Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Exzenter- Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuellänge, sowie eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem Pleuel.

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.

Ein gattungsgemäßer Pleuel ist beispielsweise aus der WO 2013/092364 bekannt, welche eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Hubkolbenmaschine offenbart, insbesondere eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem ersten und einem zweiten Stangenteil, welche beiden Stangenteile teleskopartig zu- und/ oder ineinander verschiebbar sind. Das zweite Stangenteil bildet einen Führungszylinder und das erste Stangenteil ein im Führungszylinder längsverschiebbares Kolbenelement aus. Zwischen dem ersten und dem zweiten Stangenteil ist ein Hochdruckraum aufgespannt, in den zumindest ein erster Ölkanal einmündet, in welchem zumindest ein als Steuerventil ausgebildetes Ventil angeordnet ist, dessen Stellglied durch eine Rückstellfeder in eine erste Stellung und durch Öldruck entgegen der Kraft der Rückstellfeder in eine zweite Stellung verschiebbar ist.

Die WO 2010/108582 A1 offenbart dagegen ein Pleuel, bei dem eine Betätigungseinrichtung in dem oberen Pleuelauge angeordnet ist. Die Betätigungseinrichtung kann auch auf eine Mittelstange des Pleuels aufgesetzt sein und als erstes Pleuelelement das obere Pleuelauge bilden. Das untere Pleuelauge ist mit der Mittelstange des Pleuels als ein zweites Pleuelelement ausgebildet. Das Pleuelauge ist dabei der Teil des Pleuels, in dem der Kolbenbolzen gelagert ist. Die Betätigungseinrichtung umfasst einen Exzenter, der den Kolbenbolzen trägt und schwenkbar in dem oberen Pleuelauge gelagert ist. Die Betätigungseinrichtung umfasst außerdem ein Betätigungselement, das eine Verschwenkung des Exzenters um die Mittelachse des oberen Pleuelauges bewirken kann. Der Kolbenbolzen ist exzentrisch an dem Exzenter angeordnet, und eine Verschwenkung des Exzenters um die Mittelachse des oberen Pleuelauges bewirkt eine Verlagerung des Kolbenbolzens entlang einer Kreisbahn um diese Achse. Das Betätigungselement ist so als Schwenkmotor ausgebildet. Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen, verbesserten Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem robusten und zuverlässigen Verstellmechanismus zu schaffen, welcher günstige Bauraumanforderungen aufweist.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Pleuel zu schaffen.

Die vorgenannten Aufgaben werden nach einem Aspekt der Erfindung gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

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, umfassend einen Pleuelkörper mit wenigstens einem Pleuelauge, einen Pleueldeckel, und eine Exzenter-Versteileinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuellänge, wobei die Exzenter-Versteileinrichtung in dem Pleuelkörper angeordnet ist und einen mit wenigstens einem Hebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist. Ein Verstellweg der Exzenter-Versteileinrichtung ist mittels eines Umschaltventils verstellbar. Der Exzenter ist um seine Rotationsachse schwenkbar und der wenigstens eine Hebel ist mit einem in dem Pleuelauge angeordneten Führungsbolzen verbunden. Die Exzenter-Versteileinrichtung umfasst einen Schwenkmotor, welcher einen in einem Stator gelagerten Rotor aufweist, wobei zwischen wenigstens einem Rotorflügel des Rotors und wenigstens einem Statorflügel des Stators wenigstens eine erste Stützkammer und wenigstens eine zweite Stützkammer ausgebildet sind, wobei ein Volumen der ersten Stützkammer und ein Volumen der zweiten Stützkammer durch eine Verstellung von Rotor gegen Stator komplementär zueinander veränderbar sind. Das Pleuelauge des Pleuelkörpers ist nutförmig mit einem Bolzenführungsabschnitt zwischen zwei Endabschnitten ausgebildet und der Führungsbolzen ist darin beweglich geführt vorgesehen.

Die Pleuelfunktion basiert auf dem nach dem Stand der Technik bekannten Prinzip und wird über Massen kräfte und Gaskräfte, Rückschlagventile und einem mechanischen oder hydraulischen Umschaltventil in zwei Positionen für hohe Verdichtung (Ehigh) und für niedrige Verdichtung (£| _0W ) betrieben. Erfindungsgemäß ist die Exzenter/Hebel-Verbindung eines herkömmlichen Pleuels einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit ihren zylindrischen Stützkammern, Kolben, und Stützstangen durch ein Schwenkmotorsystem im Pleuelkörper ersetzt.

Die Rückschlagventile sind ebenso wie das Umschaltventil in einen Pleueldeckel integriert. Ein großes Pleuellager weist eine Nut im unteren Teil für die Hydraulikflüssigkeitsversorgung, insbesondere mit Motoröl, des Verstellsystems auf. Das kleine Pleuelauge des Pleuelkörpers ist nicht zylindrisch ausgebildet, sondern weist stattdessen eine Nutform auf. In diesem nutförmigen Pleuelauge ist der Führungsbolzen beweglich geführt. In der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) liegt ein definierter Anschlag zwischen Führungsbolzen und Pleuelkörper vor. Auch in der Stellung für hohe Verdichtung (Ehigh) wird ein definierter Anschlag über den Kontakt zwischen Führungsbolzen und Pleuelkörper sichergestellt.

Der Stator des Schwenkmotors beispielsweise mit zwei Statorflügeln bildet in Kombination mit dem Rotor mit zwei Rotorflügeln vier Stützkammern, die jeweils durch die Rotorflügel und die Statorflügel voneinander separiert sind. Der Schwenkmotor kann dreiteilig mit einem zusätzlichen Statordeckel ausgeführt sein, der separat an den Pleuelkörper geschweißt oder anderweitig gefügt ist.

Der Rotor ist drehbar in dem Stator gelagert. Die Kammern sind über Dichtleisten gegeneinander und mit Kolbenringen nach außen hin abgedichtet. Die Einleitung des Drehmomentes auf den Schwenkmotor erfolgt über einen Bolzen, der in einer exzentrischen Bohrung des Rotors platziert ist. Zwei Hebel verbinden den Bolzen mit dem Führungsbolzen, der wiederum in dem nutförmigen Pleuelauge angeordnet ist. Der Führungsbolzen nimmt in einer Bohrung einen Kolbenbolzen auf. Durch Einleiten eines Moments auf den Rotor, beispielsweise über äußere Massenkräfte, lässt sich die effektive Pleuellänge variieren.

Vorteile des erfindungsgemäßen Pleuels liegen unter anderem darin, dass der Pleuel auch mit einem hydraulischen Umschaltventil betrieben werden kann. Weiter muss das Pleuelauge, das die Schnittstelle zu den Kolben einer Brennkraftmaschine darstellt, gegenüber einem Pleuel nach dem Stand der Technik nur geringfügig modifiziert werden. Der Pleuelkörper ist einfach und kostengünstig zu bearbeiten, da eine aufwendige Bearbeitung von zylindrischen Stützkammern im Pleuelkörper entfällt. Der Pleuelzusammenbau ist sehr kompakt im Bauraum und weist ein geringes Gesamtgewicht auf. Der Pleuelzusammenbau besteht aus sehr wenigen Einzelkomponenten und Montageschritten und ist deshalb gut für eine Serienfertigung geeignet.

Durch die Realisierbarkeit größerer Schwenkwinkel des Rotors kann für die gleiche Verstelllänge des Pleuels eine geringere Exzentrizität im Rotor gewählt werden, um so die maximalen Hydraulikdrücke in den Stützkammern des Schwenkmotors gering zu halten.

Die Verwendung der definierten Anschläge verhindert ein ungewolltes Anschlagen der Rotorflügel auf den Stator und stellt dadurch einen Schutzmechanismus für das Schwenkmotorsystem dar. Die Verwendung der definierten Anschläge ermöglicht zudem eine Entlastung des Verstellmechanismus bei maximal auftretenden Belastungen, in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) mit maximaler Gaskraft und in der Stellung für hohe Verdichtung (£ _high ) mit hoher Massenkraft, und verhindert somit das Auftreten hoher Druckstöße in den Stützkammern, da die Kräfte durch den Pleuelkörper abgefangen werden können.

Die hohe Anzahl an Freiheitsgraden, wie beispielsweise Schwenkwinkel, Exzentrizität, Rotordurchmesser, Flügelanzahl zur Anpassung des Systems an die Brennkraftmaschine stellt einen wertvollen Vorteil des erfindungsgemäßen Pleuels dar.

Durch die zusätzliche Masse am Exzenter (Hebel, Bolzenlager) kann vorteilhafterweise schneller über die Massenkraft verstellt werden. Diese Massenkräfte wirken vor allem im oberen Totpunkt bei Zündung der Gaskraft entgegen und reduzieren die effektiv abzustützende Kraft auf den Exzenter. Hierdurch kann eine effizientere Umschaltung von £| _0W nach Ehigh erfolgen. Die Belastung auf den Pleuel ist insgesamt geringer.

Die Verwendung ungekröpfter Hebel der Exzenter-Versteileinrichtung erleichtert die Bearbeitung und ist auch in günstiger Serienherstellung realisierbar.

Eine kontinuierliche Schmierung der Lagerstelle des Führungsbolzens in dem nutförmigen Pleuelauge kann sehr einfach durch den entstehenden Hohlraum über zwei Bohrungen im Pleuelkörper realisiert werden. Es kann vorteilhaft Öl der bereits vorhandenen Kolbenschmierung verwendet werden.

In einer weiteren günstigen Ausführungsform kann das Schwenkmotorsystem durch einen Exzenter ersetzt werden und das Exzentermoment über ein weiteres Hebelpaar in einer Linearbewegung abgefangen werden. Die lineare Bewegung ermöglicht die Verwendung von einem doppelt wirkenden Stützkolben oder zwei getrennten Stützkolben. Die notwendige Kolbenführung kann im Pleuelkörper untergebracht werden. Der Vorteil gegenüber einem doppelt wirkenden Kolben liegt in der zusätzlichen Verwendung eines Exzenters, der den größten Teil der Belastung in den Pleuelkörper leitet und nur das Verstellmoment des Exzenters über eine Ölsäule abstützt. Dadurch ergeben sich wesentlich geringere Drücke in den Stützkammern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Bolzenführungsabschnitt wenigstens bereichsweise mit geraden Bolzenführungsflächen ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der Führungsbolzen in dem Pleuelauge entlang des Bolzenführungsabschnitts eine lineare Bewegung ausführen, wodurch günstig eine Änderung der Pleuellänge für eine Änderung der Verdichtung der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Exzenter in dem Rotor des Schwenkmotors angeordnet und durch den Rotor betätigbar sein. Dadurch lässt sich eine sehr kompakte Bauweise des Pleuels erreichen. Auch ist die Kraftübertragung von dem Schwenkmotor auf den Exzenter direkt gegeben. Die Exzenter- Versteileinrichtung kann so sehr effizient und kompakt betrieben werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in dem Pleuelkörper wenigstens eine Hydraulikflüssigkeitsleitung zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die erste Stützkammer des Schwenkmotors sowie wenigstens eine Hydraulikflüssigkeitsleitung zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die zweite Stützkammer des Schwenkmotors vorgesehen sein. Die Hydraulikflüssigkeit kann so vorteilhaft direkt den Stützkammern des Schwenkmotors zugeführt werden. Der Pleuelkörper ist einfach und kostengünstig zu bearbeiten, um die Hydraulikflüssigkeitsleitungen herzustellen. Der Pleuelzusammenbau kann in einfachen und wenigen Montageschritten erfolgen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in dem Pleuelkörper wenigstens ein Anschlag zur Begrenzung einer axialen Bewegung des Führungsbolzens vorgesehen sein, wobei insbesondere der jeweilige Endabschnitt des Pleuelauges den Anschlag bildet. Vorteilhaft können ein oberer Anschlag und ein unterer Anschlag im Pleuelauge vorgesehen sein. Dadurch werden die auf den Pleuel wirkenden Gaskräfte und Massen kräfte nicht über die Rotorflügel des Schwenkmotors abgeleitet, sondern können über die Anschläge direkt in den Pleuelkörper geleitet werden, was die mögliche Materialbelastung und den daraus folgenden Verschleiß reduzieren kann. Die Exzenter-Versteileinrichtung kann auf diese Weise entlastet und wirksam vor frühzeitigem Versagen geschützt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erste und/oder die zweite Stützkammer durch wenigstens eine auf einer Lauffläche des Rotors und/oder einer Lauffläche des Stators angeordnete Dichtleiste gegeneinander abgedichtet sein. Durch solche, insbesondere axialen Dichtleisten können die einzelnen Stützkammern wirksam gegeneinander abgedichtet werden. Dadurch kann die Funktionsweise des Schwenkmotors günstig sichergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die erste und/oder die zweite Stützkammer durch wenigstens ein wenigstens teilweise auf einem Außenumfang des Rotors und/oder einem Innenumfang des Stators angeordnetes Dichtelement gegen eine Umgebung abgedichtet sein. Durch solche, insbesondere rundum laufenden Dichtelemente können die einzelnen Stützkammern wirksam gegen eine Leckage nach außen abgedichtet werden. Dadurch kann die Funktionsweise des Schwenkmotors günstig sichergestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Stator auf einem Außenumfang wenigstens bereichsweise wenigstens zwei radiale Umfangsnuten zur Versorgung der ersten und der zweiten Stützkammer mit Hydraulikflüssigkeit aufweisen. Durch die Umfangsnuten kann die Hydraulikflüssigkeit günstig in die Stützkammern geleitet werden, ohne dass zusätzliche Hydraulikflüssigkeitsleitungen vorhanden sein müssen. Damit kann der Schwenkmotor sicher betrieben werden und das Risiko mangelnder Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit vorgebeugt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der wenigstens eine Rotorflügel an den Rotor befestigbar ausgebildet sein. Der Rotor kann mehrere Einzelteile umfassen. Beispielsweise können bei einem gebauten Rotor die Rotorflügel angeschraubt oder eingepresst sein.

Durch einen solchen modularen Aufbau des Rotors mit befestigbaren Rotorflügeln kann der Schwenkmotor insgesamt günstig gefertigt und montiert werden. Auch können so Gleichteile für verschiedene Arten von Schwenkmotoren mit einer unterschiedlichen Anzahl von Rotorflügeln verwendet werden, wodurch die Kostengestaltung des Schwenkmotors sich vorteilhaft beeinflussen lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Schwenkmotor wenigstens zwei Rotorflügel und zwei Statorflügel aufweisen, welche jeweils durch einen gleichen Winkelabstand bezüglich einer Drehachse des Schwenkmotors voneinander beabstandet sind. Der Schwenkwinkel kann so durch eine unterschiedliche Gestaltung des Schwenkmotors über eine unterschiedliche Anzahl von Stützkammern günstig gewählt werden. Zusätzlich können so beispielsweise Vorteile für die Auflagefläche erreicht werden. Auch kann so durch die Realisierbarkeit größerer Schwenkwinkel beispielsweise für die gleiche Verstelllänge des Pleuels eine geringere Exzentrizität im Rotor gewählt werden, was die maximalen Hydraulikdrücke in den Stützkammern günstig beeinflussen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen Pleuelauge und Führungsbolzen ein Spalt zur Schmierung vorgesehen sein. Auf diese Weise lässt sich die Lagerstelle zwischen Pleuelauge und Führungsbolzen günstig mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, zur effektiven Schmierung versorgen, wodurch der Verschleiß an Führungsbolzen und Pleuelauge vorteilhaft reduzieren lässt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können in der Hydraulikflüssigkeitsleitung zwischen der ersten Stützkammer und einem Versorgungsanschluss wenigstens ein Rückschlagventil und/oder in der Hydraulikflüssigkeitsleitung zwischen der zweiten Stützkammer und dem Versorgungsanschluss wenigstens ein Rückschlagventil vorgesehen sein. Die Rückschlagventile können vorteilhaft so angeordnet sein, dass nur Hydraulikflüssigkeit aus dem Versorgungsanschluss in die jeweilige Stützkammer fließen kann, und nicht umgekehrt. So kann die Versorgung der Stützkammern mit Hydraulikflüssigkeit sehr effektiv erfolgen.

Vorteilhaft können bei dieser Ausgestaltung das Umschaltventil und das wenigstens eine Rückschlagventile in dem Pleueldeckel angeordnet sein. Insbesondere kann in jeder der beiden Hydraulikflüssigkeitsleitungen zwischen den beiden Stützkammern und dem Versorgungsanschluss jeweils ein Rückschlagventil vorgesehen sein, die mit dem Umschaltventil in dem Pleueldeckel angeordnet sein können. Dadurch kann der Pleuel sehr kompakt aufgebaut sein. Weiter kann die Funktion von Umschaltventil und Rückschlagventil im Pleueldeckel separat vor der Montage getestet und auf mögliche Leckage geprüft werden. Dadurch kann die Qualitätssicherung in der Fertigung günstig verbessert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auf einem Umfang eines wenigstens teilweise in dem Pleueldeckel angeordneten Hublagerauges wenigstens im Bereich des Pleueldeckels eine Nut zur Versorgung des Umschaltventils mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Versorgungsanschluss vorgesehen sein. Über die Nut kann die Versorgung der Stützkammern des Schwenkmotors mit Hydraulikflüssigkeit auf geeignete Weise sichergestellt werden. Auch muss das Hublagerauge auf diese Weise möglichst wenig durch eine Hydraulikflüssigkeitsleitung mechanisch in seiner Struktur geschwächt werden, was sich auf die Lebensdauer günstig auswirkt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Exzenter-Versteileinrichtung über Massen kräfte und Gaskräfte einer Brennkraftmaschine antreibbar sein. Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Versteileinrichtung wird durch Einwirken von Massen- und Gaslastkräften der Brennkraftmaschine initiiert, die bei einem Arbeitstakt der Brennkraftmaschine auf die Exzenter-Versteileinrichtung wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Versteileinrichtung wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehrere mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, in dem Schwenkmotor angeordnete Rotorflügel unterstützt, bzw. die Rotorflügel verhindern ein Rücksteilen der Exzenter- Versteileinrichtung aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Versteileinrichtung wirkenden Kräfte.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einem Pleuel vorgeschlagen. Der Pleuel kann wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein mit einem Schwenkmotor zum Antrieb der Exzenter-Versteileinrichtung, insbesondere des Führungsbolzens über einen Exzenter mit Hebeln. Damit lässt sich auf vorteilhafte Weise ein stabilerer und günstigerer Betrieb der Brennkraftmaschine erzielen. Insbesondere können Drehmoment- und Leistungsverlauf der Brennkraftmaschine sowie Verbrauch und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine günstig beeinflusst werden.

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.

Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Pleuel in Explosionsdarstellung;

Fig. 2 den Pleuel nach Fig. 1 in der Stellung für hohe Verdichtung (£ _high ) in

Seitenansicht mit eingezeichneter Schnittebene A-A;

Fig. 3 den Pleuel nach Fig. 2 in Draufsicht;

Fig. 4 den Pleuel nach Fig. 2 im Längsschnitt A-A in Fig. 2 mit eingezeichneter

Schnittebene B-B mit vergrößertem Ausschnitt Z;

Fig. 5 den Pleuel nach Fig. 2 im Längsschnitt B-B in Fig. 4 mit eingezeichneten Schnittebenen C-C und D-D mit vergrößertem Ausschnitt Y;

Fig. 6 den Pleuel nach Fig. 2 im Längsschnitt C-C in Fig. 5 mit vergrößertem

Ausschnitt X; den Pleuel nach Fig. 2 im Längsschnitt D-D in Fig. 5 mit vergrößertem Ausschnitt W; den Pleuel nach Fig. 2 in einem Teil eines weiteren Längsschnitts mit vergrößertem Ausschnitt V; den Pleuel nach Fig. 2 in einem Teil eines weiteren Längsschnitts mit vergrößertem Ausschnitt Q;

Fig. 10 der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt Z in Fig. 4; Fig. 1 1 der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt X in Fig. 6;

Fig. 12 der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt W in Fig. 7;

Fig. 13 das Umschaltventil in dem vergrößerten Ausschnitt Y in Fig. 5;

Fig. 14 das Umschaltventil und ein Rückschlagventil in dem vergrößerten

Ausschnitt V in Fig. 8;

Fig. 15 das Umschaltventil und das andere Rückschlagventil in dem vergrößerten Ausschnitt Q in Fig. 9;

Fig. 1 6 den Pleuel nach Fig. 1 in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) in

Seitenansicht mit eingezeichneter Schnittebene A-A;

Fig. 17 den Pleuel nach Fig. 16 in Draufsicht;

Fig. 18 den Pleuel nach Fig. 1 6 im Längsschnitt A-A in Fig. 16 mit eingezeichneter Schnittebene B-B mit vergrößertem Ausschnitt Z; den Pleuel nach Fig. 1 6 im Längsschnitt B-B in Fig. 18 mit eingezeichneten Schnittebenen C-C und D-D mit vergrößertem Ausschnitt Y; den Pleuel nach Fig. 1 6 im Längsschnitt C-C in Fig. 19 mit vergrößertem Ausschnitt X; den Pleuel nach Fig. 1 6 im Längsschnitt D-D in Fig. 19 mit vergrößertem Ausschnitt W; den Pleuel nach Fig. 16 in einem Teil eines weiteren Längsschnitts mit vergrößertem Ausschnitt V; den Pleuel nach Fig. 16 in einem Teil eines weiteren Längsschnitts mit vergrößertem Ausschnitt Q; der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt Z in Fig. 18; der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt X in Fig. 20;

Fig. 26 der Schwenkmotor in dem vergrößerten Ausschnitt W in Fig. 21 ;

Fig. 27 das Umschaltventil in dem vergrößerten Ausschnitt Y in Fig. 19;

Fig. 28 das Umschaltventil und ein Rückschlagventil in dem vergrößerten

Ausschnitt V in Fig. 22; und

Fig. 29 das Umschaltventil und das andere Rückschlagventil in dem vergrößerten Ausschnitt Q in Fig. 23. 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.

Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Pleuel 1 in Explosionsdarstellung, während in den Figuren 2 bis 9 verschiedene Längsschnitte des Pleuels 1 in der Stellung für hohe Verdichtung (£ _high ) dargestellt sind. Die Figuren 10 bis 12 zeigen entsprechende Längsschnitte des Schwenkmotors 1 1 in vergrößertem Ausschnitt, während in den Figuren 13 bis 15 entsprechende Längsschnitte des Umschaltventils 9 sowie der Rückschlagventile 18 in vergrößertem Ausschnitt dargestellt sind.

In den Figuren 1 6 bis 23 sind die entsprechenden Längsschnitte des Pleuels 1 in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) dargestellt. Die Figuren 24 bis 26 zeigen entsprechende Längsschnitte des Schwenkmotors 1 1 in vergrößertem Ausschnitt, während in den Figuren 27 bis 29 entsprechende Längsschnitte des Umschaltventils 9 sowie der Rückschlagventile 18 in vergrößertem Ausschnitt dargestellt sind.

Der Pleuel 1 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung umfasst einen Pleuelkörper 2 mit einem Pleuelauge 3 sowie einen Pleueldeckel 6. Eine Exzenter- Versteileinrichtung 4 zur Verstellung einer effektiven Pleuellänge 5 ist in dem Pleuelkörper 2 angeordnet und weist einen mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei Hebeln 7, 8 zusammenwirkenden Exzenter 10 auf. Ein Verstellweg der Exzenter-Versteileinrichtung 4 ist mittels eines Umschaltventils 9 verstellbar, wobei der Exzenter 10 um seine Rotationsachse schwenkbar ist und der wenigstens eine Hebel 7, 8 mit einem in dem Pleuelauge 3 angeordneten Führungsbolzen 21 verbunden ist.

Die Exzenter-Versteileinrichtung 4 weist einen Schwenkmotor 1 1 auf, welcher einen in einem Stator 12 gelagerten Rotor 13 aufweist, wobei zwischen wenigstens einem Rotorflügel 14 des Rotors 13 und wenigstens einem Statorflügel 15 des Stators 12 wenigstens eine erste Stützkammer 1 6 und wenigstens eine zweite Stützkammer 17 ausgebildet sind. Ein Volumen der ersten Stützkammer 1 6 und ein Volumen der zweiten Stützkammer 17 sind durch eine Verstellung von Rotor 13 gegen Stator 14 komplementär zueinander veränderbar.

Das Pleuelauge 3 des Pleuelkörpers 2 ist nicht zylindrisch, sondern nutförmig mit einem Bolzenführungsabschnitt 36 zwischen zwei Endabschnitten 38, 39 ausgebildet. Der Führungsbolzen 21 ist darin beweglich geführt vorgesehen. Der Bolzenführungsabschnitt 36 ist mit geraden Bolzenführungsflächen ausgebildet. Auf diese Weise kann der Führungsbolzen 21 in dem Pleuelauge 3 entlang des Bolzenführungsabschnitts 36 eine lineare Bewegung ausführen, wodurch eine Änderung der effektiven Pleuellänge 5 für eine Änderung der Verdichtung der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Die effektive Pleuellänge 5 stellt, wie in Figur 3 dargestellt, der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Pleuelauges 3 und dem Mittelpunkt des Hublagerauges 19 dar. Zwischen Pleuelauge 3 und Führungsbolzen 21 ist ein Spalt 34 zur Schmierung während der Bewegung des Führungsbolzens 21 in dem Bolzenführungsabschnitt 36 vorgesehen. Auf diese Weise kann der Führungsbolzen 21 vorteilhaft geschmiert werden, was den Abrieb bei der Bewegung reduziert und somit die Lebensdauer des Pleuels 1 erhöht.

Wie insbesondere in den Figuren 10 bis 12 in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ), sowie in den Figuren 24 bis 26 in der Stellung für hohe Verdichtung (£ _high ) zu erkennen ist, bildet der Stator 12 des Schwenkmotors 1 1 , mit zwei Statorflügeln 15 ausgebildet, in Kombination mit dem Rotor 13 mit zwei Rotorflügeln 14 vier Stützkammern 1 6, 17, die jeweils durch die Rotorflügel 14 und die Statorflügel 15 voneinander separiert sind. Der Schwenkmotor 1 1 kann auch dreiteilig mit einem zusätzlichen Statordeckel ausgeführt sein, der separat an den Pleuelkörper 2 geschweißt oder anderweitig gefügt ist. Die Rotorflügel 14 können auch an den Rotor 13 befestigbar - beispielsweise anschraubbar - ausgebildet sein.

Der Stator 12 wird mit dem Rotor 13 in den Pleuelkörper 2 eingesetzt und beispielsweise an der Stirnseite verschweißt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Statordeckel des Schwenkmotors Teil des Pleuelkörpers 2. Der Stator 12 weist auf seinem Außenumfang 54 wenigstens bereichsweise zwei radiale Umfangsnuten 22, 23 auf, die jeweils zwei Zulaufbohrungen 24, 25 zu den Stützkammern 1 6, 17 aufweisen und die Verbindung zwischen den Stützkammern 16, 17 und Zu- und Ableitungen 31 , 32 zur Hydraulikflüssigkeitsversorgung im Pleuelkörper 2 sicherstellen.

Der Schwenkmotor 1 1 kann, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, wenigstens zwei Rotorflügel 14 und zwei Statorflügel 15 aufweisen, welche jeweils durch einen gleichen Winkelabstand bezüglich einer Drehachse des Schwenkmotors 1 1 voneinander beabstandet sind. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schwenkmotor 1 1 jedoch auch drei Rotorflügel 14 und drei Statorflügel 15 oder alternativ nur einen Rotor- und einen Statorflügel 14, 15 aufweisen.

Der Rotor 13 ist drehbar in dem Stator 12 gelagert. Die Stützkammern 1 6, 17 sind über Dichtleisten 26, 27 gegeneinander und mit Dichtelementen 28, 29 in Form von Kolbenringen nach außen hin abgedichtet. Die erste und die zweite Stützkammer 1 6, 17 sind so durch die auf einer Lauffläche 44 des Rotors 1 3 und einer Lauffläche 46 des Stators 12 angeordnete Dichtleiste 26, 27 gegeneinander abgedichtet. Die erste und die zweite Stützkammer 1 6, 17 sind weiter durch das teilweise auf einem Außenumfang 50 des Rotors 13 und einem Innenumfang 52 des Stators 12 angeordnete Dichtelement 28, 29 gegen die Umgebung abgedichtet.

Die Einleitung des Drehmomentes auf den Schwenkmotor 1 1 erfolgt über einen Bolzen 30, der in einer exzentrischen Bohrung des Rotors 13 platziert ist. Der Exzenter 10 ist so in dem Rotor 13 des Schwenkmotors 1 1 angeordnet und durch den Rotor 13 betätigbar. Wie beispielsweise in den Figuren 3 und 9 zu erkennen, verbinden zwei Hebel 7, 8 den Bolzen 30 mit dem Führungsbolzen 21 , der wiederum in dem nutförmigen Pleuelauge 3 angeordnet ist. Der Führungsbolzen 21 nimmt in einer Bohrung einen Kolbenbolzen auf. Durch Einleiten eines Moments auf den Rotor 13, beispielsweise über äußere Massenkräfte, lässt sich so die effektive Pleuellänge 5 variieren. Der Bolzen 30 ist, wie in den Figuren 1 und insbesondere in den Figuren 10 bis 12 zu erkennen ist, als Bolzen mit einer Innenbohrung ausgebildet, um vorteilhaft Biegemomente aufzunehmen und Gewicht zu sparen. Alternativ kann der Bolzen 30 jedoch auch aus Vollmaterial ausgebildet sein.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Schwenkmotors 1 1 für die Exzenter- Versteileinrichtung 4 können sonst übliche Teleskopstangen im Pleuel entfallen, wodurch vorteilhaft das Gewicht des Pleuels reduziert werden kann, so dass die Massenverteilung im Pleuel in Richtung Hublagerauge 19 verlagert wird, wodurch weniger oszillierende Massen im Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine vorhanden sind. Dies wiederum wirkt sich auf den Komfort der Brennkraftmaschine positiv aus, da Vibrationen vermindert werden können bzw. nicht entstehen.

Die Pleuelfunktion basiert auf dem im Stand der Technik bekannten Prinzip eines Pleuels für variable Verdichtung und wird über Massenkräfte und Gaskräfte, Rückschlagventile 18 und dem mechanischen oder hydraulischen Umschaltventil 9 in zwei Positionen für hohe Verdichtung (Ehigh) und niedrige Verdichtung (£| _0W ) betrieben. Die Exzenter-Versteileinrichtung 4 wird dazu über die Massenkräfte und Gaskräfte der Brennkraftmaschine angetrieben. Über den Schwenkmotor 1 1 können die Stellungen des Pleuels für niedrige Verdichtung (£| _0W ) und hohe Verdichtung (£high) arretiert werden und so die effektive Pleuellänge 5 für diesen Betrieb der Brennkraftmaschine eingestellt bleiben.

Zum Antrieb des Schwenkmotors 1 1 ist in der Hydraulikflüssigkeitsleitung 31 zwischen der ersten Stützkammer 16 und einem Versorgungsanschluss wenigstens ein Rückschlagventil 18 und in der Hydraulikflüssigkeitsleitung 32 zwischen der zweiten Stützkammer 17 und dem Versorgungsanschluss wenigstens ein Rückschlagventil 18 vorgesehen. Die Rückschlagventile 18 sind ebenso wie das hier mechanisch ausgeführte Umschaltventil 9 in den Pleueldeckel 6 integriert, wie in den Figuren 4 und 18 zu erkennen ist.

Das große Pleuellager als Hublagerauge 19 weist vorzugsweise eine Nut 20 im unteren Teil für die Ölversorgung des Systems auf, wodurch sich Vorteile bezüglich der Lagerlast ergeben. Wie in Figur 1 zu erkennen, ist, ist dazu auf einem Umfang des wenigstens teilweise in dem Pleueldeckel 6 angeordneten Hublagerauges 19 wenigstens im Bereich des Pleueldeckels 6 die Nut 20 zur Versorgung des Umschaltventils 9 mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Versorgungsanschluss vorgesehen. Eine Nut zur Versorgung des Schenkmotors 1 1 mit Hydraulikflüssigkeit kann so entfallen, wodurch die Tragfähigkeit des Hublagerauges 19 günstig beeinflusst werden kann.

Wie insbesondere in den Figuren 4 und 18 zu erkennen ist, liegt in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) ein definierter Anschlag 42 zwischen Führungsbolzen 21 und Pleuelkörper 2 vor. Auch in der Stellung für hohe Verdichtung (Ehigh) wird ein definierter Anschlag 40 über den Kontakt zwischen Führungsbolzen 21 und Pleuelkörper 2 sichergestellt, wobei insbesondere der jeweilige Endabschnitt 38, 39 des Pleuelauges 3 den Anschlag 40, 42 bildet. Die Verwendung der definierten Anschläge 40, 42 verhindert ein ungewolltes Anschlagen der Rotorflügel 14 auf den Stator 12 und stellt dadurch einen Schutzmechanismus für das Schwenkmotorsystem 1 1 dar. Die Verwendung der definierten Anschläge 40, 42 ermöglicht zudem eine Entlastung des Verstellmechanismus 4 bei maximal auftretenden Belastungen, in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ) mit maximaler Gaskraft und in der Stellung für hohe Verdichtung (Ehigh) mit maximaler Massen kraft, und verhindert somit das Auftreten hoher Druckstöße in den Stützkammern 1 6, 17 , da die Kräfte durch den Pleuelkörper 2 abgefangen werden können.

In den Figuren 13 bis 15, bzw. 27 bis 29 sind Längsschnitte des Umschaltventils 9 sowie der Rückschlagventile 18 für die Stellungen hoher Verdichtung (£ _high ), bzw. niedriger Verdichtung (£| _0W ) in vergrößertem Ausschnitt dargestellt.

Das in Figur 13 dargestellte Umschaltventil 9 weist als Schaltelement einen Abgreifer 60 auf, welcher mittels eines im Pleueldeckel 6 angeordneten Rastelements 62 in zwei Rastpositionen 64 verrasten kann, um den Hydraulikfluss für die beiden Stellungen des Pleuels 1 zu steuern. Das Rastelement 62, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kugel, ist über ein Federelement 66, beispielsweise eine Druckfeder, vorgespannt. Die laterale Bewegung des Abgreifers 60 ist über ein in einer Aussparung 72 geführtes Positionierelement 68 begrenzt. Der Abgreifer 60 weist Durchflussbohrungen 70 auf, welche die Hydraulikflüssigkeitsleitungen 31 , 32 je nach Stellung des Abgreifers 60 einen Hydraulikflüssigkeitsstrom öffnen. In der Stellung für hohe Verdichtung (Emgh) ist, wie in Figur 15 gezeigt, beispielsweise die Hydraulikflüssigkeitsleitung 32 geöffnet, während in der Stellung für niedrige Verdichtung (£| _0W ), wie in Figur 28 gezeigt, die Hydraulikflüssigkeitsleitung 31 geöffnet ist. Die andere Hydraulikflüssigkeitsleitung 31 , 32 ist dann jeweils geschlossen.

In den Figuren 14 und 15, bzw. 28 und 29 sind auch die entsprechenden Rückschlagventile 18 in vergrößertem Ausschnitt dargestellt. In der Hydraulikflüssigkeitsleitung 31 ist zwischen der ersten Stützkammer 1 6 des Schwenkmotors 1 1 und dem Versorgungsanschluss ein Rückschlagventil 18 und in der Hydraulikflüssigkeitsleitung 32 zwischen der zweiten Stützkammer 17 des Schwenkmotors 1 1 und dem Versorgungsanschluss ein weiteres Rückschlagventil 18 vorgesehen. Das Rückschlagventil 18 umfasst jeweils einen Ventilkörper 80, in dem das Schließelement 82, in dem Ausführungsbeispiel eine Kugel, geführt ist. Das Schließelement 82 ist mit einem Federelement 84, beispielsweise einer Druckfeder, vorgespannt und in einen nicht dargestellten Ventilsitz gedrückt. Das Schließelement 82 verschließt eine Hydraulikflüssigkeitsleitung 56, bzw. 58, welche mit dem Versorgungsanschluss, bzw. der Nut 20 im Hublagerauge 19 in hydraulischer Verbindung steht. Auf diese Weise können die angeschlossenen Stützkammern 1 6, 17 des Schwenkmotors 1 1 günstig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden, wobei die Rückschlagventile 18 jeweils verhindern, dass die entsprechende Stützkammer 16, 17 beim Füllen durch Zurückfließen der Hydraulikflüssigkeit wenigstens teilweise entleert wird.