DE10235852A1

DE10235852A1 - Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung und Verfahren zum Zusammenbau der Pleuelstange

Info

Publication number: DE10235852A1
Application number: DE10235852A
Authority: DE
Inventors: Durga Nageswar Rao; Yash Andrew Imai; Michael Zaitz; Pravin Sashidharan; Daniel James Baraszu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-02-27
Also published as: GB2378743B; GB0216378D0; GB2378743A; US6394047B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange (13) mit variabler Länge zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine. Die Pleuelstange (13) beinhaltet eine erste Verriegelungsanordnung (36) zur Verriegelung der Pleuelstange (13) in einer ersten Einstellung der effektiven Länge, welche einem hohen Verdichtungsverhältnis entspricht. Die Pleuelstange (13) beinhaltet ferner eine zweite Verriegelungsanordnung (38) zur lösbaren Verriegelung der Pleuelstange (13) in einer zweiten Einstellung der effektiven Länge, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entspricht. Wenn eine Längenänderung eingeleitet wird, wird durch ein hydraulisches Fluid eine der Verriegelungsanordnungen (36, 38) entriegelt, wodurch es der Trägheitskraft ermöglicht wird, die Längenänderung während eines Zyklus der Brennkraftmaschine zu beeinflussen. Bei Beenden einer Längenänderung verriegelt die andere Verriegelungsanordnung automatisch. Die Verriegelungsanordnungen (36, 38) sind unabhängige, in sich geschlossene Einheiten, die an einer Lageraufnahme (24) angebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine zur Veränderung bzw. Variation des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine geeignete Pleuelstange mit variabler Länge sowie ein Verfahren zum Zusammenbau der Pleuelstange.
Das Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine ist definiert als das Verhältnis des Volumens in einem Zylinder oberhalb eines Kolbens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (BDC = bottom-dead-center) befindet, zu dem Volumen in dem Zylinder oberhalb des Kolbens, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (TDC = top-dead-center) befindet. Je höher das Verdichtungsverhältnis, umso mehr werden die Luft- und Kraftstoffmoleküle gemischt und verdichtet, was zu einer erhöhten Effizienz der Brennkraftmaschine führt. Dies führt wiederum zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie und einem höheren Verhältnis von Ausgangsenergie zu Eingangsenergie der Brennkraftmaschine.
Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen ist ein fixes Verdichtungsverhältnis vorgesehen, so dass das Verdichtungsverhältnis zur Erzielung einer optimalen Leistung nicht geändert werden kann. Darüber hinaus sind Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis (VCR = variable compression ratio) vorgeschlagen worden, bei denen der Verdichtungsraum bzw. Totraum eines Zylinders variierbar ist, mit dem Ziel, eine verbesserte Kraftstoffökonomie und eine erhöhte Leistung zu erreichen.
Bei einer bekannten Anordnung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine ist eine Pleuelstange vorgesehen, deren effektive Länge variiert werden kann. Dem Fachmann ist bekannt, dass durch eine Änderung der effektiven Länge einer Pleuelstange ein Variieren des Verdichtungsverhältnisses eines entsprechenden Brennkraftmaschinenzylinders ermöglicht wird. Die bekannte Anordnung weist eine zwischen einer Pleuelstange und einem entsprechenden Pleuelzapfen einer Kurbelwelle angeordnete Lageraufnahme auf. Die Lageraufnahme weist eine mit dem Pleuelzapfen in Verbindung stehende innere Oberfläche und eine mit der Pleuelstange in Verbindung stehende äußere Oberfläche auf. Die Pleuelstange ist relativ zu der Lageraufnahme entlang einer longitudinalen Achse der Pleuelstange axial beweglich, um eine selektive Verschiebung der Pleuelstange relativ zu der Lageraufnahme zu ermöglichen. Durch diese Verschiebung wird eine Änderung in der effektiven Länge der Pleuelstange und eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine bewirkt. Dabei ist in Verbindung mit der Lageraufnahme und der Pleuelstange ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, um die Pleuelstange in einer gewählten Stellung relativ zur Lageraufnahme zu halten. Die gewählte Stellung entspricht dabei einem ausgewählten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine. Der Verriegelungsmechanismus ist in einem vorstehenden Bereich an der Seite einer Pleuelstange angeordnet. Dieser vorstehende Bereich beinhaltet eine hydraulisch betätigte Sperraste, die in eine entsprechende Öffnung in der Lageraufnahme eingreifen kann, um die Pleuelstange relativ zur Lageraufnahme zu verriegeln.
Ein Nachteil dieser bekannten Pleuelstange liegt darin, dass die Gesamtbreite der Pleuelstange einschließlich des vorstehenden Bereichs für den Verriegelungsmechanismus größer ist als bei einer herkömmlichen Pleuelstange mit "konstanter Länge". Im Hinblick auf den vorstehenden Bereich sind freie Rillen in die Gegengewichte der Kurbelwelle eingearbeitet, um zu ermöglichen, dass der vorstehende Bereich der Pleuelstange durch die Rillen bewegt werden kann. Folglich erfordert ein Einsatz dieser bekannten Pleuelstange eine zusätzliche Bearbeitung von "auf Vorrat liegenden" Kurbelwellen, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und der Montagedauer führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pleuelstange zur Veränderung bzw. Variation des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die genannten Nachteile nicht vorhanden sind und eine Verwendung mit einer herkömmlichen Kurbelwelle ermöglicht. Darüber hinaus soll die Pleuelstange kostengünstig und schnell hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Pleuelstange gemäß den Patentansprüchen 1, 10 und 12 sowie durch ein Verfahren zum Zusammenbau einer Pleuelstange gemäß Patentanspruch 19 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.
Die erwähnten Nachteile bekannter Pleuelstangen werden bei Einsatz der erfindungsgemäßen Pleuelstange zum selektiven Variieren eines Kompressionsverhältnisses einer Brennkraftmaschine im wesentlichen behoben. Die erfindungsgemäße Pleuelstange hat eine variable effektive Länge und weist eine innerhalb des Pleuelstangenkörpers integrierte Verriegelungsanordnung ohne vorstehenden Bereich für den Verriegelungsmechanismus auf.
Die erfindungsgemäße Pleuelstange beinhaltet einen Körperabschnitt, der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Öffnung aufweist, die sich durch den Körperabschnitt hindurch im wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse und parallel zu einer Achse eines Pleuelzapfens erstreckt. Die Pleuelstange beinhaltet ferner eine Lageraufnahme, die in der Öffnung zwischen dem Körperabschnitt und einem Pleuelzapfen der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Diese aufnehmende Öffnung ist derart ausgebildet, dass eine selektive Verschiebung des Körperabschnitts entlang der ersten Achse relativ zur Lageraufnahme ermöglicht wird. Die Verschiebung bewirkt eine Änderung in der effektiven Länge des Köperabschnittes und des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine. Die Pleuelstange beinhaltet ferner eine erste Verriegelungsanordnung, welche innerhalb der Öffnung des Körperbereiches enthalten und in Arbeitsposition zwischen der Lageraufnahme und dem Körperbereich angeordnet ist. Die erste Verriegelungsanordnung weist ein erstes Verriegelungsmittel auf, welches sich in einen Spalt erstreckt, der jeweils zwischen ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberflächen des Körperabschnittes und der Lageraufnahme gebildet ist, um so eine erste Presspassung zu erzeugen. Durch die Presspassung wird der Körperabschnitt in einer ersten Stellung relativ zur Lageraufnahme verriegelt. Die erste Stellung entspricht dabei einem ersten ausgewählten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine.
Die erfindungsgemäße Pleuelstange hat wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen und Montageverfahren. Insbesondere ist in die Pleuelstange eine Verriegelungsanordnung innerhalb des Körpers der Pleuelstange integriert, ohne dass ein vorstehender Bereich zum Halten des Verriegelungsmechanismus vorgesehen ist. Daher kann die Pleuelstange gemeinsam mit herkömmlich ausgebildeten Kurbelwellen eingesetzt werden, wobei lediglich minimale zusätzliche Bearbeitungen der jeweiligen Kurbelwelle erforderlich sind. Folglich ermöglicht die erfindungsgemäße Pleuelstange eine Reduzierung der Herstellungskosten und eine Reduzierung der Montagedauer im Vergleich zu bekannten Pleuelstangen mit variabler Länge.
Ein weiterer mit der erfindungsgemäßen Pleuelstange verbundener Vorteil liegt darin, dass deren Gewicht geringer ist als das Gewicht bekannter Pleuelstangen mit variabler effektiver Länge, weil keine vorstehenden Gehäuse für den Verriegelungsmechanismus vorgesehen sind.
Ein weiterer mit der erfindungsgemäßen Pleuelstange verbundener Vorteil liegt darin, dass der Verriegelungsmechanismus unter Druck zwischen den Körperabschnitt und die Lageraufnahme eingelegt wird (d. h. es wird eine Presspassung bzw. Druckpassung erzeugt), um die Lageraufnahme relativ zum Körper der Pleuelstange zu verriegeln. Die Presspassung führt zu einem verringerten Verbiegen des Verriegelungsmittels im Vergleich zu bekannten Verriegelungsmitteln, bei denen zwischen zwei Bauelementen der Pleuelstange Scherbelastungen auftreten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Pleuelstange gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wobei die Pleuelstange relativ zu einer Lageraufnahme derart angeordnet ist, dass eine ein hohes Verdichtungsverhältnis liefernde effektive Länge vorliegt;
Fig. 1A eine teilweise perspektivische Ansicht der Pleuelstange gemäß Fig. 1, wobei die Pleuelstange relativ zu einer Lageraufnahme derart angeordnet ist, dass eine ein niedriges Verdichtungsverhältnis liefernde effektive Länge vorliegt;
Fig. 2 eine fragmentarische perspektivische Darstellung des großen Endes der Pleuelstange, die zur detaillierteren Darstellung einer ihrer beiden Verriegelungsanordnungen aufgebrochen dargestellt ist;
Fig. 3 eine weitere fragmentarische perspektivische Ansicht des großen Endes der Pleuelstange, wobei die Pleuelstange im Querschnitt in ihrer im wesentlichen mittleren Ebene dargestellt ist;
Fig. 4 eine Darstellung in der gleichen Grundrichtung wie Fig. 2, wobei die Verriegelungsanordnung in Explosionsdarstellung zur besseren Darstellung von Einzelheiten in größerem Maßstab dargestellt ist;
Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht bestimmter Mittel der Verriegelungsanordnung, nämlich einer Führung und zweier federbelasteter Verriegelungsmittel;
Fig. 6 eine vergrößerte, fragmentarische, perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Lageraufnahme, an dem eine Verriegelungsanordnung angeordnet ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Elementes der Verriegelungsanordnung, nämlich eines Deckels;
Fig. 8 eine untere Draufsicht auf ein Verriegelungsmittel der Verriegelungsanordnung;
Fig. 9 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 9 gemäß Fig. 8;
Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 10 gemäß Fig. 9.
Fig. 11 eine untere Draufsicht auf eine Führung der Verriegelungsanordnung;
Fig. 12 eine Ansicht in Richtung des Pfeils 12 gemäß Fig. 11, und
Fig. 13 eine Querschnittsansicht im wesentlichen in Richtung der Linie 13-13 gemäß Fig. 2.
Die Fig. 1 und 1A zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Pleuelstange 13 mit variabler Länge zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine. Die Pleuelstange 13 weist ein großes Ende 14 zur Lagerung auf einem Pleuelzapfen einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) auf. Die spielsweise bei einer Brennkraftmaschine verwendet werden, wie sie in der US 64 12 453 B1 beschrieben ist.
Die Pleuelstange 13 weist einen Körperabschnitt 19 mit festgelegter Länge auf, welcher durch Stangenabschnitte 20 und 26 gebildet wird, die mittels Befestigungsmitteln 25 untereinander verbunden sind. Der Stangenabschnitt 20 weist ein kleines Ende 16 und einen Mittelabschnitt 22 auf, der sich von dem kleinen Ende 16 zu dem großen Ende 14 erstreckt. Die Pleuelstange 13 beinhaltet ferner eine Lageraufnahme 24, die auf einem Pleuelzapfen (nicht dargestellt) einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) derart montiert ist, dass dessen Mittellinie bzw. Mittelachse (CL = center line) konzentrisch mit der des Pleuelzapfens ist. Die Lageraufnahme 24 ist zwischen einem im wesentlichen halbkreisförmigen Bereich des Stangenabschnitts 20 am großen Ende 14 und einer im wesentlichen halbkreisförmigen Abdeckung, die einen Stangenabschnitt 26 bildet, gehalten. Der Körperabschnitt 19 und die Lageraufnahme 24 sind derart ausgebildet, dass der Körperabschnitt 19 innerhalb einer kurzen Strecke auf der Lageraufnahme 24 bewegbar ist, wobei sich die effektive Länge der Pleuelstange 13 durch Zurückstellen der Mittellinie des großen Endes 14 relativ zu der Mittellinie der Lageraufnahme 24 ändert. Fig. 1 zeigt die Einstellung der Pleuelstange 13 mit längerer Länge, welche zu einem höheren Verdichtungsverhältnis in einem Brennkraftmaschinenzylinder führt.
Fig. 1A zeigt dagegen die Einstellung bei kürzerer Länge, welche zu einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis in einem Brennkraftmaschinenzylinder führt.
Ein Lager (nicht dargestellt) liegt innerhalb der Lageraufnahme 24 gemäß Fig. 1, um als Lagerfläche zwischen dem inneren Durchmesser (I. D. = inside diameter) der Lageraufnahme 24 und dem äußeren Durchmesser (O. D. = outside diameter) der Kurbelwelle (nicht dargestellt) zu dienen. Das Lager kann beispielsweise derart konstruiert sein, wie in der US 64 12 453 B1 beschrieben. Bezüglich dieser Druckschrift wird insbesondere auf die Fig. 9A, 9B verwiesen, in denen das innerhalb der Lageraufnahme liegende Lager dargestellt ist. Die Lageraufnahme 24 gemäß Fig. 1 der vorliegenden Erfindung umgibt den Pleuelzapfen, wenn sich die Lageraufnahme 24 als Reaktion auf die Rotation der Kurbelwelle auf dem Pleuelzapfen dreht. Fig. 2 zeigt, dass die Lageraufnahme 24 zwei umfänglich durchgehende Kanäle C1, C2 aufweist. Das Lager weist weiterhin zwei Serien von umfänglich voneinander beabstandeten Durchgangslöchern auf, durch die ein hydraulisches Fluid vom Pleuelzapfen in die Kanäle C1, C2 eintreten kann.
Die Pleuelstange 13 beinhaltet zwei Verriegelungsanordnungen 36, 38. Die Verriegelungsanordnung 36 ist am großen Ende 14 zwischen dem kleinen Ende 16 und einer Mittellinie (CL) angeordnet. Die Verriegelungsanordnung 38 ist am großen Ende 14 im Verhältnis zur Mittellinie (CL) diametral gegenüber der Verriegelungsanordnung 36 angeordnet. Wie dargestellt, können die Verriegelungsanordnungen 36, 38 identisch aufgebaut sein.
Wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt, umfasst die Verriegelungsanordnung 36 mehrere Bestandteile, einschließlich zweier Verriegelungsbauteile oder Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2, zweier Vorspannfedern 36 S1, 36 S2, einer Führung oder einem Sockel 36G und einer Abdeckung 36C. Der Sockel 36G und die Abdeckung 36C bilden dabei eine Ummantelung der Anordnung.
Die Verriegelungsanordnung 38 umfasst die gleichen Bestandteile wie die Verriegelungsanordnung 36, nämlich zwei Verriegelungsbauteile oder Verriegelungszapfen, zwei Vorspannfedern, eine Führung oder einen Sockel und eine Abdeckung. Zur besseren Übersicht sind bei der Verriegelungsanordnung 38 nur einige dieser Elemente dargestellt.
Die Verriegelungsanordnung 36 verriegelt die Pleuelstange 13 in einer Einstellung mit großer effektiver Länge, während die Verriegelungsanordnung 38 die Pleuelstange 13 in einer Einstellung mit geringerer effektiver Länge verriegelt. Fig. 1 zeigt, dass zwischen einer Kante des Sockels 36G und der gegenüberliegenden Kante eines Schlitzes 35 ein Spalt 37 vorhanden ist, wenn die Pleuelstange eine Einstellung mit größerer Länge aufweist. Die gegenüberliegende Kante ist im Stangenabschnitt 20 in einer Außenfläche des Körperabschnitts 19 in der Mitte des halbkreisförmigen Bereichs des großen Endes 14 ausgebildet. Ein distales Ende des Verriegelungszapfens 36 P1 erstreckt sich ausgehend von der Verriegelungsanordnung 36, so dass dieser sich sehr eng in den Spalt 37 einpasst, um eine Presspassung zu erzeugen, die eine Bewegung des Körperabschnitts 19 auf der Lageraufnahme 24 und somit eine Verkürzung der effektiven Länge der Pleuelstange 13 verhindert. Wenn eine Drehung der Pleuelstange 13 um 180° um eine Längsachse gemäß Fig. 1 erfolgen würde, so dass sich eine entgegengesetzte Oberfläche zeigen würde, dann würde diese entgegengesetzte Oberfläche identisch der hier dargestellten Oberfläche entsprechen. Folglich ist der Spalt 37 auch auf der entgegengesetzten Oberfläche vorhanden, wo sich ein Ende des Verriegelungszapfens 36 P2 in den Spalt 37 erstreckt. Wie in Fig. 1 dargestellt, verriegeln die beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 (Verriegelungsbauteile) hierdurch die Pleuelstange 36 in einer Einstellung größerer Länge. Eine im Sinne einer Verkürzung der Länge der Pleuelstange 13 wirkende Kraft führt zur Ausübung einer Presskraft auf die verlängerten Bereiche der Verriegelungszapfen 36 P1 und 36 P2 und die Bereiche des Sockels 36G, die die verlängerten Bereiche der Verriegelungsbauteile unterstützen. Auf diese Weise verriegelt die Verriegelungsanordnung die Pleuelstange 13, ohne dass Scherkräfte auf die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 und den Sockel 36G ausgeübt werden.
Fig. 1A zeigt, dass ein Spalt 39 zwischen einer Kante der Führung bzw. des Sockels 36G der Verriegelungsanordnung 38 und der gegenüberliegenden Kante eines Schlitzes 35 vorhanden ist, wenn die Pleuelstange 13 auf eine kürzere Länge eingestellt ist. Die gegenüberliegende Kante ist im Stangenabschnitt 26 an einer Außenfläche des Körperabschnitts 19 in der Mitte des halbkreisförmigen Bereiches des großen Endes 14 ausgebildet, welches durch den Stangenabschnitt 26 gebildet wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Spalt 39 geschlossen, wenn die Pleuelstange 13 in einer Einstellung mit größerer Länge verriegelt ist. Die Verriegelungsbauteile bzw. Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 38 sind ferner in die Ummantelung der Verriegelungsanordnung 38 eingezogen bzw. eingefahren.
Die Lageraufnahme 24 kann, wie dargestellt, im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein und ist der Verriegelungsanordnung 36 bzw. 38 entsprechend angepasst ausgebildet. Im Bereich einer jeden der Verriegelungsanordnungen 36, 38 weist die Lageraufnahme 24 eine flache bzw. ebene Montagefläche 40 für den jeweiligen Sockel 36G auf. Fig. 2 verdeutlicht, dass der Sockel 36G der Verriegelungsanordnung 36 flächig an der Montagefläche 40 anliegt. Die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 sind auf dem Sockel 36G angeordnet, wobei die Abdeckung 36C die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 abdeckt, um diese Verriegelungsbauteile zwischen der Abdeckung 36C und dem Sockel 36G zu halten. Gebilde 42 und 44 der Lageraufnahme 24 sind in der Nähe der jeweiligen Seiten der Montagefläche 40 angeordnet.
Die Gebilde 42, 44 erfüllen mehrere Aufgaben, wie nachfolgend beschrieben. Eine Aufgabe liegt darin, eine präzise Lokalisation und eine sichere Befestigung der Abdeckung 36C an der Lageraufnahme 24 zu gewährleisten. Eine zweite Aufgabe liegt in der Führung des Körperabschnittes 19 mit fixierter Länge auf der Lageraufnahme 24, wenn die effektive Länge der Pleuelstange 13 geändert wird. Eine dritte Aufgabe liegt darin, das Aneinanderbefestigen zweier halbkreisförmiger Elemente 24A, 24B, welche die Lageraufnahme 24 bilden, an einer diagonalen Trennfläche 46 zu ermöglichen.
Fig. 3 zeigt, dass die Trennfläche 46 die Stelle darstellt, an der die beiden Elemente 24A, 24B miteinander verbunden sind. Jedes Element 24A, 24B beinhaltet eine mit Öffnungen versehene Öse 48, die an eine Berührungsfläche 50 im Gebilde 44 des gegenüberliegenden Elementes an der Trennfläche 46 anstößt. Der Gewindeschaft einer Kopfschraube 52 ist durch die Öffnung einer jeden Öse 48 geführt und in eine blinde Gewindebohrung eingeschraubt, die sich von der Berührungsfläche 50 in das Gebilde 44 erstreckt. Die Schraube 52 ist derart angezogen, dass ihr Kopf die Öse 48 gegen die Berührungsfläche 50 drückt, wodurch die beiden Elemente 24A, 24B an der Trennfläche 46 aneinander befestigt werden.
Der Spalt 35 und der halbkreisförmige Bereich des Stangenabschnitts 20 am großen Ende 14 gemäß den Fig. 1, 2, 3 weisen Ausnehmungen auf, die formschlüssig auf die Gebilde 42, 44 passen, um eine geringe relative Verschiebung des Körperabschnitts 19 auf der Lageraufnahme 24 zu ermöglichen. Diese geringe relative Verschiebung ermöglicht eine Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange 13 entlang der Richtung einer geraden Linie 53. Wie in Fig. 3 dargestellt, schneidet die Linie 53 die Mittellinie (CL) der Lageraufnahme 24 im rechten Winkel.
Gemäß Fig. 4 weist das Gebilde 42 eine Gewindebohrung 54 auf, welche benachbart zur Montagefläche 40 und parallel zur Linie 53 liegt. Die Gewindebohrung 54 gewährleistet die Befestigung eines Endes der Abdeckung 36C an der Lageraufnahme 24 mittels einer Kopfschraube 55. Das Gebilde 44 weist ferner ein kreisförmiges Durchgangsloch 57 auf, welches benachbart zur Montagefläche 40 und parallel zur Mittellinie (CL) liegt. Das Durchgangsloch 57 gewährleistet die Befestigung des anderen Endes der Abdeckung 36C an der Lageraufnahme 24 mittels eines eingepassten bzw. eingepressten Zylinders, wie beispielsweise eines Walzenzapfens 58.
Fig. 7 zeigt, dass die Abdeckung 36C einen rechteckförmigen Deckel 60 und Seiten 62, 64 aufweist, welche von den gegenüberliegenden in Längsrichtung verlaufenden Seitenrändern des Deckels 60 ausgehen. Die Seiten 62, 64 weisen gleiche nominale Höhen auf. An dem in Längsrichtung liegenden Endbereich der Abdeckung 36C, der benachbart zum Gebilde 44 liegt, weisen die Seiten 62, 64 jeweils fluchtend angeordnete kreisförmige Durchgangslöcher 66, 68 auf, die gleiche Durchmesser wie das Durchgangsloch 57 aufweisen. An dem in Längsrichtung angeordneten Endbereich der Abdeckung 36C, der benachbart zum Gebilde 42 angeordnet ist, umfasst der Deckel 60 ein Durchgangsloch 70. Wenn die Abdeckung 36C und die Lageraufnahme 24 zusammengesetzt werden, wird der Gewindeschaft der Kopfschraube 45 durch das Durchgangsloch 70 geführt und in die Gewindebohrung 54 eingeschraubt. Die Kopfschraube 55 wird so lange angezogen, bis ihr Kopf bündig mit dem Deckel 60 sitzt, wodurch die Abdeckung 36C an der Lageraufnahme 24 befestigt wird. Am Ende der Abdeckung 36C, benachbart zum Gebilde 44, passen die Durchgangslöcher 66, 68 mit den gegenüberliegenden Enden des Durchgangsloches 57 zusammen. Der Walzenzapfen 58 wird in die drei fluchtenden Durchgangslöcher 57, 66, 68 gepresst, um dieses Ende der Abdeckung 36C an der Lageraufnahme 24 zu befestigen bzw. zu sichern. Die Seite 62 weist einen rechteckigen Durchgangsschlitz 63 auf, der an seiner unteren Kante eine Aussparung aufweist, um Raum für das Verriegelungsbauteil bzw. den Verriegelungszapfen 36 P1 zu schaffen, wenn die Abdeckung 36C darauf montiert wird. In gleicher Weise weist die Seite 64 einen rechteckigen Durchgangsschlitz 65 auf, der an seiner unteren Kante ebenfalls eine Aussparung aufweist, um Raum für den Verriegelungszapfen 36 P2 zu schaffen, wenn die Abdeckung 36C über das Verriegelungsbauteil bzw. den Verriegelungszapfen 36 P2 montiert wird.
Wie in den Fig. 5, 11, 12 dargestellt, weist der Sockel 36G parallel gegenüberliegende Außenflächen und eine im wesentlichen geradlinig rechteckige Rippe 72 auf, die parallel zur Mittellinie (CL) verläuft. Die Rippe 72 erstreckt sich zentral von einer Außenfläche des Sockels 36G, die sich an der Montagefläche 40 befindet. Die Montagefläche 40 umfasst einen zentralen geradlinigen Durchgangsschlitz 74, in den die Rippe 72 formschlüssig eingepasst ist, um den Sockel 36G genau auf der Montagefläche 40 auszurichten. Die Außenflächen der Gebilde 42, 44 an den Seiten der Montagefläche 40 helfen ebenfalls bei der Ausrichtung bzw. Lokalisierung des Sockels 36G.
Die andere Außenfläche des Sockels 36G, die dem Deckel 60 der Abdeckung 36C zugewandt ist, umfasst eine gerade, im wesentlichen rechteckige Rippe 76, welche parallel zur Mittellinie (CL) der Lageraufnahme 24 verläuft. Die Rippe 76 erstreckt sich zentral von der Rippe 62 der gegenüberliegenden Außenfläche. Der Bereich des Sockels 36G zu einer Seite der Rippen 72, 76 umfasst einen rechteckigen Schlitz 77, der sich zwischen den oberen und unteren Außenflächen der Führung bzw. des Sockels 36G erstreckt, um die Führung bzw. den Sockel 36G mit beabstandeten, parallelen Armen 78, 80 auszustatten, welche senkrecht zu der Mittellinie der Lageraufnahme 24 verlaufen. In gleicher Weise umfasst der Bereich des Sockels 36G zu den gegenüberliegenden Seiten der Rippen 72, 76 einen rechteckigen Schlitz 79, welcher sich zwischen den oberen und unteren Außenflächen des Sockels 36G erstreckt, um den Sockel 36G mit beabstandeten, parallelen Armen 82, 84 auszustatten, die senkrecht zur Mittellinie der Lageraufnahme 24 gegenüberliegend zu den Armen 78, 80 verlaufen, wodurch der Sockel 36G eine im wesentlichen H-förmige Form erhält, wie aus Fig. 11 ersichtlich.
Gemäß den Fig. 8, 9, 10 umfasst das Verriegelungsbauteil bzw. der Verriegelungszapfen 36 P1 einen im wesentlichen rechteckförmigen Körper 90 mit einer im wesentlichen ebenen oberen Oberfläche 91 und einer im wesentlichen ebenen unteren Oberfläche 92. Die Oberfläche 92 wird durch einen im wesentlichen rechteckigen Block 94 in zwei Oberflächenabschnitte 92A, 92B unterteilt, wobei der Block 94 schräg verlaufend zur Längserstreckung des Verriegelungszapfens 36 P1 angeordnet ist. Der Block 94 geht von der unteren Oberfläche 92 des Körpers 90 aus und befindet sich in dem Schlitz 77 zwischen den Armen 78 und 80. Der Block 94 weist ferner entgegengesetzt angeordnete Seitenflächen 94A, 94B auf. Ein zentraler Bereich der Seitenfläche 94B und ein angefügter zentraler Bereich des Oberflächenabschnitts 92B sind derart geformt, dass eine Ausnehmung 96 gebildet ist, die der Lagerung und Ausrichtung eines Endes der Vorspannfeder 36 S1 dient. Bei dem Verriegelungszapfen 36 P1 liegt das entgegengesetzte Ende der Vorspannfeder 36 S1 gegen eine Oberfläche 78A des Arms 78 an, welcher der Seitenfläche 94B zugewandt ist. Der Deckel 60 der Abdeckung 36C überdeckt die obere Oberfläche 91 des Körpers 90. Eine seitliche Oberfläche des Körpers 90 steht der seitlichen Oberfläche der Rippe 76 gegenüber, während die entgegengesetzte seitliche Oberfläche des Körpers 90 der Oberfläche des Gebildes 42 gegenübersteht, welche der Montagefläche 40 benachbart ist. In einer Seitenfläche 94A des Blocks 94 ist zentral eine Ausnehmung 98 ausgebildet.
Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass der Verriegelungszapfen 36 P2 identisch zu dem Verriegelungszapfen 36 P1 ausgebildet ist, dass der Arm 82 identisch zum Arm 80 ausgebildet ist, und dass der Arm 84 identisch zum Arm 78 ausgebildet ist. Die Vorspannfeder 36 S2 ist zwischen dem Arm 84 und dem Verriegelungszapfen 36 P2 angeordnet, wobei ein Ende der Vorspannfeder 36 S2 an einer Oberfläche 84A des Armes 84 anliegt, welche der Seitenfläche 94B zugewandt ist. Das Verriegelungsbauteil bzw. der Verriegelungszapfen 36 P2 ist im Verhältnis zum Sockel 36G, zur Abdeckung 36C und zu dem Gebilde 44 in gleicher Weise angeordnet, wie der Verriegelungszapfen 36 P1 relativ zu dem Sockel 36G, zu der Abdeckung 36C und zu dem Gebilde 42 angeordnet ist. Der Unterschied liegt darin, dass die beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 in unterschiedliche Richtungen arbeiten, wie im Einzelnen nachfolgend beschrieben wird.
In den Fig. 1, 2, 4 und 5 ist der verriegelte Zustand der Verriegelungsanordnung 36 dargestellt. Wie ersichtlich, sind die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 während des verriegelten Zustandes verlängert bzw. ausgefahren. Zum Ausfahren der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 treiben die Vorspannfedern 36 S1 und 36 S2 den Block 94 des jeweiligen Verriegelungszapfens 36 P1, 36 P2 gegen den jeweiligen Arm 80, 82, wobei die Seitenflächen 94A, 94B Begrenzungsflächen bilden, welche an Begrenzungsflächen 80A, 82A der Arme 80, 82 anstoßen. Daher erstreckt sich das langgestreckte Ende des Körpers 90 des Verriegelungszapfens 36 P1 gegenüber der Vorspannfeder 36 S1 ausgehend vom Durchgangsschlitz 63, und schließt im wesentlichen bündig mit der Oberfläche am äußeren Ende des Sockels 36G ab, welche beiden Armen 80, 84 gemeinsam ist. Das langgestreckte Ende des der Vorspannfeder 36 S2 gegenüberliegenden Körpers 90 des Verriegelungszapfens 36 P2 erstreckt sich ferner ausgehend von dem Durchgangsschlitz 65, und schließt im wesentlichen bündig mit der Oberfläche des äußeren Endes des Sockels 36G ab, welche beiden Armen 78, 82 gemeinsam ist.
Wenn die Verriegelungsanordnung 36 in einen entriegelten Zustand bewegt wird, werden die beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 entlang jeweiliger gerader Linien in Richtung des Inneren der Ummantelung der Verriegelungsanordnung 36 eingefahren bzw. eingezogen, wobei bei diesem Vorgang die jeweilige Vorspannfeder 36 S1, 36 C2 elastisch komprimiert wird. Wenn der Verriegelungszapfen 36 P1 eingefahren wird, gleitet dessen Oberflächenabschnitt 92A entlang der oberen Oberfläche des Arms 80. Wenn der Verriegelungszapfen 36 P2 eingefahren wird, gleitet dessen Oberflächenabschnitt 92A über die obere Oberfläche des Arms 82. Die oberen Oberflächen der Körper 90 gleiten über die unteren Oberflächen des Deckels 60. Die nach innen gerichteten, seitlichen Oberflächen der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 gleiten über die Rippen 72 und 76, während die nach außen gerichteten, seitlichen Oberflächen über die jeweiligen Oberflächen der Gebilde 42 und 44 gleiten, welche gegen die Montagefläche 40 anliegen. Die vorstehenden Enden der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 werden in die Durchgangsschlitze 63, 65 eingefahren bzw. eingezogen.
Gemäß den Fig. 5 und 6 weist die Lageraufnahme 24 einen ersten Durchgang 100 auf, der sich vom Kanal C1 zum Schlitz 79 zwischen den Armen 82 und 84 erstreckt. Die Lageraufnahme 24 weist ferner einen zweiten Durchgang 102 auf, der sich vom Kanal C2 zum Schlitz 79 erstreckt. Die Durchgänge 100, 102 münden an unterschiedlichen Stellen in den Schlitz 79, und zwar mündet der Durchgang 100 in der Nähe des Arms 82 in den Spalt 79, während der Durchgang 102 in der Nähe des Arms 84 in den Spalt 79 mündet.
Die Lageraufnahme 24 weist ferner einen dritten Durchgang 104 auf, der sich vom Kanal C1 zum Schlitz 77 zwischen den Armen 78 und 80 erstreckt. Die Lageraufnahme 24 weist ferner einen vierten Durchgang 106 auf, der sich vom Kanal C2 zu dem Schlitz 77 erstreckt. Es ist von besonderer Bedeutung, dass sich jeder Durchgang 104, 106 an einer unterschiedlichen Stelle in den Schlitz 77 öffnet. Der Durchgang 104 öffnet sich insbesondere in der Nähe des Arms 80 in den Schlitz 77, während sich der Durchgang 106 in der Nähe des Arms 78 in den Schlitz 77 öffnet. Die Durchgänge 100, 102 sind direkt von dem jeweiligen Kanal C1, C2 ausgehend angeordnet. Die Ausbildung eines geraden Ganges für die Durchgänge 104, 106 könnte sich möglicherweise in dem zur Verfügung stehenden Raum als nicht durchführbar erweisen. Es könnte daher erforderlich sein, die Durchgänge 104, 106 schräg verdreht auszubilden, um die gewünschte Verbindung mit dem richtigen Kanal herzustellen.
Eine Betätigungsbewegung der beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 36 in den entriegelten Zustand erfolgt durch Zuführung eines hydraulischen Fluids unter Druck durch den Kanal C1 und die Durchgänge 100, 104. Befinden sich die beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 im verriegelten Zustand, wird das hydraulische Fluid durch die jeweiligen Schlitze 79, 77 im Sockel 36G den jeweiligen engen Räumen zugeführt, welche durch die jeweilige Ausnehmung 98 in jedem Verriegelungsbauteil ausgebildet sind. Der hydraulische Druck wirkt auf die Oberfläche einer jeden Ausnehmung 98 dahingehend, eine Kraft zu erzeugen, die entgegen derjenigen der jeweiligen Vorspannfeder 36 S1, 36 S2 wirkt. Diese hydraulische Kraft ist groß genug, jeden der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 gegen die Federkraft einzufahren bzw. einzuziehen.
Wenn die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 eingefahren bzw. eingezogen werden, bewegen sich ihre Enden aus den jeweiligen Spalten 37 heraus, wobei die Anordnung in einer eine Änderung der effektiven Länge des Köperabschnitts 19 ermöglichenden Weise entriegelt wird. Weil die gegenüberliegende Verriegelungsanordnung 38 bereits entriegelt ist, erfolgt die Längenänderung sofort dann, wenn die entlang der Längserstreckung der Pleuelstange 13 wirkende Trägheitskraft eine ausreichende Größe erreicht hat. Wenn die Längenänderung abgeschlossen ist, weist die Pleuelstange 13 eine geringfügig kürzere effektive Gesamtlänge auf, was zu einem niedrigerem Verdichtungsverhältnis führt.
Die Fig. 1A und 5 zeigen, dass die Verriegelungsanordnung 38 automatisch dann verriegelt, wenn die Längenänderung vollständig abgeschlossen ist. Der Umstand, dass die Verriegelungsanordnung 38 automatisch in ihre Verriegelungsstellung gelangt, beruht auf ihrer Bauweise, die der Bauweise der Verriegelungsanordnung 36 entspricht. Ein Unterschied zwischen den beiden Verriegelungsanordnungen 36, 38 besteht jedoch darin, dass bei der Verriegelungsanordnung 38 hydraulisches Fluid durch den Kanal C1 zur Verlängerung der beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 38 der Ausnehmung 96 zugeführt und über den Kanal C2 hydraulisches Fluid zum Einfahren der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Ausnehmung 98 zugeführt wird. Dies ist aus Fig. 13 ersichtlich, welche die Verriegelungsanordnung 36 verriegelt und die Verriegelungsanordnung 38 entriegelt zeigt. Der Kanal C1 steht somit mit den beiden Räumen der Verriegelungsanordnung 38 in Verbindung, in denen die beiden Vorspannfedern 36 S1, 36 S2 angeordnet sind. Hierdurch kann der hydraulische Druck in Kanal C1 auf die Seitenflächen 94B der beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 38 gleichzeitig wirken, so dass der Druck auch das Zurückziehen der beiden Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 36 bewirkt.
Wenn die Längenänderung beendet ist, ist die Spalte 39 ausreichend weit geöffnet, so dass der Eingriff der Verlängerungen der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 38 beendet ist. Die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 werden umgehend durch die Federkraft und die hydraulische Kraft zwangsweise in ihre ausgefahrenen Stellungen bewegt und legen sich eng in die geöffnete Spalte 39 ein. Wenn der erhöhte hydraulische Druck im Kanal C1 eingestellt wird, halten die Vorspannfedern 36 S1, 36 S2 der Verriegelungsanordnung 38 die Verriegelungsbauteile in verriegeltem Zustand. Obwohl die Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 36 dann nicht länger durch den hydraulischen Druck in den eingefahrenen Zustand getrieben werden, bildet das während der Längenänderung erfolgende Schließen des Spalts 37 ein Hindernis für ein Ausfahren durch die Vorspannfedern, so dass sie im entriegelten Zustand eingefahren verbleiben. Eine Kraft, die im Sinne einer Verlängerung der Pleuelstange 13 wirkt, bewirkt eine Druckkraft auf die ausgefahrenen Bereiche der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 der Verriegelungsanordnung 38 und diejenigen Bereiche des Sockels 36G, von denen die ausgefahrenen Bereiche der Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 unterstützt werden. Folglich verriegelt die Verriegelungsanordnung 38 die Pleuelstange 13, ohne dass Scherkräfte auf ihre beiden Verriegelungsbauteile bzw. Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 und die Führungen bzw. den Sockel 36G ausgeübt werden.
Eine Verlängerung der Pleuelstange 13 erfolgt durch eine Erhöhung des hydraulischen Drucks im Kanal C2. Die Entriegelung der Verriegelungsanordnung 38 erfolgt auf die gleiche Weise wie die Entriegelung der Verriegelungsanordnung 36 bei einer Längenreduzierung. Die Längenänderung wird durch Trägheitskräfte erreicht bzw. vollendet und die Verriegelungsanordnung 36 verriegelt wieder automatisch bei Vollendung der Längenänderung. Der Anstieg des hydraulischen Drucks im Kanal C2 kann unterbrochen werden. Der erhöhte Druck für die Durchführung einer Längenänderung weist eine pulsartige Charakteristik auf, weil die Längenänderung innerhalb eines Motorzyklus erfolgt und der erhöhte hydraulische Druck abgesenkt wird, nachdem die Pleuelstange 13 erneut in der neuen Länge verriegelt wurde.
Die vorstehende Beschreibung dient der Verdeutlichung einiger Aspekte der Arbeitsweise der Pleuelstange gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein erster Aspekt liegt darin, dass die Verriegelung einer einzigen Anordnung ausreichend ist, um die Pleuelstange in einer von zwei möglichen Längen zu verriegeln. Ein zweiter Aspekt liegt darin, dass es nicht möglich ist, beide Verriegelungsanordnungen gleichzeitig zu verriegeln. Ein dritter Aspekt liegt darin, dass eine Längenänderung durch Entriegelung einer verriegelten Anordnung eingeleitet wird, so dass beide Verriegelungsanordnungen entriegelt sind. Ein vierter Aspekt liegt darin, dass bei Vollendung einer Längenänderung eine der Verriegelungsanordnungen die Pleuelstange automatisch verriegelt.
Die Pleuelstange 13 kann beispielsweise unter Verwendung einer hydraulischen Steuereinrichtung gemäß US 63 97 796 B1 betrieben werden. Bei einer Ausführungsform können beispielsweise die Durchgänge 30, 32 gemäß Fig. 1 der US 63 97 796 B1 den Kanälen C1 und C2 gemäß Fig. 2 der vorliegenden Erfindung jeweils selektiv hydraulisches Fluid zuleiten, um eine effektive Längeneinstellung der Pleuelstange 13 vorzunehmen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Zusammenbau der Pleuelstange 13 an einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine. Gemäß den Fig. 1 und 2 beinhaltet das Verfahren ein Anbringen der ersten Verriegelungsanordnung 36 an dem ersten Bereich 24A der Lageraufnahme 24. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Anbringen der zweiten Verriegelungsanordnung 38 an dem zweiten Bereich 24B der Lageraufnahme 24. Das Verfahren beinhaltet weiter einen Zusammenbau der ersten und zweiten Bereiche 24A, 24B in einer eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine umgebenden Weise. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Führen des ersten Stangenabschnitts 20 über die erste Verriegelungsanordnung 36, wodurch diese solange in einem Bereich einer durch den ersten Stangenabschnitt 20 begrenzten Öffnung aufgenommen wird, bis eine obere Oberfläche der ersten Verriegelungsanordnung 36 gegen die innere Oberfläche des ersten Stangenabschnitts 20 anliegt. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Führen des zweiten Stangenbereichs 26 über die zweite Verriegelungsanordnung 38, wodurch diese solange in einem Bereich der durch den zweiten Stangenabschnitt 26 begrenzten Öffnung aufgenommen wird, bis eine obere Oberfläche der zweiten Verriegelungsanordnung 38 gegen die innere Oberfläche des zweiten Stangenabschnitts 26 anliegt. Des weiteren können die ersten und zweiten Verriegelungsbauteile bzw. Verriegelungszapfen 36 P1, 36 P2 einwärts aufeinander zu in eine entriegelte Stellung bewegt werden, während der zweite Stangenabschnitt 26 über die zweite Verriegelungsanordnung 38 eingeführt wird. Schließlich kann erfindungsgemäß der erste Stangenabschnitt 20 an dem zweiten Stangenabschnitt 26 der Pleuelstange 13 befestigt werden. Die ersten und zweiten Stangenabschnitte 20, 26 können beispielsweise mittels herkömmlicher Bolzen, Schrauben oder anderer bekannter Befestigungsmittel angebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zusammenbau einer Pleuelstange an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine weist erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Verfahren zum Zusammenbau von Pleuelstangen mit variabler Verdichtung auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere das Anbringen der Verriegelungsanordnungen 36, 38 an einem entsprechenden Bereich der Lageraufnahme 24, bevor die Lageraufnahme 24 an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angebracht wird. Das erfindungsgemäße Montageverfahren ist daher einfacher und schneller als bekannte Montageverfahren, bei denen die Lageraufnahme zunächst an einer Kurbelwelle befestigt wird und bei denen es erforderlich ist, danach zumindest einen Bereich der Verriegelungsanordnung an der Lageraufnahme oder der Pleuelstange innerhalb des begrenzten Raumes der Brennkraftmaschine zu montieren.
Die erfindungsgemäße Pleuelstange 13 weist zudem einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Pleuelstangen für Brennkraftmaschinen mit variabler Verdichtung auf. Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Pleuelstange 13 der Verriegelungsmechanismus 36, 38 vollständig innerhalb des Körpers der Pleuelstange 13 integriert, ohne dass vorstehende Gehäusebereiche zur Aufnahme der Verriegelungsanordnungen vorgesehen sind. Folglich können erfindungsgemäße Pleuelstangen 13 gemeinsam mit herkömmlichen Kurbelwellen verwendet werden, wobei lediglich minimale zusätzliche Bearbeitungen der Kurbelwellen erforderlich sind, was zu reduzierten Herstellungskosten führt. Die erfindungsgemäße Pleuelstange 13 ist ferner leichter als bekannte Pleuelstangen mit variabler Länge, weil keine vorstehenden Gehäuse für die Verriegelungsanordnungen erforderlich sind. Bei der Pleuelstange 13 kann erfindungsgemäß ferner ein Verriegelungsbauteil verwendet werden, welches unter Druckspannung zwischen den Körperabschnitten 19 und der Lageraufnahme 24 eingesetzt ist. Durch die Druckspannung wird die Wahrscheinlichkeit eines Verbiegens der Verriegelungsbauteile bei Aufrechterhaltung einer verriegelten Stellung im Vergleich zu bekannten Pleuelstangen, deren Verriegelungsbauteile zwischen einem Körperbereich und einer Lageraufnahme Scherbelastungen ausgesetzt sind, reduziert. Bezugszeichenliste 13 Pleuelstange
14 großes Ende
16 kleines Ende
19 Körperabschnitt
20 Stangenabschnitt
22 Mittelabschnitt
24 Lageraufnahme
24A Element
24B Element
25 Befestigungsmittel
26 Stangenabschnitt
35 Schlitz
36 Verriegelungsanordnung
36 P1 Verriegelungszapfen
36 P2 Verriegelungszapfen
36 S1 Vorspannfeder
36 S2 Vorspannfeder
36G Führung bzw. Sockel
36C Abdeckung
37 Spalt
38 Verriegelungsanordnung
39 Spalt
40 Montagefläche
42 Gebilde
44 Gebilde
46 Trennfläche
48 Öse
50 Berührungsfläche
52 Schraube
53 Linie
54 Gewindebohrung
55 Kopfschraube
57 Durchgangsloch
58 Walzenzapfen
60 Deckel
62 Seite
63 Durchgangsschlitz
64 Seite
65 Durchgangsschlitz
66 Durchgangsloch
68 Durchgangsloch
70 Durchgangsloch
72 Rippe
74 Durchgangsschlitz
76 Rippe
77 Schlitz
78 Arm
78A Oberfläche
79 Schlitz
80 Arm
80A Begrenzungsfläche
82 Arm
82A Begrenzungsfläche
84 Arm
84A Oberfläche
90 Körper
91 Oberfläche
92 Oberfläche
92A Oberflächenabschnitt
92B Oberflächenabschnitt
94 Block
94A Seitenfläche
94B Seitenfläche
96 Ausnehmung
98 Ausnehmung
100 Durchgang
102 Durchgang
104 Durchgang
106 Durchgang
C1 Kanal
C2 Kanal

Claims

1. Pleuelstange (13) zum selektiven Variieren des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei die Pleuelstange in Arbeitsposition zwischen einer Kurbelwelle und einem Kolben der Brennkraftmaschine angeordnet ist, gekennzeichnet durch
einen Körperabschnitt (19), der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Öffnung aufweist, die sich durch den Körperabschnitt (19) hindurch im wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse und parallel zu einer Achse eines Pleuelzapfens erstreckt,
eine Lageraufnahme (24), die in der Öffnung zwischen dem Körperabschnitt (19) und einem Pleuelzapfen der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei diese aufnehmende Öffnung derart ausgebildet ist, dass eine selektive Verschiebung des Körperabschnitts (19) entlang der ersten Achse relativ zu der Lageraufnahme (24) ermöglicht wird und diese Verschiebung eine Änderung der der effektiven Länge des Köperabschnittes (19) und des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine bewirkt, und
eine erste Verriegelungsanordnung (36, 38), welche innerhalb der Öffnung des Körperabschnittes (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen der Lageraufnahme (24) und dem Körperabschnitt (19) angeordnet ist, wobei die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) zur Erzeugung einer ersten Presspassung zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) ausgebildet ist, um den Körperabschnitt (19) in einer ersten Stellung relativ zu der Lageraufnahme (24) zu verriegeln, wobei die erste Stellung einem ersten ausgewählten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

2. Pleuelstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein erstes Verriegelungsmittel umfasst, welches sich im wesentlichen parallel zu der Achse des Pleuelzapfens erstreckt, um einen ersten Spalt (37, 39) zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) in einer eine erste Presspassung zwischen dem Körperbereich (19) und der Lageraufnahme (24) erzeugenden Weise auszufüllen.

3. Pleuelstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungsmittel in Richtung des ersten Spalts (37, 39) vorgespannt ist.

4. Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungsmittel in die Lageraufnahme (24) integriert ist.

5. Pleuelstange nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem ersten Ende der Lageraufnahme (24) angeordnet ist, und die Pleuelstange (13) eine zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) beinhaltet, welche innerhalb der Öffnung des Körperabschnitts (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) angeordnet ist, und die zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem zweiten Ende der Lageraufnahme (24) gegenüberliegend zu dem ersten Ende angeordnet und derart ausgebildet ist, dass eine zweite Presspassung zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) erzeugt wird, um den Körperabschnitt (19) in einer zweiten Stellung relativ zu der Lageraufnahme (24) zu verriegeln, wobei die zweite Stellung einem zweiten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

6. Pleuelstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) ein zweites Verriegelungsmittel beinhaltet, welches sich nach außen gerichtet erstreckt, um einen zweiten Spalt (37, 39) zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) in einer eine zweite Presspassung zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) erzeugenden Weise auszufüllen.

7. Pleuelstange nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein erstes Verriegelungsbauteil beinhaltet, welches im wesentlichen parallel zu der Achse des Pleuelzapfens bewegbar ist, dass erste und zweite Führungselemente an einer äußeren peripheren Oberfläche der Lageraufnahme (24) angeordnet sind, welche die Bewegung des ersten Verriegelungsbauteils führen, und dass eine erste Feder zwischen dem ersten Führungselement und dem Verriegelungsbauteil angeordnet ist, welche das Verriegelungsbauteil in einer ersten Richtung parallel zur Achse des Pleuelzapfens in Richtung einer verriegelten Stellung vorspannt.

8. Pleuelstange nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche der Lageraufnahme (24) eine Öffnung beinhaltet, die mit einer zwischen dem ersten Verriegelungsbauteil und dem zweiten Führungselement gebildeten Fluidkammer in Verbindung steht, derart, dass das erste Verriegelungsbauteil durch in die Fluidkammer geleitetes Fluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung gegen die Vorspannkraft der ersten Feder in Richtung einer entriegelten Stellung bewegbar ist.

9. Pleuelstange nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein zweites Verriegelungsbauteil beinhaltet, welches im wesentlichen parallel zur Achse des Pleuelzapfens bewegbar ist, wobei die ersten und zweiten Führungselemente die Bewegung des zweiten Verriegelungsbauteils führen, und dass eine zweite Feder zwischen dem ersten Führungselement und dem zweiten Verriegelungsbauteil angeordnet ist, durch deren Wirkung das zweite Verriegelungsbauteil in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung in Richtung einer verriegelten Stellung vorgespannt ist.

10. Pleuelstange (13) zum selektiven Variieren des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine, wobei die Pleuelstange in Arbeitsposition zwischen einer Kurbelwelle und einem Kolben der Brennkraftmaschine angeordnet ist, gekennzeichnet durch
einen Körperabschnitt (19), der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Öffnung aufweist, die sich durch den Körperabschnitt (19) hindurch im wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse und parallel zu einer Achse eines Pleuelzapfens erstreckt,
eine Lageraufnahme (24), die in der Öffnung zwischen dem Körperabschnitt (19) und einem Pleuelzapfen der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei diese aufnehmende Öffnung derart ausgebildet ist, dass eine selektive Verschiebung des Körperabschnitts (19) entlang der ersten Achse relativ zu der Lageraufnahme (24) ermöglicht wird und diese Verschiebung eine Änderung der effektiven Länge des Köperabschnittes (19) und des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine bewirkt, und
eine erste Verriegelungsanordnung (36, 38), welche innerhalb der Öffnung des Körperabschnitts (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen der Lageraufnahme (24) und dem Körperabschnitt (19) angeordnet ist, wobei die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein erstes Verriegelungsmittel aufweist, welches sich in einen ersten Spalt (37, 39) erstreckt, der jeweils zwischen ersten und zweiten gegenüberliegenden Oberflächen des Körperabschnitts (19) und der Lageraufnahme (24) gebildet ist, um eine erste Presspassung zu erzeugen, die den Körperabschnitt (19) in einer ersten Stellung relativ zur Lageraufnahme (24) verriegelt, wobei die erste Stellung einem ersten ausgewählten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

11. Pleuelstange nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem ersten Ende der Lageraufnahme (24) angeordnet ist, wobei die Pleuelstange (13) ferner eine zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) beinhaltet, welche innerhalb der Öffnung des Körperabschnitts (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) angeordnet ist, wobei diese zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem zweiten Ende der Lageraufnahme (24) gegenüber dem ersten Ende angeordnet und derart ausgebildet ist, dass eine zweite Presspassung zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) erzeugt wird, um den Körperabschnitt (19) in einer zweiten Stellung relativ zu der Lageraufnahme (24) zu verriegeln, wobei diese zweite Stellung einem zweiten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

12. Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis mit einer um eine Kurbelwellenachse rotierenden Kurbelwelle und mit wenigstens einem Kolben, der mit einer zwischen der Kurbelwelle und dem Kolben angeordneten Pleuelstange in Antriebsverbindung steht, gekennzeichnet durch
einen Körperabschnitt (19), der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Öffnung aufweist, die sich durch den Körperabschnitt (19) hindurch im wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse und parallel zu einer Achse eines Pleuelzapfens erstreckt,
eine Lageraufnahme (24), die in der Öffnung zwischen dem Körperabschnitt (19) und einem Pleuelzapfen der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei diese aufnehmende Öffnung derart ausgebildet ist, dass eine selektive Verschiebung des Körperabschnitts (19) entlang der ersten Achse relativ zu der Lageraufnahme (24) ermöglicht wird und diese Verschiebung eine Änderung in der effektiven Länge des Köperabschnittes (19) und des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine bewirkt, und
eine erste Verriegelungsanordnung (36, 38), welche innerhalb der Öffnung des Körperbereiches (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen der Lageraufnahme (24) und dem Körperabschnitt (19) angeordnet ist, wobei die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) zur Erzeugung einer ersten Presspassung zwischen dem Körperbereich (19) und der Lageraufnahme (24) ausgebildet ist, um den Körperabschnitt (19) in einer ersten Stellung relativ zur Lageraufnahme (24) zu verriegeln, wobei die erste Stellung einem ersten ausgewählten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

13. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein erstes Verriegelungsmittel umfasst, welches sich im wesentlichen parallel zu der Achse des Pleuelzapfens erstreckt, um einen ersten Spalt (37, 39) zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) in einer die erste Presspassung zwischen dem Körperbereich (19) und der Lageraufnahme (24) bewirkenden Weise auszufüllen.

14. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem ersten Ende der Lageraufnahme (24) angeordnet ist und die Pleuelstange (13) eine zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) beinhaltet, welche innerhalb der Öffnung des Körperabschnitts (19) enthalten und in Arbeitsposition zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) angeordnet ist, und dass die zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) an einem zweiten Ende der Lageraufnahme (24) gegenüber dem ersten Ende angeordnet und derart ausgebildet ist, dass eine zweite Presspassung zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24) erzeugt wird, um den Körperabschnitt (19) in einer zweiten Stellung relativ zu der Lageraufnahme (24) zu verriegeln, wobei diese zweite Stellung einem zweiten Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine entspricht.

15. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verriegelungsanordnung (36, 38) ein zweites Verriegelungsmittel umfasst, welches sich im wesentlichen parallel zu der Achse des Pleuelzapfens erstreckt, um einen zweiten Spalt (37, 39) zwischen dem Körperabschnitt (19) und der Lageraufnahme (24), in einer die zweite Presspassung zwischen dem Körperbereich (19) und der Lageraufnahme (24) bewirkenden Weise auszufüllen.

16. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein erstes Verriegelungsbauteil beinhaltet, welches im wesentlichen parallel zu der Achse des Pleuelzapfens bewegbar ist, dass erste und zweite Führungselemente an einer äußeren peripheren Oberfläche der Lageraufnahme (24) angeordnet sind, welche die Bewegung des ersten Verriegelungsbauteils führen, und dass eine erste Feder zwischen dem ersten Führungselement und dem Verriegelungsbauteil angeordnet ist, welche das Verriegelungsbauteil in einer ersten Richtung parallel zur Achse des Pleuelzapfens in Richtung einer verriegelten Stellung vorspannt.

17. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche der Lageraufnahme (24) eine Öffnung beinhaltet, die mit einer zwischen dem ersten Verriegelungsbauteil und dem zweiten Führungselement gebildeten und derart ausgebildeten Fluidkammer in Verbindung steht, dass in die Fluidkammer geleitetes Fluid das erste Verriegelungsbauteil in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung gegen die Vorspannkraft der ersten Feder in Richtung einer entriegelten Stellung bewegt.

18. Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verriegelungsanordnung (36, 38) ein zweites Verriegelungsbauteil beinhaltet, welches im wesentlichen parallel zur Achse des Pleuelzapfens bewegbar ist, wobei die ersten und zweiten Führungselemente die Bewegung des zweiten Verriegelungsbauteils führen, und dass eine zweite Feder zwischen dem ersten Führungselement und dem zweiten Verriegelungsbauteil angeordnet ist, welche das zweite Verriegelungsbauteil in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung in Richtung einer verriegelten Stellung vorspannt.

19. Verfahren zum Zusammenbau einer Pleuelstange (13) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, wobei die Pleuelstange einen ersten Körperabschnitt mit ersten und zweiten, eine Öffnung definierenden Bereichen, eine Lageraufnahme mit ersten und zweiten Bereichen, die zur Passung in zusammengesetztem Zustand um eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ausgebildet sind, sowie erste und zweite Verriegelungsanordnungen aufweist, welche zur Befestigung an entgegengesetzten Enden der Lageraufnahme ausgebildet sind, wobei die ersten und zweiten Verriegelungsanordnungen jeweils erste und zweite Verriegelungsbauteile aufweisen, die sich selektiv auswärtsgerichtet entlang einer Achse der Kurbelwelle in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, gekennzeichnet durch
Anbringen der ersten Verriegelungsanordnung (36), an dem ersten Bereich (24A) der Lageraufnahme (24),
Anbringen der zweiten Verriegelungsanordnung (38) an dem zweiten Bereich (24B) der Lageraufnahme (24),
Anbringen und Sichern der ersten und zweiten Bereiche (24A, 24B) der Lageraufnahme (24) um eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine,
Führen des ersten Abschnittes der Pleuelstange (13) über die erste Verriegelungsanordnung (36), wodurch die erste Verriegelungsanordnung (36) in einen ersten Bereich der durch den ersten Abschnitt der Pleuelstange (13) definierten Öffnung aufgenommen wird, bis eine obere Oberfläche der ersten Verriegelungsanordnung (36) an die innere Oberfläche des ersten Abschnittes der Pleuelstange (13) anstößt, und
Führen des zweiten Abschnittes der Pleuelstange (13) über die zweite Verriegelungsanordnung (38), wodurch die zweite Verriegelungsanordnung (38) in einen zweiten Bereich der durch den zweiten Abschnitt der Pleuelstange (13) definierten Öffnung aufgenommen wird, bis eine obere Oberfläche der zweiten Verriegelungsanordnung (38) an eine innere Oberfläche des zweiten Abschnitts der Pleuelstange (13) anstößt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Führens des zweiten Abschnittes der Pleuelstange (13) über die zweite Verriegelungsanordnung (38) beinhaltet, dass die ersten und zweiten Verriegelungsbauteile nach innen aufeinander zu in eine entriegelte Stellung bewegt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt der Pleuelstange (13) und der zweite Abschnitt der Pleuelstange (13) gegeneinander gesichert werden.