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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist und ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung mittels eines Umschaltventils verstellbar ist.
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Stand der Technik
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Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulischen Umschaltventilen eine Exzenter-Verstelleinrichtung eines Pleuels betätigen.
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Ein derartiges Pleuel ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 112 461 A1 bekannt und umfasst eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist, sowie zwei Kolben, welche jeweils in einer Hydraulikkammer verschiebbar geführt sind und in welchen an dem Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen der Exzenter-Verstelleinrichtung gelagert sind. Ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung ist mittels eines Umschaltventils verstellbar. Durch die Änderung des Verstellwegs wird die effektive Pleuelstangenlänge geändert. Damit kann die Verdichtung einer Brennkraftmaschine gesteuert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes und damit kostengünstigeres Pleuel zu schaffen.
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Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist und ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung mittels eines Umschaltventils verstellbar ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit einem Kolben auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist, wobei die Stützstange an dem Exzenterhebel gelenkig gelagert und der Exzenterhebel einarmig ausgebildet ist.
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Als effektive Pleuelstangenlänge wird der Abstand der Mittelachse des Hublagerauges zu der Mittelachse der Kolbenbolzenbohrung bezeichnet. Durch die Verstellung der effektiven Pleuelstangenlänge kann eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine erreicht werden, die mit einem solchen Pleuel ausgestattet ist. Dadurch, dass ein doppeltwirkender Zylinder zum Einsatz kommt, ist nur ein Exzenterhebel notwendig. Vorteilhaft werden weniger Pleuel-Bauteile benötigt. Das Design ist kostengünstig, da nur noch eine Stützkammer notwendig ist. Im Pleuelkörper sind weniger Bohrungen insbesondere für Hydraulikflüssigkeitsleitungen notwendig, und die Geometrie der Anordnung ist vereinfacht. Vorteilhaft können Hydraulikkammern der Exzenter-Verstelleinrichtung durch die Zylinderbohrung selbst gebildet sein.
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Die Verbindung zwischen Exzenterhebel und Exzenter kann auf vielfältige Weise hergestellt sein, beispielsweise mittels eines Pressverbands, mittels einer Passfeder, mittels einer Klebung oder mittels einer Verzahnung.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange an dem Exzenterhebel mittels eines Gelenkelements mit einem exzenterhebelseitigen Gelenk und einem stützstangenseitigen Gelenk gelenkig gelagert sein. Das Gelenkelement kann sehr kurz ausgeführt sein, so dass die Stützstange in der Hydraulikkammer nicht mehr verkippen kann.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung können in dem Hydraulikzylinder eine erste Hydraulikkammer und eine zweite Hydraulikkammer vorgesehen sein, welche über Rückschlagventile sowie erste Hydraulikflüssigkeitsleitungen Hydraulikfluid nachsaugen können und welche über zweite Hydraulikflüssigkeitsleitungen mittels des Umschaltventils mit einem Versorgungsanschluss verbindbar sein können. Dies erlaubt eine kompakte Anordnung im Pleuel.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann eine der zweiten Hydraulikflüssigkeitsleitungen zu der ersten Hydraulikkammer geführt sein und unterhalb des Begrenzungselements in der Zylinderbohrung enden, und es kann eine weitere der zweiten Hydraulikflüssigkeitsleitungen zu der zweiten Hydraulikkammer geführt sein und im Bodenbereich der Zylinderbohrung enden. Insbesondere kann je ein Rückschlagventil in der Hydraulikflüssigkeitsleitung vorgesehen sein. Es sind nur wenige Bohrungen für die Hydraulikflüssigkeitsleitungen im Pleuel notwendig. Dies erlaubt eine kompakte Anordnung.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Kolben starr mit der Stützstange verbunden sein. Relativbewegungen von Kolben und Stützstange gegeneinander in der Zylinderbohrung können vermieden werden. Gegebenenfalls kann der Kolben auch einteilig mit der Stützstange ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange starr in der Zylinderbohrung geführt sein. Ein Verkippen der Stützstange in der Hydraulikkammer kann vermieden werden.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange länger ausgebildet sein als eine Eintauchtiefe des Kolbens in der Zylinderbohrung. Damit kann sichergestellt werden, dass die Zylinderbohrung frei von Gelenkverbindungen der Stützstange ist und die Stützstange in der Zylinderbohrung starr geführt sein kann. Die Konstruktion ist vereinfacht.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Zylinderbohrung in einem Pleuelkörper ausgebildet sein. Dies ist günstig für den Bauraum. Die Zylinderbohrung kann in einer seitlichen Erweiterung am Pleuel ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Zylinderbohrung ein Begrenzungselement für eine Bewegung des Kolbens aufweisen, das einen maximalen Hub des Kolbens begrenzt. Das Begrenzungselement kann ein Begrenzungsring sein, der in die Zylinderbohrung eingepresst oder eingeklebt sein kann.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange mittels einer Zylinderrollenverbindung mit dem Exzenterhebel verbunden sein. Der Fachmann kann die geeignete Art der Verbindung abhängig vom Einsatzzweck, der Belastung und dergleichen geeignet auswählen. Vorteilhaft können beide Gelenke des Gelenkelements gleichartig ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange mittels eines Kugelgelenks mit dem Exzenterhebel verbunden sein. Der Fachmann kann die geeignete Art der Verbindung abhängig vom Einsatzzweck, der Belastung und dergleichen geeignet auswählen. Vorteilhaft können beide Gelenke des Gelenkelements gleichartig ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange mittels eines Kardangelenks mit dem Exzenterhebel verbunden sein. Der Fachmann kann die geeignete Art der Verbindung abhängig vom Einsatzzweck, der Belastung und dergleichen geeignet auswählen. Vorteilhaft können beide Gelenke des Gelenkelements gleichartig ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange mittels eines Gleichlaufgelenks mit dem Exzenterhebel verbunden sein. Der Fachmann kann die geeignete Art der Verbindung abhängig vom Einsatzzweck, der Belastung und dergleichen geeignet auswählen. Vorteilhaft können beide Gelenke des Gelenkelements gleichartig ausgebildet sein.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Exzenterhebel aus zwei Blechbiegeteilen ausgebildet und an den Exzenter geschweißt vorgesehen sein. Dies erlaubt eine bewährte und preiswerte Herstellung des Exzenterhebels.
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Es wird ferner eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist und ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung mittels eines Umschaltventils verstellbar ist. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit einem Kolben auf, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist, wobei die Stützstange an dem Exzenterhebel gelenkig gelagert und der Exzenterhebel einarmig ausgebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
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1 eine schematische isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Pleuels;
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2 bis 4 eine Draufsicht auf das Pleuel gemäß 1 mit verschiedenen Schnittebenen;
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5 einen ersten Längsschnitt durch das Pleuel aus 1 entlang der Linie A-A in 2 im Zustand mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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6 einen zweiten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie B-B in 3 im Zustand Epsilonhigh mit großer effektiver Pleuelstangenlänge;
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7 einen dritten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie C-C in 4 im Zustand Epsilonhigh mit großer effektiver Pleuelstangenlänge;
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8 einen ersten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie A-A in 2 im Zustand Epsilonlow mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge;
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9 einen zweiten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie B-B in 3 im Zustand Epsilonlow mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge und
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10 einen dritten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie C-C in 4 im Zustand Epsilonlow mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Pleuel 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 weist einen mit einem Exzenterhebel 3 zusammenwirkenden Exzenter 4 auf. Dabei ist ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 mittels eines nicht näher beschriebenen Umschaltventils 5 verstellbar.
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Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften der Brennkraftmaschine initiiert, die bei einem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagten, im Pleuel 1 integrierten Kolben 6 unterstützt, bzw. der Kolben 6 verhindert ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 wirkenden Kräfte.
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Das Pleuel weist einen einarmigen Exzenterhebel 3 auf, der über ein Gelenkelement 18 mit der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 verbunden ist. Das Gelenkelement 18 weist zwei Gelenke auf, ein exzenterhebelseitiges Gelenk 24 und ein stützstangenseitiges Gelenk 25 zur Exzenter-Verstelleinrichtung 2 hin.
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Wie insbesondere den 5 bis 10 zu entnehmen ist, welche verschiedene Längsschnitte des Pleuels 1 in zwei Verdichtungs-Zuständen (Epsilonhigh und Epsilonlow, d.h. hohes Verdichtungsverhältnis und niedriges Verdichtungsverhältnis) zeigen, weist die Exzenter-Verstelleinrichtung 2 einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 7 mit dem Kolben 6 auf. Der Kolben 6 ist in einer im Pleuelkörper ausgebildeten Zylinderbohrung 8 verschiebbar geführt und mit einer Stützstange 9 verbunden, welche an dem Exzenterhebel 3 gelenkig gelagert ist.
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In dem Hydraulikzylinder 7 sind eine erste Hydraulikkammer 13 und eine zweite Hydraulikkammer 14 ausgebildet, welche mittels zweiten Hydraulikflüssigkeitsleitungen 19, 20 von einem Hublagerauge 10 aus mit Hydraulikflüssigkeit über die in 5 gezeigten Rückschlagventile 11, 12 beaufschlagbar sind. Diese verhindern dabei ein Rückfließen der Hydraulikflüssigkeit aus den Hydraulikkammern 13, 14 zurück über die zweiten Hydraulikflüssigkeitsleitungen 19, 20 in eine Lagerschale des Hublagerauges 10 und ermöglichen jedoch ein Nachsaugen von Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern 13, 14 aus der Lagerschale. Die Hydraulikkammern 13, 14 sind mit in den 6 und 7 gezeigten ersten Hydraulikflüssigkeitsleitungen 15, 16 mittels des Umschaltventils 5 mit einem Versorgungsanschluss verbindbar.
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Zur Herstellung der Hydraulikkammer 13 ist ein als Begrenzungsring ausgebildetes Begrenzungselement 17 in die Zylinderbohrung 8 beispielsweise eingepresst.
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Der Kolben 6 kann wie dargestellt starr mit der Stützstange 9 verbunden sein. Möglich ist auch eine einteilige Ausgestaltung von Kolben 6 und Stützstange 9.
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Die Stützstange 9 ist vorzugsweise mittels eines als Kardangelenk ausgebildeten Gelenkelements 18 mit dem Exzenterhebel 3 verbunden. Denkbar sind jedoch auch alternative, dem Fachmann geläufige Gelenkverbindungen, wie beispielsweise ein Kugelgelenk, im Rahmen der Erfindung möglich. Stellvert retend sei eine Verbindung mittels eines Gleichlaufgelenks genannt.
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Der Exzenterhebel 3 ist einteilig vorgesehen, kann alternativ aber aus zwei Blechbiegeteilen ausgebildet und an den Exzenter 4 geschweißt vorgesehen sein. Ebenso sind andere Verbindungsvarianten (Pressverband, Passfeder, Klebeverbindung, Verzahnung etc.) für die Verbindung von Exzenter 4 und Exzenterhebel 3 denkbar.
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Die Erfindung erlaubt ein besonders kostengünstiges Design mit wenigen Bauteilen, da nur noch eine Zylinderbohrung 8 im Pleuelkörper 22 bearbeitet werden muss. Ebenso wird für den Exzenterhebel 3 nur noch eine Stützstangenanbindung benötigt, so dass auch die Ausgestaltung des Exzenterhebels 3, der durch den erfindungsgemäßen Aufbau einarmig vorgesehen ist, vereinfacht wird.
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Als weiteren Vorteil der Erfindung kann zudem gesehen werden, dass der Kolben 6 in der Kammer nicht mehr verkippen kann und somit die Tribologie vereinfacht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012112461 A1 [0003]
