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Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für einen Verbrennungsmotor und einen 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
leff , 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
leff 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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Wie oben bereits ausgeführt, ist zu beiden Seiten des Exzenterhebels 14 jeweils eine Exzenterstange 15, 16 an den Exzenterhebel 14 angebunden. 1 kann entnommen werden, dass jede der Exzenterstangen 15, 16 mit einem ersten Ende 36 bzw. 37 an dem Exzenterhebel 14 angreift, wobei die jeweilige Exzenterstange 15 bzw. 16 mit einem gegenüberliegenden zweiten Ende 38 bzw. 39 an einem in den Hydraulikkammern 22, 23 der Pleuelstange 10 geführten Kolben 20 bzw. 21 angreift.
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Aus der
DE 10 2015 103 207 A1 ist bekannt, dass die Exzenterstangen
15,
16 im Bereich ihrer zweiten Enden
38,
39 Kugelköpfe ausbilden, über welche die Exzenterstangen
15,
16 an die Kolben
20,
21 angebunden sind. Die Kugelköpfe greifen dabei in korrespondierende Ausnehmungen der Kolben
20,
21 ein. Der jeweilige Kolben
20,
21 nimmt dabei einen Haltering auf, der abschnittsweise an dem als Kugelkopf ausgebildeten Ende der jeweiligen Exzenterstange
15,
16 anliegt.
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Aus der
EP 3 067 576 A1 ist es ebenfalls bekannt, diejenigen Enden von Exzenterstangen, die in Kolben hineinragen, als Kugelköpfe auszuführen und über einen Haltering im Kolben zu sichern. Der Haltering hintergreift dabei einen Hinterschnitt im Kolben.
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Die Sicherung des als Kugelkopf ausgebildeten zweiten Endes einer Exzenterstange in dem jeweiligen Kolben über einen Haltering ist im Hinblick auf die Übertragbarkeit von Zugkräften von Nachteil. Es können zwar durch die Wirkverbindung von Kugelkopf und Kolben hohe Druckkräfte übertragen werden, die Übertragbarkeit der Zugkräfte, die auf den Haltering einwirken, ist jedoch vergleichsweise gering. Dies ist von Nachteil.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis und eine neuartige Pleuelstange für einen solchen Verbrennungsmotor zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist das zweite Ende mindestens einer der Exzenterstangen über einen Haltebolzen, die eine Ausnehmung im jeweiligen als Kugelkopf ausgebildeten zweite Enden der jeweiligen Exzenterstange und eine Ausnehmung im jeweiligen Kolben durchdringt, an dem jeweiligen Kolben befestigt.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein als Kugelkopf ausgebildetes zweites Ende einer der Exzenterstangen über einen Haltebolzen an dem jeweiligen Kolben befestigt. Dadurch ist es möglich, nicht nur hohe Druckkräfte sondern auch hohe Zugkräfte zu übertragen.
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Nach einer Weiterbildung entspricht ein Innendurchmesser der Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstange einem Außendurchmesser des jeweiligen Haltebolzens derart, dass der jeweilige Haltebolzen in der jeweiligen Exzenterstange mit Presssitz geführt ist. Ein Innendurchmesser der Ausnehmung im jeweiligen Kolben ist größer als ein Außendurchmesser des jeweiligen Haltebolzens ist, sodass der jeweiligen Haltebolzen in dem jeweiligen Kolben mit Spiel geführt ist. Durch diese Gestaltung der Innendurchmesser der Ausnehmungen in den zweiten Enden der Exzenterstangen sowie in den Kolben und des Außendurchmessers des jeweiligen Haltebolzens wird eine toleranzunempfindliche Verbindung der Exzenterstangen an die Kolben ermöglicht, welche eine Übertragung hoher Zugkräfte und Druckkräfte ermöglicht. Die Fertigung einer solchen Pleuelstange ist vergleichsweise einfach.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Mittelpunkt der Ausnehmung im jeweiligen Kolben gegenüber einem Mittelpunkt der Ausnehmung in der jeweiligen Exzenterstangen versetzt oder desachsiert, vorzugsweise derart, dass der Haltebolzen an einer dem ersten Ende der jeweiligen Exzenterstange zugewandten Seite ein kleineres Speil aufweist als an einer von dem ersten Ende der jeweiligen Exzenterstangen abgewandten Seite. Hierdurch kann einerseits eine hohe Funktionssicherheit bei der Übertragung von Druckkräften gewährleistet werden, andererseits wird ein möglichst geringes Zugspiel bereitgestellt. Zugkräfte und Druckkräfte können so sicher übertragen werden. Druckkräfte werden ausschließlich über die Kugelköpfe übertragen. Die Haltebolzen müssen keine Druckkräfte übertragen. Zugkräfte werden über die Haltebolzen übertragen.
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Der Verbrennungsmotor ist in Anspruch 8 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 mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis;
- 2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Pleuelstange;
- 3 ein Detail der 2.
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Ein Verbrennungsmotor mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis weist mindestens einen, vorzugsweise mehrere, Zylinder auf.
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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.
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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.
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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 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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Die Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der Pleuelstange 10 greifen mit ihren ersten Enden 36, 37 am Exzenterhebel 14 an. Mit gegenüberliegenden Enden 38, 39 sind die Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der Pleuelstange 10 an Kolben 20, 21 befestigt, die in Hydraulikkammern 22, 23 des Pleuels 10 geführt sind.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine optimale Anbindung der Exzenterstangen 15, 16 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der Pleuelstange 10 an die in den Hydraulikkammern 22, 23 geführten Kolben 20, 21 der Exzenter-Verstelleinrichtung 13.
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Die zweiten Enden 38, 39 der Exzenterstangen 15, 16 sind als Kugelköpfe ausgebildet, die in eine korrespondierende Ausnehmung des jeweiligen Kolbens 20, 21 eingreifen. Die jeweilige Ausnehmung des Kolbens 20, 21 ist als eine kugelschalensegmentartige Ausnehmung ausgebildet, in die das als Kugelkopf ausgebildete zweite Ende 38, 39 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 vorzugsweise abschnittsweise eingreift.
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Dieses Zusammenspiel der als Kugelköpfe ausgebildeten zweiten Enden 38, 39 der Exzenterstangen 15, 16 mit den kugelschalensegmentartigen Ausnehmungen der Kolben 20, 21 dient der Übertragung von Druckkräften, die bei der Verlagerung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 übertragen werden müssen.
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Die zweiten Enden 38, 39 der Exzenterstangen 15, 16, die als Kugelköpfe ausgebildet sind, sind über Haltebolzen 40, 41 an dem jeweiligen Kolben 20, 21 befestigt, wobei sich die Haltebolzen 40, 41 senkrecht zu einer Längsachse der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 erstrecken.
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Jeder Haltebolzen 40, 41 erstreckt sich einerseits durch eine Ausnehmung 42 im als Kugelkopf ausgebildeten zweiten Ende 38, 39 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 und andererseits durch eine Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 20, 21.
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Die Ausnehmung 42 in der jeweiligen Exzenterstange 15, 16, nämlich im als Kugelkopf ausgebildeten zweiten Ende 38, 39 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16, verfügt dabei über einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des jeweiligen Haltebolzens 40, 41 entspricht, sodass der jeweilige Haltebolzen 40, 41 in der jeweiligen Exzenterstange 15, 16, nämlich in der jeweiligen Ausnehmung 42 derselben, mit Presssitz geführt ist.
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In 3 visualisiert das Maß Dbolzen den Außendurchmesser des Haltebolzens 41, wobei dieser Außendurchmesser Dbolzen des Haltebolzens 41 dem Innendurchmesser der Ausnehmung 42 im zweiten Ende 38 der jeweiligen Exzenterstange 15entspricht, sodass hier demnach der Presssitz ausgebildet ist.
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Wie bereits ausgeführt, erstreckt sich der jeweilige Haltebolzen 40, 41 auch durch eine Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 20, 21, wobei ein Innendurchmesser der Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 20, 21 größer ist als der Außendurchmesser Dbolzen des jeweiligen Haltebolzens 41, 42, sodass der jeweilige Haltebolzen 41, 42 in dem jeweiligen Kolben 20, 21 mit Spiel geführt ist. In 3 visualisiert das Maß Dkolbenbohrung den Innendurchmesser der Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 20, 21.
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Wie 3 entnommen werden kann, ist ein Mittelpunkt 44 der Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 21, 22 gegenüber einem Mittelpunkt 45 der Ausnehmung 42 im zweiten Ende 38, 39 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 versetzt oder deaxiert.
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Dabei ist der Mittelpunkt 44 der Ausnehmung 43 im jeweiligen Kolben 21, 20 derart gegenüber dem Mittelpunkt 45 der Ausnehmung 42 in der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 vorzugsweise derart versetzt oder deaxiert, dass der Haltebolzen 40, 41 an einer dem jeweiligen ersten Ende 36, 37 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 zugewandten Seite ein kleineres Spiel in der Ausnehmung 43 des Kolbens 20, 21 aufweist als an einer von dem ersten Ende 36, 37 der jeweiligen Exzenterstange 15, 16 abgewandten Seite.
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Hierdurch wird sichergestellt, dass Druckkräfte ausschließlich durch die Wirkverbindung zwischen den als Kugelköpfen ausgebildeten zweiten Enden 38, 39 der Exzenterstangen 15, 16 und den Kugelschalensegmenten der Kolben 20, 21 und nicht durch die Haltebolzen 40, 41 übertragen werden.
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Die Haltebolzen 40, 41 werden lediglich bei der Übertragung von Zugkräften beansprucht.
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Erfindungsgemäß wird demnach eine Verbindung der Exzenterstangen 15, 16 mit den Kolben 20, 21 über eine Kugelabstützung zwischen den zweiten Enden 38, 39 der Exzenterstangen 15, 16 und den Kolben 20, 21 sowie über die Haltebolzen 40, 41 bereitgestellt. Druckkräfte und Zugkräfte werden durch unterschiedliche Komponenten übertragen, nämlich die Druckkräfte durch die Kugelköpfe und die Kugelschalensegmente und die Zugkräfte durch die Haltebolzen.
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Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Enden 38, 39 beider Exzenterstangen 15, 16 als Kugelköpfe ausgeführt, wobei im Bereich beider Kugelköpfe die Haltebolzen 40, 41 auf die oben beschriebene Art und Weise zum Einsatz kommen.
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Es ist auch möglich, dass die zweiten Enden 38, 39 beider Exzenterstangen 15, 16 als Kugelköpfe ausgeführt sind, dass jedoch nur im Bereich eines der Kugelköpfe ein Haltebolzen 40 bzw. 41 auf die oben beschriebene Art und Weise zum Einsatz kommt.
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Es ist auch möglich, dass nur ein zweites Ende 38 bzw. 39 der beiden Exzenterstangen 15 bzw. 16 als Kugelkopf ausgeführt ist, und dass im Bereich dieses Kugelkopfs der jeweilige Haltebolzen 40 bzw. 41 auf die oben beschriebene Art und Weise zum Einsatz kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010016037 A1 [0002, 0003]
- DE 102015103207 A1 [0006]
- EP 3067576 A1 [0007]
- DE 2014007050 A1 [0008]
- DE 2013021065 A1 [0008]
- DE 102015213286 A1 [0008]
