Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine 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 eine Zulaufleitung zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit von einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine in den Zylinder sowie eine Ablaufleitung zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Zylinder in einen Ölkreislauf der Brennkraftmaschine 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 hydraulischen Umschaltventilen eine Exzenter-Versteileinrichtung eines Pleuels betätigen.

Offenbarung der Erfindung

Die Bauteile eines derartigen Systems, insbesondere die Kolben, unterliegen zum Teil sehr hohen Belastungen. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, die Bauteilbelastung der Kolben zu reduzieren.

Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

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, das mit einer Exzenter-Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge ausgestattet ist, wobei die Exzenter-Versteileinrichtung wenigstens einen Zylinder mit einem Kolben aufweist, der in einer Zylinderbohrung verschiebbar geführt und mit einer Stützstange verbunden ist, wobei eine Zulaufleitung zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit von einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine in den Zylinder sowie eine Ablaufleitung zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von dem Zylinder in einen Ölkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Dabei sind Mittel zur Endlagendämpfung des Kolbens vorgesehen.

Vorteilhaft kann die Kolbengeschwindigkeit durch die Endlagendämpfung reduziert werden. Der Kolben kann schnell bewegt werden, ohne dass dieser mit hoher kinetischer Energie auf dem Boden der Zylinderbohrung aufschlägt. Die Belastung der Bauteile wird verringert. Die Verstellgeschwindigkeit des Pleuels kann über fast den gesamten Verstellbereich nahezu konstant sein, denn die Endlagendämpfung findet erst kurz vor Erreichen der Endlage statt. Das Pleuel ist insbesondere für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit einer Exzenter- Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge vorgesehen.

Optional kann eine an sich bekannte Drosselung mittels Ölbohrungsquerschnitten in der Abiaufbohrung mit der Endlagendämpfung kombiniert werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels können die Mittel zur Endlagendämpfung derart ausgebildet sein, dass kurz vor Erreichen einer zylinderseitigen Endlage des Kolbens das Abführen von Hydraulikflüssigkeit nur durch eine Leckage zwischen dem Kolben und dem Zylinder erfolgt. Dies ermöglicht eine hohe und nahezu konstante Verstellgeschwindigkeit des Kolbens über fast den gesamten Verstellbereich, da die Endlagendämpfung erst kurz vor Erreichen der Endlage wirksam wird.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels können die Mittel zur Endlagendämpfung derart ausgebildet sein, dass kurz vor Erreichen einer zylinderseitigen Endlage des Kolbens wenigstens ein Bereich des Kolbens und wenigstens ein Bereich der Zylinderbohrung ein Dämpfungsvolumen einschließen. Mittels des Dämpfungsvolumens und der Größe der Leckage können die Dämpfungseigenschaften des Pleuels vorgegeben und für Randbedingungen im Einsatz bestimmt werden.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann ein hydraulischer Widerstand der Leckage aus dem Dämpfungsvolumen gegenüber dem hydraulischen Widerstand der Ablaufleitung mindestens verdoppelt sein. Die Bedingung lässt sich bei üblichen Pleuel mit sinnvollem Aufwand realisieren.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann im Zustand der Endlagendämpfung zwischen einem Boden der Zylinderbohrung und dem Kolben Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen eingeschlossen sein. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion von Kolben und Zylinder zur Einstellung der Endlagendämpfung.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann die Ablaufleitung derart in die Zylinderbohrung münden, dass der Kolben die Ablaufleitung vor Erreichen der zylinderseitigen Endlage überfährt. Das Dämpfungsvolumen kann zuverlässig von der Ablaufleitung getrennt werden, sobald der Kolben die Ablaufleitung überfährt.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann die Mündung der Ablaufleitung in die Zylinderbohrung einen Abstand von einem Boden der Zylinderbohrung aufweisen. Insbesondere kann der Kolben eine umlaufende Fase aufweist, deren Höhe geringer ist als der Abstand. Die Größe des Dämpfungsvolumens kann auf diese Weise leicht vorgegeben werden. Die Fase erlaubt einen sanften Übergang vom offenen Zustand der Ablaufleitung zum abgesperrten Zustand der Ablaufleitung.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann Hydraulikflüssigkeit im Dämpfungsvolumen zwischen dem Boden der Zylinderbohrung und dem Kolben eingeschlossen sein, sobald der Kolben mit seiner Fase die Ablaufleitung überfahren hat. Die Konstruktion ist zuverlässig und robust.

Nach einer günstigen alternativen Ausgestaltung des Pleuels kann der Kolben stützstangenseitig einen ersten, großen Durchmesser und zylinderseitig einen zweiten, kleinen Durchmesser aufweisen und am Boden der Zylinderbohrung ein Absatz vorgesehen sein, welcher im Durchmesser an den zweiten Durchmesser des Kolbens angepasst ist, so dass nach dem Eintauchen des zweiten Durchmessers des Kolbens in den Absatz der Zylinderbohrung Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen eingeschlossen ist, aus welchem die Hydraulikflüssigkeit nur durch eine Leckage zwischen dem Kolben und dem Zylinder verdrängbar ist.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann die Abiaufbohrung am Boden des Absatzes in die Zylinderbohrung münden, so dass nach dem Eintauchen des zweiten Durchmessers des Kolbens in den Absatz der Zylinderbohrung Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen zwischen dem zweiten Durchmesser des Kolbens und der Zylinderbohrung eingeschlossen ist. Dies ermöglicht eine alternative Gestaltung des Dämpfungsvolumens.

Nach einer günstigen Ausgestaltung des Pleuels kann nach dem Eintauchen des zweiten Durchmessers des Kolbens in den Absatz der Zylinderbohrung Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen oberhalb des Absatzes zwischen dem zweiten Durchmesser des Kolbens und der Zylinderbohrung eingeschlossen sein. Die Größe des Dämpfungsvolumens kann über die axiale Erstreckung des Bereichs mit dem zweiten Durchmesser bestimmt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele 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 beispielhaft ein Pleuel mit doppelseitigem Exzenterhebel und einer Exzenter-

Verstelleinrichtung mit Endlagendämpfung;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Zylinder, Stützstange und Kolben eines Pleuels nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, in einer ersten Phase mit einer

Abiaufbohrung im Zylinder in offenem Zustand;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Zylinder des Pleuels in Fig. 1 in einer weiteren Phase, bei der der Kolben die Abiaufbohrung gerade überfahren hat und Kolben und

Zylinder ein Dämpfungsvolumen einschließen;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Zylinder des Pleuels in Fig. 1 mit dem Kolben in seiner zylinderseitigen Endlage;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Zylinder, Stützstange und Kolben eines Pleuels nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, in einer ersten Phase mit einer

Abiaufbohrung im Zylinder in offenem Zustand;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Zylinder des Pleuels in Fig. 5 in einer weiteren Phase, bei der der Kolben mit einem zweiten Durchmesser in einen Absatz im Zylinder gerade eintaucht und Kolben und Absatz ein Dämpfungsvolumen einschließen; und

Fig. 7 einen Schnitt durch den Zylinder des Pleuels in Fig. 5 mit dem Kolben in seiner zylinderseitigen Endlage.

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.

Fig. 1 zeigt in isometrischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Pleuel 20 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 22 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Als effektive Pleuelstangenlänge wird der Abstand der Mittelachse des Hublagerauges (großes Pleuelauge) zu der Mittelachse der Kolbenbolzenbohrung (kleines Pleuelauge) bezeichnet. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 22 kann einen mit einem ein- oder mehrteiligen Exzenterhebel 24 zusammenwirkenden Exzenter 23 aufweisen. Ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 22 ist mittels eines Umschaltventils 25 verstellbar. Im Ausführungsbeispiel weist der Exzenter 23 einen beidseitigen Exzenterhebel 24 auf. Alternativ kann der Exzenterhebel 24 auf einseitig ausgebildet sein.

Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 22 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 22 wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, im Pleuel 20 integrierte, in der Figur nicht erkennbare Kolben 2 unterstützt, bzw. die Kolben 2 verhindern ein Rücksteilen der Exzenter-Verstelleinrichtung 22 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 22 wirkenden Kräfte. Der Kolben 2 in der in der Figur rechts dargestellten Exzenter-Verstelleinrichtung 22 befindet sich in seiner zylinderseitigen Endlage.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Zylinder 1 eines erfindungsgemäßen Pleuels 20 (Figur 1 ). Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, ist der Kolben 2 in einer Zylinderbohrung 4 des Zylinders 1 verschiebbar geführt und mit einer Stützstange 3 verbunden. Der Zylinder 1 kann als separates Bauteil oder einteilig mit einem Pleuelkörper des Pleuels 20 (Figur 1 ) vorgesehen sein.

Weiter sind eine Zulaufleitung 5 zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit von einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine in eine durch die Zylinderbohrung 4 gebildete Hydraulikkammer 7 sowie eine Ablaufleitung 6 zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von der Hydraulikkammer 7 in einen Ölkreislauf der Brenn kraftmaschine vorgesehen.

In der Zulaufleitung 5 ist ein Rückschlagventil 8 angeordnet, welches einen Rückfluss von der Hydraulikkammer 7 in die Zulaufleitung 5 verhindert, ein Nachsaugen von Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammer 7 jedoch ermöglicht.

Um die Belastung des Kolbens 2 zu reduzieren, sind erfindungsgemäß Mittel zur Endlagendämpfung des Kolbens 2 vorgesehen. Gemäß dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mittel zur Endlagendämpfung derart ausgebildet, dass kurz vor Erreichen einer zylinderseitigen Endlage des Kolbens 2 das Abführen von Hydraulikflüssigkeit nur durch eine Leckage zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 erfolgt. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erzielt werden, dass die Ablaufleitung 6 derart in die Zylinderbohrung 4 mündet, dass der Kolben 2 die Ablaufleitung 6 vor Erreichen der zylinderseitigen Endlage überfährt, welche in Fig. 4 dargestellt ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Mündung der Ablaufleitung 6 in die Zylinderbohrung 4 einen Abstand h von einem Boden 10 der Zylinderbohrung 4 aufweist. Gleichzeitig weist der Kolben 2 eine beispielsweise umlaufende Fase 9 auf, deren Höhe L geringer ist als der Abstand h. Sobald der Kolben 2 mit seiner Fase 9 die Ablaufleitung 6 überfahren hat, ist zwischen dem Boden 10 und dem Kolben 2 Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen 13 eingeschlossen, aus welchem die Hydraulikflüssigkeit nur durch eine Leckage zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 verdrängbar ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Hierdurch kann in einfacher Weise eine Endlagendämpfung des Kolbens 2 erzielt werden, wobei die Dämpfung erst kurz vor Erreichen der Endlage erfolgt. Die Dämpfung hat demnach nahezu keine Auswirkung auf die Verstellgeschwindigkeit des Pleuels 20 (Figur 1 ), und die Belastung auf den Kolben 2 kann wirksam verringert werden.

Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht - wie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist - vor, dass der Kolben 2 stützstangenseitig einen ersten, großen Durchmesser D1 und zylinderseitig einen zweiten, kleinen Durchmesser D2 aufweist. Wie ersichtlich, wird der Kolben 2 mit seinem ersten Durchmesser D1 in der Zylinderbohrung 4 geführt. Am Boden 10 der Zylinderbohrung 4 ist ein Absatz 1 1 vorgesehen, welcher im Durchmesser an den zweiten Durchmesser D2 des Kolbens 2 angepasst ist und in welchen der Kolben 2 mit seinem zweiten Durchmesser D2 eintauchen kann. Die Abiaufbohrung 6 mündet am Boden 12 des Absatzes 1 1 in die Zylinderbohrung 4, so dass - wie in Fig. 6 ersichtlich ist - nach dem Eintauchen des Bereichs mit dem zweiten Durchmessers D2 des Kolbens 2 in den Absatz 1 1 der Zylinderbohrung 4 Hydraulikflüssigkeit in einem Dämpfungsvolumen 13 oberhalb des Absatzes 1 1 zwischen dem zweiten Durchmesser D2 des Kolbens 2 und der Zylinderbohrung 4 eingeschlossen ist, aus welchem die Hydraulikflüssigkeit nur durch eine Leckage zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder 1 verdrängbar ist. Auch das zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht in einfacher Weise eine Endlagendämpfung des Kolbens 2, wobei die Dämpfung erst kurz vor Erreichen der Endlage erfolgt. Die Dämpfung hat demnach nahezu keine Auswirkung auf die Verstellgeschwindigkeit des Pleuels und die Belastung auf den Kolben 2 kann wirksam verringert werden.