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Die Erfindung betrifft ein VCR-Pleuel.
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Aus der
DE 1020191219341 A1 ist ein zweistufiger VCR-Pleuel (VCR = Variable Compression Ratio) zur Einstellung von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen bekannt. Das Pleuel umfasst zwei Stützzylinder, die jeweils einen Stützkolben führen. Einer der Stützzylinder weist einen Überströmungskanal auf, um einen Unterdruck in einem ersten Zylinderraum zu vermeiden, wenn auf den ersten Stützkolben eine Zugkraft ausgeübt wird. Durch den Überströmungskanal soll ein Auftreten von Kavitation durch Bewegungen des Stützzylinders möglichst vermieden werden.
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Aus der
DE 102019106553 A1 ist ein weiterer zweistufiger VCR-Pleuel bekannt. Der VCR-Pleuel umfasst ein Hydrauliksystem mit einem Schaltventil, das derart ausgebildet ist, dass nach der Entleerung des zweiten Stützzylinders der zweite Stützzylinder von der Versorgung von Hydraulikfluid und/oder von dem ersten Stützzylinder derart entkoppelt ist, dass kein Hydraulikfluid in den zweiten Stützzylinder fließen kann. Durch die Kopplung soll insbesondere eine Druckanregung der Ölversorgung vermieden werden.
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Der erfindungsgemäße Pleuel zur Einstellung von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen ersten Stützzylinder und einen zweiten Stützzylinder, einen ersten Stützkolben, der im ersten Stützzylinder geführt ist, und einen zweiten Stützkolben, der im zweiten Stützzylinder geführt ist, ein Hydrauliksystem zur Versorgung des ersten Stützzylinders und des zweiten Stützzylinders mit einer Hydraulikflüssigkeit, und einen Exzenter, der mit den Stützzylindern zum Verändern einer Pleuellänge verbunden ist, wobei zumindest der erste Stützzylinder eine Entlüftungsvorrichtung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass abhängig von einer Lage des ersten Stützkolbens oder druckabhängig eine Entlüftung des ersten Stützzylinders in einen Außenraum gewährleistet ist.
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Die Entlüftungsvorrichtung ermöglicht, dass Gase, die sich unerwünscht im Stützzylinder sammeln, beispielsweise verursacht durch Ausgasungen, in den Außenraum geleitet werden können. Durch eine solche Verbindung kann beispielsweise das Auftreten von Kavitation reduziert oder sogar vermieden werden. Ein Einsatz einer solchen Entlüftungsvorrichtung ist insbesondere für VCR-Pleuel mit Hydrauliksystemen, bei denen nach der Entleerung des ersten Stützzylinders der erste Stützzylinder von der Versorgung von Hydraulikfluid und/oder von dem zweiten Stützzylinder derart entkoppelt ist, dass kein Hydraulikfluid in den zweiten (abgekoppelten bzw. belüfteten) Stützzylinder fließen kann, vorteilhaft. Grundsätzlich ist auch der Einsatz für Pleuel mit Hydrauliksystemen möglich, bei denen eine Kopplung vorliegt.
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Vorzugsweise ist der erste Stützkolben an seiner Anschlagsfläche flächig ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Stützkolbens. Als alternative Ausführungsform ist eine nicht flächige Anschlagsfläche möglich. Dies würde beispielsweise ermöglichen, den Entlüftungsvorgang beschleunigen.
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Des Weiteren weist vorzugsweise der erste Stützkolben einen Dichtring auf, der in einer Endstellung des ersten Stützkolbens an einer Wand des ersten Stützzylinders dichtend anliegt. Dies ermöglicht es, dass ohne Beteilung des Dichtrings die Entlüftung gewährleistet werden kann. Dies ermöglicht eine definierte Einstellung der lageabhängigen Entlüftung.
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In einer Ausführungsform ist der Dichtring als offener Federring ausgebildet ist, wobei in einer druckunbelasteten Stellung der Federring einen Durchlass zur Entlüftung des ersten Stützzylinders in einen Außenraum freigibt, und in einer druckbelasteten Stellung der Durchlass geschlossen ist. Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine Bearbeitung des Pleuelgrundkörpers reduziert ist.
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Die erfindungsgemäße Entlüftungsvorrichtung kann in einer oder in beiden Stützzylindern vorgesehen 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 einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pleuels in einer Stellung, in der die Entlüftungsvorrichtung geschlossen ist,
- 2 einen Ausschnitt der ersten Ausführungsform, in der die Entlüftungsvorrichtung geöffnet ist,
- 3 einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemä-ßen Pleuels in einer Stellung, in der die Entlüftungsvorrichtung geschlossen ist,
- 4 einen Ausschnitt der zweiten Ausführungsform, in der die Entlüftungsvorrichtung geöffnet ist,
- 5 einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pleuels in einer Stellung, in der die Entlüftungsvorrichtung geöffnet ist und
- 6 einen Ausschnitt der dritten Ausführungsform, in der die Entlüftungsvorrichtung geschlossen ist.
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1 und
2 zeigen einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen VCR-Pleuels zur Einstellung von unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen einer Verbrennungskraftmaschine. Betreffs des prinzipiellen Aufbaus des VCR-Pleuels wird auf die Offenlegungsschriften
DE 1020191219341 A1 und
DE 1020191065543 A1 und die dort beschriebenen Ausführungsformen verwiesen, deren Inhalt als hier mit einbezogen gelten soll.
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Der VCR-Pleuel umfasst einen ersten Stützzylinder 1 und einen zweiten Stützzylinder, einen ersten Stützkolben 2, der im ersten Stützzylinder 1 geführt ist, und einen zweiten Stützkolben, der im zweiten Stützzylinder geführt ist. Des Weiteren umfasst ist ein Hydrauliksystem 3 zur Versorgung des ersten Stützzylinders 1 und des zweiten Stützzylinders mit einer Hydraulikflüssigkeit, und einen Exzenter, der mit den Stützzylindern zum Verändern einer Pleuellänge verbunden ist. Der erste Stützkolben ist an seiner Anschlagsfläche flächig ausgebildet, hier plan, um in einer unteren Endlage flächig auf dem Boden des ersten Stützzylinders 1 anzuliegen. Des Weiteren weist der erste Stützkolben 2 einen Dichtring 9 auf, der zumindest in der unteren Endlage des ersten Stützkolbens 2 an einer Seitenwand des ersten Stützzylinders 1 dichtend anliegt.
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Der erste Stützzylinder 1 weist eine Entlüftungsvorrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass in der unteren Endlage des ersten Stützkolbens 2 eine Entlüftung des ersten Stützzylinders 1 in einen Außenraum 6 gewährleistet ist.
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Gemäß der ersten Ausführungsform weist die Entlüftungsvorrichtung ein Ventil 4 aufweist, das derart ausgebildet ist, dass der erste Stützkolben 2 beim Erreichen der Endlage das Ventil 4 zum Öffnen einer Verbindung 5 zum Außenraum 6 zwecks Entlüftung betätigt, und beim Verlassen der Endlage das Ventil 4 zum Unterbrechen der Verbindung 5 zum Außenraum 6 schließt.
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Das Ventil 4 ist im Bereich des Bodens 8 des ersten Stützzylinders 1 angeordnet. Es weist einen Ventilkörper 4a mit einem Zapfen 4b auf. Der Zapfen 4b steht in einer unbetätigten Stellung über den Boden 8 hinaus, siehe 1. Der Zapfen 4b wird in diese Stellung durch einen auf einen Ventilkörper 4a des Ventils 4 wirkenden Druck einer sich im Hydrauliksystem 3 befindenden Hydraulikflüssigkeit gebracht und gehalten. Nähert sich der erste Stützzylinder 2 den Boden 8, so wird über den Zapfen 4b das Ventil 4 mechanisch betätigt und die Verbindung, hier eine Entlüftungsleitung 5, zum Außenraum 6, hier das Kurbelgehäuse, geöffnet, siehe 2. Bewegt sich der erste Stützkolben 2 aus der Endlage weg, wirkt der Kammerdruck auf die oberen und untere Fläche des Ventilkörpers 4a. Aufgrund der größeren Fläche an der Unterseite wird der Ventilkörper 4a in einen Kegelsitz 4b gedrückt und die Entlüftungsleitung 5 damit geschlossen.
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Ein Vorteil der ersten Ausführungsform ist, dass der Dichtring 9 immer an der Seitenwand des ersten Zylinders 1 anliegt, wodurch die Gefahr eines erhöhten Verschleißes des Dichtrings 9 im Vergleich zu Lösungen, in denen der Dichtring über Nuten verfahren wird, vermieden wird.
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Ein weiterer Vorteil ist die Lageabhängigkeit der Entlüftung. Eine Entlüftung ist nur in der unteren Endlage möglich. Eine ungewünschte Entlüftung, beispielsweise durch Leckage, in anderen Positionen wird vermieden.
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In einer alternativen Variante ist eine Feder vorgesehen, um das Ventil 4 in einem definierten Zustand, beispielsweise im geschlossenen Zustand, zu halten. Dies ist insbesondere für drucklose Hydrauliksysteme vorteilhaft.
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3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen VCR-Pleuels.
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Der erste Stützzylinder 1 weist eine Entlüftungsleitung 10 mit einem Eingang 10a auf, der in der Endstellung des ersten Stützkolbens im Stützzylinder 1 im vom Dichtring 9 abgedichteten Abschnitt des Stützzylinders 1 liegt, und einen Ausgang 10b, der in der Endstellung des ersten Stützkolbens im Stützzylinder 1 im vom Dichtring 9 nicht abgedichteten Abschnitt des Stützzylinders 1 liegt. Befindet sich der erste Stützkolben 2 in seiner unteren Endlage, siehe 4, ist eine Entlüftung über die Entlüftungsleitung 10 wirksam. Sobald der Dichtring 9 oberhalb des Ausgangs 10b befindet, siehe 1, ist eine Entlüftung über die Entlüftungsleitung 10 unterbunden.
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Die Entlüftungsleitung 10 lässt sich mechanisch einfach von außen durch Querbohrungen herstellen, die im Anschluss mit einem Stopfen 12 zum Außenraum 6 hin verschlossen werden. Der Stopfen 12 selbst ist so geformt, dass er eine Verbindung zwischen Eingang 10a und Ausgang 10b ermöglicht. Über die Form lässt sich ein gewünschter Überströmquerschnitt definiert einstellen.
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5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen VCR-Pleuels.
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In dieser Ausführungsform ist der Dichtring 9 als offener Federring ausgebildet. In einer unbelasteten Stellung gibt der Federring einen Durchlass 11 zur Entlüftung des ersten Stützzylinders 1 in den Außenraum 6 frei, siehe 5. In einer belasteten Stellung des Federrings ist der Durchlass 11 geschlossen, siehe 6.
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In diesem Falle ist der Dichtring 9 ein metallischer Federring, der eine Stoßstelle mit einer ausgewählten Form, hier einer L-Form, zur Ausbildung eines definierten Durchlasses aufweist, Im unbelasteten Zustand wird ein Ring-Twist genutzt, um den Stoß zu öffnen und als Überströmkanal zu nutzen. Über Anpassung von Nuthöhe, Kontur im Stoßbereich und Twist kann der gewünschte Durchfluss eingestellt werden.
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Im belasteten Zustand, hier durch den Druck / Gegendruck der Hydraulikflüssigkeit, die in den ersten Stützzylinder 1 eingeleitet wird bzw. durch den ersten Stützkolben 1 rausgedrückt wird, legt sich der Dichtring 9 an die obere Nutkante im ersten Stützkolben 1 an. Die Stoßstellen werden aneinandergedrückt und dichten den Stoßbereich ab.
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In den hier gezeigten Ausführungsformen ist die Entlüftungsvorrichtung an dem gaskraftseitigen Stützzylinder vorgesehen. Es ist ebenfalls möglich, die Entlüftungsvorrichtung für beide Stützzylinder vorzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020191219341 A1 [0002, 0012]
- DE 102019106553 A1 [0003]
- DE 1020191065543 A1 [0012]
