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Die Erfindung betrifft ein Pleuel mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, ein Verfahren und ein System umfassend mehrere Pleuel.
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Aus der
DE102020107098A1 ist ein Pleuel mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei das Pleuel ein hydraulisches Umschaltmodul umfasst, das ausgebildet ist, ein Ändern des Verdichtungsverhältnis zu steuern.
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Das erfindungsgemäße Pleuel mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors umfasst ein internes Hydrauliksystem und eine Schaltventileinheit. Das interne Hydrauliksystem ist ausgebildet und eingerichtet, das Verdichtungsverhältnis zu verändern. Die Schaltventileinheit ist ausgebildet und eingerichtet ist, das interne Hydrauliksystem zu schalten. Die Schaltventileinheit ist an einem großen Pleuelauge des Pleuels angeordnet. Die Schaltventileinheit ist so an dem großen Pleuelauge angeordnet und/oder das Pleuel so auf einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors montiert, dass eine Bahnkurve der Schaltventileinheit in einem Aktuierungsbereich einen niedrigen Neigungswinkel aufweist.
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Dadurch, dass die Bahnkurve der Schaltventileinheit in einem Aktuierungsbereich einen niedrigen Neigungswinkel aufweist, ermöglicht die Erfindung, dass zum Aktuieren der Schaltventileinheit ein großer Wirkbereich genutzt werden kann. Dadurch kann ein sicheres Aktuieren erreicht werden und ein Verschleißen der Schaltventileinheit reduziert werden.
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Als Neigungswinkel wird hier die Steigung der Bahnkurve der Schaltventileinheit im Aktuierungsbereich verstanden. Ein niedriger Neigungswinkel im Aktuierungsbereich hat den Vorteil, dass niedrigere mechanische Belastungen auf Kurvenscheibe und Schaltventileinheit ausgeübt werden, erfordert aber einen möglichst langen Abschnitt der Bahnkurve zum Aktuieren durch die Kurvenscheibe. Bevorzugt kann ein niedriger Neigungswinkel über einen möglichst langen Abschnitt der Bahnkurve erreicht werden, so dass der Aktuierungsbereich vergrößert wird und ein sicherer Kontakt zwischen Schaltventil und Kurvenscheibe hergestellt werden kann.
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Als niedriger Neigungswinkel wird ein Neigungswinkel kleiner 5°, bevorzugt kleiner 2°, besonders bevorzugt kleiner 1° verstanden. Als möglichst langer Abschnitt der Bahnkurve werden mehr als 10% der Bahnkurvenlänge, bevorzugt mehr als 20 % der Bahnkurvenlänge, besonders bevorzugt mehr als 25 % der Bahnkurvenlänge verstanden.
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Zum Aktuieren der Schaltventileinheit können mechanische oder hydraulische Methoden eingesetzt werden. Bevorzugt wird hier mechanisch aktuiert, da im Vergleich zu einer hydraulischen Aktuierung kein unabhängiger Fluidkreislauf zur Ansteuerung der Schaltventileinheit erforderlich ist. Dadurch bieten mechanische Methoden auch den Vorteil einer einfacheren Nachrüstung.
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Bevorzugt werden zur mechanischen Aktuierung der Schaltventileinheit Kurvenscheiben verwendet. Da die Schaltventileinheit am großen Pleuelauge angeordnet ist, bewegt sie sich aufgrund der Pleuelbewegung auf einer elliptischen Bahnkurve. Die Kurvenscheiben sind so ausgeführt, dass sie die Schaltventileinheit auf einem Abschnitt der Bahnkurve auf zumindest zwei Seiten umschließen. Durch Verstellen der Kurvenscheiben wird auf einer Seite der Schaltventileinheit ein Kontakt zwischen Kurvenscheibe und Schaltventil hergestellt, so dass das Schaltventil aktuiert werden kann. Der Abschnitt der Bahnkurve, auf dem die Kurvenscheibe die Schaltventileinheit auf zumindest zwei Seiten umschließt, wird hier als Aktuierungsbereich verstanden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbau eines erfindungsgemäßen Pleuels sieht vor, das Pleuel auf Umschlag, also bezogen auf die Längsachse des Pleuels um 180° gedreht, auf einer Kurbelwelle zu montieren.
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Dadurch, dass das Pleuel auf Umschlag auf der Kurbelwelle montiert wird, ermöglicht die Erfindung, dass die Bahnkurve der Schaltventileinheit in dem Aktuierungsbereich einen niedrigen Neigungswinkel aufweist. Dabei ist keine gesonderte Fertigung erforderlich, so dass beispielsweise in einem Verbrennungsmotor mir mehreren Pleueln identische Pleuel verbaut werden können, ein Teil der Pleuel aber auf Umschlag montiert wird, so dass die Bahnkurven der Schaltventileinheiten in den Aktuierungsbereichen niedrige Neigungswinkel aufweisen.
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Vorzugsweise ist ein großes Pleuelauge des Pleuels geteilt ausgeführt und eine Pleuellagerkappe des geteilten, großen Pleuelauges bezogen auf die Längsachse des Pleuels um 180° gedreht zu montieren.
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Dadurch, dass die Pleuellagerkappe um 180° gedreht montiert wird, ermöglicht die Erfindung, dass die Bahnkurve der Schaltventileinheit in dem Aktuierungsbereich einen niedrigen Neigungswinkel aufweist. Dabei ist keine gesonderte Fertigung erforderlich, es können vielmehr identische Rohteile wie bei weiteren erfindungsgemäßen, geteilt ausgeführten Pleueln verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße System zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor umfasst mehrere erfindungsgemäße Pleuel und eine Schaltkulisse. Ein Pleuel ist auf Umschlag montiert und/oder mit einem geteilten, großen Pleuelauge ausgeführt und eine Pleuellagerkappe des geteilten, großen Pleuelauges bezogen auf die Längsachse des Pleuels um 180° gedreht montiert. Die Schaltkulisse ist verstellbar ausgeführt und ausgebildet, die Schaltventileinheiten der Pleuel zu aktuieren.
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Dadurch, dass ein Pleuel auf Umschlag montiert ist und/oder die Pleuellagerkappe eines geteilt ausgeführten Pleuels um 180° gedreht montiert ist, ermöglicht die Erfindung, dass die Bahnkurven der Schaltventileinheiten in dem Aktuierungsbereich der Schaltkulisse einen niedrigen Neigungswinkel aufweisen.
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Bevorzugt sind die Pleuel des erfindungsgemäßen Systems so montiert, dass die Bahnkurven der Schaltventileinheiten sich zumindest teilweise überschneiden. Das hat den Vorteil, dass die Schaltkulisse kompakt ausgeführt werden kann. Dadurch können Bauraumanforderungen und Gewicht reduziert, eine Wartbarkeit vereinfacht und eine Lagerung der Schaltkulisse verbessert werden.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem System zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einem System zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors,
- 4 Ausführungsbeispiele einer Bahnkurve einer Schaltventileinheit eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors und
- 5 weitere Ausführungsbeispiele eines Pleuels mit einer Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors.
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1 zeigt ein System 20 zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor 2. Das System umfasst mehrere Pleuel 1 und eine Schaltkulisse 21.
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Der Verbrennungsmotor 2 umfasst mehrere Zylinder 10 und ist als V-Motor ausgeführt. Die Zylinder 10 sind in einer ersten 23 und einer zweiten 24 Bank angeordnet, so dass sich zwischen der ersten 23 und der zweiten 24 Bank ein Bankwinkel 11 ergibt. Der Verbrennungsmotor 2 umfasst eine Kurbelwelle 6, die über die Pleuel 1 mit den Zylindem 10 verbunden ist, und ein Kurbelgehäuse 25. In dem Kurbelgehäuse 25 ist die Kurbelwelle 6 gelagert und die Schaltkulisse 21 angeordnet.
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2 zeigt ein in dem Verbrennungsmotor 2 verbautes Pleuel 1. Das Pleuel 1 umfasst einen Pleuelkopf 12 und einen Pleuelbolzen 13, der durch einen Exzenter 14 des Pleuels 1 mit veränderlichem Abstand zum Pleuelkopf 12 gelagert ist, sowie zwei Verriegelungen 15. Der Pleuelkopf 12 umfasst zwei Fluidkammern 16. Der Exzenter 14 weist zwei Vorsprünge 17 auf, von denen jeweils einer in eine Fluidkammer 16 reicht. So übt ein Fluiddruck in den Fluidkammern 16 eine Kraft auf die Vorsprünge 17 zur Veränderung der Exzenterstellung des Exzenters 14 aus.
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Die Verriegelung 15 verhindert in einer verriegelnden Stellung ein Verdrehen des Exzenters 14 relativ zu dem Pleuelkopf 12. Sie ist lösbar ausgeführt.
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Das Pleuel 1 umfasst ein internes Hydrauliksystem 3 zum Einstellen des Fluiddrucks in den Fluidkammern 16, um ein Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 2 zu verändern. Das interne Hydrauliksystem 3 umfasst einen ersten Teilkreislauf zum Ansteuern der Fluidkammern 16 und einen zweiten, von dem ersten Teilkreislauf entkoppelten Teilkreislauf zum Ansteuern der Verriegelungen 15. Dadurch, dass der erste und der zweite Teilkreislauf voneinander entkoppelt sind, wird ein sicheres Verriegeln und Entriegeln der Verriegelungen 15 ermöglicht und der Fluiddruck in den Fluidkammem 16 kann genauer eingestellt werden.
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Zum Schalten des internen Hydrauliksystems 3 umfasst das Pleuel 1 eine Schaltventileinheit 4. Die Schaltventileinheit 4 ist an einem großen Pleuelauge 5 des Pleuels 1 angeordnet. Die Schaltventileinheit 4 ist als Hydraulikmodul mit einem Wegeventil ausgeführt. Durch Schalten der Schaltventileinheit 4 wird das interne Hydrauliksystem 3 so geschaltet, dass ein Verstellen des Verdichtungsverhältnis veranlasst wird.
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Die Schaltkulisse 21 des Systems 20 umfasst Kurvenscheiben 22 und ein Gestell 26. Jedem Pleuel 1 ist eine Kurvenscheibe 22 zugeordnet. Die Kurvenscheiben 22 sind auf dem Gestell 26 angeordnet. Das Gestell 26 ist verstellbar ausgeführt. Durch Verstellen des Gestells 26 wird die Position der Kurvenscheiben 22 so verändert, dass die Schaltventileinheit 4 aktuiert wird.
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Da die Schaltventileinheiten 4 am großen Pleuelauge 5 der Pleuel 1 angeordnet sind, bewegen sie sich aufgrund der Pleuelbewegung auf einer elliptischen Bahnkurve 7. Die Kurvenscheiben 22 sind so ausgeführt, dass sie die Schaltventileinheiten 4 auf einem Abschnitt der Bahnkurve 7 auf drei Seiten umschließen. Durch Verstellen der Kurvenscheiben 22 wird auf einer Seite der Schaltventileinheit 4 ein Kontakt zwischen Kurvenscheibe 22 und Schaltventil 4 hergestellt, so dass das Schaltventil 4 aktuiert wird. Dieser Abschnitt wird hier als Aktuierungsbereich 8 bezeichnet.
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Für ein sicheres und verschleißarmes Aktuieren der Schaltventile 4 ist es vorteilhaft, wenn der Aktuierungsbereich 8 durch einen niedrigen Neigungswinkel 9 über einen möglichst langen Abschnitt gekennzeichnet ist. Denn dann können die Kurvenscheiben 22 und/oder das Gestell 26 kompakter gestaltet werden, wodurch Vorteile hinsichtlich eines benötigten Bauraums und einer Wartbarkeit entstehen.
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3 zeigt ein zu dem in 1 gezeigten vergleichbares System, in dem zur Veranschaulichung die Bahnkurven 7 der Schaltventileinheiten 4 ungünstig verlaufen. Die Bahnkurve 71 eines ersten Pleuels 61 verläuft vorteilhaft zum Aktuieren durch eine erste Kurvenscheibe 81, da im Bereich der ersten Kontaktfläche 83 ein niedriger Neigungswinkel 9 vorliegt. Die Bahnkurve 72 eines zweiten Pleuels 62 hingegen verläuft nicht vorteilhaft, da der Neigungswinkel 9 im Bereich der zweiten Kontaktfläche 84 der zweiten Kurvenscheibe 82 steiler ist. Dadurch wird die Kontaktfläche 8 reduziert. Zusätzlich ist die Positionierung der zweiten Kurvenscheibe 82 im Kurbelgehäuse ungünstig, da die erste 81 und die zweite 82 Kurvenscheibe so nur sehr umständlich auf einer Schaltkulisse 21 untergebracht werden können.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Bahnkurven 7 des ersten 61 und des zweiten 62 Pleuels eine größere Überschneidung aufweisen, so dass die erste 81 und die zweite 82 Kurvenscheibe kompakt auf einer Schaltkulisse 21 montiert werden können.
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4 zeigt unterschiedliche Bahnkurven 7 des ersten 61 und des zweiten 61 Pleuels für unterschiedliche Konfigurationen. Die vorteilhafte Bahnkurve 71 des Pleuels 61 ist dargestellt und auch die ungünstige Bahnkurve 72 des Pleuels 62. Weiterhin sind eine zweite 73 und eine dritte 74 Bahnkurve des zweiten Pleuels 62 gezeigt, die einen günstigeren Verlauf aufweisen.
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Die Bahnkurve 73 wird erreicht, indem das Pleuel 62 auf Umschlag, also bezogen auf die Längsachse des Pleuels 62 um 180° gedreht auf der Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 2 montiert wird. Dies ist in 5 gezeigt. Links oben ist das Pleuel 62 auf Umschlag montiert gezeigt. Zum Vergleich ist rechts oben das Pleuel 61 in konventioneller Montage gezeigt. Es ist erkennbar, dass sich die Position der Schaltventileinheit 4 entsprechend ändert, wodurch die Bahnkurve 7 beeinflusst wird.
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Wie in 4 gezeigt, ist die Bahnkurve 73 vorteilhaft gegenüber der Bahnkurve 72, da eine Überschneidung zwischen den Bahnkurven 71 und 73 größer ist als zwischen den Bahnkurven 71 und 72. Allerdings ist die Bahnkurve 73 gegenüber der Bahnkurve 71 immer noch relativ stark gekippt, wodurch eine kompakte Anordnung der ersten 81 und der zweiten 82 Kurvenscheibe auf der Schaltkulisse 21 weiterhin schwierig wäre.
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Daher wird für das in 1 gezeigte System das Pleuel 62 mit einem geteilten großen Pleuelauge 5 ausgeführt und eine Pleuellagerkappe 18 des geteilten, großen Pleuelauges 5 bezogen auf die Längsachse 30 des Pleuels um 180° gedreht montiert. 3 zeigt rechts unten die so entstehende Konfiguration. Bezogen auf die Längsachse 30 des Pleuels kann die Position der Schaltventileinheit 4 weiter positiv angepasst werden.
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Die resultierende Bahnkurve 74 ist in 4 gezeigt. Die Überschneidung mit der Bahnkurve 71 ist verglichen mit der Bahnkurven 72 und 73 am größten. Auch der Neigungswinkel 9 ist relativ niedrig im Aktuierungsbereich 8. Daher ermöglicht diese Konfiguration eine kompakte Anordnung der Kurvenscheiben 22 auf der Schaltkulisse 21.
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Die Konfiguration des Pleuels 62 mit Montage auf Umschlag und um 180° gedrehter Pleuellagerkappe 18 ist auch in 1 gezeigt. Auch die resultierende Bahnkurve 74 ist dargestellt.
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In anderen Ausführungsbeispielen des Systems wird für jedes Pleuel 1 die beste Konfiguration gewählt. So sind Pleuel 1 in konventioneller Montage verbaut, auf Umschlag montierte Pleuel 1, Pleuel 1 mit gedrehter Pleuellagerkappe 18 und/oder auf Umschlag montierte Pleuel 1 mit gedrehter Pleuellagerkappe 18. Je nach Aufbau des Verbrennungsmotors 2 lassen sich die Bahnkurven 7 der Schaltventileinheiten 4 so optimieren. Dabei ist vorteilhaft, dass für alle Konfigurationen identische Pleuel 1 verwendet werden, und je nach Anforderung montiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020107098 A1 [0002]
