte wirken nicht mehr mittig auf den Pleuelfuß 5 ein, sondern in Drehrichtung betrachtet nach vorn versetzt, nämlich am Kraftanlenkpunkt 40. Wenn kurz vor dem oberen Totpunkt die Zündung erfolgt, werden die anstehenden Kräfte zum Kraftanlenkpunkt 40 und somit bereits in die Richtung der Rotation der Kurbelwelle gelenkt.
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Auf diese Weise wird der wirksame Hebelarm für die Kraft- und Momentenübertragung vergrößert. Es ergibt sich eine Leistungssteigerung und ein deutlich verbessertes Drehmoment. Neben der Steigerung der Leistung entsteht mit der Schlittenpleueltechnik ein vergrößertes Drehmoment, das über das annähernd gesamte Drehzahlband abrufbereit zur Verfügung steht. Durch die in Drehrichtung gesehen nach vorn verlagerte Anlenkung der Kräfte und Momente und die dadurch bewirkte Vergrößerung des wirksamen Hebelarms wird die Effizienz und der Wirkungsgrad der Kraft- und Momentenübertragung auf die Kurbelwelle verbessert. Der Einsatz der Schlittenpleueltechnik ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrads eines Aggregats.
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Aufgrund der veränderten Hebelwirkung und des verlängerten Kraftarmes können mit dem Schlittenpleuel versehene Aggregate mit geringerer Verdichtung als bisher betrieben werden. Dies verringert die mechanische Belastung. Ein Klopfen bzw. Nageln des Aggregates wird verhindert. Die Verbrennungs- und die Abgastemperatur verringern sich ebenso wie die damit verbundene Belastung und Verschmutzung der Umwelt.
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Ein Motor, der mit Schlittenpleueln ausgestattet ist, erlaubt eine deutlich gleichmäßigere, kontinuierliche und ruckfreie Beschleunigung. Die Anzahl der Schaltvorgänge und Lastwechselaktionen wird verringert.
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Der Zünd- und Verbrennungsdruck ist der größte Druck, der im Zylinder 33 auftritt. Mit Hilfe der Schlittenpleueltechnik wird dieser Druck annähernd vollständig in eine Rotation der Kurbelwelle umgesetzt. Bei Einsatz der Schlittenpleueltechnik wird die am OT-Punkt der Kurbelwelle entstehende Druckwirkung nicht mehr vom Aggregat absorbiert, sondern durch den Schlittenpleuel zum Kraftanlenkpunkt 40 geführt und in eine Rotation umgewandelt. Auf diese Weise wird die Härte des Zünd- und des Verbrennungsdruckes, der auf die Kurbelwelle wirkt, reduziert. Dadurch wird auch der größte im Brennraum 39 auftretende Druck, der Zünd- und der Verbrennungsdruck, effizient in eine Rotation gewandelt.
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Durch den Verbau der Schlittenpleueltechnik wird die mechanische Belastung des Aggregates verringert. Außerdem werden die mechanisch bedingten Geräusche reduziert. Daraus resultierend ergeben sich deutlich weniger und geringere Vibrationen und deutlich weniger Schwingungen. Ein mit Schlittenpleueln bestücktes Aggregat läuft trotz der verbesserten Werte spürbar ruhiger, homogener und darüber hinaus effizienter, wirtschaftlicher und somit kostengünstiger.
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Darüber hinaus wird durch die Schlittenführung 7 eine geringfügige Verschieblichkeit des oberen Teilstücks 3 relativ zum unteren Teilstück 4 des Pleuels entlang der schrägen Trennebene 6 ermöglicht. Durch diese geringfügige Verschieblichkeit wird ein Verkanten des Kolbens 34 im Zylinder 33 verhindert. Kraftkomponenten, die bisher zu einem Verkanten des Kolbens 34 im Zylinder 33 geführt haben, werden durch die verschiebliche Lagerung an der Schlittenführung 7 aufgenommen. Dadurch wird die Laufruhe gefördert, der Kolben 34 bewegt sich weicher innerhalb des Zylinders 33 und verkantet weniger.
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Infolge der weitgehenden Umwandelung des Zünd- und Verbrennungsdruckes in eine abgegebene Leistung und des verlängerte Hebelarm ermöglicht die Schlittenpleueltechnik eine verbesserte Wirtschaftlichkeit und eine entsprechende Einsparung von Treibstoff. Die verbesserte Wirtschaftlichkeit ist auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes von Vorteil.
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Die längere Verweildauer des Kolbens 34 im oberen Bereich des Zylinders 33 ermöglicht außerdem eine vollständigere und effektivere Verbrennung. Nach dem Ablauf der Verbrennung verbleibt ein längerer Zeitraum zur molekularen Spaltung des verbrannten Luft-Gas-Gemisches. Dies führt zu einem effektiveren und vollständigeren Verlauf der Cracreaktionen. Es wird eine vollständigere molekulare Spaltung nach der Verbrennung ermöglicht.
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Das Aggregat kann bei gleichbleibender Leistung mit geringeren Verbrauchswerten und auch mit reduzierten Abgaswerten betrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuelkopf
- 2
- Pleuelschaft
- 3
- oberes Teilstück des Pleuels
- 4
- unteres Teilstück des Pleuels
- 5
- Pleuelfuß
- 6
- Trennebene
- 7
- Schlittenführung
- 8
- Doppelpfeil
- 9
- oberes Pleuelauge
- 10
- obere Halbschale
- 11
- untere Halbschale
- 12
- vorderer Auflagebereich
- 13
- hinterer Auflagebereich
- 14
- vordere Schraubverbindung
- 15
- hintere Schraubverbindung
- 16
- unteres Pleuelauge
- 17
- Pfeil
- 18
- vorderer Materialstrang
- 19
- Stegbereich
- 20
- hinterer Materialstrang
- 21
- vorderes Anschlagelement
- 22
- hinteres Anschlagelement
- 23
- Schrauben
- 24
- Ölbohrungen
- 25
- Profilschiene
- 26
- Aufnahme
- 27
- Hinterschneidungen
- 28
- Profilschiene
- 29
- Aufnahme
- 30
- Schwalbenschwanz
- 31
- trapezförmige Nut
- 32
- Wälzkörper
- 33
- Zylinder
- 34
- Kolben
- 35
- Kolbenbolzen
- 36
- Hubzapfen
- 37
- Kurbelwellenlager
- 38
- Kreisbahn
- 39
- Brennraum
- 40
- Kraftanlenkpunkt
- 41, 42
- Pfeile
