WO2018060458A1 - Längenverstellbares pleuel mit anschlagflächen - Google Patents

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WO2018060458A1
WO2018060458A1 PCT/EP2017/074841 EP2017074841W WO2018060458A1 WO 2018060458 A1 WO2018060458 A1 WO 2018060458A1 EP 2017074841 W EP2017074841 W EP 2017074841W WO 2018060458 A1 WO2018060458 A1 WO 2018060458A1
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WO
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connecting rod
stop surface
guide shaft
rod part
length
Prior art date
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PCT/EP2017/074841
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert AUSSERHOFER
Andreas Krobath
Harald PRAMBERGER
Original Assignee
Avl List Gmbh
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Publication date
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Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to US16/338,071 priority Critical patent/US20200217246A1/en
Priority to CN201780072892.8A priority patent/CN110382882A/zh
Priority to EP17778256.2A priority patent/EP3519709B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/04—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads with elastic intermediate part of fluid cushion

Definitions

  • the invention relates to a length-adjustable connecting rod for a reciprocating engine, in particular for a reciprocating internal combustion engine, wherein the connecting rod has at least a first Pleuelteil and a second Pleuelteil, wherein the second Pleuelteil at its end facing the first Pleuelteil a section having a guide cylinder, wherein the first Pleuelteil
  • the guide shaft of the first connecting rod part is at least partially received by the guide cylinder in a functional use state of the connecting rod and is movable relative to this for adjusting an effective connecting rod length, in particular along one Longitudinal axis of the connecting rod.
  • the present invention relates to a reciprocating piston engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, with at least one length-adjustable connecting rod and a vehicle with a reciprocating piston engine, in particular with a reciprocating internal combustion engine.
  • the rod-like connecting element which is used in a reciprocating engine for connecting the crankshaft with a reciprocating piston.
  • the connecting rod serves to convert a linear movement of the reciprocating piston, in particular a linear oscillating axial movement of the reciprocating piston, which is usually a power or working piston, in a circular movement of the crankshaft, or conversely, a circular movement To convert the crankshaft into a linear movement of the reciprocating piston.
  • a shaft is referred to, which is designed preferably in a reciprocating piston linear oscillating movement, in particular the translational movement of one or more reciprocating, in particular by means of connecting rods, convert into a rotational movement or vice versa to convert a rotational movement into a translatory movement.
  • a connecting rod For connection to the reciprocating piston and the crankshaft, a connecting rod usually has at its two ends in each case a connecting rod bearing, usually in the form of a connecting rod, the connecting rod usually having a smaller connecting rod eye at the piston end and a larger connecting rod eye at the crankshaft end, based on a functional installation state of a connecting rod in a reciprocating engine.
  • a piston By means of a piston pin mounted in the small connecting rod eye, a piston can be connected to the piston end of the connecting rod.
  • the connecting rod can be connected to the crankshaft, wherein in the larger connecting rod usually designed as a plain bearing connecting rod bearing is arranged, which can be lubricated with hydraulic fluid, in particular with the engine oil of a reciprocating engine.
  • the connecting rod is usually mounted in each case rotatable about an axis of rotation about the crankshaft and the piston pin, wherein the distance between the two axes of rotation defines an effective or effective connecting rod length.
  • Length-adjustable connecting rods are therefore used in particular in reciprocating engines with variable compression ratio for adjusting the compression ratio.
  • Changing the compression ratio by changing the effective connecting rod length is basically known from the prior art, for example from DE 10 2012 020 999 A1 or WO 2015/055582 A2.
  • the length-adjustable connecting rod described in DE 10 2012 020 999 A1 has an eccentric arranged in the smaller connecting rod eye, two hydraulic cylinders arranged at least partially outside the connecting rod shaft for adjusting the eccentric. Linder are provided, which can be supplied with engine oil from the reciprocating engine with hydraulic medium. To control the two hydraulic cylinders and thus for length adjustment of the connecting rod, a control device is provided with two valves, by means of which the two hydraulic cylinders can be acted upon in each case with hydraulic medium that adjusts the desired change in the connecting rod length.
  • WO 2015/055582 A2 discloses a length-adjustable connecting rod with a hydraulic length adjustment device with a hydraulic cylinder arranged inside the connecting rod, wherein the connecting rod has a first connecting rod shaft section and a second connecting rod shaft section, which are displaceable relative to one another along a longitudinal axis of the connecting rod and in particular telescopically into one another and can be pushed apart.
  • One of the two connecting rod shaft sections forms the hydraulic cylinder of the length adjustment device and the other connecting rod shaft section an associated hydraulic piston.
  • the actuating piston can be axially displaced from a first setting position to a second setting position in a functional use state of the connecting rod in a reciprocating piston engine using the applied in an associated reciprocating engine engine oil pressure, depending on the setting position of the actuating piston one or more hydraulic flows or Hydraulic outlets of the hydraulic length adjustment are enabled or disabled.
  • the spring stiffness of the return spring can be used to set at which engine oil pressure a shift of the actuating piston from the first setting position to the second setting position should be effected.
  • Another challenge is to constantly maintain a set effective connecting rod length over a defined period of time in order to be able to set a constant compression ratio over the defined period of time.
  • the first connecting rod part has a first stop surface and the second connecting rod part has a second stop surface, wherein abutment of the first stop surface on the second stop surface limits a relative movement in a first direction.
  • the connecting rod is configured such that at least a portion of a force acting on the connecting rod along the longitudinal axis of the connecting rod pressing force past the guide shaft over the first stop surface and the second stop surface of the first abutment surface on the second stop surface, in particular at minimum effective Pleuelin first Pleuelteil is transmitted to the second Pleuelteil and / or vice versa.
  • a connecting rod according to the invention has the advantage that, in particular with a minimum effective connecting rod length, ie in particular in a maximally "pushed-together state" of the connecting rod, at least a portion of a pressure force acting on the connecting rod along the longitudinal axis of the connecting rod can be transmitted from the first connecting rod part into the second connecting rod part and / or conversely past the guide shaft.
  • a compressive force acting on the guide shaft can be reduced and the guide shaft can be relieved.
  • the risk of buckling of the guide shaft can be reduced, in some cases even completely avoided.
  • the guide shaft can be made smaller.
  • a cross-section of the guide shaft can be made smaller, at least over part of its length, so that the guide shaft in this area requires less structural space, whereby a more advantageous embodiment of a hydraulic length adjustment device can be realized.
  • the guide cylinder of a length-adjustable connecting rod according to the invention can be designed as a vertical circular cylinder or alternatively as a general cylinder.
  • the guide cylinder of a length-adjustable connecting rod according to the invention may have a circular cross-section or a cross-section deviating from a circular shape over its axial length, in particular any cross-sectional shape, and be designed as a slanted or vertical cylinder. It is only important that the guide cylinder and the guide shaft are formed in such a way, in particular corresponding to each other, that the required for adjusting the effective connecting rod length functionality can be achieved.
  • the guide cylinder of a length-adjustable connecting rod is designed as a general hollow cylinder with at least one bottom surface, in particular as a vertical hollow cylinder with a bottom surface arranged normal to a longitudinal axis of the hollow cylinder.
  • the longitudinal axis of the guide cylinder preferably coincides with the longitudinal axis of the connecting rod.
  • the bottom surface of the hollow cylinder is circular or rectangular. In principle, however, any geometry for the bottom surface is possible.
  • the hollow cylinder is preferably open or at least partially closed.
  • the guide cylinder is at least partially beaker-shaped or blind-hole-shaped.
  • the first Pleuelteil and the second Pleuelteil for adjusting the effective Pleuelin are telescopically displaceable relative to each other, in the sense of the invention under a telescopic relative displacement to each other a telescoping and / or pulling along a common displacement axis is understood, in particular without a rotation of or several of the associated components around the displacement axis.
  • the guide shaft and the guide cylinder can be screwed or pulled apart in a spindle-like manner, in particular relative to one another along a common displacement axis with a rotation of guide shaft and / or guide cylinder around the displacement axis.
  • the connecting rod is preferably designed in such a way that the first connecting rod part and the second connecting rod part do not rotate about the shifting axis, but merely move along it relative to one another, ie. only translational. This can be achieved via a corresponding bearing of guide shaft and / or guide cylinder in each associated connecting rod.
  • a connecting rod according to the invention is designed such that a contact of the first stop surface on the second stop surface limits a shortening of the effective connecting rod length causing relative movement between the first connecting rod and the second connecting rod.
  • a connecting rod according to the invention is configured such that a contact of the first stop surface on the second stop surface delimits a telescoping of the first connecting rod part and the second connecting rod part and thus limits a reduction, in particular a (further) reduction, of the effective connecting rod length.
  • the first connecting rod part and / or the second connecting rod part at least one element of a connecting rod bearing, preferably a connecting rod, wherein the first connecting rod part is in particular adapted to be connected to a reciprocating piston of a reciprocating internal combustion engine.
  • the second connecting rod part is in particular adapted to be connected to a crankshaft of a reciprocating internal combustion engine.
  • the first connecting rod part preferably has a smaller connecting rod eye, which in particular forms a piston pin bearing.
  • the second connecting rod part preferably has a larger connecting rod eye, which serves in particular as a crankshaft bearing.
  • the first Pleuelteil for connection to a reciprocating piston of a reciprocating piston engine, in particular a Hubkolbenbrennkraftmaschine, the first Pleuelteil, in particular by means of a connecting rod, preferably connected to known manner well known in the art using a piston pin with the reciprocating piston of a reciprocating engine.
  • the first connecting rod part can be fixedly connected to a piston pin, in which case a reciprocating piston to be connected to the connecting rod of a reciprocating piston engine has a corresponding eye, from which the piston pin firmly connected to the connecting rod can be received and in which the fixed to the connecting rod connected piston pin can be stored in particular.
  • the second connecting rod part is preferably designed for connection to a crankshaft of a reciprocating piston machine and can preferably, as usual in the prior art, be connected to the crankshaft by means of a larger connecting rod eye.
  • the connecting rod has a hydraulic length adjustment for adjusting the effective connecting rod length, wherein the length adjusting preferably has at least one hydraulic cylinder with a piston, a first hydraulic working space and a second hydraulic working space, wherein the piston of the length adjustment in particular part of the first connecting rod part and the hydraulic cylinder is in particular part of the second connecting rod part.
  • the length adjustment device of a connecting rod according to the invention can in principle be designed in various ways and ways, for example as described in WO 2015/055582 A2 Jointnverstell Roaden, wherein for closer Details regarding the design options and the operation of suitable for a connecting rod according to the invention length adjustment is made to the aforementioned document.
  • the guide cylinder forms the hydraulic cylinder of the length adjustment and the guide shaft the piston in a connecting rod according to the invention, the piston of theChinanverstell responded, in particular the guide shaft, the hydraulic cylinder ofAusnverstell recognized divided into the first hydraulic working space and the second hydraulic working space
  • the guide shaft is preferably designed as a double-acting piston, in particular as a double-acting stepped piston, and has a first effective hydraulic surface and a second effective hydraulic pressure surface, wherein the first effective hydraulic surface assigned to the first hydraulic working space of the length adjustment device. is net and the second effective hydraulic surface of the stepped piston the second hydraulic working space.
  • the second effective hydraulic surface is preferably arranged in particular on the side facing away from the free end of the guide shaft side of the guide shaft.
  • a size of the second effective hydraulic surface is at least 0.3 times, preferably at least 0.4 times, in particular at least 0.5 times, preferably at least 0.6 times, the first effective hydraulic surface.
  • a larger hydraulic working surface can be provided on the piston in a connecting rod according to the invention, in particular on the side of the piston facing the first connecting rod part.
  • the hydraulic cylinder of the length adjustment is preferably completely within the connecting rod, in particular within a connecting rod shaft, being understood as a connecting rod in the context of the invention, a rod-like section between the piston end rod end and the crankshaft side rod end.
  • the hydraulic supply required for theInternverstell listening preferably takes place via a hydraulic medium supply line, wherein the hydraulic medium supply line can be supplied in particular via the crankshaft-side connecting rod bearing with hydraulic medium.
  • the second stop surface is a surface extending outwards from the guide cylinder, preferably a surface extending outward in the radial direction from the guide cylinder, in particular a circumferentially formed surface.
  • the second stop surface is at least partially formed by a, the first connecting rod facing edge surface of the wall of the guide cylinder.
  • the edge surface preferably extends perpendicular to a lateral surface of the guide cylinder, in particular normal to the longitudinal axis of the connecting rod.
  • the second stop surface can be formed in a particularly simple manner. That is, preferably, the surface of an edge of the guide cylinder facing the first connecting rod part at least partially forms the second stop surface.
  • the first abutment surface is a surface extending outward from the guide shaft, preferably a surface extending outward in the radial direction from the guide shaft, in particular a circumferentially formed surface.
  • the first stop surface preferably extends parallel to the second stop surface, in particular normal to a longitudinal axis of the guide shaft, particularly preferably normal to the longitudinal axis of the connecting rod.
  • the first connecting rod part is formed at least in two parts, wherein the first connecting rod part is preferably composed of at least a first portion and the guide shaft, and wherein the guide shaft in the region of its end facing away from the second connecting rod end in particular connected to the first portion is.
  • the leadership is included in the first section.
  • the at least one element of the connecting rod bearing of the first connecting rod part, in particular the smaller connecting rod eye is preferably part of the first section of the first connecting rod part.
  • the guide shaft is screwed to the first section in the region of its end remote from the second connecting rod part.
  • the guide shaft is screwed into the first section of the first connecting rod part, in particular with its from the second Connecting rod end facing away.
  • the first stop surface of the first connecting rod is at least partially formed by a second connecting rod facing edge surface of the wall of a bore of the first portion of the first connecting rod.
  • the bore in the first section of the first connecting rod part preferably has an internal thread for receiving the guide shaft, in particular an internal thread for screwing the first section with the guide shaft.
  • the second connecting rod part is designed in several parts, wherein it may be particularly advantageous if the guide cylinder is screwed into a portion of the second connecting rod.
  • an effective length of the guide shaft is dimensioned relative to a depth of the guide cylinder such that when shortening the effective connecting rod length initially facing the second connecting rod end of the guide shaft with the guide cylinder to block, before the first stop surface abuts the second stop surface.
  • the effective length of the guide shaft is understood to mean the distance between the first stop surface, in particular its centroid, as well as a first surface leading to the guide cylinder, in particular its centroid, projected onto the displacement axis of the guide shaft relative to the guide cylinder, i. measured parallel to the displacement axis of the guide shaft, wherein the first with the guide cylinder on block surface preferably forms a lower end of the guide shaft.
  • the guide shaft is preferably dimensioned slightly longer than the guide cylinder is deep, so that when shortening the effective connecting rod length of the guide shaft first with the guide cylinder goes to block before the first stop surface of first connecting rod part bears against the second stop surface of the guide cylinder and / or goes with this block, wherein the second stop surface is formed in particular by an upper edge of the guide cylinder.
  • the connecting rod is designed such that the first stop surface with the second stop surface only on reaching a defined, acting along the longitudinal axis of the connecting rod pressing force goes to block.
  • the effective length of the guide shaft are dimensioned relative to the depth of the guide cylinder and a diameter of the guide shaft and the material properties of the guide shaft chosen such that after the guide shaft with the guide cylinder has gone to block, one for bringing the first stop surface with the second stop surface required deformation of the guide shaft until, in particular substantially, is achieved upon reaching the defined compressive force.
  • the connecting rod is preferably designed such, in particular the defined pressure force is selected such that after the guide shaft has gone to block with the guide cylinder, the first stop surface with the second stop surface by an elastic deformation of the foundedsschaf- tes with the second stop surface in contact can be.
  • the defined compressive force is reached, ie in particular when the defined compressive force is exceeded, a proportion of the pressure force acting on the connecting rod along the longitudinal axis of the connecting rod can be transmitted past the guide shaft past the first connecting rod surface and the second stop surface from the first connecting rod part into the second connecting rod part. and / or vice versa.
  • the compressive forces occurring can advantageously be distributed over several components of the connecting rod, in particular as required. Due to the only partial relief of the guide shaft, the additional load of the other components is lower.
  • advantageous embodiment of a connecting rod according to the invention when applying the first stop surface on the second stop surface applied to the connecting rod compressive force is completely transferred to the guide shaft over the first stop surface and the second stop surface of the first connecting rod in the second connecting rod and / or vice versa.
  • the effective length of the guide shaft is dimensioned smaller than the depth of the guide cylinder, so that before the second connecting rod end facing the guide shaft with the guide cylinder when shortening the effective connecting rod length goes to block, the first Stop surface rests against the second stop surface or comes to rest.
  • the effective length of the guide shaft is preferably dimensioned smaller than the depth of the guide cylinder, so that in principle a block formation between the guide shaft and the guide cylinder is avoided and when shortening the effective connecting rod length in particular always the first stop surface on the second abutment surface abuts before the end of the guide shaft facing the second connecting rod part reaches the bottom of the guide cylinder (which, in particular, never reaches it in this concretely described embodiment).
  • the forces acting on the guide shaft pressure forces can be kept very small. This allows a particularly small dimensioning of the guide shaft, in particular with regard to its cross section.
  • the effective length of the guide shaft and / or the minimum and / or maximum effective connecting rod length can be set in a particularly simple manner, in particular if the guide shaft and / or the guide cylinder are rotationally symmetrical, namely merely by more or less screwing into the section of the associated connecting rod.
  • a reciprocating piston engine according to the invention is characterized in that it has a connecting rod designed according to the invention.
  • An inventive vehicle with a reciprocating engine is characterized in that it comprises a reciprocating piston engine according to the invention.
  • FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of a connecting rod according to the invention in a perspective view
  • FIG. 1 b shows the connecting rod according to the invention from FIG. 1 a in a sectional view
  • FIG. 3a shows a detail of a second embodiment of a connecting rod according to the invention in a first state, also in a sectional view, and
  • Fig. 3b shows the detail of the connecting rod of Fig. 3a in a second state.
  • Fig. 1a shows a first embodiment of a length-adjustable connecting rod 10 according to the invention with a first Pleuelteil 1 1 and a second Pleuelteil 12, wherein the first Pleuelteil 1 1 at a first, piston-side end a small connecting rod 13 for connecting the connecting rod 10 with a reciprocating piston a Hubkolbenbrennkraft- has machine.
  • the connecting rod 10 has a larger connecting rod eye 23 for connecting the connecting rod 10 to a crankshaft of the reciprocating engine.
  • the second connecting rod part 12 has a section with a guide cylinder 17 at its end facing the first connecting rod part 11.
  • the first connecting rod part 1 1 has, at its end facing the second connecting rod part 12, a guide shaft 15 which corresponds to the guide cylinder 17.
  • the guide shaft 15 is at least partially received by the guide cylinder 17 and can be moved relative to the guide cylinder 17 relative to the guide cylinder 17 and the second Pleuelteil 12 for adjusting an effective connecting rod length LP relative to the guide cylinder 17 relative to the guide cylinder 17 and the second Pleuelteil 12, which in Fig. 1 b by the unspecified double arrow is indicated.
  • the guide shaft 15 can be pushed into the guide cylinder 17 or pulled out of this.
  • a telescoping of guide shaft 15 and guide cylinder 17 thereby causes a shortening of an effective connecting rod length LP, while a pulling or pulling out of the guide shaft 15 from the guide cylinder 17 leads to an extension of the effective connecting rod length LP.
  • the effective connecting rod length LP can be set between a minimum effective connecting rod length LP1 and a maximum effective connecting rod length LP2, which differ by an amount ALP (see, for example, FIG.
  • the effective connecting rod length LP is defined by the distance between the two axes of rotation of the connecting rod 10, around which the connecting rod 10 can rotate in a functional use state piston side and crankshaft side.
  • FIGS. 1 a and 1 b shows an enlarged detail of the connecting rod 10 according to the invention from FIGS. 1 a and 1 b, by means of which it is particularly easy to see how the guide shaft 15 of the first connecting rod part 1 1 is received by the guide cylinder 17 of the second connecting rod part 12.
  • the first connecting rod part 1 1 is formed in several parts and in particular from a first portion 14, which comprises the smaller connecting rod 13 and the guide shaft 15, wherein the first portion 14 of the first connecting rod 1 1 a bore 16 with an unspecified inner thread has, in which the guide shaft 15 is screwed with a first end 15 A, wherein the guide shaft 15th for this purpose in this area 15A has a correspondingly formed, unspecified external thread.
  • the guide shaft 15 by means of a transverse shrink fit, ie by means of a press fit, be connected to the first connecting rod 1 1, wherein the guide shaft 15 and / or the first portion 14 of the first connecting rod 1 1, in particular the bore 16th in the first connecting rod part 1 1, to have in particular a corresponding excess.
  • the connecting rod 10 according to the invention on an unspecified hydraulic practise, which includes a hydraulic cylinder and a piston which can be moved to adjust the effective connecting rod length relative to each other along a displacement axis
  • a connecting rod 10 of the invention Displacement axis coincides with the longitudinal axis L of the connecting rod and the guide cylinder 17 forms the hydraulic cylinder of the length adjustment and the guide shaft 15, the piston of the length adjustment.
  • the length adjustment device works according to the same principle, as described in the above-mentioned several times WO 2015/055582 A2.
  • the guide cylinder 17 forms the hydraulic cylinder 17 of the length adjustment device and the guide shaft 15 the piston 15, the guide shaft 15 is designed as a double-sided or two-stage stepped piston 15 and a hydraulic working space in the guide cylinder 17 in a first, in this case lower, Hydraulic space H1 and in a second, in this case upper, hydraulic space H2 divides, to seal the two hydraulic chambers H1 and H2 against each other and relative to the guide cylinder 17 on the guide shaft 15 corresponding seals 19 are provided.
  • the guide shaft 15 designed as a double-sided stepped piston has a first effective hydraulic surface A1 and a second effective hydraulic pressure surface A2, the first effective hydraulic surface A1 being associated with the first hydraulic working space H1 of the length adjusting device and the second effective hydraulic surface A2 being associated with the second hydraulic working space H2 and in particular on the side of the guide shaft 15 facing away from the free end of the guide shaft 15 is orders.
  • a size of the second effective hydraulic area A2 is 0.5 times the first effective hydraulic area A1.
  • the first connecting rod part 11 has an abutment surface 20 and the second connecting rod part 12 has a second abutment surface 21, whereby abutment of the first abutment surface 20 on the second abutment surface 21 is telescoping first connecting rod part 11 and second connecting rod part 12 or guide shaft 15 and guide cylinder 17 and thus limits a (further) shortening of the effective connecting rod length
  • this embodiment of a connecting rod 10 according to the invention is designed such that the first stop surface 20 rests against the second stop surface 21 and rests when the minimum effective connecting rod length LP1 is reached ,
  • this connecting rod 10 when the first abutment surface 20 abuts against the second abutment surface 21, a compressive force F acting on the connecting rod 10 along the longitudinal axis L of the connecting rod 10, symbolically represented here by the arrow labeled "F", is completely on Guide shaft 15 passed over the first stop surface 20 and the second stop surface 21 from the first connecting rod part 1 1 in the second connecting rod 12 and vice versa.
  • a length LF of the guide shaft 15 relative to a depth T of the guide cylinder 17 is dimensioned such that before the shortening of the effective connecting rod length LP (by nesting of guide shaft 15 and guide cylinder 17) the second connecting rod 12 facing the end of the guide shaft 15B a bottom 17B of Guide cylinder 17 reaches, the first stop surface 20 abuts against the second stop surface 21.
  • the connecting rod 10 is designed such that a small gap 18 always remains between the guide shaft 15, in particular its lower end 15B and the bottom 17B of the guide cylinder 17, so that a pressure force F applied to the connecting rod 10 reaches the minimum, effective connecting rod length LP1 always completely over the first stop surface 20 and the second stop surface 21 on the guide shaft 15 can be transmitted past the first connecting rod 1 1 in the second connecting rod 12 and / or vice versa, which in Fig. 2 by the arrows designated F1 sym- is bolinstrument.
  • a connecting rod according to the invention designed according to the first exemplary embodiment 10 is designed such that, even in the case of a possible prove, due to an extremely high pressure force F resulting elastic deformation of the guide cylinder 17, the lower end 15 B of the guide shaft 15 does not go to the bottom 17 B of the guide cylinder 17 to block and / or abuts against this.
  • this is not mandatory. The only important thing is that the management 15 is sufficiently relieved.
  • a larger hydraulic working surface in particular in the upper hydraulic space H2
  • a second effective hydraulic surface A2 can be provided whose size is at least is 0.3 times the first effective hydraulic area, preferably at least 0.4 times or, as in this embodiment, 0.5 times or more.
  • the hydraulic pressure ratios which arise during operation in the hydraulic length adjustment device on the piston 15 can be improved.
  • the risk of undesired change in the set, effective connecting rod length LP, in particular an undesired rebound can be reduced or even avoided altogether.
  • FIG. 3a shows a section of a second exemplary embodiment of a connecting rod 30 according to the invention, the connecting rod 30 basically being constructed in the same way as the connecting rod 10 according to the invention described with reference to FIGS. 1a to 2. Functionally identical components are correspondingly provided with the same reference numerals.
  • the connecting rod 30 according to the invention shown in Fig. 3a however, the length LF of the guide shaft 15 with respect to the depth T of the guide cylinder 17 is different measure relative to this.
  • the length LF of the guide shaft 15 is greater than the depth T of the guide cylinder 17 by an amount of tolerance AS.
  • the connecting rod 30 according to the invention is designed in this way, in particular the guide shaft 15, that after the guide shaft 15 has gone to block with the guide cylinder 17, upon reaching a defined, acting along the longitudinal axis of the connecting rod 30 compressive force F, the first stop surface 20 with the second Stop surface 21 comes into contact and / or goes to block, which is achieved in particular by a deformation of the guide shaft 15, caused by the applied compressive force F by the amount AS along the longitudinal axis L. This state is shown in Fig. 3b.
  • the deformation caused by applying the defined compressive force F can be adjusted such that a shortening of the guide shaft by the amount AS results, in particular due to a purely elastic deformation, cf. Fig. 3a with Fig. 3b.
  • a compressive force F applied to the connecting rod 30 is at least partly, i. at least a portion of a pressure force F acting on the connecting rod along the longitudinal axis of the connecting rod 30 is transmitted to the guide shaft 15 via the first stop surface 20 and the second stop surface 21 from the first connecting rod part 1 1 into the second connecting rod part 12, see FIG. 3b.
  • the portion of the compressive force F transmitted via the abutment surfaces 20 and 21 is shown symbolically in FIG. 3 b by the arrows denoted by F 2 and the residual component of the compressive force F transmitted via the guide shaft 15 from the first connecting rod member 11 into the second connecting rod member 12 symbolized by the arrow marked F3.
  • the fact that the guide shaft 15 is screwed into the section 14 of the first connecting rod part 1 1 and is rotationally symmetrical, can be particularly easy Adjust the effective length LF of the guide shaft 15 and adjust it to the guide cylinder 17 and set the defined pressure force F or set to go to block the stop surfaces 20 and 21 required deformation AS of the guide shaft.
  • a connecting rod according to the invention with the properties of the connecting rod 10 described with reference to FIG. 1 can optionally be provided as required or a connecting rod with the properties of the connecting rod 30 described with reference to FIGS. 2a and 2b.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein längenverstellbares Pleuel (10) für eine Hubkolbenmaschine, eine Hubkolbenmaschine und ein Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine, wobei das Pleuel (10) einen zweiten Pleuelteil (12) mit einem Führungszylinder (17) und einen ersten Pleuelteil (11) mit einem Führungsschaft (15) aufweist, wobei der Führungsschaft (15) vom Führungszylinder (17) aufgenommen ist und zum Verstellen einer wirksamen Pleuellänge relativ zu diesem bewegbar ist, wobei der erste Pleuelteil (11) eine erste Anschlagfläche (20) aufweist und der zweite Pleuelteil (12) eine zweite Anschlagfläche (21), wobei ein Anliegen der ersten Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21) eine Relativbewegung zwischen dem ersten Pleuelteil (11) und dem zweiten Pleuelteil (12) in eine erste Richtung begrenzt, und wobei beim Anliegen der ersten Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21) zumindest ein Anteil einer auf das Pleuel (10) entlang der Längsachse des Pleuels (10) wirkenden Druckkraft (F) am Führungsschaft (15) vorbei über die erste Anschlagfläche (20) und die zweite Anschlagfläche (21) vom ersten Pleuelteil (11) in den zweiten Pleuelteil (12) übertragen wird und/oder umgekehrt.

Description

Längenverstellbares Pleuel mit Anschlagflächen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein längenverstellbares Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das Pleuel zumindest einen ersten Pleuelteil und einen zweiten Pleuelteil aufweist, wobei der zweite Pleuelteil an seinem dem ersten Pleuelteil zugewandten Ende einen Abschnitt mit einem Führungszylinder aufweist, wobei der erste Pleuelteil an seinem dem zweiten Pleuelteil zugewandten Ende einen korrespondierend zum Führungszylinder ausgebildeten Führungsschaft aufweist, wobei der Führungsschaft des ersten Pleuelteils in einem funktionsge- mäßen Verwendungszustand des Pleuels zumindest teilweise vom Führungszylinder aufgenommen ist und zum Verstellen einer wirksamen Pleuellänge relativ zu diesem bewegbar ist, insbesondere entlang einer Längsachse des Pleuels.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit wenigstens einem längenverstellbaren Pleuel sowie ein Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine, insbesondere mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.
Als Pleuel wird üblicherweise und auch im Sinne der Erfindung das stangenartige Verbindungselement bezeichnet, welches bei einer Hubkolbenmaschine zur Verbindung der Kurbelwelle mit einem Hubkolben dient. Das Pleuel dient dabei dazu, eine lineare Bewegung des Hubkolbens, insbesondere eine linear-oszillierende Axialbewegung des Hubkolbens, bei dem es sich in der Regel um einen Kraft- oder Arbeitskolben handelt, in eine kreisförmige Bewegung der Kurbelwelle umzuwandeln, oder umgekehrt eine kreisförmige Bewegung der Kurbelwelle in eine lineare Bewegung des Hubkolbens umzusetzen. Als Kurbelwelle im Sinne der Erfindung wird eine Welle bezeichnet, welche dazu ausgebildet ist, vorzugsweise in einer Hubkolbenmaschine die linear-oszillierende Bewegung, insbesondere die translatorische Bewegung, eines oder mehrerer Hubkolben, insbesondere mit Hilfe von Pleueln, in eine Drehbewegung umzusetzen oder umge- kehrt, eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln.
Zur Verbindung mit dem Hubkolben und der Kurbelwelle weist ein Pleuel in der Regel an seinen beiden Enden jeweils ein Pleuellager auf, üblicherweise in Form eines Pleuelauges, wobei das Pleuel in der Regel ein kleineres Pleuelauge am kolbenseitigen Ende und ein größeres Pleuelauge am kurbelwellenseitigen Ende aufweist, bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand eines Pleuels in einer Hubkolbenmaschine. Mithilfe eines im kleinen Pleuelauge gelagerten Kolbenbolzen kann am kolbenseitigen Ende des Pleuels ein Hubkolben angebunden werden. Über das größere Pleuelauge kann das Pleuel an der Kurbelwelle angebunden werden, wobei im größeren Pleuelauge üblicherweise ein als Gleitlager ausgebildetes Pleuellager angeordnet ist, welches mit Hydraulikmedium, insbesondere mit dem Motoröl einer Hubkolbenmaschine, geschmiert werden kann.
Das Pleuel ist dabei in der Regel jeweils um eine Drehachse drehbar um die Kurbelwelle und den Kolbenbolzen gelagert, wobei der Abstand zwischen den beiden Drehachsen eine wirksame bzw. effektive Pleuellänge definiert. Durch eine Änderung der wirk- samen Pleuellänge, insbesondere durch ein Verstellen der wirksamen Pleuellänge, kann in einer Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis verändert werden, da die Änderung der wirksamen Pleuellänge eine Verschiebung des oberen Totpunkts der Kolben beweg ung bewirkt.
Längenverstellbare Pleuel werden daher insbesondere bei Hubkolbenmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses eingesetzt. Das Ändern des Verdichtungsverhältnisses durch Verändern der wirksamen Pleuellänge ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2012 020 999 A1 oder der WO 2015/055582 A2.
Das in der DE 10 2012 020 999 A1 beschriebene längenverstellbare Pleuel weist einen im kleineren Pleuelauge angeordneten Exzenter auf, wobei zum Verstellen des Exzenters zwei zumindest teilweise außerhalb des Pleuelschaftes angeordnete Hydraulikzy- linder vorgesehen sind, die mit Motoröl aus der Hubkolbenmaschine mit Hydraulikmedium versorgt werden können. Zur Steuerung der beiden Hydraulikzylinder und damit zur Längenverstellung des Pleuels ist eine Steuerungseinrichtung mit zwei Ventilen vorgesehen, mittels welcher die beiden Hydraulikzylinder jeweils derart mit Hydraulikmedium beaufschlagt werden können, dass sich die gewünschte Änderung der Pleuellänge einstellt.
Aus der WO 2015/055582 A2 ist ein längenverstellbares Pleuel mit einer hydraulischen Längenverstelleinrichtung mit einem innerhalb des Pleuels angeordneten Hydraulikzylinder bekannt, wobei das Pleuel einen ersten Pleuelschaftabschnitt und einen zweiten Pleuelschaftabschnitt aufweist, welche entlang einer Längsachse des Pleuels relativ zueinander verschiebbar sind und insbesondere teleskopartig ineinander und auseinander geschoben werden können. Einer der beiden Pleuelschaftabschnitte bildet dabei den Hydraulikzylinder der Längenverstelleinrichtung und der andere Pleuelschaftabschnitt einen zugehörigen Hydraulikkolben. Zur Steuerung der Längenverstelleinrich- tung ist eine hydraulisch betätigbare Steuerungseinrichtung mit einem senkrecht zur Kurbelwellenachse in einer Längsmittelebene des Pleuels axial verschiebbaren, einfach wirkenden Stellkolben als Stellelement vorgesehen. Der Stellkolben kann in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand des Pleuels in einer Hubkolbenmaschine mithilfe des in einer zugehörigen Hubkolbenmaschine anliegenden Motoröldrucks entgegen einer mittels einer Rückstellfeder erzeugten Rückstellkraft von einer ersten Stellposition in eine zweite Stellposition axial verschoben werden, wobei je nach Stellposition des Stellkolbens ein oder mehrere Hydraulikzuflüsse bzw. Hydraulikabflüsse der hydraulischen Längenverstelleinrichtung freigegeben oder gesperrt sind. Über die Federsteifig- keit der Rückstellfeder kann eingestellt werden, ab welchem Motoröldruck eine Ver- Schiebung des Stellkolbens von der ersten Stellposition in die zweite Stellposition bewirkt werden soll.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Konzepte zur Längenverstellung einer Pleuelstange bekannt, insbesondere verschiedene Konzepte zur Steuerung einer solchen Längenverstelleinrichtung bekannt sowie verschiedene Konzepte hinsichtlich der Kon- struktion des Pleuels an sich. Eine Herausforderung bei längenverstellbaren Pleueln besteht unter anderem darin, die für einen Betrieb in einer Hubkolbenmaschine, insbesondere in einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine für ein Fahrzeug, erforderliche Pleuelfestigkeit zu erreichen.
Eine weitere Herausforderung ist ferner, eine eingestellte wirksame Pleuellänge über einen definierten Zeitraum konstant aufrechtzuerhalten, um über den definierten Zeitraum ein konstantes Verdichtungsverhältnis einstellen zu können.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein alternatives, längenverstellbares Pleuel für eine Hubkolbenmaschine bereitzustellen, vorzugsweise ein verbessertes längenverstellbares Pleuel, insbesondere ein Pleuel, mit dem ohne eine nennenswerte Gewichts- erhöhung die erforderliche Pleuelfestigkeit erreicht werden kann und/oder dessen wirksame Pleuellänge über einen längeren definierten Zeitraum konstant gehalten werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Hubkolbenmaschine bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Hubkolbenmaschine, sowie ein alternatives Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine, insbesondere ein verbessertes Fahrzeug.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Bei einem erfindungsgemäßen Pleuel weisen der erste Pleuelteil eine erste Anschlagfläche und der zweite Pleuelteil eine zweite Anschlagfläche auf, wobei ein Anliegen der ersten Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche eine Relativbewegung in eine erste Richtung begrenzt. Insbesondere ist das Pleuel derart ausgestaltet, dass beim Anliegen der ersten Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche, insbesondere bei minimaler wirksamer Pleuellänge, zumindest ein Anteil einer auf das Pleuel entlang der Längsachse des Pleuels wirkenden Druckkraft am Führungsschaft vorbei über die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche vom ersten Pleuelteil in den zweiten Pleuelteil übertragen wird und/oder umgekehrt.
Durch die beiden erfindungsgemäß vorhandenen Anschlagflächen hat ein erfindungs- gemäßes Pleuel den Vorteil, dass, insbesondere bei minimaler wirksamer Pleuellänge, d.h. insbesondere in einem maximal „zusammengeschobenen Zustand" des Pleuels, zumindest ein Anteil einer auf das Pleuel entlang der Längsachse des Pleuels wirkenden Druckkraft vom ersten Pleuelteil in den zweiten Pleuelteil und/oder umgekehrt am Führungsschaft vorbei übertragen werden kann. Dadurch kann eine auf den Führungsschaft wirkende Druckkraft reduziert werden und der Führungsschaft kann entlastet werden. Insbesondere kann die Gefahr des Knickens des Führungsschaftes reduziert werden, in einigen Fällen sogar vollständig vermieden werden.
Infolgedessen kann der Führungsschaft geringer dimensioniert werden. Insbesondere kann ein Querschnitt des Führungsschaftes zumindest über einen Teil seiner Länge kleiner gewählt werden, so dass der Führungsschaft in diesem Bereich weniger Bau- räum benötigt, wodurch sich eine vorteilhaftere Ausgestaltung einer hydraulischen Län- genverstelleinrichtung realisieren lässt.
Der Führungszylinder eines erfindungsgemäßen, längenverstellbaren Pleuels kann als senkrechter Kreiszylinder ausgebildet sein oder alternativ als allgemeiner Zylinder. Das heißt mit anderen Worten, der Führungszylinder eines erfindungsgemäßen, längenver- stellbaren Pleuels kann einen kreisrunden oder einen von einer kreisrunden Form abweichenden Querschnitt über seine axiale Länge aufweisen, insbesondere jede beliebige Querschnittsform, und als schiefer oder senkrechter Zylinder ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass der Führungszylinder und der Führungsschaft derart ausgebildet sind, insbesondere derart korrespondierend zueinander, dass die zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge erforderliche Funktionalität erreicht werden kann.
Vorzugsweise ist der Führungszylinder eines erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuels als allgemeiner Hohlzylinder mit wenigstens einer Bodenfläche ausgebildet, insbesondere als senkrechter Hohlzylinder mit einer normal zu einer Längsachse des Hohlzylinders angeordneten Bodenfläche. Vorzugsweise fällt die Längsachse des Füh- rungszylinders dabei mit der Längsachse des Pleuels zusammen. Besonders bevorzugt ist die Bodenfläche des Hohlzylinders kreisförmig oder rechteckig ausgebildet. Grundsätzlich ist jedoch jede beliebige Geometrie für die Bodenfläche möglich. Der Hohlzylinder ist vorzugsweise offen oder zumindest teilweise geschlossen ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Führungszylinder zumindest teilweise becherglasförmig oder sacklochförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Pleuelteil, insbesondere der Führungsschaft des ersten Pleuelteils, verschiebbar im zweiten Pleuelteil gelagert, insbesondere im Führungszylinder, wobei zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge bevorzugt der Führungsschaft des ersten Pleuelteils zumindest teilweise in den Führungszylinder des zweiten Pleu- elteils eingeschoben und/oder aus diesem herausgezogen werden kann. Vorzugsweise sind der erste Pleuelteil und der zweite Pleuelteil zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge teleskopartig relativ zueinander verschiebbar, wobei im Sinne der Erfindung unter einem teleskopartigen, relativen Verschieben zueinander ein Ineinanderschieben und/oder Auseinanderziehen entlang einer gemeinsamen Verschiebeachse verstanden wird, insbesondere ohne eine Rotation eines oder mehrerer der zugehörigen Bauteile um die Verschiebeachse. In einigen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der Führungsschaft und der Führungszylinder teleskopartig ineinandergeschoben oder auseinandergezogen werden können.
In einigen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Führungsschaft und der Füh- rungszylinder spindelartig ineinandergeschoben oder auseinandergezogen werden können, insbesondere relativ zueinander entlang einer gemeinsamen Verschiebeachse mit einer Rotation von Führungsschaft und/oder Führungszylinder um die Verschiebeachse herum. In diesem Fall ist das Pleuel vorzugsweise jedoch derart ausgebildet, dass sich der erste Pleuelteil und der zweite Pleuelteil dabei nicht um die Verschiebe- achse drehen, sondern lediglich entlang dieser relativ zueinander bewegen, d.h. lediglich translatorisch. Dies kann über eine entsprechende Lagerung von Führungsschaft und/oder Führungszylinder im jeweils zugehörigen Pleuelteil erreicht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist das Pleuel derart ausgestaltet, dass ein Anliegen der ersten Anschlagfläche an der zweiten An- schlagfläche eine eine Verkürzung der wirksamen Pleuellänge bewirkende Relativbewegung zwischen dem ersten Pleuelteil und dem zweiten Pleuelteil begrenzt. Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Pleuel derart ausgestaltet, dass ein Anliegen der ersten Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche ein Ineinanderschieben des ersten Pleuelteils und des zweiten Pleuelteils begrenzt und damit eine Verringerung, ins- besondere eine (weitere) Verkürzung, der wirksamen Pleuellänge begrenzt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels weist der erste Pleuelteil und/oder der zweite Pleuelteil wenigstens ein Element eines Pleuellagers auf, vorzugsweise ein Pleuelauge, wobei der erste Pleuelteil insbesondere dazu eingerichtet ist, mit einem Hubkolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden zu werden. Der zweite Pleuelteil ist insbesondere dazu eingerichtet, mit einer Kurbelwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden zu werden. Vorzugsweise weist der erste Pleuelteil ein kleineres Pleuelauge auf, welches insbesondere ein Kolbenbolzenlager bildet. Der zweite Pleuelteil weist vorzugsweise ein größeres Pleuelauge auf, welches insbesondere als Kurbelwellenlager dient. Zur Verbindung mit einem Hubkolben einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, kann der erste Pleuelteil, insbesondere mittels eines Pleuelauges, vorzugsweise auf aus dem Stand der Technik hinreichend bekannte Art und Weise mithilfe eines Kolbenbolzens mit dem Hubkolben einer Hubkolbenmaschine verbunden werden. Alternativ kann der erste Pleuelteil fest mit einem Kolbenbolzen verbunden sein, wobei in diesem Fall ein mit dem Pleuel zu verbindender Hubkolben einer Hubkolbenmaschine ein entsprechendes Auge aufweist, von welchem der mit dem Pleuel fest verbundene Kolbenbolzen aufgenommen werden kann und in welchem der fest mit dem Pleuel verbundene Kolbenbolzen insbesondere gelagert werden kann.
Der zweite Pleuelteil ist vorzugsweise zur Anbindung an einer Kurbelwelle einer Hub- kolbenmaschine ausgebildet und kann vorzugsweise, wie im Stand der Technik üblich, mithilfe eines größeren Pleuelauges an der Kurbelwelle angebunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels weist das Pleuel eine hydraulische Längenverstelleinrichtung zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge auf, wobei die Längenverstelleinrichtung vorzugsweise wenigstens einen Hydraulikzylinder mit einem Kolben, einem ersten hydraulischen Arbeitsraum und einem zweiten hydraulischen Arbeitsraum aufweist, wobei der Kolben der Längenverstelleinrichtung insbesondere Teil des ersten Pleuelteils ist und der Hydraulikzylinder insbesondere Teil des zweiten Pleuelteils.
Die Längenverstelleinrichtung eines erfindungsgemäßen Pleuels kann grundsätzlich auf verschiedenste Arten und Weisen ausgebildet sein, beispielsweise wie die in der WO 2015/055582 A2 beschriebenen Längenverstelleinrichtungen, wobei für nähere Details bezüglich der Ausgestaltungsmöglichkeiten sowie der Funktionsweise von für ein erfindungsgemäßes Pleuel geeigneten Längenverstelleinrichtungen auf das vorgenannte Dokument verwiesen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels bildet bei einem erfindungsgemäßen Pleuel der Führungszylinder den Hydraulikzylinder der Längenverstelleinrichtung und der Führungsschaft den Kolben, wobei der Kolben der Längenverstelleinrichtung, insbesondere der Führungsschaft, den Hydraulikzylinder der Längenverstelleinrichtung in den ersten hydraulischen Arbeitsraum und den zweiten hydraulischen Arbeitsraum unterteilt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist der Führungsschaft vorzugsweise als zweiseitig wirkender Kolben ausgebildet, insbesondere als zweiseitig wirkender Stufenkolben, und weist eine erste wirksame Hydraulikfläche und eine zweite wirksame Hydraulikdruckfläche auf, wobei die erste wirksame Hydraulikfläche dem ersten hydraulischen Arbeitsraum der Längenverstelleinrichtung zugeord- net ist und die zweite wirksame Hydraulikfläche des Stufenkolbens dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum. Dabei ist die zweite wirksame Hydraulikfläche vorzugsweise insbesondere auf der vom freien Ende des Führungsschafts abgewandten Seite des Führungsschafts angeordnet. Insbesondere beträgt eine Größe der zweiten wirksamen Hydraulikfläche wenigstens das 0,3-fache, vorzugsweise wenigstens das 0,4-fache, insbesondere wenigstens das 0,5-fache, vorzugsweise wenigstens das 0,6-fache der ersten wirksamen Hydraulikfläche.
Während des Betriebs in einer Hubkolbenmaschine, insbesondere in einer Hubkolben- brennkraftmaschine, entstehen während eines Arbeitshubs hohe, hydraulische Arbeitsdrücke in den beiden hydraulischen Arbeitsräumen der Längenverstelleinrichtung, wel- che hohe Anforderungen an die Abdichtung der hydraulischen Arbeitsräume der Längenverstelleinrichtung stellen. Je kleiner die zur Verfügung stehende hydraulische Arbeitsfläche ist, desto größer sind die infolge von Druck- und/oder Zugkräften entstehenden Drücke. Bereits kleine Leckagen, d.h. bereits ein Austritt kleiner Mengen an Hydraulikmedium, können zu einem Druckabbau im jeweiligen Arbeitsraum der hydrauli- sehen Längenverstellvorrichtung und damit zu einem Ein- bzw. Ausfedern und/oder ei- ner unerwünschten Längenverstellung des Pleuels führen. Diese Problematik kann sich insbesondere bei hohen Drehzahlen erhöhen.
Durch die aufgrund der Erfindung mögliche, geringere Dimensionierung des Führungsschaftes kann bei einem erfindungsgemäßen Pleuel eine größere hydraulische Arbeits- fläche am Kolben bereitgestellt werden, insbesondere auf der dem ersten Pleuelteil zugewandten Seite des Kolbens. Dadurch können die bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Pleuels in einer Hubkolbenmaschine in der hydraulischen Längenver- stelleinrichtung am Kolben entstehenden hydraulischen Druckverhältnisse verbessert werden, insbesondere die entstehenden hydraulischen Drücke reduziert werden, was vorwiegend durch eine größere zweite wirksame Hydraulikfläche infolge eines im Durchmesser geringer dimensionierten Führungsschaftes erreicht werden kann. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Bereitstellung eines hydraulisch längenverstellbaren Pleuels, bei welchem die Größe der zweiten wirksamen Hydraulikfläche wenigstens das 0,3-fache, vorzugsweise das 0,4-fache, insbesondere wenigstens das 0,5-fache ermöglicht. Infolgedessen wiederum kann die Gefahr einer unerwünschten Veränderung der eingestellten, wirksamen Pleuellänge reduziert bzw. sogar ganz vermieden werden. Insbesondere kann eine unerwünschte Veränderung der eingestellten, wirksamen Pleuellänge infolge von Ein- und/oder Ausfedereffekten, die durch hohe, bei einem Verbrennungsvorgang im Brennraum eines Zylinders einer Hubkolbenbrennkraftma- schine entstehende Kräfte und infolgedessen entstehenden hohen Drücke verursacht werden, reduziert und/oder sogar ganz vermieden werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Pleuel befindet sich der Hydraulikzylinder der Längen- verstelleinrichtung vorzugsweise vollständig innerhalb des Pleuels, insbesondere innerhalb eines Pleuelschaftes, wobei als Pleuelschaft im Sinne der Erfindung ein stangenar- tiger Abschnitt zwischen dem kolbenseitigen Pleuelende und dem kurbelwellenseitigen Pleuelende verstanden wird.
Die für die Längenverstelleinrichtung erforderliche Hydraulikversorgung erfolgt vorzugsweise über eine Hydraulikmediumzuleitung, wobei die Hydraulikmediumzuleitung insbesondere über das kurbelwellenseitige Pleuellager mit Hydraulikmedium versorgt werden kann. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist die zweite Anschlagfläche eine sich vom Führungszylinder nach außen erstreckende Fläche, vorzugsweise eine sich vom Führungszylinder in radialer Richtung nach außen erstreckende Fläche, insbesondere eine umlaufend ausgebildete Fläche. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist die zweite Anschlagfläche zumindest teilweise durch eine, dem ersten Pleuelteil zugewandte Randfläche der Wandung des Führungszylinders gebildet. Die Randfläche erstreckt sich dabei vorzugsweise senkrecht zu einer Mantelfläche des Führungszylinders, insbesondere normal zur Längsachse des Pleuels. Dadurch lässt sich die zweite An- schlagfläche auf besonders einfache Art und Weise ausbilden. D.h. vorzugsweise bildet die Fläche eines dem ersten Pleuelteil zugewandten Randes des Führungszylinders zumindest teilweise die zweite Anschlagfläche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist die erste Anschlagsfläche eine sich vom Führungsschaft nach außen erstreckende Fläche, vorzugsweise eine sich vom Führungsschaft in radialer Richtung nach außen erstreckende Fläche, insbesondere eine umlaufend ausgebildete Fläche. Die erste Anschlagfläche erstreckt sich vorzugsweise parallel zur zweiten Anschlagfläche, insbesondere normal zu einer Längsachse des Führungsschafts, besonders bevorzugt normal zur Längsachse des Pleuels. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist der erste Pleuelteil wenigstens zweiteilig ausgebildet, wobei der erste Pleuelteil vorzugsweise aus wenigstens einem ersten Abschnitt und dem Führungsschaft zusammengesetzt ist, und wobei der Führungsschaft im Bereich seines vom zweiten Pleuelteil abgewandten Endes insbesondere mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. Insbesondere ist der Führungsschaft dabei vom ersten Abschnitt aufgenommen. Vorzugsweise ist dabei das wenigstens eine Element des Pleuellagers des ersten Pleuelteils, insbesondere das kleinere Pleuelauge, Teil des ersten Abschnitts des ersten Pleuelteils.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist der Führungsschaft im Bereich seines vom zweiten Pleuelteil abgewandten Endes mit dem ersten Abschnitt verschraubt. Vorzugsweise ist der Führungsschaft dabei in den ersten Abschnitt des ersten Pleuelteils eingeschraubt, insbesondere mit seinem vom zweiten Pleuelteil abgewandten Ende. Dadurch kann auf besonders einfache Art und Weise ein erster Pleuelteil mit einem Führungsschaft ausgebildet werden. Insbesondere lässt sich dadurch auf besonders einfache Art und Weise ein Führungsschaft mit geringen Toleranzen fertigen, da dieser unabhängig vom ersten Abschnitt des ersten Pleuelteils her- gestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist die erste Anschlagfläche des ersten Pleuelteils zumindest teilweise durch eine dem zweiten Pleuelteil zugewandte Randfläche der Wandung einer Bohrung des ersten Abschnitts des ersten Pleuelteils gebildet. Vorzugsweise weist die Bohrung im ersten Abschnitt des ersten Pleuelteils ein Innengewinde zur Aufnahme des Führungsschaftes auf, insbesondere ein Innengewinde zum Verschrauben des ersten Abschnitts mit dem Führungsschaft.
In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Pleuelteil mehrteilig ausgebildet ist, wobei es besonders vorteilhaft sein kann, wenn der Führungszylinder in einen Abschnitt des zweiten Pleuelteils eingeschraubt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist eine wirksame Länge des Führungsschaftes relativ zu einer Tiefe des Führungszylinders derart bemessen, dass beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge zunächst ein dem zweiten Pleuelteil zugewandtes Ende des Führungsschaftes mit dem Führungszylinder auf Block geht, bevor die erste Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche anliegt.
Als wirksame Länge des Führungsschaftes wird im Sinne der Erfindung der Abstand zwischen der ersten Anschlagfläche, insbesondere deren Flächenschwerpunkt, sowie einer zuerst mit dem Führungszylinder auf Block gehenden Fläche, insbesondere deren Flächenschwerpunkt, projiziert auf die Verschiebeachse des Führungsschaftes relativ zum Führungszylinder verstanden, d.h. parallel zur Verschiebeachse des Führungsschaftes gemessen, wobei die zuerst mit dem Führungszylinder auf Block gehende Fläche vorzugsweise ein unterstes Ende des Führungsschaftes bildet.
Als Tiefe des Führungszylinders im Sinne der Erfindung wird der Abstand zwischen der zweiten Anschlagfläche, insbesondere deren Flächenschwerpunkt, und einer zuerst mit dem Führungsschaft auf Block gehenden Fläche, insbesondere deren Flächenschwerpunkt, projiziert auf die Verschiebeachse des Führungszylinders relativ zum Führungs- schaft, verstanden, wobei die zuerst mit dem Führungsschaft auf Block gehende Fläche vorzugsweise zumindest teilweise einen Boden des Führungszylinders bildet.
Das heißt mit anderen Worten, dass bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels der Führungsschaft vorzugsweise geringfügig länger bemessen ist als der Führungszylinder tief ist, so dass beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge der Führungsschaft zunächst mit dem Führungszylinder auf Block geht, bevor die erste Anschlagfläche des ersten Pleuelteils an der zweiten Anschlagfläche des Führungszylinders anliegt und/oder mit dieser auf Block geht, wobei die zweite Anschlagfläche insbesondere durch einen oberen Rand des Führungszylinders gebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist das Pleuel derart ausgestaltet, dass die erste Anschlagfläche mit der zweiten Anschlagfläche erst bei Erreichen einer definierten, entlang der Längsachse auf das Pleuel wirkenden Druckkraft auf Block geht. Dazu sind vorzugsweise die wirksame Länge des Führungsschaftes relativ zur Tiefe des Führungszylinders sowie ein Durchmesser des Führungsschaftes derart bemessen und die Werkstoffeigenschaften des Führungsschaftes derart gewählt, dass nachdem der Führungsschaft mit dem Führungszylinder auf Block gegangen ist, eine zum in Kontakt bringen der ersten Anschlagfläche mit der zweiten Anschlagfläche erforderliche Deformation des Führungsschaftes erst, insbesondere im Wesentlichen, bei Erreichen der definierten Druckkraft erreicht wird. Dabei ist das Pleuel vorzugsweise derart ausgelegt, insbesondere ist die definierte Druckkraft derart gewählt, dass nachdem der Führungsschaft mit dem Führungszylinder auf Block gegangen ist, die erste Anschlagfläche mit der zweiten Anschlagfläche durch eine elastische Verformung des Führungsschaf- tes mit der zweiten Anschlagfläche in Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere ab dem Erreichen der definierten Druckkraft, d.h. insbesondere bei Überschreiten der definierten Druckkraft, kann ein Anteil der auf das Pleuel entlang der Längsachse des Pleuels wirkenden Druckkraft am Führungsschaft vorbei über die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche vom ersten Pleuelteil in den zweiten Pleuelteil übertra- gen werden kann und/oder umgekehrt. Mit einer derartigen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels können die auftretenden Druckkräfte vorteilhaft auf mehrere Bauteile des Pleuels verteilt werden, insbesondere je nach Bedarf. Durch die nur teilweise Entlastung des Führungsschaftes ist die Zusatzbelastung der übrigen Bauteile geringer. In einer alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels wird beim Anliegen der ersten Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche eine auf das Pleuel aufgebrachte Druckkraft vollständig am Führungsschaft vorbei über die erste Anschlagfläche und die zweite Anschlagfläche vom ersten Pleuelteil in den zweiten Pleuelteil übertragen und/oder umgekehrt. In einer weiteren vorteilhaften, alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels ist dazu die wirksame Länge des Führungsschaftes kleiner bemessen als die Tiefe des Führungszylinders, so dass bevor das dem zweiten Pleuelteil zugewandte Ende des Führungsschaftes mit dem Führungszylinder beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge auf Block geht, die erste Anschlagfläche an der zweiten Anschlagfläche anliegt oder zum Anliegen kommt. Das heißt mit anderen Worten, in diesem Fall ist die wirksame Länge des Führungsschaftes vorzugsweise geringer bemessen als die Tiefe des Führungszylinders, so dass grundsätzlich eine Blockbildung zwischen dem Führungsschaft und dem Führungszylinder vermieden wird und beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge insbesondere stets die erste Anschlagfläche an der zweiten An- schlagfläche anstößt, bevor das dem zweiten Pleuelteil zugewandte Ende des Führungsschaftes den Boden des Führungszylinders erreicht (welchen es bei dieser konkret beschriebenen Ausgestaltung insbesondere nie erreicht). Auf diese Art und Weise können die auf den Führungsschaft wirkenden Druckkräfte besonders klein gehalten werden. Dies ermöglicht eine besonders geringe Dimensionierung des Führungsschaf- tes, insbesondere hinsichtlich seines Querschnitts.
Sind der Führungsschaft und/oder der Führungszylinder jeweils eingeschraubt, lässt sich auf besonders einfache Art und Weise die wirksame Länge des Führungsschaftes und/oder die minimale und/oder maximale wirksame Pleuellänge einstellen, insbesondere wenn der Führungsschaft und/oder der Führungszylinder rotationssymmetrisch ausgebildet sind, nämlich durch bloßes mehr oder weniger Einschrauben in den Abschnitt des zugehörigen Pleuelteils. Eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erfindungsgemäß ausgebildetes Pleuel aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine aufweist. Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung auch aus den Figuren hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren, in Form von Unterkombinationen bei einer Ausgestaltung der Erfindung verwirklicht sein können, sofern sie technisch sinnvoll ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbei- spielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert, wobei bei Bauteile mit gleicher Funktion die gleichen Bezugszeichen aufweisen. In den Figuren zeigen wenigstens teilweise schematisch:
Fig. 1 a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 b das erfindungsgemäße Pleuel aus Fig. 1 a in Schnittdarstellung,
Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Pleuels aus den
Fig. 1 a und 1 b, ebenfalls in Schnittdarstellung,
Fig. 3a einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pleuels in einem ersten Zustand, ebenfalls in Schnittdarstellung, und
Fig. 3b den Ausschnitt des Pleuels aus Fig. 3a in einem zweiten Zustand.
Fig. 1 a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, längenverstellbaren Pleuels 10 mit einem ersten Pleuelteil 1 1 sowie einem zweiten Pleuelteil 12, wobei der erste Pleuelteil 1 1 an einem ersten, kolbenseitigen Ende ein kleines Pleuelauge 13 zur Verbindung des Pleuels 10 mit einem Hubkolben einer Hubkolbenbrennkraftma- schine aufweist. Am anderen, kurbelwellenseitigen Ende des Pleuels 10 weist das Pleuel 10 ein größeres Pleuelauge 23 zur Anbindung des Pleuels 10 an einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine auf. Wie anhand von Fig. 1 b erkennbar ist, weist der zweite Pleuelteil 12 an seinem dem ersten Pleuelteil 1 1 zugewandten Ende einen Abschnitt mit einem Führungszylinder 17 auf. Der erste Pleuelteil 1 1 weist an seinem dem zweiten Pleuelteil 12 zugewandten Ende einen korrespondierend zum Führungszylinder 17 ausgebildeten Führungsschaft 15 auf.
Der Führungsschaft 15 ist dabei zumindest teilweise vom Führungszylinder 17 aufgenommen und kann zum Verstellen einer wirksamen Pleuellänge LP relativ zum Führungszylinder 17 entlang einer Längsachse L des Pleuels 10 relativ zum Führungszylinder 17 bzw. dem zweiten Pleuelteil 12 verschoben werden, was in Fig. 1 b durch den nicht näher bezeichneten Doppelpfeil angedeutet ist. Insbesondere kann der Führungsschaft 15 in den Führungszylinder 17 hineingeschoben bzw. aus diesem herausgezogen werden. Ein Ineinanderschieben von Führungsschaft 15 und Führungszylinder 17 bewirkt dabei eine Verkürzung einer wirksamen Pleuellänge LP, während ein Auseinanderziehen bzw. ein Herausziehen des Führungsschaftes 15 aus dem Führungszy- linder 17 zu einer Verlängerung der wirksamen Pleuellänge LP führt.
Die wirksame Pleuellänge LP kann dabei zwischen einer minimalen wirksamen Pleuellänge LP1 sowie einer maximalen wirksamen Pleuellänge LP2, welche sich um einen Betrag ALP unterscheiden (siehe z.B. Fig. 2), eingestellt werden. Die wirksame Pleuellänge LP ist dabei durch den Abstand zwischen den beiden Drehachsen des Pleuels 10 definiert, um welche sich das Pleuel 10 in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand kolbenseitig und kurbelwellenseitig drehen kann.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Pleuels 10 aus den Fig. 1 a und 1 b, anhand derer insbesondere gut zu erkennen ist, wie der Führungsschaft 15 des ersten Pleuelteils 1 1 vom Führungszylinder 17 des zweiten Pleuelteils 12 aufge- nommen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 10 ist der erste Pleuelteil 1 1 mehrteilig ausgebildet und insbesondere aus einem ersten Abschnitt 14, welcher das kleinere Pleuelauge 13 umfasst, sowie dem Führungsschaft 15 zusammengesetzt, wobei der erste Abschnitt 14 des ersten Pleuelteils 1 1 eine Bohrung 16 mit einem hier nicht näher bezeichneten Innengewinde aufweist, in welche der Führungsschaft 15 mit einem ersten Ende 15A eingeschraubt ist, wobei der Führungsschaft 15 dazu in diesem Bereich 15A ein entsprechend ausgebildetes, nicht näher bezeichnetes Außengewinde aufweist. In einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels kann der Führungsschaft 15 mittels eines Querschrumpfsitzes, d.h. mittels einer Presspassung, mit dem ersten Pleuelteil 1 1 verbunden sein, wobei der Führungsschaft 15 und/oder der erste Abschnitt 14 des ersten Pleuelteils 1 1 , insbesondere die Bohrung 16 im ersten Pleuelteil 1 1 , dazu insbesondere ein entsprechendes Übermaß aufweisen.
Zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge weist das erfindungsgemäße Pleuel 10 eine nicht näher bezeichnete hydraulische Längenverstelleinrichtung auf, welche einen Hydraulikzylinder und einen Kolben umfasst, die zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge relativ zueinander entlang einer Verschiebeachse bewegt werden können, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 10 die Verschiebeachse mit der Längsachse L des Pleuels zusammenfällt und der Führungszylinder 17 den Hydraulikzylinder der Längenverstelleinrichtung bildet und der Führungsschaft 15 den Kolben der Längenverstelleinrichtung. Die Längenverstelleinrichtung funktioniert dabei nach dem gleichen Prinzip, wie in der vorstehend bereits mehrfach erwähnten WO 2015/055582 A2 beschrieben.
Dabei bildet der Führungszylinder 17 den Hydraulikzylinder 17 der Längenverstelleinrichtung und der Führungsschaft 15 den Kolben 15, wobei der Führungsschaft 15 als doppelseitig bzw. zweistufig wirkender Stufenkolben 15 ausgebildet ist und einen hyd- raulischen Arbeitsraum im Führungszylinder 17 in einen ersten, in diesem Fall unteren, Hydraulikraum H1 sowie in einen zweiten, in diesem Fall oberen, Hydraulikraum H2 teilt, wobei zur Abdichtung der beiden Hydraulikräume H1 und H2 gegeneinander und gegenüber dem Führungszylinder 17 am Führungsschaft 15 entsprechende Dichtungen 19 vorgesehen sind. Der als zweiseitig wirkender Stufenkolben ausgebildete Führungsschaft 15 weist eine erste wirksame Hydraulikfläche A1 und eine zweite wirksame Hydraulikdruckfläche A2 auf, wobei die erste wirksame Hydraulikfläche A1 dem ersten hydraulischen Arbeitsraum H1 der Längenverstelleinrichtung zugeordnet ist und die zweite wirksame Hydraulikfläche A2 dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum H2 und insbesondere auf der vom freien Ende des Führungsschafts 15 abgewandten Seite des Führungsschafts 15 ange- ordnet ist. Dabei beträgt eine Größe der zweiten wirksamen Hydraulikfläche A2 das 0,5- fache der ersten wirksamen Hydraulikfläche A1 .
Erfindungsgemäß weist der erste Pleuelteil 1 1 eine Anschlagfläche 20 auf und der zweite Pleuelteil 12 eine zweite Anschlagfläche 21 , wobei ein Anliegen der ersten Anschlag- fläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 ein Ineinanderschieben von erstem Pleuelteil 1 1 und zweitem Pleuelteil 12 bzw. von Führungsschaft 15 und Führungszylinder 17 und somit eine (weitere) Verkürzung der wirksamen Pleuellänge begrenzt, wobei dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 10 derart ausgestaltet ist, dass die erste Anschlagfläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 anliegt bzw. aufliegt, wenn die minimale wirksame Pleuellänge LP1 erreicht ist.
Erfindungsgemäß ist wird bei diesem Pleuel 10 beim Anliegen der ersten Anschlagfläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 eine auf das Pleuel 10 entlang der Längsachse L des Pleuels 10 wirkende Druckkraft F, welche hier durch den mit„F" bezeichneten Pfeil symbolisch dargestellt ist, vollständig am Führungsschaft 15 vorbei über die erste Anschlagfläche 20 und die zweite Anschlagfläche 21 vom ersten Pleuelteil 1 1 in den zweiten Pleuelteil 12 übertragen bzw. umgekehrt.
Dazu ist eine Länge LF des Führungsschaftes 15 gegenüber einer Tiefe T des Führungszylinders 17 derart bemessen, dass bevor beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge LP (durch Ineinanderschieben von Führungsschaft 15 und Führungszylinder 17) das dem zweiten Pleuelteil 12 zugewandte Ende des Führungsschaftes 15B einen Boden 17B des Führungszylinders 17 erreicht, die erste Anschlagfläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 anliegt.
Insbesondere ist das Pleuel 10 derart ausgebildet, dass zwischen dem Führungsschaft 15, insbesondere dessen unterem Ende 15B und dem Boden 17B des Führungszylin- ders 17 stets ein kleiner Spalt 18 verbleibt, so dass eine auf das Pleuel 10 aufgebrachte Druckkraft F nach Erreichen der minimalen, wirksamen Pleuellänge LP1 stets vollständig über die erste Anschlagfläche 20 und die zweite Anschlagfläche 21 am Führungsschaft 15 vorbei vom ersten Pleuelteil 1 1 in den zweiten Pleuelteil 12 übertragen werden kann und/oder umgekehrt, was in Fig. 2 durch die mit F1 bezeichneten Pfeile sym- bolisiert ist. D.h. vorzugsweise ist ein gemäß des ersten Ausführungsbeispiels 10 ausgebildetes erfindungsgemäßes Pleuel derart ausgebildet, dass auch bei einer möglich- erweise, aufgrund einer äußert hohen Druckkraft F entstehenden, elastischen Verformung des Führungszylinders 17, das untere Ende 15B des Führungsschaftes 15 nicht mit dem Boden 17B des Führungszylinders 17 auf Block geht und/oder an diesen anstößt. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. Wichtig ist lediglich, dass der Füh- rungsschaft 15 ausreichend entlastet wird.
Da die auf das Pleuel 10 wirkende Druckkraft F, welche durch den Verbrennungsdruck im zugehörigen Brennraum der Hubkolbenmaschine entsteht, bei eingestellter minimaler wirksamer Pleuellänge LP1 im Abwärtshub am größten ist und bei dem erfindungsgemäßen Pleuel 10 bei eingestellter, minimaler wirksamer Pleuellänge LP1 über den Führungszylinder 17 abgeführt wird und nicht über den Führungsschaft 15, kann eine maximale, auf den Führungsschaft 15 während des Betriebs der Hubkolbenmaschine wirkende Druckkraftbelastung, insbesondere eine während des Betriebs der Hubkolbenmaschine auf den Führungsschaft 15 maximal wirkende Druckkraft F, reduziert werden. Infolgedessen kann der Führungsschaft 15 selbst geringer dimensioniert werden, wobei die aufgrund der Erfindung mögliche Entlastung des Führungsschaftes 15 insbesondere eine Reduzierung des Querschnitts des Führungsschafts 15 ermöglicht. Dadurch kann eine größere hydraulische Arbeitsfläche vor allem im oberen Hydraulikraum H2 am durch den Führungsschaft 15 gebildeten Kolben 15 bereitgestellt werden, insbesondere auf der dem ersten Pleuelteil 1 1 zugewandten Seite des Kolbens 15. Insbesondere kann eine zweite wirksame Hydraulikfläche A2 bereitgestellt werden, deren Größe wenigstens das 0,3-fache der ersten wirksamen Hydraulikfläche beträgt, vorzugsweise wenigstens das 0,4-fache oder wie in diesem Ausführungsbeispiel das 0,5-fache oder darüber. Dadurch können die im Betrieb in der hydraulischen Längenverstelleinrichtung am Kolben 15 entstehenden hydraulischen Druckverhältnisse verbessert werden. Infolgedessen wiederum kann die Gefahr einer unerwünschten Veränderung der eingestellten, wirksamen Pleuellänge LP, insbesondere ein unerwünschtes Ausfedern, reduziert bzw. sogar ganz vermieden werden.
Der geringeren Dimensionierung des Führungsschaftes 15 sind, insbesondere in Bezug auf Knicken und Betriebsfestigkeit (HCF = high cycle fatigue), allerdings Grenzen gesetzt, welche insbesondere durch die bei größeren, wirksamen Pleuellängen LP auftre- tenden Druckbelastungen definiert sind. Die bei größeren, wirksamen Pleuellängen LP auftretenden Druckbelastungen sind zwar insgesamt geringer als bei minimaler, wirksamer Pleuellänge LP1 im Abwärtshub. Bei größeren, wirksamen Pleuellängen LP liegt die erste Anschlagfläche 20 jedoch nicht auf der zweiten Anschlagfläche 21 auf, so dass eine auf das Pleuel 10 wirkende Druckkraft F nicht über den Führungszylinder 15 abgeführt werden kann, sondern vollständig über den Führungsschaft 15 und das Hydraulikmedium im unteren Hydraulikraum H1 abgestützt wird. D.h. in diesen Fällen wird keine Entlastung des Führungsschaftes 15 erreicht.
Fig. 3a zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsge- mäßen Pleuels 30, wobei das Pleuel 30 prinzipiell genauso aufgebaut ist wie das anhand der Fig. 1 a bis 2 beschriebene, erfindungsgemäße Pleuel 10. Funktionsgleiche Bauteile sind entsprechend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Fig. 3a dargestellten erfindungsgemäßen Pleuel 30 ist die Länge LF des Führungsschafts 15 gegenüber der Tiefe T des Führungszylinders 17 jedoch anders relativ zu diesem be- messen.
Bei dem in Fig. 3a dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pleuels 30 ist die Länge LF des Führungsschaftes 15 dabei um einen Toleranzbetrag AS größer gewählt als die Tiefe T des Führungszylinders 17.
Beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge LP durch Ineinanderschieben von Füh- rungsschaft 15 und Führungszylinder 17, geht das untere Ende 15B des Führungsschaftes 15 somit zunächst mit dem Boden 17B des Führungszylinders 17 auf Block, d.h. stößt an diesen an, bevor die erste Anschlagfläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 aufliegt. In diesem Zustand wird eine gesamte auf das Pleuel 30 aufgebrachte Druckkraft F vom ersten Pleuelteil 1 1 über den Führungsschaft 15, insbesondere in den Boden 17B des Führungszylinders 17, übertragen.
Liegt das untere Ende 15B des Führungsschaftes 15 am Boden 17B des Führungszylinders 17 an, führt das Aufbringen einer ausreichend großen Druckkraft F zu einer elastischen Deformation des Führungsschaftes 15, insbesondere zu einem Zusammendrücken des Führungsschaftes 15 entlang der Längsachse L des Pleuels 30 und dadurch zu einer elastischen Verkürzung des Führungsschaftes 15 (Länge verkürzt = LF minus elastische Deformation infolge Druckkraft). Infolgedessen kommt es zu einer weiteren, elastisch bedingten Verkürzung der wirksamen Pleuellänge LP, wobei beim elastisch bedingten Verkürzen der wirksamen Pleuellänge LP immer ein Spalt 22 verbleibt zwischen den Anschlagflächen 20 und 21 , so dass die gesamte Druckkraft F weiterhin über den Führungsschaft 15 geleitet wird. Das erfindungsgemäße Pleuel 30 ist dabei derart ausgelegt, insbesondere der Führungsschaft 15, dass nachdem der Führungsschaft 15 mit dem Führungszylinder 17 auf Block gegangen ist, bei Erreichen einer definierten, entlang der Längsachse auf das Pleuel 30 wirkenden Druckkraft F die erste Anschlagfläche 20 mit der zweiten Anschlagfläche 21 in Kontakt kommt und/oder auf Block geht, was insbesondere durch eine Deformation des Führungsschaftes 15, verursacht durch die aufgebrachte Druckkraft F um den Betrag AS entlang der Längsachse L erreicht wird. Dieser Zustand ist in Fig. 3b dargestellt.
Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Führungsschaftes 15, insbesondere durch eine entsprechend bemessene Länge LF sowie einen entsprechend bemessenen Querschnitt und einen entsprechend gewählten Werkstoff, kann die durch Aufbringen der definierten Druckkraft F bewirkte Verformung derart eingestellt werden, dass sich eine Verkürzung des Führungsschaftes um den Betrag AS ergibt, insbesondere aufgrund einer rein elastischen Verformung, vgl. Fig. 3a mit Fig. 3b.
In dem Moment, in dem eine auf das Pleuel 30 aufgebrachte Druckkraft F die definierte Druckkraft erreicht und die erste Anschlagfläche 20 an der zweiten Anschlagfläche 21 anstößt, wird erfindungsgemäß eine auf das Pleuel 30 aufgebrachte Druckkraft F zumindest teilweise, d.h. zumindest ein Anteil einer auf das Pleuel entlang der Längsachse des Pleuels 30 wirkenden Druckkraft F, am Führungsschaft 15 vorbei über die erste Anschlagfläche 20 und die zweite Anschlagfläche 21 vom ersten Pleuelteil 1 1 in den zweiten Pleuelteil 12 übertragen, siehe Fig. 3b.
Der über die Anschlagflächen 20 und 21 übertragene Anteil der Druckkraft F ist in Fig. 3b dabei symbolisch durch die mit F2 bezeichneten Pfeile dargestellt und der über den Führungsschaft 15 vom ersten Pleuelteil 1 1 in den zweiten Pleuelteil 12 übertragene, restliche Anteil der Druckkraft F ist durch den mit F3 bezeichneten Pfeil symbolisiert. Dadurch, dass der Führungsschaft 15 in den Abschnitt 14 des ersten Pleuelteils 1 1 eingeschraubt ist und rotationssymmetrisch ausgebildet ist, lässt sich auf besonders einfa- che Art und Weise die wirksame Länge LF des Führungsschaftes 15 einstellen und an den Führungszylinder 17 anpassen und die definierte Druckkraft F einstellen bzw. die zum auf Block gehen der Anschlagflächen 20 und 21 erforderliche Deformation AS des Führungsschaftes einstellen. Bei entsprechender Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pleuels, insbesondere bei einer entsprechend großen Bandbreite einer zulässigen Einschraubtiefe des Führungsschaftes, kann auf diese Weise je nach Bedarf wahlweise ein erfindungsgemäßes Pleuel mit den Eigenschaften des anhand von Fig. 1 beschriebenen Pleuels 10 bereitgestellt werden oder ein Pleuel mit den Eigenschaften des anhand von Fig. 2a und 2b beschriebenen Pleuels 30.
Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Abwandlungen, insbesondere von konstruktiven Abwandlungen, möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste:
10, 30 erfindungsgemäßes, längenverstellbares Pleuel
1 1 erster Pleuelteil
12 zweiter Pleuelteil
13 kleines Pleuelauge
14 erster Abschnitt des ersten Pleuelteils
15 Führungsschaft
15A erstes Ende des Führungsschaftes
15B zweites Ende des Führungsschaftes
16 Bohrung
17 Führungszylinder
17B Boden des Führungszylinders
18 Spalt
19 Dichtungen
20 erste Anschlagfläche
21 zweite Anschlagfläche
22 Spalt zwischen erster und zweiter Anschlagfläche bei Anschlag des
Führungsschafts am Führungszylinder
23 großes Pleuelauge
A1 erste wirksame Hydraulikfläche
A2 zweite wirksame Hydraulikfläche
F Druckkraft
F1 , F2, F3 Druckkraftanteil
H1 erster Hydraulikraum
H2 zweiter Hydraulikraum
L Längsachse des Pleuels
LF wirksame Länge des Führungsschafts
PL wirksame Pleuellänge
LP1 minimale wirksame Pleuellänge
LP2 maximale wirksame Pleuellänge Spalthöhe des Spalts zwischen erster und zweiter Anschlagfläche bei Anschlag des Führungsschafts am Führungszylinder
Tiefe des Führungszylinders

Claims

Patentansprüche
Längenverstellbares Pleuel (10, 30) für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das Pleuel (10, 30) zumindest einen ersten Pleuelteil (1 1 ) und einen zweiten Pleuelteil (12) aufweist, wobei der zweite Pleuelteil (12) an seinem dem ersten Pleuelteil (1 1 ) zugewandten Ende einen Abschnitt mit einem Führungszylinder (17) aufweist, wobei der erste Pleuelteil (1 1 ) an seinem dem zweiten Pleuelteil (12) zugewandten Ende einen korrespondierend zum Führungszylinder (17) ausgebildeten Führungsschaft (15) aufweist, wobei der Führungsschaft (15) des ersten Pleuelteils (1 1 ) in einem funktionsgemäßen Verwendungszustand des Pleuels (10, 30) zumindest teilweise vom Führungszylinder (17) aufgenommen ist und zum Verstellen einer wirksamen Pleuellänge relativ zu diesem bewegbar ist, insbesondere entlang einer Längsachse des Pleuels (L), wobei der erste Pleuelteil (1 1 ) eine erste Anschlagfläche (20) aufweist und der zweite Pleuelteil (12) eine zweite Anschlagfläche (21 ), und wobei ein Anliegen der ersten Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21 ) eine Relativbewegung zwischen dem ersten Pleuelteil (1 1 ) und dem zweiten Pleuelteil (12) in eine erste Richtung begrenzt, wobei das Pleuel (10, 30) derart ausgestaltet ist, dass beim Anliegen der ersten Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21 ) zumindest ein Anteil einer auf das Pleuel (10, 30) entlang der Längsachse des Pleuels (L) wirkenden Druckkraft (F) am Führungsschaft (15) vorbei über die erste Anschlagfläche (20) und die zweite Anschlagfläche (21 ) vom ersten Pleuelteil (1 1 ) in den zweiten Pleuelteil (12) übertragen wird und/oder umgekehrt.
Pleuel (10, 30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (10, 30) derart ausgestaltet ist, dass ein Anliegen der ersten Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21 ) eine eine Verkürzung der wirksamen Pleuellänge bewirkende Relativbewegung zwischen dem ersten Pleuelteil (1 1 ) und dem zweiten Pleuelteil (12) begrenzt. Pleuel (10, 30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pleuelteil (1 1 ) und/oder der zweite Pleuelteil (12) wenigstens ein Element eines Pleuellagers (13, 14) aufweist, vorzugsweise ein Pleuelauge (13, 14), wobei der erste Pleuelteil (1 1 ) dazu eingerichtet ist, mit einem Hubkolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden zu werden, und wobei der zweite Pleuelteil (12) dazu eingerichtet ist, mit einer Kurbelwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden zu werden.
Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (10, 30) eine hydraulische Längenverstelleinrichtung zum Verstellen der wirksamen Pleuellänge aufweist, wobei die Längenverstelleinrichtung wenigstens einen Hydraulikzylinder (17) mit einem ersten hydraulischen Arbeitsraum (H1 ) und mit einem zweiten hydraulischen Arbeitsraum (H2) sowie mit einem Kolben (15) aufweist, wobei der Kolben (15) der Längenverstelleinrichtung Teil des ersten Pleuelteils (1 1 ) ist und der Hydraulikzylinder (17) Teil des zweiten Pleuelteils (12).
Pleuel (10, 30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszylinder (17) den Hydraulikzylinder (17) der Längenverstelleinrichtung bildet und der Führungsschaft (15) den Kolben (15) der Längenverstelleinrichtung, wobei der Kolben (15) der Längenverstelleinrichtung, insbesondere der Führungsschaft (15), den Hydraulikzylinder (17) der Längenverstelleinrichtung in den ersten hydraulischen Arbeitsraum (H1 ) und den zweiten hydraulischen Arbeitsraum (H2) unterteilt.
Pleuel (10, 30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschaft (15) als zweiseitig wirkender Kolben (15) ausgebildet ist, insbesondere als zweiseitig wirkender Stufenkolben (15), und eine erste wirksame Hydraulikfläche (A1 ) und eine zweite wirksame Hydraulikdruckfläche (A2) aufweist, wobei die erste wirksame Hydraulikfläche (A1 ) dem ersten hydraulischen Arbeitsraum (H1 ) der Längenverstelleinrichtung zugeordnet ist und die zweite wirksame Hydraulikfläche (A2) des Stufenkolbens (15) dem zweiten hydraulischen Arbeitsraum (H2), und wobei eine Größe der zweiten wirksamen Hydraulikfläche
(A2) wenigstens das 0,
3-fache, vorzugsweise wenigstens das 0,
4-fache, insbesondere wenigstens das 0,
5-fache, vorzugsweise wenigstens das 0,
6-fache, der ersten wirksamen Hydraulikfläche (A1 ) beträgt.
7. Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlagfläche (21 ) eine sich vom Führungszylinder (17) nach außen erstreckende Fläche ist.
8. Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Anschlagfläche (21 ) zumindest teilweise durch eine dem ersten Pleuelteil (1 1 ) zugewandte Randfläche der Wandung des Führungszylinders (17) gebildet ist.
9. Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagfläche (20) eine sich vom Führungsschaft (15) nach außen erstreckende Fläche ist.
10. Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pleuelteil (1 1 ) wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, wobei der erste Pleuelteil (1 1 ) aus wenigstens einem ersten Abschnitt (14) und dem Führungsschaft (15) zusammengesetzt ist, wobei der Führungsschaft (15) im Bereich seines vom zweiten Pleuelteil (12) abgewandten Endes mit dem ersten Abschnitt (14) verbunden ist.
1 1 . Pleuel (10, 30) nach einem Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschaft (15) im Bereich seines vom zweiten Pleuelteil (12) abgewandten Endes mit dem ersten Abschnitt (14) verschraubt ist.
12. Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagfläche (20) des ersten Pleuelteils (1 1 ) durch eine dem zweiten Pleuelteil (12) zugewandte Randfläche der Wandung einer Bohrung des ersten Abschnitts (14) des ersten Pleuelteils (1 1 ) gebildet ist.
Pleuel (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine wirksame Länge (LF) des Führungsschaftes (15) relativ zu einer Tiefe des Führungszylinders (T) derart bemessen ist, dass beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge (PL) zunächst ein dem zweiten Pleuelteil (12) zugewandtes Ende des Führungsschaftes (15) mit dem Führungszylinder (17) auf Block geht, bevor die erste Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21 ) anliegt.
Pleuel (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (30) derart ausgestaltet ist, dass die erste Anschlagfläche (20) mit der zweiten Anschlagfläche (21 ) erst bei Erreichen einer definierten, entlang der Längsachse (L) auf das Pleuel (30) wirkenden Druckkraft (F) auf Block geht.
Pleuel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufliegen der ersten Anschlagfläche (20) auf der zweiten Anschlagfläche (21 ) eine auf das Pleuel (10) aufgebrachte Druckkraft (F) vollständig am Führungsschaft (15) vorbei über die erste Anschlagfläche (20) und die zweite Anschlagfläche (21 ) vom ersten Pleuelteil (1 1 ) in den zweiten Pleuelteil (12) übertragen wird und/oder umgekehrt.
Pleuel (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge (LF) des Führungsschaftes (15) kleiner bemessen ist, als die Tiefe (T) des Führungszylinders (17), so dass bevor beim Verkürzen der wirksamen Pleuellänge (PL) das dem zweiten Pleuelteil (12) zugewandte Ende des Führungsschaftes (15) den Boden des Führungszylinders (17) erreicht, die erste Anschlagfläche (20) an der zweiten Anschlagfläche (21 ) anliegt. 17. Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit wenigstens einem Pleuel (10, 30), dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist. Fahrzeug mit einer Hubkolbenmaschine, insbesondere mit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine, insbesondere die Hubkolbenbrennkraftmaschine, nach Anspruch 17 ausgebildet ist.
PCT/EP2017/074841 2016-09-30 2017-09-29 Längenverstellbares pleuel mit anschlagflächen WO2018060458A1 (de)

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