Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, mit einem oberen und einem unteren Pleuelauge, mit einer Exzenter-Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Versteileinrichtung wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben aufweist, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist, wobei ein Zulauf zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder sowie ein Ablauf zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Zylinder vorgesehen sind.

Stand der Technik

Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes„Klopfen" der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen" auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulisch oder mechanisch betätigbaren Umschaltventilen eine Exzenter-Versteileinrichtung eines Pleuels betätigen.

Offenbarung der Erfindung

Die Bearbeitung des Pleuels und insbesondere des Pleuelkörpers ist aufwendig und damit kostenintensiv. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein dahingehend verbessertes Pleuel anzubieten.

Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Es wird ein Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung vorgeschlagen, mit einem oberen und einem unteren Pleuelauge, mit einer Exzenter-Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Versteileinrichtung wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben aufweist, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist, und wobei ein Zulauf zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in den Zylinder sowie ein Ablauf zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Zylinder vorgesehen sind. Ein Umschaltventil ist zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms vorgesehen, wobei das Zu- und Ablaufen von Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Zylinder hauptsächlich über das Umschaltventil erfolgt und wenigstens ein Sperrventil vorgesehen ist, welches in das Umschaltventil integriert ist und welches einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Zulauf freigibt oder sperrt, wobei der Ablauf das Sperrventil im Umschaltventil umgeht.

Vorteilhaft sind kaum Änderungen am Pleuel notwendig. Der Pleuelgrundkörper ist einfacher zu bearbeiten und damit kostengünstig herstellbar. Bohrungen, welche die Struktur des Pleuels schwächen können, entfallen. Gewicht wird in Richtung des unteren, großen Pleuellagerauges verlagert, was sich vorteilhaft auf die Massen kräfte im Betrieb auswirkt. Nach einer günstigen Ausgestaltung kann eine einzige Leitung zwischen dem Umschaltventil und dem Zylinder als Zu- und Ablauf vorgesehen sein. Vorteilhaft sind nur drei Ölleitungen im Pleuel notwendig, jeweils eine zu den Stützkammern des wenigstens einen Zylinders und eine Versorgungsbohrung zu der Lagerschale des Pleuels.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann eine Entlastungsleitung vorgesehen sein, die im Betrieb das Umschaltventil mit einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verbindet. Die Entlastungsleitung verbindet das Umschaltventil mit einem Ölkreislauf (z.B. der Lagerschale) der Brennkraftmaschine. Da die Zu- und Abläufe jedoch über das Umschaltventil erfolgen, wird die Hydraulikflüssigkeit grundsätzlich im Umschaltventil durch entsprechende Verbindungen zwischen den beiden Zylindern verteilt, d.h. dass die Entlastungsleitung im Wesentlichen nur dazu dient, überschüssige bzw. fehlende Hydraulikflüssigkeit aufgrund von Leckage bzw. aufgrund der unterschiedlichen Volumen der Zylinder aus dem Umschaltventil abzuleiten oder in das Umschaltventil nachzusaugen.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können zwei Zylinder vorgesehen sein. Ein übliches Pleueldesign kann verwendet werden. Optional kann stattdessen auch ein doppeltwirkender Zylinder vorgesehen sein.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sperrventil als Rückschlagventil vorgesehen sein. Insbesondere kann das Rückschlagventil als Kugelrückschlagventil vorgesehen sein. Dies erlaubt die Verwendung einer bewährten und zuverlässigen Technik.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Ablauf mit einer gedrosselten Bohrung versehen sein. Der Ablauf kann das Sperrventil im Umschaltventil umgehen. Da die Zu- und Abläufe sowie eine Entlastungsleitung von dem Umschaltventil ausgehen können, kann die Bearbeitung des Pleuelkörpers wesentlich vereinfacht werden.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sperrventil, insbesondere die Bewegungsachse seines Schließelementes, senkrecht zu im Pleuel auftretenden Beschleunigungen angeordnet sein. Die Rückschlagventile, insbesondere die Bewegungsachsen ihrer Schließelemente, liegen senkrecht zu den hohen Beschleunigungen im Pleuel. Eine Wirkung von Massenkräften in Längsachse des Rückschlagventils, die ein ungewolltes Öffnen oder Schließen bewirken können, kann vermindert werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sperrventil längs zu im Pleuel auftretenden Beschleunigungen angeordnet sein. Günstigerweise können die Beschleunigungen die Schließwirkung und das Öffnen des Sperrventils unterstützen. Das Sperrventil kann auf ein Umschalten schneller ansprechen.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Sperrventil als Rückschlagventil, insbesondere Kugelrückschlagventil vorgesehen sein, insbesondere mit zwei Rückschlagventilen so, dass Schließelemente der Rückschlagventile beim Öffnen eine Bewegung ausführen, die eine Komponente vom oberen in Richtung des unteren Pleuelauges aufweist. D.h. die Schließelemente bzw. die Kugeln können entgegen zu im Pleuel auftretenden Beschleunigungen bewegbar sein. Günstigerweise können die Beschleunigungen die Schließwirkung und das Öffnen des Sperrventils unterstützen. Ein ungewolltes Öffnen eines Rückschlagventils kann vermieden werden.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können die Rückschlagventile quer, insbesondere senkrecht, zum Ablauf angeordnet sein. Massen kräfte können vorteilhaft für die Betätigung der Rückschlagventile genutzt werden.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann ein Ventilsitz des Rückschlagventils einen kugelförmigen Abschnitt aufweisen. Vorteilhaft kann die Form den Ventilsitz gegen ein Austreten von Hydraulikflüssigkeit aus dem Ventilsitz sichern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Pleuels in einer Stellung kleiner

Verdichtung mit einer ersten Variante eines Sperrventils im Umschaltventil in einer Stellung für niedrige Verdichtung; Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Pleuels in Figur 1 ;

Fig. 3 eine rückwärtige Ansicht des erfindungsgemäßen Pleuels in Figur 1 ;

Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf das erfindungsgemäße Pleuel in Figur 1 ;

Fig. 5 eine Draufsicht von oben auf einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Pleuel in

Figur 1 auf der Höhe des Umschaltventils;

Fig. 6 eine Vergrößerung eines Details der Draufsicht in Figur 5 mit querliegenden

Rückschlagventilen;

Fig. 7-1 1 verschiedene Längsschnitte durch das erfindungsgemäße Pleuel in Figur 1 ;

Fig. 12 eine vergrößerte Detaildarstellung der Schnittansicht in Figur 7;

Fig. 13 eine vergrößerte Detaildarstellung der Schnittansicht in Figur 1 1 ;

Fig. 14 einen weiteren Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Pleuel wie in Figur 1 mit einer alternativen Variante eines Sperrventils im Umschaltventil in einer Stellung für niedrige Verdichtung;

Fig. 15 einen Längsschnitt durch das Umschaltventil des Pleuels in Figur 14;

Fig. 16 eine isometrische Ansicht von Kugelrückschlagventilen im Umschaltventil des

Pleuels in Figur 14; und

Fig. 17 einen Schnitt durch das Umschaltventil des Pleuels in Figur 14.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem oberen und einem unteren Pleuelauge und mit einer Exzenter-Versteileinrichtung 2 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Versteileinrichtung 2 weist einen mit einem ein- oder mehrteiligen Exzenterhebel 3 zusammenwirkenden Exzenter 4 auf. Dabei ist ein Verstellweg der Exzenter-Versteileinrichtung 2 mittels eines Umschaltventils 5 verstellbar.

Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Versteileinrichtung 2 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften der Brennkraftmaschine initiiert, die bei einem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine auf die Exzenter-Versteileinrichtung 2 wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Versteileinrichtung 2 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, im Pleuel 1 integrierte Kolben 6, 7 unterstützt, bzw. die Kolben 6, 7 verhindern ein Rücksteilen der Exzenter- Versteileinrichtung 2 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter- Versteileinrichtung 2 wirkenden Kräfte.

Die Kolben 6, 7 sind mittels Stützstangen 8, 9 mit dem Exzenterhebel 3 wirkverbunden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen in Draufsicht einen Schnitt durch das Pleuel 1 auf Höhe des Umschaltventils 5. In das Umschaltventil 5 sind zwei als Kugelrückschlagventile ausgebildete Sperrventile 18, 19 integriert. Die als Kugelrückschlagventile ausgebildeten Sperrventile 18, 19 sind in Querrichtung Q und senkrecht zur Hochachse H (Figur 1 ) des Pleuels 1 orientiert. Diese bzw. die Bewegungsachsen ihrer Schließelemente liegen daher quer - insbesondere senkrecht - zu den hohen Beschleunigungen im Pleuel, so dass eine Wirkung von Massen kräften in Längsachse der als Kugelrückschlagventile ausgebildeten Sperrventile 18, 19 vermieden werden und ein ungewolltes Öffnen oder Verschließen verhindert werden kann.

Wie insbesondere den Figuren 7 bis 1 1 zu entnehmen ist, welche unterschiedliche Schnitte des Pleuels 1 zeigen, sind die Kolben 6, 7 jeweils in einer Zylinderbohrung 10, 1 1 eines Zylinders 12, 13 verschiebbar geführt. Die Zylinder 12, 13 können als separates Bauteil oder einteilig mit einem Pleuelkörper des Pleuels 1 vorgesehen sein. Ebenso ist es denkbar, das Pleuel 1 mit nur einem Zylinder vorzusehen und einen doppeltwirkenden Kolben einzusetzen.

Weiter sind Zuläufe 14, 15 zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Umschaltventil 5 in durch die Zylinderbohrungen 10, 1 1 gebildete Hydraulikkammern sowie Abläufe 16, 17 zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Hydraulikkammern zum Umschaltventil 5 vorgesehen.

Die Bearbeitung des Pleuels 1 und insbesondere des Pleuelkörpers ist aufwendig und damit kostenintensiv. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbindungen der Zuläufe 14, 15 und der Abläufe 16, 17 hauptsächlich über das Umschaltventil 5 erfolgen, welches zum Steuern des Hydraulikflüssigkeitsstroms vorgesehen ist. Ferner sind Sperrventile 18, 19 vorgesehen, welche in das Umschaltventil integriert sind und welche jeweils einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Zuläufe 14, 15 freigeben oder sperren. Die Abläufe 16, 17 umgehen die Sperrventile 18, 19 im Umschaltventil 5 und sind mit einer gedrosselten Bohrung versehen. Da die Zu- und Abläufe 14, 15, 16, 17 sowie eine Entlastungsleitung 20 von dem Umschaltventil 5 ausgehen, kann die Bearbeitung des Pleuelkörpers wesentlich vereinfacht werden.

Die Entlastungsleitung 20 verbindet das Umschaltventil 5 mit einem Ölkreislauf (z.B. der Lagerschale) der Brennkraftmaschine. Da die Zu- und Abläufe 14, 15, 16, 17 jedoch über das Umschaltventil 5 erfolgen, wird die Hydraulikflüssigkeit grundsätzlich im Umschaltventil 5 durch entsprechende Verbindungen zwischen den beiden Zylindern 12, 13 verteilt, d.h. dass die Entlastungsleitung 20 im Wesentlichen nur dazu dient, überschüssige bzw. fehlende Hydraulikflüssigkeit aufgrund von Leckage bzw. aufgrund der unterschiedlichen Volumen der Zylinder 12, 13 aus dem Umschaltventil 5 abzuleiten oder in das Umschaltventil 5 nachzusaugen.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, dass die Zu- und Abläufe 14, 16 bzw. 15, 17 jeweils als eine einzige Leitung vorgesehen sind, wie beispielsweise aus den Fig. 12 und 13 hervorgeht, welche jeweils einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 7 und 1 1 zeigen. Dabei stellen die gestrichelten Linien 21 den möglichen Hydraulikflüssigkeitsstrom in Richtung Ölkreislauf und die Strich-Punkt-Linien 22 den möglichen Hydraulikflüssigkeitsstrom in Richtung Zylinderbohrung dar.

Vorteilhaft sind die Sperrventile 18, 19 als Rückschlagventile, insbesondere Kugelrückschlagventile mit Kugeln als Schließelemente, vorgesehen, wie insbesondere Figur 5 und Figur 6, welche einen vergrößerten Schnitt zeigt, zu entnehmen ist.

Als weitere Vorteile der Erfindung sind zu sehen, dass Bohrungen, die die Struktur des Pleuels schwächen, entfallen und das Gewicht in Richtung unteres Lagerauge verlagert wird, was sich vorteilhaft auf die Massen kräfte im Betrieb auswirkt.

Außerdem liegen die Rückschlagventile 18, 19 bzw. die Bewegungsachsen ihrer Schließelemente quer - insbesondere senkrecht - zu den hohen Beschleunigungen im Pleuel 1 , so dass keine Massen kräfte in Längsachse des Rückschlagventils auftreten, die ein ungewolltes Öffnen/Verschließen bewirken können.

Gleichzeitig weist das Pleuel 1 weniger Bauteile als die bekannten Ausführungsformen auf. Die Figur 14 zeigt ein Pleuel 1 wie in Figur 1 mit einer Variante des im Umschaltventil 5 integrierten Sperrventils 18, 19. Der übrige Aufbau des Pleuels 1 entspricht dem in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, so dass nur auf die Sperrventile 18, 19 eingegangen wird, die in verschiedenen Ansichten in den Figuren 15-17 dargestellt sind. Zur Beschreibung der weiteren Elemente des Pleuels 1 wird auf die vorangegangenen Figurenbeschreibungen verwiesen.

In das Umschaltventil 5 sind zwei als Kugelrückschlagventile ausgebildete Sperrventile 18, 19 integriert. Die als Kugelrückschlagventile ausgebildeten Sperrventile 18, 19 sind in Richtung der Hochachse H (Figur 1 ) des Pleuels 1 orientiert. Beschleunigungskräfte im Pleuel 1 können das jeweilige als Kugel 25, 26 ausgebildete Schließelement der als Kugelrückschlagventile ausgebildeten Sperrventile 18, 19 in ihren jeweiligen Sitz pressen. D.h. die Schließelemente führen beim Öffnen eine Bewegung aus, die eine Komponente vom oberen in Richtung des unteren Pleuelauges aufweist.

Das Umschalten des Umschaltventils 5 erfolgt in an sich bekannter Weise mit einem Abgreifer 30, der sich in Richtung der Querachse Q (Figur 6) erstreckt und der mittels eines Positionierelements in Form einer mit einer Druckfeder 34 belasteten Positionierkugel 31 in einer von zwei Positionen arretiert wird. Hierzu sind im Abgreifer 30 am Umfang in axialer Richtung aufeinander folgende zwei Vertiefungen 32, 33 ausgebildet, wobei die Positionierkugel 31 in die eine oder andere der Vertiefungen 32, 33 eingreifen kann.

Wie aus Figur 17 ersichtlich, weist der jeweilige Ventilsitz 23 an seinem freien Ende einen kugelförmigen Abschnitt auf, so dass dieser in der Bohrung für das Rückschlagventil selbst bei verkipptem Ventilsitz 23 eine ausreichende Kontaktfläche zur Bohrungswand aufweist, um so ein Austreten der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern. Hydraulikflüssigkeit kann über Öffnungen 27 im Ventilsitz 23 in die Entlastungsleitung 20 eintreten oder aus dieser nachgesaugt werden.