DE102020005189A1

DE102020005189A1 - Pleuel einer Verbrennungskraftmaschine zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses

Info

Publication number: DE102020005189A1
Application number: DE102020005189.8A
Authority: DE
Inventors: Carsten Thorenz; Christopher Marten; Thomas Saupe; Martin Koch
Original assignee: FEV Europe GmbH; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2020-11-12
Also published as: DE102021003601A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pleuel zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine.Das erfindungsgemäße Pleuel (1) mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Pleuelkopf (2) einen Kolbenbolzen (3) sowie eine Verriegelung. Der Kolbenbolzen (3) ist durch einen Exzenter (4) des Pleuels (1) mit veränderlichem Mittenabstand zum Pleuelkopf (2) gelagert, wobei- entweder der Pleuelkopf (2) oder der Kolbenbolzen (3) eine Fluidkammer (6,7) umfasst und der Exzenter (4) einen in die Fluidkammer (6,7) reichenden Vorsprung (8) aufweist, oder der Exzenter (4) eine Fluidkammer (6,7) umfasst oder begrenzt und der Pleuelkopf (2) oder der Exzenter (4) einen in die Fluidkammer (6,7) reichenden Vorsprung (8) aufweist, so dass ein Fluiddruck in der Fluidkammer (6,7) eine Kraft auf den Vorsprung (8) zur Veränderung der Exzenterstellung des Exzenters (4) ausübt,- die Verriegelung in einer verriegelnden Stellung ein Verdrehen des Exzenters (4) relativ zu dem Pleuelkopf (2) verhindert,- die Verriegelung lösbar ausgeführt ist, und- der Kolbenbolzen (3) und der Exzenter (4) als ein Bauteil (9) ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Pleuel zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine.
Aus der DE102019103998A1 ist ein Pleuel mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei in zumindest einer Schaltposition eine lösbare Verriegelung vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Pleuel mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Pleuelkopf, einen Kolbenbolzen und eine Verriegelung. Der Kolbenbolzen ist durch einen Exzenter des Pleuels mit veränderlichem Mittenabstand zum Pleuelkopf gelagert. Entweder der Pleuelkopf oder der Kolbenbolzen umfasst eine Fluidkammer und der Exzenter weist einen in die Fluidkammer reichenden Vorsprung auf, oder der Exzenter umfasst oder begrenzt eine Fluidkammer und der Pleuelkopf oder der Exzenter weist einen in die Fluidkammer reichenden Vorsprung auf, so dass ein Fluiddruck in der Fluidkammer eine Kraft auf den Vorsprung zur Veränderung der Exzenterstellung des Exzenters ausübt. Die Verriegelung verhindert in einer verriegelnden Stellung ein Verdrehen des Exzenters relativ zu dem Pleuelkopf. Die Verriegelung ist lösbar ausgeführt. Der Kolbenbolzen und der Exzenter sind als ein Bauteil ausgeführt.
Dadurch, dass der Kolbenbolzen und der Exzenter für ein solches System als ein Bauteil ausgeführt sind, ermöglicht die Erfindung, dass eine Struktursteifigkeit des Pleuels erhöht werden kann. Insbesondere können reduzierte Deformationen im Bereich eines kleinen Pleuelauges des Pleuels und/oder innerhalb des Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteils ermöglicht werden.
Bevorzugt umfasst die Verriegelung zwei Arretierungsbolzen und eine Aufnahme, so dass ein erster Arretierungsbolzen in einer ersten Stellung des Exzenters in die Aufnahme eingreift und ein zweiter Arretierungsbolzen in einer zweiten Stellung in die Aufnahme eingreift. Dadurch ermöglicht die Erfindung, dass ein hohes und ein niedriges Verdichtungsverhältnis sicher eingestellt werden können.
Bevorzugt umfasst der Pleuelkopf zwei Fluidkammern und der Exzenter zwei in die Fluidkammern hineinreichende Vorsprünge, so dass das Pleuel vier Hydraulikräume umfasst. Jeweils ein Hydraulikraum jeder Fluidkammer ist in einem expandierten Zustand, wenn ein hohes Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Der jeweils andere Hydraulikraum jeder Fluidkammer ist in einem expandierten Zustand, wenn ein niedriges Verdichtungsverhältnis eingestellt ist.
Vorzugsweise umfasst das Pleuel zwei Lagerbuchsen. Dadurch, dass das Pleuel zwei Lagerbuchsen umfasst, kann das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil im Pleuel einerseits und einem Kolben andererseits positioniert und sicher geführt werden.
Vorzugsweise umfassen die Lagerbuchsen ein axiales und/oder radiales Dichtelement. Dadurch, dass die Lagerbuchsen ein axiales und/oder ein radiales Dichtelement umfassen, ermöglicht die Erfindung, dass die Lagerbuchsen mit einer Dichtfunktion versehen sind. Dadurch können die Hydraulikräume, die durch das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil und das kleine Pleuelauge gebildet werden, nach außen abgedichtet werden. Ein Dichtelement kann beispielsweise eine Dichtleiste oder ein Radialwellendichtring sein. Bevorzugt umfassen die Lagerbuchsen Dichtnuten zur Aufnahme des Dichtelements.
Vorzugsweise umfasst das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil eine Ölführung. Dadurch, dass das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil eine Ölführung umfasst, ermöglicht die Erfindung eine Ölversorgung des Kolbens. Dadurch kann insbesondere eine kontinuierliche Kühlung des Kolbens durch das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil erreicht werden.
Vorzugsweise umfasst die Ölführung eine Befüllungsbohrung und eine Leitnut. Dadurch, dass die Ölführung eine Befüllungsbohrung und eine Leitnut umfasst, ermöglicht die Erfindung eine Zuführung von Öl an das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil über die Befüllungsbohrung und ein Weiterführen des Öls an den Kolben über die Leitnut.
Die erfindungsgemäße Baugruppe umfasst einen Kolben und ein erfindungsgemäßes Pleuel mit einem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil. Dadurch, dass die Baugruppe ein Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil umfasst, kann das Pleuel vorteilhaft im Kolben aufgenommen werden.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 ein Ausführungsbeispiel eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine und ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe eines Kolbens und eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine,
2 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine,
3 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe eines Kolbens und eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine.

1 zeigt ein Pleuel 1 mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine. Das Pleuel 1 umfasst einen Pleuelkopf 2, einen Pleuelschaft 5, einen Kolbenbolzen 3 und einen Exzenter 4. Der Kolbenbolzen 3 ist durch den Exzenter 4 mit veränderlichem Mittenabstand zum Pleuelkopf 2 gelagert.
Das Pleuel 1 ist während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine bei jeder Motorumdrehung abwechselnd Zug- und Druckkräften ausgesetzt. Die Druckkräfte resultieren aus einem Verbrennungsdruck, die Zugkräfte aus Massenkräften bei einer Umkehrbewegung eines Kolbens 16, mit dem das Pleuel 1 verbunden ist. Die Druckkräfte bewirken an dem Exzenter 4 ein Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn mit der Tendenz, den Exzenter 4 in Richtung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses zu verstellen, die Zugkräfte bewirken ein Drehmoment im Uhrzeigersinn mit der Tendenz, den Exzenter 4 in Richtung eines hohen Verdichtungsverhältnisses zu verstellen.
Der Kolbenbolzen 3 und der Exzenter 4 sind als ein Bauteil 9 ausgeführt. Das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 ist in einem kleinen Pleuelauge 12 des Pleuels 1 angeordnet und ausgebildet, das Pleuel 1 mit dem Kolben 16 zu verbinden. Dadurch, dass der Kolbenbolzen 3 und der Exzenter 4 als ein Bauteil 9 ausgeführt sind, wird eine höhere Strukturfestigkeit des Pleuels 1 insbesondere im Bereich des kleinen Pleuelauges 12 sowie des Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteils 9 selbst erreicht. Dadurch werden verringerte Deformationen des Pleuels 1 ermöglicht.
Das Pleuel umfasst weiterhin zwei Lagerbuchsen 10. Die Lagerbuchsen 10 ermöglichen das Positionieren des Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteils 9 innerhalb des kleinen Pleuelauges 12 sowie ein Aufnehmen des Pleuels 1 mit dem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 in dem Kolben 16.

1 zeigt ebenfalls eine Baugruppe 15 umfassend ein Pleuel 1 und den Kolben 16. Das Pleuel 1 wird wie beschrieben mittels der zwei Lagerbuchsen 10 zusammen mit dem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 in dem Kolben 16 positioniert.
2 zeigt eine Schnittdarstellung des Pleuels 1. Der Pleuelkopf umfasst zwei Fluidkammem 6,7 und der Exzenter 4 weist zwei Vorsprünge 8 auf. In jede der zwei Fluidkammer 6,7 reicht ein Vorsprung 8, so dass ein Fluiddruck in den Fluidkammern 6,7 eine Kraft auf den Vorsprung 8 zur Veränderung der Exzenterstellung des Exzenters 4 ausübt. Durch die zwei Vorsprünge 8 wird jede Fluidkammer 6,7 in zwei Hydraulikräume 19,20,21,22 unterteilt.

Die Hydraulikräume 19,21 expandieren während einer Verstellung des Pleuels 1 in Richtung eines kleinen Verdichtungsverhältnisses. Während einer Verstellung in Richtung eines großen Verdichtungsverhältnisses komprimieren die Hydraulikräume 19,21. Die Hydraulikräume 20,22 expandieren während einer Verstellung des Pleuels 1 in Richtung des großen Verdichtungsverhältnisses und komprimieren während einer Verstellung in Richtung des kleinen Verdichtungsverhältnisses.
Das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 umfasst eine Ölführung für eine kontinuierliche Ölversorgung zur Kühlung des Kolbens 16. Hierzu sind in dem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil eine Befüllungsbohrung 14 zur Zuführung des Öls und eine Leitnut 13 zur Weiterführung des Öls angeordnet.
3 zeigt die Baugruppe 15 aus Kolben 16 und Pleuel 1 in einer Explosionsdarstellung. Das Pleuel 1 umfasst zwei nicht gezeigte Verriegelungen, die in einer verriegelnden Stellung ein Verdrehen des Exzenters 4 relativ zu dem Pleuelkopf 2 verhindern. Die Verriegelungen sind lösbar ausgeführt und umfassen jeweils einen Arretierungsbolzen 23,24, der in eine im Exzenter integrierte, nicht gezeigte Aufnahme eingreifbar ist. Der Arretierungsbolzen 23 verriegelt durch Eingreifen in die Aufnahme den Exzenter 4 in der Position des hohen Verdichtungsverhältnisses, der Arretierungsbolzen 24 verriegelt durch Eingreifen in die Aufnahme den Exzenter 4 in der Position des niedrigen Verdichtungsverhältnisses.
Das Pleuel 1 umfasst einen nicht gezeigten Hydraulikkreislauf. Der Hydraulikkreislauf umfasst ein Öl und ist ausgebildet, die Hydraulikräume 19,20,21,22 und die Arretierungsbolzen 23,24 so mit Öl zu versorgen, dass der Exzenter 4 in eine gewünschte Position eines niedrigen oder hohen Verdichtungsverhältnisses gebracht und arretiert wird. Ein Verstellen des Pleuels 1 wird über einen nicht gezeigten Schalter initialisiert.
In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst das Pleuel nur eine Verriegelung und/oder nur eine Aufnahme, in die beide Arretierungsbolzen 23,24 eingreifen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel verriegeln beide Arretierungsbolzen 23,24 in der Position des hohen Verdichtungsverhältnisses und in der Position des niedrigen Verdichtungsverhältnisses wird nicht verriegelt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine Verriegelung zwei Arretierungsbolzen, um eine Sicherheit beim Verriegeln weiter zu erhöhen.
Die in 3 zur Positionierung des Pleuels 1 mit dem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 innerhalb des Kolbens 16 gezeigten Lagerbuchsen 10 umfassen axiale 27 und radiale 28 Dichtnuten zur Aufnahme von Dichtelementen. Die Dichtelemente bewirken eine Dichtfunktion, so dass ungewünschte Leckagen vermieden oder zumindest reduziert werden. Die nicht gezeigten Dichtelemente können beispielsweise als Dichtleisten oder Radialwellendichtringe ausgeführt sein. Auch das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil 9 ist in 3 mit zwei radialen Dichtnuten 29 ausgeführt, um eine verbesserte Dichtfunktion zu bewirken.
Der Kolben 16 der in 3 gezeigten Baugruppe 15 ist mit einem mehrteiligen Kolbenhemd 17 ausgeführt, indem eine Kolbenbolzennabe 18 des Kolbens 16 in horizontaler Richtung geteilt ausgeführt ist. Durch die geteilte Kolbenbolzennabe 18 können die Lagerbuchsen 10 zur Aufnahme des Pleuels 1 vorteilhaft im Kolben montiert werden. Der untere Teil der Kolbenbolzennabe 18 wird mittels Schrauben mit dem oberen Teil verbunden.
Die Befestigung der Lagerbuchsen 10 in der Kolbenbolzennabe 18 erfolgt in 3 durch eine Presspassung. In alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Befestigung der Lagerbuchsen 10 durch Verschrauben mit den Seitenflächen des kleinen Pleuelauges 12 umgesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019103998 A1 [0002]

Claims

Pleuel (1) mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Pleuelkopf (2) und einen Kolbenbolzen (3), der durch einen Exzenter (4) des Pleuels (1) mit veränderlichem Mittenabstand zum Pleuelkopf (2) gelagert ist, sowie eine Verriegelung, wobei - entweder der Pleuelkopf (2) oder der Kolbenbolzen (3) eine Fluidkammer (6,7) umfasst und der Exzenter (4) einen in die Fluidkammer (6,7) reichenden Vorsprung (8) aufweist, oder der Exzenter (4) eine Fluidkammer (6,7) umfasst oder begrenzt und der Pleuelkopf (2) oder der Exzenter (4) einen in die Fluidkammer (6,7) reichenden Vorsprung (8) aufweist, so dass ein Fluiddruck in der Fluidkammer (6,7) eine Kraft auf den Vorsprung (8) zur Veränderung der Exzenterstellung des Exzenters (4) ausübt, - die Verriegelung in einer verriegelnden Stellung ein Verdrehen des Exzenters (4) relativ zu dem Pleuelkopf (2) verhindert, - die Verriegelung lösbar ausgeführt ist, und - der Kolbenbolzen (3) und der Exzenter (4) als ein Bauteil (9) ausgeführt sind.
Pleuel (1) nach Anspruch 1, wobei das Pleuel (1) zwei Lagerbuchsen (10) umfasst.
Pleuel (1) nach Anspruch 2, wobei die Lagerbuchsen (10) zumindest ein axiales und/oder radiales Dichtelement umfassen.
Pleuel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil (9) eine Ölführung umfasst.
Pleuel nach Anspruch 5, wobei die Ölführung eine Leitnut (13) und eine Befüllungsbohrung (14) umfasst.
Baugruppe (15) mit einem Kolben (16) und einem Pleuel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Baugruppe (15) nach Anspruch 6, wobei die Lagerbuchsen (10) ausgebildet sind, das Pleuel (1) mit dem Kolbenbolzen-Exzenter-Bauteil (9) innerhalb des Kolbens (16) zu positionieren.
Baugruppe (15) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Ölführung ausgebildet ist, den Kolben (16) kontinuierlich zu kühlen.
Baugruppe (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Kolben (16) mit einem mehrteiligen Kolbenhemd (17) ausgeführt ist.
Baugruppe (15) nach Anspruch 8, wobei für das mehrteilige Kolbenhemd (17) eine Kolbenbolzennabe (18) in horizontaler Richtung geteilt ausgeführt ist.