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Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis und einen solchen Verbrennungsmotor.
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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.
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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.
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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.
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Aus der
DE 10 2005 055 199 A1 sind weitere Details eines solchen Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis bekannt, wobei es diesem Stand der Technik bekannt ist, den Exzenterhebel, an welchem die Exzenterstangen angreifen, in eine schlitzartige Ausnehmung im Pleuellagerauge einzusetzen.
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Nach der
DE 10 2005 055 199 A1 wird zur Montage der Exzenterhebel, der eine Bohrung mit einer Innenverzahnung aufweist, in die schlitzartige Ausnehmung des Pleuellagerauges eingesetzt, wobei anschließend der Exzenter, der eine Außenverzahnung aufweist, in die Bohrung des Exzenterhebels eingesetzt wird. Der Exzenter und der Exzenterhebel sind über die ineinander greifenden Verzahnungen miteinander verbunden. Die Verbindung des Exzenters mit dem Exzenterhebel über die ineinander eingreifenden Verzahnungen erfordert einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand.
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Die
DE 10 2012 210 601 A1 offenbart ein Bruchtrennverfahren für eine Pleuelstange im Bereich des Hublagerauges.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, die mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand hergestellt werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Pleuelstange zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Exzenter und die Exzenterhebelsegmente des Exzenterhebels bilden eine monolithische Baugruppe aus, deart, dass der Exzenter und die Exzenterhebelsegmente des Exzenterhebels eine einstückige Einheit bilden. Das Pleuellagerauge ist derart geteilt, dass dasselbe ein zusammen mit einem Pleuelstangengrundkörper monolithisch ausgebildetes erstes Teil und ein vom Pleuelstangengrundkörper getrenntes zweites Teil aufweist, welches mit dem ersten Teil durch lösbare Verbindungsmittel lösbar verbunden ist.
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Eine solche Pleuelstange kann mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand hergestellt werden. Insbesondere wird auf ineinander greifenden Verzahnungen und auf Schweißverbindungen zwischen dem Exzenter und den Exzenterhebelsegmenten des Exzenterhebels verzichtet, da dieselbe eine monolithische Baugruppe bilden. Durch Schweißverbindungen verursachte Bauteilverformungen von Exzenter und Exzenterhebel können eliminiert werden. Die Teilung des Pleuellagerauge in das zusammen mit dem Pleuelstangengrundkörper monolithisch ausgebildete erste Teil und das vom Pleuelstangengrundkörper getrennte zweite Teil erlaubt dann eine einfache Montage der monolithischen Baugruppe aus Exzenter und Exzenterhebel am Pleuellagerauge.
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Vorzugsweise ist das zweite Teil des Pleuellagerauges mit dem ersten Teil des Pleuellagerauges durch Schrauben lösbar verbunden. Eine solche Pleuelstange kann mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand hergestellt werden. Dieselbe ist leicht montierbar und demontierbar. Durch Schweißverbindungen verursachte Bauteilverformungen können eliminiert werden. Anstelle von Schrauben können natürlich auch andere lösbare Verbindungsmittel vorgesehen sein.
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Das zweite Teil des Pleuellagerauges ist entweder durch Abtrennen vom dem ersten Teil des Pleuellagerauges ausgebildet, alternativ sind das zweite Teil des Pleuellagerauges und das ersten Teil des Pleuellagerauges separate Fertigungsbauteile. Beide Varianten erlauben eine vorteilhafte Fertigung bzw. Montage.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greifen die Exzenterstangen an den Exzenterhebelsegmenten des Exzenterhebels über Verbindungselemente an, wobei die Verbindungselemente mit den Exzenterhebelsegmenten lösbar verbunden sind. Eine solche Pleuelstange kann mit geringem Aufwand hergestellt werden kann. Dieselbe ist leicht montierbar und demontierbar. Durch Schweißverbindungen verursachte Bauteilverformungen können eliminiert werden.
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Der Verbrennungsmotor ist in Anspruch 7 definiert.
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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;
- 2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Pleuelstange mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis im Bereich eines Pleuellagerauges; und
- 3 eine teilweise Explosionsdarstellung des Details der 2 mit einem ersten Teil des Pleuellagerauges und einem Exzenter sowie Exzenterhebel in Draufsicht und einem zweiten Teil des Pleuellagerauges in Seitenansicht.
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Ein Verbrennungsmotor mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis weist mindestens einen, vorzugsweise mehrere, Zylinder auf.
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Jeder Zylinder eines Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis 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 an einem Kurbelwellenlagerzapfen der Kurbelwelle und mit ihrem Pleuellagerauge 12 an einen Zylinderkolben des Verbrennungsmotors an.
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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.
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Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert.
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Der Exzenter 36 weist eine Bohrung 37 auf, die der Aufnahme eines Kolbenbolzens dient. Der Exzenterhebel 14 weist Exzenterhebelsegmente 38, 39 auf, wobei in Axialrichtung des Exzenters 36 gesehen zu beiden Seiten des Pleuellagerauges 12 vor und hinter demselben jeweils eines der Exzenterhebelsegmente 38, 39 positioniert ist. Dabei ist das Pleuellagerauge 12 zwischen den beiden Exzenterhebelsegmenten 38, 39 angeordnet. Der Exzenterhebel 14, nämlich die Exzenterhebelsegmente 38 und 39 desselben, sowie der Exzenter 36 bilden eine monolithische Baugruppe. Die Exzenterhebelsegmente 38 und 39 sowie der Exzenter 36 sind demnach nicht als getrennte Baugruppen ausgebildet und durch zum Beispiel ineinander greifende Verzahnungen oder durch Verschweißen miteinander verbunden, vielmehr bilden Exzenter 36 und Exzenterhebelsegmente 38, 39 eine monolithische Einheit, die zum Beispiel durch Drehen oder Fräsen einstückig aus einem entsprechenden Rohling bzw. Halbfertigteil hergestellt wird. Um diese monolithische Baugruppe bzw. diese einstückige oder einteilige Einheit aus Exzenter 36 und Exzenterhebelsegmenten 38, 39 des Exzenterhebels 14 am Pleuellagerauge 12 montieren zu können, ist das Pleuellagerauge 12 geteilt, nämlich derart, dass dasselbe ein zusammen mit einem Pleuelstangengrundkörper 10a monolithisch ausgebildetes erstes Teil 12a und ein vom Pleuelstangengrundkörper 10a getrenntes zweites Teil 12b aufweist, welches mit dem ersten Teil 12a lösbar verbunden ist, vorzugsweise durch Verschrauben. Hierdurch kann die monolithische Baugruppe bzw. einteilige Einheit aus dem Exzenter 36 und den Exzenterhebelsegmenten 38, 39, die im montierten Zustand in Axialrichtung gesehen vor und hinter dem Pleuellagerauge 12 und damit zu beiden Seiten des Pleuellagerauges 12 positioniert sind, einfach am Pleuellagerauge 12 montiert werden.
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In 2 ist eine Trennebene 42 zwischen den beiden Teilen 12a, 12b des Pleuellagerauges 12 gezeigt, wobei, wie 3 entnommen werden kann, diese beiden Teile 12a, 12b vorzugsweise durch Schrauben 43 lösbar miteinander verbunden sind.
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Die Schrauben 43 erstrecken sich dabei einerseits durch Ausnehmungen bzw. Bohrungen 44 im separaten Teil 12b sowie durch Ausnehmungen bzw. Bohrungen 45 im zusammen mit dem Pleuelstangengrundkörper 10a monolithisch ausgebildeten Teil 12a, wobei die Ausnehmungen bzw. Bohrungen 44 im Teil 12b gewindelos ausgebildet sind, wohingegen die Ausnehmungen bzw. Bohrungen 45 im Teil 12a ein Innengewinde aufweisen, welches mit dem Außengewinde der Schrauben 43 zusammenwirkt.
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Es ist möglich, das zweite Teil 12b und das erste Teil 12a des Pleuellagerauges 12 als separate Fertigungsbauteile bereitzustellen und dieselben durch die Schrauben 43 miteinander zu verbinden. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, die beiden Teile 12a, 12b zunächst als gemeinsames Fertigungsbauteil bereitzustellen und anschließend das zweite Teil 12b vom ersten Teil 12a und damit vom Pleuelstangengrundkörper 10a zum Beispiel durch Sägen oder ein sonstiges geeignetes Trennverfahren zu trennen. In jedem Fall verfügt das Pleuellagerauge 12 über zwei Teile 12a, 12b, die lösbar miteinander verbunden sind.
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Durch die obige Ausgestaltung der Pleuelstange 10 werden insbesondere Schweißverbindungen zwischen dem Exzenter 36 und den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 des Exzenterhebels 14 vermieden. Es besteht keine Gefahr, dass durch Schweißen bedingte Verformungen in den Exzenter 36 bzw. in die Exzenterhebelsegmente 38, 39 eingebracht werden.
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Die Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung greifen an den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 des Exzenterhebels 14 über Verbindungselemente 40, 41 an. Dabei ist insbesondere vorgesehen, die Verbindungselemente 40, 41 mit den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 lösbar zu verbinden, insbesondere durch Schrauben. Auch bei der Verbindung der Verbindungselemente 40, 41 mit den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 wird demnach insbesondere auf eine Schweißverbindung verzichtet, um Bauteilverformungen, insbesondere der Exzenterhebelsegmente 38, 39 zu vermeiden.
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Dann, wenn die Verbindungselemente 40, 41 mit den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 durch Schrauben lösbar verbunden sind, sind in eines der Exzenterhebelsegmente 38 bzw. 39 Gewindebohrungen und in das andere der Exzenterhebelsegmente 39 bzw. 38 Durchgangsbohrungen eingebracht, durch die sich die Schrauben erstrecken. Die Schrauben erstrecken sich dann auch durch die Verbindungselemente 40, 41. Die Verbindungselemente 40, 41 wirken auch als Distanzbolzen, die eine Verformung der Exzenterhebelsegmente 38, 39 bei der Verschraubung derselben mit den Verbindungselementen 40, 41 verhindern.
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Bei der erfindungsgemäßen Pleuelstange 10 wird auf Schweißverbindungen im Bereich der Exzenterhebelsegmente 38, 39, die zu beiden Seiten des Pleuellagerauges 12 positioniert sind, verzichtet. Die Exzenterhebelsegmente 38, 39 sind dabei integraler Bestandteil einer monolithischen Baugruppe, die auch den Exzenter 36 umfasst.
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Das Pleuellagerauge 12 ist in die beiden Teile 12a, 12b geteilt, die durch Schrauben 43 miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise sind auch die Verbindungselemente 40, 41, an welchen die Exzenterstangen 15, 16 angreifen, mit den Exzenterhebelsegmenten 38, 39 durch lösbare Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, lösbar verbunden. Dadurch ist die Pleuelstange 10 im Bereich dieser Baugruppen vollständig zerlegbar.
