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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pleuel zur Anordnung zwischen einer Kurbelwelle und einem Kolben, wobei eine effektive Wirklänge des Pleuels zur Änderung eines Verdichtungsverhältnisses mittels eines Exzenters und eines Verstellsystems mit einer ersten Stützstange, einem ersten Stützzylinder und einem ersten Stützkolben und mit einer zweiten Stützstange, einem zweiten Stützzylinder und einem zweiten Stützkolben am Pleuel verstellbar ist, indem die erste Stützstange und die zweite Stützstange an zueinander entfernten Anbindungspunkten mit dem Exzenter verbunden sind, und eine Drehposition des Exzenters mittels wahlweiser Druckbeaufschlagung des ersten und zweiten Stützkolbens in dem ersten und zweiten Stützzylinder beeinflussbar ist und wobei der erste Stützzylinder, der zweite Stützzylinder und eine Kurbelwellenlagerschale des Pleuels über Fluidkanäle miteinander verbunden sind.
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Pleuel der zuvor genannten Art kommen insbesondere in Verbrennungsmotoren zur Anwendung, in denen Mittels des Pleuels ein Verdichtungsverhältnis während des Motorbetriebes änderbar und einstellbar ist. Dadurch kann der Motorbetrieb auf eine jeweilige Betriebsart optimiert werden.
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STAND DER TECHNIK
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Die
WO 2015/173391 A1 offenbart einen Pleuel mit einem an dem Pleuel angeordneten Verdichtungskolben, der mittels eines Exzenters und einem Verstellsystem derart verstellbar ist, dass eine Wirklänge des Pleuels änderbar und einstellbar ist. Offenbarungsgemäß ist der Exzenter mittels an gegenüberliegenden Seiten angebrachten Verbindungsgelenken eines Schwenkhebels bewegbar. Ein jeweils gegenüberliegendes Verbindungsgelenk ist mit jeweils einer Stange verbunden. An den Stangen ist jeweils ein Stützkolben angebracht. Die Stützkolben sind jeweils in einem Stützzylinder verfahrbar. Die Stützzylinder sind über Fluidkanäle miteinander verbunden. Zudem ist ein Kurbelwellenlager an den Fluidkanälen angeschlossen. Die Fluidkanäle werden von einer Ölpumpe gespeist, sodass im Motorbetrieb die Fluidkanäle und Stützzylinder mit einem Öl versorgt sind und mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt sind. Somit sind die Stützkolben einerseits über die Stangen, die am Schwenkhebel angelenkt sind, mechanisch miteinander wirkverbunden. Zudem sind die Stützkolben über die Fluidkanäle hydraulisch miteinander wirkverbunden. Im motorischen Betrieb verfahren der Pleuel sowie der daran gelagerte Kolben hochfrequent in einem Verbrennungszylinder. Dabei wirken insbesondere auf den Verdichtungskolben Massenkräfte bei Änderungen der Bewegungsgeschwindigkeit sowie Gaskräfte von der Verbrennung eines Gasgemischs in dem Verbrennungszylinder. Diese Kräfte werden über den Exzenter und den Hebelarm auf die Stützstangen und Stützkolben in den jeweiligen Stützzylindern eingeleitet, wobei Massekräfte einem ersten Stützkolben und Gaskräfte einem zweiten Stützkolben zuordenbar sind. Mittels einer Einstellung eines in den Fluidkanälen angeordnetem Wegeventil sowie Rückschlagventilen und Drosseln lässt sich mittels dieser Drücke der Stützkolben im Stützzylinder verfahren und somit über den Exzenter eine Wirklänge des Pleuels und damit ein Verdichtungsverhältnis ändern und einstellen.
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Durch die hochfrequent alternierend eingeleiteten Kräfte kommt es auch in einer fest eingestellten Position oder in einer Endstellung zu Bewegungen der Stützkolben in den Stützzylindern, wodurch kurzzeitig sehr hohe und sehr niedrige Öldrücke in den Fluidkanälen und den Stützzylindern anliegen. Ein niedriger Öldruck entsteht insbesondere, wenn das Öl nicht ausreichend schnell nachströmen kann. Zusätzlich wird das in den Stützzylindern und Fluidkanälen befindliche Öl aufgrund der sich hochfrequent ändernden Bewegungsrichtung der Stützkolben erregt und in eine Schwingung versetzt. Diese Druckschwingungen und damit einhergehende Kavitation und Druckwellen führen zu Schäden an Komponenten des Pleuels, zum Beispiel den Stützkolben, Dichtungen der Stützkolben, Schaltelementen, Ventilen und anderen Bauteilen. Insbesondere problematisch ist, dass hierbei kurzzeitig Unterdrücke entstehen, die einen Dampfdruck unterschreiten, sodass Schäden im Pleuel sowie an einer Pleuellagerschale und der Kurbelwelle entstehen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Mittels zur Vermeidung von Schäden an Komponenten des Pleuels und der Kurbelwelle, insbesondere die Vermeidung oder zumindest Verminderung von Druckschwingungen und Kavitation in dem Stützzylinder und den Fluidkanälen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Pleuel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass an dem ersten Stützkolben ein Zapfen ausgebildet ist, der in einer Endstellung des ersten Stützkolbens im ersten Stützzylinder in einem sich an den ersten Stützzylinder anschließenden ersten Stützkanal bündig einfahrbar ist und/oder dass der erste Stützzylinder einen Überströmungskanal aufweist, um einen Unterdruck in einem ersten Zylinderraum zu vermeiden, wenn auf den ersten Stützkolben eine Zugkraft über die erste Stützstange eingeleitet wird.
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Durch den Zapfen, der in dem ersten Stützkanal dichtend einliegt, ist der erste Stützzylinder hydraulisch entkoppelt und eine Volumenänderung durch die Bewegung des ersten Stützkolbens erfolgt lediglich in dem ersten Stützkanal und ist somit minimiert. Damit einhergehende Druckschwingungen und Kavitation werden somit verringert. Dadurch werden auch Schäden am Pleuel, Komponenten des Pleuels, einer Kurbelwellenlagerschale, der Kurbelwelle vermieden. Durch den Überströmungskanal ist ein Belüftungspfad gebildet, der einen Unterdruck bei einer Hubbewegung vermeidet indem ein Fluid abhängig von der Position des ersten Stützkolbens frei in den ersten Zylinderraum ein- und ausströmen kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Pleuels ist der Überströmungskanal von einem den ersten Zylinderraum begrenzenden Boden des ersten Stützzylinders ausgehend als Spalt ausgebildet. Ein solcher Spalt ist einfach zu fertigen und kommt insbesondere in einer einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zuordenbaren besonders kritischen Endstellung des ersten Stützkolbens zur Wirkung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Überströmungskanal länger als ein axialer Dichtungsabschnitt des ersten Stützkolbens gegen eine Innenwand des ersten Stützzylinders. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei Hubbewegungen des ersten Stützkolbens in dem ersten Stützzylinder ein freier Belüftungspfad bereitgestellt ist.
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Vorteilhafterweise weist der Zapfen ein sich vom Stützkolben weg verjüngendes Endstück auf. Dadurch wird ein sicheres Einfahren ohne Verkanten des Zapfens mit dem Stützkanal und insbesondere einem Übergang zwischen Boden des Stützzylinders und dem Stützkanal erzielt. Weiterhin wird durch das verjüngende Endstück ein Gaseinschluss und damit einhergehende Blasenbildung beim Einfahren in den Stützkanal vermieden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Durchmesser des ersten Stützzylinders größer als ein Durchmesser des zweiten Stützzylinders. Vorteilhafterweise ist der Durchmesser des ersten Stützkanals kleiner als der Durchmesser des zweiten Stützzylinders. Zudem ist der Durchmesser des ersten Stützkanals kleiner als der Durchmesser des ersten Stützzylinders. Bei einer zylindrischen Ausgestaltung des ersten und des zweiten Stützzylinders sowie des ersten Stützkanals ergeben sich bei unterschiedlich großen Durchmessern verschieden große Flächen des ersten Stützkolben, des zweiten Stützkolben sowie des Zapfens, auf die ein hydraulischer Druck wirkt. Damit einher wirken verschieden große Kräfte auf den ersten Stützkolben, den zweiten Stützkolben sowie den Zapfen. Mittels der verschieden großen Kräfte lassen sich Vorzugslagen, des zweiten Stützkolbens relativ zu dem ersten Stützkolben oder relativ zu dem Zapfen einstellen und beibehalten.
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Vorteilhafterweise ist der Überströmungskanal eine Nut in der Innenwand des ersten Stützzylinders. Die Nut verläuft vorteilhafterweise parallel zu einer Hubachse in dem ersten Stützzylinder. Dadurch wird ein Fluidaustausch über den Belüftungspfad in Ausgestaltung der Nut gewährleistet, während die übrige Innenwand des ersten Stützzylinders als eine Führung für den ersten Stützkolben wirkt.
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Besonders vorteilhafterweise sind zwei Überströmungskanäle diametral gegenüberliegend in dem ersten Stützzylinder angeordnet, wodurch redundant zwei unabhängig voneinander ausgebildete Strömungskanäle für den Fluidaustausch bereitgestellt. Zudem ist damit eine symmetrische Führung des ersten Stützkolbens an der Innenwand des ersten Stützzylinders bereitgestellt. Durch eine führende Innenwand wird insbesondere auch einem Verkanten des ersten Stützzylinders und insbesondere eines Dichtungsabschnittes an einem einer Kante zwischen dem Überströmungskanal und der Innenwand des ersten Stützzylinders entgegengewirkt.
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In einer Weiterbildung ist der Überströmungskanal als Ringspalt in dem Stützzylinder ausgeformt. Dadurch wird ein großer Strömungsraum bereitgestellt und ein Fluidaustauch mit hohem Volumenstrom ermöglicht.
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Weiterhin schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass in einer Endstellung, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist, der Zapfen dichtend in dem ersten Stützkanal eingefahren ist und/oder der Überströmungskanal einen Dichtungsabschnitt des ersten Stützkolbens axial überragt.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen Pleuel gemäß dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung mit einem daran gelagerten Verdichtungskolben,
- 2a in einer schematischen Darstellung Fluidkanäle und ein Wegeventil des Pleuels gemäß dem Stand der Technik beim Verfahren von einer einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung in eine einem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung,
- 2b in einer schematischen Darstellung Fluidkanäle und ein Wegeventil des Pleuels gemäß dem Stand der Technik beim Verfahren von die dem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung in die dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordnete Endstellung,
- 2c in einer schematischen Darstellung Fluidkanäle und ein Wegeventil des Pleuels gemäß dem Stand der Technik in die dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung,
- 3a in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Pleuel mit einem Zapfen an einem ersten Stützkolben und mit einem Überströmungskanal in einem ersten Stützzylinder,
- 3b den erfindungsgemäßen Pleuel mit dem ersten Stützkolben, dem Zapfen und einem daran ausgebildeten Endstück,
- 3c den erfindungsgemäßen Pleuel mit dem Überströmungskanal in dem ersten Stützzylinder .
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Die 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Pleuel 100 der mit einer Kurbelwellenlagerschale 40 an einer Kurbelwelle 200 gelagert ist. Ein Verdichtungskolben 300 ist mittels eines Bolzens 14 an einem Exzenter 10 des Pleuels 100 gehalten. Mittels einer Rotationsbewegung 61 um einen Drehpunkt 15 des Exzenters 10 ist eine Oberfläche 301 des Verdichtungskolbens 300 zu einem Pleuelaugenmittelpunkt 110 hin oder von diesem weg beweglich. Dadurch ist eine effektive Wirklänge l des Pleuel 100 einstellbar. Mittels dieser Wirklänge l ist ein Verdichtungsverhältnis in einem Verbrennungszylinder eines Verbrennungsmotors veränderbar und einstellbar. Eine Wirklänge l2 ist dabei einem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordnet und eine Wirklänge l1 ist dabei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordnet. Der Exzenter 10 umfasst einen ersten Anbindungspunkt 12 und einen zweiten Anbindungspunkt 13, die vom Drehpunkt 15 ausgehend an gegenüberliegenden Enden des Exzenters 10 liegen. Eine erste Stützstange 22 und eine zweite Stützstange 32 sind mit dem ersten Anbindungspunkt 12 beziehungsweise dem zweiten Anbindungspunkt 13 verbunden. Die erste Stützstange 22 ist, an einem dem ersten Anbindungspunkt 12 gegenüberliegenden Ende, mit einem ersten Stützkolben 26 verbunden. Der erste Stützkolben 26 ist verfahrbar in einem ersten Stützzylinder 24 angeordnet. Die zweite Stützstange 32 ist mit einem zweiten Stützkolben 36 verbunden. Der zweite Stützkolben 36 ist verfahrbar in einem zweiten Stützzylinder 34 angeordnet. Somit verbinden die erste und die zweite Stützstange 22,32 den Exzenter 10 mit dem ersten Stützkolben 26 beziehungsweise mit dem zweiten Stützkolben 36. Die erste und die zweite Stützstange 22,32, der erste und der zweite Stützkolben 26, 36 und der erste und zweite Stützzylinder 24, 34 bilden ein Verstellsystem 20 zum Ändern und Einstellen der Wirklänge l des Pleuel 100.
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An der Kurbelwellenlagerschale 40 zugewandten Enden münden Fluidkanäle 50 in den ersten und zweiten Stützzylinders 24,34. Die Fluidkanäle 50 verbinden den ersten und den zweiten Stützzylinder 24,34 sowie die Kurbelwellenlagerschale 40 hydraulisch miteinander. Mittels einer hier nicht näher dargestellten Pumpe werden die Fluidleitungen 50, der erste und der zweite Stützzylinder 24, 34 sowie die Kurbelwellenlagerschale 40 mit einem Öl versorgt und mit einem und Versorgungsdruckniveau beaufschlagt. Die Pumpe bewirkt insbesondere auch eine Versorgung von Öl zwischen der Kurbelwellenlagerschale 40 und der Kurbelwelle 200.
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Über die Fluidkanäle 50 und den ersten und den zweiten Stützzylinder 24, 34 sowie über die mit dem Exzenter 10 verbundene erste Stützstange und zweite Stützstange 22,32 sind der erste Stützkolben 26 und der zweite Stützkolben 36 hydraulisch und mechanisch miteinander wirkverbunden. Im Motorbetrieb wirken auf den Verdichtungskolben 300 alternierend in entgegengesetzte Richtung eine Gaskraft Fg bei einem Verbrennungsvorgang in dem Verbrennungszylinder und eine Massenkraft Fm bei einer Bewegungsrichtungsänderung. Diese Massenkräfte Fm und Gaskräfte Fg bewirken eine Rotationsbewegung 61 des Exzenters 10. Diese Rotationsbewegung 61 bewirkt eine Hubbewegung 62 von 0,5 Millimeter des ersten und zweiten Stützkolbens 26, 36. Abhängig von einer Motoreinstellung und Drehzahl kann die Hubbewegung 62 beispielsweise auch nur 0,05 Millimeter betragen. Diese schnellwechselnden Hubbewegungen 62 führen Fluktuationen des Fluiddrucks mit Niedrigdruckphasen und Hochdruckphasen mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz, die zu Schäden am Pleuel 100, Komponenten des Pleuels, der Kurbelwellenlagerschale 40 und der Kurbelwelle 200 führen können.
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Die 2a zeigt in einer schematischen Darstellung den Pleuel 100 gemäß 1 mit den Fluidkanälen 50, die den ersten Stützzylinder 24 mit dem zweiten Stützzylinder 34 hydraulisch verbinden. Das Verstellsystem 20 befindet sich hier in einer einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung. Dabei befindet sich der erste Stützkolben 26 an einem Boden 23 des ersten Stützzylinders 24. Ein zwischen den Fluidkanälen 50 angeordnetes Wegeventil 51 ist in einer Schaltstellung zum Verfahren des Verstellsystems 20 in eine einem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung. Dabei wird der zweite Stützkolben 36 mittels eingeleiteter Massekräfte Fm in Richtung eines Bodens 33 des zweiten Stützzylinders 34 verfahren und Öl aus dem zweiten Stützzylinder 34 verdrängt. Mittels der mechanischen Kopplung des ersten Stützkolbens 26 mit dem zweiten Stützkolben 36 über den Exzenter 10 wird eine Zugkraft über die erste Stützstange 22 in den ersten Stützkolben 26 eingeleitet. Dadurch wird eine Bewegung des ersten Stützkolbens 26 weg von dem Boden 23 des ersten Stützzylinders 24 bewirkt. Damit einhergehend wird das Öl in den ersten Stützzylinder 24 gesaugt. Dabei entsteht ein Fluidfluss 63 von dem zweiten Stützzylinder 34 in den ersten Stützzylinder 24. Der Fluidfluss 63 erfolgt von dem zweiten Stützzylinder 34 durch die Fluidkanäle 50, eine zweite Drossel 38, das Wegeventil 51, ein erstes Absperrventil 27 in den ersten Stützkolben 24. Ein verfahren der Stützkolben 24,34 in entgegengesetzter Richtung bei Beaufschlagung mit der Gaskraft Fg wird durch die Schaltstellung des Wegeventils 51 und durch das erste Absperrventil 27 verhindert.
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2b zeigt in einer schematischen Darstellung den Pleuel 100 mit dem Verstellsystem 20 in der dem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung. Das Wegeventil 51 ist dabei in einer Schaltstellung zum Verfahren in die, dem niedrigen Verdichtungsverhältnis entsprechende, Endstellung. Dabei erfolgt bei auftretenden Gaskräften Fg ein Fluidfluss 63 von dem ersten Stützzylinder 24 über eine zwischen den Fluidkanälen 50 angeordnete erste Drossel 28, das Wegeventil 51 und einem zweitem Absperrventil 37 in den zweiten Stützzylinder 34.
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2c zeigt in einer schematischen Darstellung den Pleuel 100 in der dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung. Dabei befindet sich der erste Stützkolben 26 an dem Boden 23 des ersten Stützzylinders 24. Das Wegeventil 51 ist in einer Schaltstellung zum Verbleib des Verstellsystems 20 in der, dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten, Endstellung. Die Pumpe 60 ist an die Kurbelwelle 200 angeschlossen und gewährleistet eine Versorgung von Öl sowie das Anliegen eines Versorgungsdruckniveau zwischen der Kurbelwelle 200 und der Kurbelwellenlagerschale 40. Dabei werden Die Fluidleitungen 50 sind mit der Kurbelwellenlagerschale 40 verbunden und werden so mit dem Öl versorgt und mit dem Versorgungsdruckniveau beaufschlagt. Der erste Stützzylinder 24 und der zweite Stützzylinder 34 werden mittels der Fluidleitungen 50 mit Öl versorgt und mit dem Versorgungsdruckniveau beaufschlagt. Unter Einwirkung der Massenkraft Fm erfolgt eine Rotationsbewegung 61 des Exzenters 10 im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 15, welche durch die Kompressibilität eines Öles im zweiten Stützzylinder entsteht. Dabei macht der erste Stützkolben 26 eine gleichsinnige Hubbewegung 62 in Richtung des Exzenters 10. Dabei entsteht ein Unterdruck in dem durch einen Dichtungsabschnitt 70 des ersten Stützkolbens 26 abgedichteten zweiten Stützzylinder 24 und den daran angeschlossenen Fluidkanälen 50. In einer darauffolgenden Phase wirkt die Gaskraft Fg in entgegengesetzter Richtung auf das Verstellsystem 20 und der erste Stützzylinder 26 vollzieht eine Hubbewegung 62 in Richtung des Bodens 23. Dabei erhöht sich ein Druck in dem Öl.
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Durch den Unterdruck kommt es zu einer Unterversorgung von Öl zwischen der Kurbelwelle 200 und der Kurbelwellenlagerschale 40 und damit einhergehenden Schäden. Zudem kommt es, insbesondere durch die Druckschwankungen und damit einhergehenden Druckwellen in dem Öl zu Kavitation, die zu Schäden an dem Dichtungsabschnitt 70, dem Wegeventil 51, dem ersten Stützzylinder 24, den Fluidleitungen 50, der Kurbelwellenlagerschale 40, der Kurbelwelle 200 und weiteren Komponenten des Pleuel 100 führen.
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3a zeigt in schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Pleuel 100 mit dem Verstellsystem 20 in der, dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordneten, Endstellung. Über den Exzenter 10 und die erste Stützstange 22 und die zweite Stützstange 32 sind der erste Stützkolben 26 beziehungsweise der zweite Stützkolben 36 mechanisch miteinander verbunden. Der erste Stützkolben 26 liegt in dieser Endstellung an dem Boden 23 des ersten Stützzylinders 24 an. Zwischen dem ersten Stützzylinder 24 und den Fluidkanälen 50 ist ein zylindrischer Stützkanal 52 mit einem Durchmesser d1 ausgebildet. Der Durchmesser d1 des Stützkanals 52 ist größer als ein Durchmesser der Fluidkanäle 50. An dem ersten Stützkolben 26 ist ein Zapfen 21 angeformt. An den Zapfen 21 schließt sich ein Endstück 29 an. Der Zapfen 21 und das sich verjüngende Endstück 29 liegen in dieser Endstellung in dem Stützkanal 52. Dabei ist ein Durchmesser d2 des zylindrischen Zapfens 21 und der Durchmesser d1 des Stützkanals 52 annähernd gleich groß, sodass der Zapfen 21 an einer Kanalwand 53 des ersten Stützkanals 52 anliegt. Somit dichtet und koppelt der Zapfen 21 den ersten Stützkanal 52 und die Fluidkanäle 50 von dem ersten Stützzylinder 24 ab. Von dem Boden 23 ausgehend erstreckt sich ein Überströmungskanal 25 parallel zu einer Hubachse 64 in dem ersten Stützzylinder 24. Die Hubachse 64 verläuft äquidistant zu der Innenwand 72 des ersten Stützzylinders 24. Der Überströmungskanal 25 ist als Ringspalt in dem ersten Stützzylinder 24 ausgebildet, sodass der Dichtungsabschnitt 70 des ersten Stützkolbens 26 in dieser Endstellung frei umströmbar ist. Der als Ringspalt gebildete Überströmungskanal 25 umgibt einen gesamten Umfang des Dichtungsabschnitts 70.Somit ist der Dichtungsabschnitt 70 in dieser Endstellung frei von Kontakt mit der Innenwand 72 des ersten Stützzylinders 24. Somit ist ein Belüftungspfad gebildet, der einen Fluidaustausch und ein Druckausgleich zwischen einem ersten Zylinderraum 71, der zwischen dem Boden 23 und dem Dichtungsabschnitt 70 liegt, und einem Restvolumen 73 des ersten Stützzylinders 24 ermöglicht. In dieser Endstellung überragt der Überströmungskanal 25 den Dichtungsabschnitt 70 axial. Durch die Kurbelwelle 200 versorgt die Pumpe 60 die Fluidleitungen 50 mit Öl und gewährleistet ein Versorgungsdruckniveau in den Fluidleitungen 50, dem Stützkanal 52 sowie zwischen der Kurbelwelle 200 und der Kurbelwellenlagerschale 40.
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Unter Beaufschlagung des hier nicht dargestellten Verdichtungskolben mit der Massenkraft Fm vollzieht der zweite Stützkolben 36 die Hubbewegung 62 in Richtung der Fluidleitungen 50. Unter einer damit einhergehenden Einleitung der Zugkraft über die erste Stützstange 22 auf den ersten Stützkolben 26 vollzieht dieser eine Hubbewegung 62 in Richtung des Exzenters 10. Dabei wir das Öl in dem zweiten Stützzylinder 34 kurzzeitig mit einem hohen Druck beaufschlagt, der jedoch aufgrund des zweiten Absperrventils 37 und der Schaltstellung des Wegeventils 51 nicht in die Kurbellagerschale 40 und den ersten Stützzylinder 24 übergeleitet wird. In dem ersten Stützzylinder 24 entsteht kein Unterdruck, da der Überströmungskanal 25 einen Druckausgleich zwischen dem ersten Zylinderraum 71 und dem Restvolumen 73 ermöglicht. Zudem ist der erste Stützzylinder 24 in dieser Endstellung aufgrund des Zapfens 21 in dem Stützkanal 52 von den Fluidkanälen 50 entkoppelt. Ein Druckabfall, der zudem gering ist, entsteht dabei lediglich in dem ersten Stützkanal 52 durch die Hubbewegung 62 des Zapfens 21 in dem Stützkanal 52. Der Zapfen in einer Richtung entlang einer Hubachse 64 länger als die durch die Zugkraft bewirkte Hubbewegung 62 des ersten Stützkolbens 26. Dabei ist von Bedeutung, dass eine Volumenänderung aufgrund des verhältnismäßig kleinen Durchmessers d1 des Stützkanals 52 bei gleichbleibendem Hub verhältnismäßig niedrig ist. Aufgrund der niedrigen Volumenänderung ist auch ein Druckabfall niedrig und es werden Druckschwingungen und Kavitation vermieden. Insbesondere wird trotz Druckabfalls ein ausreichendes Versorgungsdruckniveau zwischen Lagerschale 40 und Kurbelwelle 200 aufrechterhalten. Somit wird auch ein Schaden an der Lagerschale 40 und der Kurbelwelle 200 aufgrund von Unterversorgung mit Öl verhindert.
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3b zeigt in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Pleuel 100 mit an dem ersten Stützkolben 26 ausgebildetem Zapfen 21. An den Zapfen 21 anschließend ist das sich in Richtung der Fluidkanäle 50 verjüngende Endstück 29 ausgebildet. Die Innenwand 72 des ersten Stützzylinders 24 ist durchgehend eben ausgebildet. Der Dichtungsabschnitt 70 des ersten Stützkolbens 26 dichtet den ersten Stützzylinder 24 ab.
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Die Pumpe 60 ist an der Kurbelwelle 200 angeschlossen und gewährleistet eine kontinuierliche Versorgung von Öl bei dem Versorgungsdruckniveau zwischen Kurbelwelle 200 und Kurbelwellenlagerschale. Die Fluidkanäle 40 sind an die Kurbelwellenlagerschale 40 angeschlossen. Die Pumpe 60 gewährleistet über die Kurbelwellenlagerschale 40 eine kontinuierliche Versorgung der Fluidkanäle 50 mit Öl und gewährleistet ein kontinuierlich anliegendes Versorgungsdruckniveau in den Fluidkanälen 50, den Stützzylindern 24,34 und dem Stützkanal 52. Bei gleichem Öldruck in dem Stützkanal 52 und dem zweiten Stützzylinder 34 wirkt aufgrund eines größeren Durchmessers D2 des zweiten Stützzylinders 34 gegenüber dem Durchmesser d1 des ersten Stützkanals 52 eine größere Kraft auf den zweiten Stützkolben 36 als auf den Zapfen 21. Dadurch wird eine Vorzugslage des Verstellsystems 20 erzielt und beibehalten. Diese Vorzuglage entspricht der Endstellung des Verstellsystems das dem niedrigen Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist. Der Durchmesser D1 des ersten Stützzylinders 24 ist größer als der Durchmesser D2 des zweiten Stützzylinders 34. Somit wird in einer umgekehrten (hier nicht dargestellten) Stellung des Verstellsystems 20, der dem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist, bei gleichem Druck eine umgekehrte bevorzugte Vorzugslage in der Endstellung erzielt und beibehalten.
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3c zeigt den erfindungsgemäßen Pleuel 100 mit dem ersten Stützzylinder 24 und darin angeordnetem ersten Stützkolben 26. Zwei sich diametral gegenüberliegende Überströmungskanäle 25 sind als Nuten in Form von Aussparungen in dem zylindrischen ersten Stützzylinder 24 ausgebildet. Zwischen den Nuten erstreckt sich die Innenwand 72 durchgängig parallel zu der Hubachse 64 von dem Boden 23 des ersten Stützzylinders 24. Dabei wirkt die Innenwand 72 als Führung für den Dichtungsabschnitt 70, sodass der Dichtungsabschnitt 70 nicht mit einer Kante 75 an einem Übergang zwischen dem Überströmungskanal 25 und der Innenwand 72 verkantet und beschädigt wird. Die Kante 75 bildet somit auch ein Ende des Überströmungskanals 25. Die Kante 75 ist derart angeordnet, dass der Dichtungsabschnitt 70 an der Kante 75 anliegt, wenn der Exzenter 10 eine Rotationsbewegung 61 um 2° bis 3° um den Drehpunkt 15 und in Richtung der dem hohen Verdichtungsverhältnis zugeordneten Endstellung vollzogen hat.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Pleuel
- 110
- Pleuelaugenmittelpunkt
- 200
- Kurbelwelle
- 300
- Kolben
- 10
- Exzenter
- 12
- Anbindungspunkt
- 13
- Anbindungspunkt
- 14
- Bolzen
- 15
- Drehpunkt
- 20
- Verstellsystem
- 21
- Zapfen
- 22
- erste Stützstange
- 23
- Boden
- 24
- erster Stützzylinder
- 25
- Überströmungskanal
- 26
- erster Stützkolben
- 27
- erstes Absperrventil
- 28
- erste Drossel
- 29
- Endstück
- 32
- zweite Stützstange
- 33
- Boden
- 34
- zweiter Stützzylinder
- 36
- zweiter Stützkolben
- 37
- zweites Absperrventil
- 38
- zweite Drossel
- 40
- Kurbelwellenlagerschale
- 50
- Fluidkanäle
- 51
- Wegeventil
- 52
- erster Stützkanal
- 53
- Kanalwand
- 60
- Pumpe
- 61
- Rotationsbewegung
- 62
- Hubbewegung
- 63
- Fluidfluss
- 64
- Hubachse
- 70
- Dichtungsabschnitt
- 71
- erster Zylinderraum
- 72
- Innenwand
- 73
- Restvolumen
- 75
- Kante
- D1
- Durchmesser erster Stützzylinder
- D2
- Durchmesser zweiter Stützzylinder
- d1
- Durchmesser Stützkanal
- d2
- Durchmesser Zapfen
- Fm
- Massekraft
- Fg
- Gaskraft
- I
- Wirklänge
- I1
- Wirklänge hohes Verdichtungsverhältnis
- I2
- Wirklänge niedriges Verdichtungsverhältnis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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