DE102015103205A1

DE102015103205A1 - Pleuelstange und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102015103205A1
Application number: DE102015103205.8A
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: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: CN105937444B; GB2537974B; JP6200014B2; GB201603812D0; JP2016161135A; GB2537974A; US9828909B2; US20160258354A1; DE102015103205B4; CN105937444A

Abstract

Pleuelstange (10), mit einem Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an eine Kurbelwelle (38), 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, wobei jeder Exzenterstange (15, 16) ein Kolben (20, 21) zugeordnet ist, der in einer Hydraulikkammer (22, 23) der Pleuelstange geführt ist, wobei die Hydraulikkammern (22, 23), in welchen die Kolben (20, 21) geführt sind, ausgehend von in die Kurbelwelle integrierten ersten Hydraulikleitungen (41), die zum Hublagerauge (11) führen, über zweite Hydraulikölleitungen (24, 25), die vom Hublagerauge (11) wegführen, mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind, und wobei Rückschlagventile (26, 27) ein Rückfließen des Hydrauliköls aus den Hydraulikkammern (22, 23) zurück in die zweiten Hydraulikleitungen (24, 25) verhindern, wobei mindestens eine Filterelement ein Eindringen von Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle in die Hydraulikkammern (22, 23) verhindert.

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 l_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 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 11 eine Pleuellagerschale 35 angeordnet ist.
Das Hydrauliköl, welches ausgehend vom Hublagerauge 11 der Pleuelstange 10 über die in die Pleuelstange 10 integrierten Hydraulikleitungen 24 und 25 den Hydraulikkammern 22 und 23 zuführbar ist, wird über die Kurbelwelle, nämlich über in die Kurbelwelle integrierte erste Hydraulikleitungen in Richtung auf das Hublagerauge geführt. Dabei besteht die Gefahr, dass Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle in die Hydraulikkammern und damit in die Pleuelstange gelangen, welche die Funktion der Exzenter-Verstelleinrichtung, insbesondere der Rückschlagventile derselben und ggf. des Umschaltventils, beeinträchtigen. Im Extremfall kann es zu einem Ausfallen der Exzenter-Verstelleinrichtung und damit der Pleuelstange kommen.
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. Diese Aufgabe wird durch eine Pleuelstange gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß verhindert mindestens ein Filterelement ein Eindringen von Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle in die Hydraulikkammern. Hiermit kann verhindert werden, dass Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle in die Hydraulikkammern und damit in die jeweilige Pleuelstange gelangen. Hierdurch kann die Funktionssicherheit der Pleuelstange bzw. eines die Pleuelstange umfassenden Verbrennungsmotors erhöht werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist ein Filterelement in eine erste Hydraulikleitung der Kurbelwelle integriert. Dann, wenn je Pleuelstange ein Filterelement in eine Hydraulikleitung der Kurbelwelle integriert ist, kann die Pleuelstange effektiv vor Verschmutzungen aus einem Motorölkreislauf geschützt werden. Hydraulikleitungen im Bereich der Kurbelwelle verfügen über relativ große Durchmesser, sodass in dieselben integrierte Filterelemente große Filterflächen aufweisen können. Entsprechende Filter verfügen demnach über ein großes Speichervolumen für die aus dem Hydrauliköl herauszufilternden Verunreinigungen. Ferner können in die Kurbelwelle integrierte Filterelemente druckverlustarm ausgeführt werden.
Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist jedem Rückschlagventil ein Filterelement zugeordnet, wobei in jede der Hydraulikkammern der Pleuelstange oder in jede der zweiten Hydraulikleitungen der Pleuelstange jeweils ein Filterelement integriert ist. Auch hiermit kann effektiv ein Eindringen von Verunreinigungen in die Hydraulikkammern der Pleuelstange vermieden werden. Das Positionieren der Filterelemente unmittelbar stromaufwärts der Hydraulikkammern bzw. der Rückschlagventile verfügt über den Vorteil, dass dieselben effektiv vor Verunreinigungen aus dem Hydrauliköl geschützt werden können.
Der Verbrennungsmotor ist in Anspruch 8 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 ein Detail einer ersten erfindungsgemäßen Pleuelstange; und
3 ein Detail einer zweiten 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 15, 16 zusammenwirkenden Hydraulikkammern 22, 23 herrschenden Hydraulikdruck zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses verlagerbar sind. Die mit den Exzenterstangen 15, 16 zusammenwirkenden Hydraulikkammern 22, 23 sind ausgehend von der Kurbelwelle und vom Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10 mit Hydrauliköl versorgbar. Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass mit jeder Pleuelstange 10 ein Filterelement zusammenwirkt, welches ein Eindringen von Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle in die Hydraulikkammern 22, 23 verhindert.
So zeigt 2 einen Ausschnitt aus einer Pleuelstange 10 im Bereich eines Rückschlagventils 27 und eines in einer Hydraulikkammer 23 geführten Kolbens 21 einer Exzenterstange 15, wobei im Ausführungsbeispiel der 2 jedem Rückschlagventil, und damit auch dem in 2 gezeigten Rückschlagventil 27, ein individuelles Filterelement 36 zugeordnet ist. Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Filterelement 36 zusammen mit dem Rückschlagventil 27 in die Hydraulikkammer 23 integriert, nämlich in Strömungsrichtung 37 des Hydrauliköls gesehen stromaufwärts des Rückschlagventils 27.
In 2 handelt es sich beim Filterelement 36 um ein plattenartiges Filterelement, welches als separate Baugruppe ausgebildet ist und vor dem Anordnen des Rückschlagventils 27 in der Hydraulikkammer 23 in die Hydraulikkammer 23 eingepresst wird.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 2 kann das Filterelement 36 auch integraler Bestandteil des Rückschlagventils 27 sein.
Ebenso ist es möglich, ein Filterelement in die jeweilige Hydraulikleitung 24 bzw. 25 zu integrieren, die ausgehend vom Hublagerauge 11 das Hydrauliköl in Richtung auf die jeweilige Hydraulikkammern 22, 23 führt.
3 zeigt einen stark schematisierten Ausschnitt aus einem Verbrennungsmotor im Bereich einer Kurbelwelle 38 und einer Pleuelstange 10, wobei von der Pleuelstange 10 lediglich das Hublagerauge 11 sowie Ölführungsnuten 39 im Bereich des Hublagerauges 11 bzw. im Bereich der Pleuellagerschale 35 gezeigt sind.
Von der Kurbelwelle 38 ist ein Hauptlagerzapfen 40 gezeigt, ebenso wie in die Kurbelwelle 38 integrierte Hydraulikleitungen 41, über welche Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle 38 in Richtung auf die Pleuelstange 10, nämlich in Richtung auf die Ölführungsnuten 39 im Bereich des Hublagerauges 11, führbar ist.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist in eine der Hydraulikleitungen 41 der Kurbelwelle 38 ein Filterelement 42 integriert, sodass keine Verunreinigungen über das Hydrauliköl in Richtung auf die Pleuelstange 10 gelangen können.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, Verunreinigungen, wie Schmutz oder Späne, die im Hydrauliköl eines Motorölkreislaufs enthalten sein können, mit Hilfe von Filterelementen, die Pleuelstangen 10 zugeordnet sind, herauszufiltern, um so zu verhindern, dass derartige Verunreinigungen in den Bereich von Hydraulikkammern 22, 23 bzw. Rückschlagventilen 26, 27 einer Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der Pleuelstangen 10 gelangen und so die Funktionsfähigkeit der jeweiligen Pleuelstange 10 beeinträchtigen können. Dabei ist in 2 jeder Hydraulikkammer 22, 23 bzw. jedem Rückschlagventil 26, 27 ein separates Filterelement 36 zugeordnet, welches in die jeweilige Pleuelstange 10 integriert ist. In der Variante der 3 wirkt mit jeder Pleuelstange 10 ein Filterelement 42 zusammen, welches in eine Hydraulikleitung 41 der Kurbelwelle 38 integriert ist. Die Filterelemente 36, 42 der Varianten der 2 und 3 können auch in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. In jedem Fall kann verhindert werden, dass über das Hydrauliköl Verunreinigungen in Richtung auf die Pleuelstange 10 gelangen. Hiermit ist es möglich, auch solche Verbrennungsmotoren mit Pleuelstangen 10, die eine Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zur Veränderung der effektiven Pleuelstangenlänge aufweisen, auszurüsten, die geringe Anforderungen an Sauberkeit hinsichtlich des Motorölkreislaufs aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010016037 A1 [0002, 0003]
DE 10108461 B4 [0006]

Claims

Pleuelstange (10), mit einem Hublagerauge (11) zur Anbindung derselben an eine Kurbelwelle (38), 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, wobei jeder Exzenterstange (15, 16) ein Kolben (20, 21) zugeordnet ist, der in einer Hydraulikkammer (22, 23) der Pleuelstange geführt ist, wobei die Hydraulikkammern (22, 23), in welchen die Kolben (20, 21) geführt sind, ausgehend von in die Kurbelwelle integrierten ersten Hydraulikleitungen (41), die zum Hublagerauge (11) führen, über zweite Hydraulikölleitungen (24, 25), die vom Hublagerauge (11) wegführen, mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind, und wobei Rückschlagventile (26, 27) ein Rückfließen des Hydrauliköls aus den Hydraulikkammern (22, 23) zurück in die zweiten Hydraulikleitungen (24, 25) verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Filterelement (36, 42) ein Eindringen von Verunreinigungen über das Hydrauliköl ausgehend von der Kurbelwelle (38) in die Hydraulikkammern (22, 23) verhindert.
Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (42) in eine erste Hydraulikleitung (41) der Kurbelwelle (38) integriert ist.
Pleuelstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die ersten Hydraulikleitungen (41) der Kurbelwelle (38) für die Pleuelstange ein pleuelstangenindividuelles Filterelement (42) integriert ist.
Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Rückschlagventil (26, 27) ein Filterelement (36) zugeordnet ist.
Pleuelstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jede der Hydraulikkammern (24, 25) der Pleuelstange jeweils ein Filterelement (36) integriert ist.
Pleuelstange nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Filterelement (36) integraler Bestandteil des jeweiligen Rückschlagventils (26, 27) ist.
Pleuelstange nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jede der zweiten Hydraulikleitungen (24, 25) der Pleuelstange jeweils ein Filterelement (36) integriert ist.
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 oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.