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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, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen doppeltwirkenden Schwenkzylinder mit einem Kolben aufweist, 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 Schwenkzylinder 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 notwendig, und die Geometrie der Anordnung ist vereinfacht.
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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 können der Kolben und die Stützstange starr verbunden sein. Dadurch, dass die Verbindung starr sein kann, tritt weniger Verschleiß auf. Der Kolben kann in der Hydraulikkammer nicht mehr verkippen, was eine einfachere Tribologie ermöglicht.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung können im Schwenkzylinder zwei Hydraulikkammern vorgesehen sein, welche über Rückschlagventile sowie erste Hydraulikleitungen Hydraulikfluid nachsaugen können und welche über zweite Hydraulikleitungen mittels des Umschaltventils mit einem Versorgungsanschluss verbindbar sind. Dies erlaubt eine kompakte Anordnung.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Stützstange mittels einer Zylinderrollen-Verbindung oder einer Kugelkopf-Verbindung mit dem Exzenterhebel verbunden sein. Dies erlaubt eine stabile Verbindung. Der Exzenterhebel benötigt nur noch eine Stützstangenanbindung und kann daher vereinfacht aufgebaut 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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Nach einer günstigen Ausgestaltung können die Rückschlagventile als Bandrückschlagventile in der Zylinderbohrung des Schwenkzylinders ausgebildet sein. Der Aufbau ist einfach, platzsparend und die Funktionsweise zuverlässig. Alternativ können die Rückschlagventile auch übliche Rückschlagventile, etwa Rückschlagventil-Baugruppen sein. Die Dichtflächen können metallisch dichtend vorgesehen sein. Alternativ ist es möglich, separate Dichtungen an den Dichtflächen vorzusehen.
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Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Umschaltventil entfernt vom Schwenkzylinder im Pleuelkörper angeordnet vorgesehen sein. Es sind nur wenige Bohrungen vom Schwenkzylinder zum Umschaltventil notwendig.
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Nach einer günstigen alternativen Ausgestaltung kann das Umschaltventil im Schwenkzylinder angeordnet vorgesehen sein. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau.
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Nach einer günstigen alternativen Ausgestaltung kann das Umschaltventil im Gelenk des Schwenkzylinders angeordnet vorgesehen sein. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung vorgeschlagen, mit einem Pleuel, das mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge ausgestattet ist, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist und ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung mittels eines Umschaltventils verstellbar ist, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen doppeltwirkenden Schwenkzylinder mit einem Kolben aufweist, 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 5 eine Draufsicht auf das Pleuel gemäß 1 mit Angabe verschiedener Schnittebenen;
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6 einen ersten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie A-A in 2 im Zustand hoher Verdichtung mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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7 einen zweiten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie B-B in 3 im Zustand hoher Verdichtung mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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8 einen dritten teilweisen Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie C-C in 3 im Zustand hoher Verdichtung mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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9 einen vierten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie D-D in 4 im Zustand hoher Verdichtung mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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10 einen fünften Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie E-E in 5 im Zustand hoher Verdichtung mit großer effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh);
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11 einen ersten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie A-A in 2 im Zustand niedriger Verdichtung mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonlow);
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12 einen zweiten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie B-B in 3 im Zustand niedriger Verdichtung mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonlow);
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13 einen dritten teilweisen Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie C-C in 3 im Zustand niedriger Verdichtung mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonlow);
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14 einen vierten Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie D-D in 4 im Zustand niedriger Verdichtung mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh); und
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15 einen fünften Längsschnitt durch das Pleuel entlang der Linie E-E in 5 im Zustand niedriger Verdichtung mit kleiner effektiver Pleuelstangenlänge (Epsilonhigh).
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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 isometrischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Pleuel 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die effektive Pleuelstangenlänge ist der Abstand der Mittelachse des Hublagerauges 19 (großes Pleuelauge) zu der Mittelachse der Kolbenbolzenbohrung 26 (kleines Pleuelauge). 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, welches im Pleuelkörper entfernt von der Exzenter-Verstelleinrichtung 2 angeordnet ist.
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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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Wie insbesondere den 6 bis 15 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 Schwenkzylinder 7 mit einem Kolben 6 auf. Der Kolben 6 ist in einer in dem Schwenkzylinder 7 ausgebildeten Zylinderbohrung 8 verschiebbar geführt und mit einer Stützstange 9 vorzugsweise starr verbunden, welche an dem Exzenterhebel 3 gelenkig gelagert ist.
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Wie insbesondere 6 zu entnehmen ist, ist die Zylinderbohrung 8 durch einen Einleger 10 ausgebildet, welcher in den Schwenkzylinder 7 beispielsweise eingepresst vorgesehen ist. Der Schwenkzylinder 7 ist schwenkbar mittels eines Gelenks 12 an einem Pleuelkörper 11 des Pleuels 1 angeordnet, wodurch eine starre Verbindung zwischen Stützstange 9 und Kolben 6 möglich ist. In dem Gelenk 12 befinden sich mehrere Radialnuten, durch welche die Hydraulikflüssigkeit in den Schwenkzylinder 7 gelangt.
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In dem Schwenkzylinder 7 sind zwei Hydraulikkammern 13, 14 ausgebildet, welche über Rückschlagventile 15, 16 mittels ersten Hydraulikflüssigkeitsleitungen 17, 18 im Einleger 10 bzw. im Pleuelkörper 11 von einem Hublagerauge 19 aus mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar sind. Die Rückschlagventile 15, 16, welche als Bandrückschlagventile in der Zylinderbohrung 8 angeordnet sind, verhindern dabei ein Rückfließen der Hydraulikflüssigkeit aus den Hydraulikkammern 13, 14 zurück in die Hydraulikflüssigkeitsleitungen 17, 18 und in eine Lagerschale des Hublagerauges 19 und ermöglichen jedoch ein Nachsaugen von Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern 13, 14 aus der Lagerschale. Die Hydraulikkammern 13, 14 sind mit zweiten Hydraulikleitungen 20, 21 mittels des Umschaltventils 5 mit einem Versorgungsanschluss verbindbar.
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Zur Herstellung der Hydraulikkammer 13 ist ein Begrenzungsring 22 in die Zylinderbohrung 8 beispielsweise eingepresst, wobei in dem Begrenzungsring 22 wenigstens eine Durchgangsbohrung 23 vorgesehen ist, um die Hydraulikkammer 13 mit den Hydraulikleitungen 20 im Einleger 10 bzw. im Pleuelkörper 11 zu verbinden.
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Die Stützstange 9 ist vorzugsweise mittels einer Zylinderrollenverbindung 24 mit dem Exzenterhebel 3 verbunden. Denkbar sind ebenfalls andere Verbindungsvarianten (Kugelkopf- Verbindung etc.).
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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 Exzenter-Exzenterhebel denkbar.
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Die Erfindung erlaubt ein besonders kostengünstiges Design mit wenigen Bauteilen, da nur noch eine Zylinderbohrung im Pleuelkörper 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]
