DE102015103203B4

DE102015103203B4 - Pleuelstange mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung und Verbrennungsmotor mit einer solchen Pleuelstange

Info

Publication number: DE102015103203B4
Application number: DE102015103203.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Paul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: JP2016161134A; CN105937445B; US10087980B2; CN105937445A; DE102015103203A1; GB201603810D0; GB2536808A; GB2536808B; US20160258477A1

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) derart angreifen, dass sich im Bereich jeder Exzenterstange (15, 16) ein Verbindungsbolzen (36) durch Ausnehmungen im Exzenterhebel (14) und in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16), durch die sich der jeweilige Verbindungsbolzen (36) erstreckt, und ein sich durch die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckender Abschnitt des jeweiligen Verbindungsbolzens (36) beide zumindest abschnittsweise gewölbt konturiert sind, wobei sich von außen ausgehend von Öffnungen der Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange gesehen ein Innendurchmesser der Ausnehmung (37) nach innen in Richtung auf eine Mitte der Ausnehmung (37) verringert, und wobei sich von außen gesehen ein Außendurchmesser des Abschnitts des Verbindungsbolzens (36) in Richtung nach innen vergrößert.

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 |_eff, 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 Exzenterkhebels 14 und damit zur Veränderung der effektiven Pleuelstangenlänge |_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 Exzenterhebel 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.
Im Bereich jeder der in 1 gezeigten Exzenterstangen 15, 16 erstreckt sich zur gelenkigen Verbindung der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 mit dem Exzenterhebel 14 ein Verbindungsbolzen 36 durch Ausnehmungen im Exzenterhebel 14 sowie durch eine Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange 15, 16. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Detail II der Pleuelstange 10 der 1 und verdeutlicht demnach die aus dem Stand der Technik bekannte gelenkige Anbindung einer der Exzenterstangen 16 am Exzenterhebel 14 durch einen Verbindungsbolzen 36 der sich, wie bereits ausgeführt, durch nicht gezeigte Ausnehmen des Exzenterhebels 14 und eine Ausnehmung 37 der Exzenterstange 16 erstreckt.
Wie 2 entnommen werden kann, sind nach dem Stand der Technik die Ausnehmung 37 der Exzenterstange 16 sowie der sich durch diese Ausnehmung 37 erstreckende Abschnitt des Verbindungsbolzens 36 jeweils zylindrisch konturiert. Zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Funktionsfähigkeit der Pleuelstange ist es von Bedeutung, eine Rechtwinkeligkeit zwischen einer Achse der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 und dem jeweiligen Verbindungsbolzen 36 bzw. eine Parallelität zwischen der Achse des jeweiligen Verbindungsbolzens 36 und einer Achse des Exzenters der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zu gewährleisten.
Dies ist mit der in 2 gezeigten Ausgestaltung der Verbindung der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 mit dem Exzenterhebel 14 nicht realisierbar, sodass sich Abweichungen von dieser geometrischen Ideallage zwischen der Achse der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 und der Achse des jeweiligen Verbindungsbolzens 36 ausbilden können. Hierdurch unterliegt die Lagerstelle bzw. Verbindungsstelle zwischen der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 und dem Exzenterhebel 14 einem hohen Verschleiß. Es besteht Bedarf an einer Pleuelstange sowie an einem Verbrennungsmotor mit einer solchen Pleuelstange, die bzw. der die obigen Nachteile vermeidet.
WO 2014 / 019 683 A1 offenbart auch eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist.
DE 521 676 A offenbart eine weitere Pleuelstange.
DE 10 2011 077 278 B3 und DE 22 23 721 A offenbaren Details von Gleitlagerschalen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Verbrennungsmotor und eine neuartige Pleuelstange zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Pleuelstange gemäß Anspruch 1 und durch eine Pleuelstange gemäß Anspruch 3 gelöst.
Die Erfindung ermöglicht ein verschleißunempfindliches und toleranzunempfindliches gelenkiges Anbinden der jeweiligen Exzenterstange an den Exzenterhebel der Exzenter-Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Pleuelstange. Durch die erfindungsgemäße, zumindest abschnittsweise gewölbte Konturierung der Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange und/oder des sich durch die Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange erstreckenden Abschnitts des jeweiligen Verbindungsbolzens können Toleranzen bei der Einzelteilfertigung und Montage der Pleuelstange ausgeglichen werden.
Vorzugsweise ist zumindest der sich durch die Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange erstreckende Abschnitt des jeweilige Verbindungsbolzens zumindest abschnittsweise ballig gewölbt oder zumindest abschnittsweise tonnenförmig gewölbt oder zumindest abschnittsweise konvex gewölbt konturiert. Diese gewölbte Konturierung des sich durch die Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange erstreckenden Abschnitts des jeweiligen Verbindungsbolzens ist zur Gewährleistung einer verschleißunempfindlichen und toleranzunempfindlichen, gelenkigen Anbindung der jeweiligen Exzenterstange an den Exzenterhebel der Pleuelstange besonders bevorzugt.
Der Verbrennungsmotor ist in Anspruch 4 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 eine Pleuelstange eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis;
2 einen Querschnitt durch das Detail II der 1;
3a einen Querschnitt durch ein Detail einer Pleuelstange;
3b den Querschnitt der 3a mit Fertigungstoleranzen; und
4 einen Querschnitt durch ein Detail einer erfindungsgemäßen Pleuelstange.

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, 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 13 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine optimale Anbindung der Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 an den Exzenterhebel 14 derselben.
Nach 3a und 3b ist die Ausnehmung 37 in der gezeigten Exzenterstange 16, durch die sich der Verbindungsbolzen 36 erstreckt, zumindest abschnittsweise oder auch durchgehend gewölbt konturiert, nämlich ballig gewölbt oder tonnenförmig gewölbt oder konvex gewölbt. Der Abschnitt des Verbindungsbolzens 37, der sich durch die Ausnehmung 37 erstreckt, ist in 3a, 3b zylindrisch konturiert. Ausgehend von den Enden bzw. Öffnungen der Ausnehmung 37 in der jeweiligen Exzenterstange verringert sich demnach der Innendurchmesser dieser Ausnehmung 37 nach innen in Richtung auf die Mitte der Ausnehmung 37. 3a zeigt die geometrische Ideallage zwischen dem Verbindungsbolzen 36 und der gezeigten Exzenterstange 16, wobei sich eine Achse 38 der gezeigten Exzenterstange 16 im Idealfall senkrecht zu einer Achse 39 des Verbindungsbolzens 36 erstreckt. 3b zeigt eine Ausgestaltung analog zu 3a, jedoch unter übertriebener Darstellung möglicher Toleranzen, bei welchen die Achse 38 der gezeigten Exzenterstange 16 nicht mehr senkrecht zur Achse 39 des gezeigten Verbindungsbolzens 36 verläuft. Durch die zumindest abschnittsweise gewölbt konturierte Ausgestaltung der Ausnehmung 37 ist eine Relativbewegung zwischen dem Verbindungsbolzen 36 und der Exzenterstange 16 möglich, nämlich eine Kippbewegung des Verbindungsbolzens 36 um die zumindest abschnittsweise gewölbte Kontur der Ausnehmung 37. Hierdurch kann sich dann die Achse 39 des Verbindungsbolzens 36 zur Achse 38 der Exzenterstange 16 ausrichten, um eine verschleißunempfindliche und toleranzunempfindliche Anbindung der jeweiligen Exzenterstange 16 an den Exzenterhebel 14 zu gewährleisten.
Eine Variante der Erfindung zeigt 4, wobei in der Variante der 4 nicht die Ausnehmung 37 in der Exzenterstange 16 gewölbt konturiert ist, sondern vielmehr der sich durch die Ausnehmung 37 erstreckende Abschnitt des Verbindungsbolzens 36. Dieser Abschnitt ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise ballig gewölbt oder zumindest abschnittsweise tonnenförmig gewölbt oder zumindest abschnittsweise konvex gewölbt konturiert, und zwar derart, dass sich von außen gesehen der Außendurchmesser des Abschnitts des Verbindungsbolzens 36 in Richtung nach innen vergrößert. Die Ausnehmung 37 ist in 4 zylindrisch konturiert.
Nach einer weiteren, nicht gezeigten Ausführung der Erfindung ist es möglich, dass sowohl die Ausnehmung 37 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 als auch der durch die Ausnehmung 37 erstreckende Abschnitt des Verbindungsbolzens 36 zumindest abschnittsweise gewölbt oder auch durchgehend gewölbt, vorzugsweise ballig gewölbt oder tonnenförmig gewölbt oder konvex gewölbt, konturiert sind.
Die Erfindung gewährleistet eine optimale gelenkige Anbindung der Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der Pleuelstange 10 an den Exzenterhebel 14. Die Anbindung der Exzenterstangen 15, 16 an den Exzenterhebel 14 ist verschleißunempfindlich und toleranzunempfindlich. Fertigungstoleranzen und Montagetoleranzen können ausgeglichen werden.

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) derart angreifen, dass sich im Bereich jeder Exzenterstange (15, 16) ein Verbindungsbolzen (36) durch Ausnehmungen im Exzenterhebel (14) und in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16), durch die sich der jeweilige Verbindungsbolzen (36) erstreckt, und ein sich durch die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckender Abschnitt des jeweiligen Verbindungsbolzens (36) beide zumindest abschnittsweise gewölbt konturiert sind, wobei sich von außen ausgehend von Öffnungen der Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange gesehen ein Innendurchmesser der Ausnehmung (37) nach innen in Richtung auf eine Mitte der Ausnehmung (37) verringert, und wobei sich von außen gesehen ein Außendurchmesser des Abschnitts des Verbindungsbolzens (36) in Richtung nach innen vergrößert.
Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16), durch die sich der jeweilige Verbindungsbolzen (36) erstreckt, und der sich durch die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckende Abschnitt des jeweiligen Verbindungsbolzens (26) zumindest abschnittsweise ballig oder tonnenförmig oder konvex gewölbt konturiert ist.
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) derart angreifen, dass sich im Bereich jeder Exzenterstange (15, 16) ein Verbindungsbolzen (36) durch Ausnehmungen im Exzenterhebel (14) und in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16), durch die sich der jeweilige Verbindungsbolzen (36) erstreckt, zylindrisch und ein sich durch die Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange (15, 16) erstreckender Abschnitt des jeweiligen Verbindungsbolzens (36) zumindest abschnittsweise gewölbt konturiert ist, wobei sich von außen ausgehend von Öffnungen der Ausnehmung (37) in der jeweiligen Exzenterstange gesehen ein Außendurchmesser des Abschnitts des Verbindungsbolzens (36) in Richtung nach innen auf eine Mitte der Ausnehmung (37) vergrößert.
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 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 Anspruch 1, 2 oder 3 ausgebildet ist.