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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis.
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1 zeigt eine aus der
DE 10 2010 016 037 A1 bekannte Pleuelstange 10 eines Verbrennungsmotors mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis. So verfügt die Pleuelstange 10 über ein Hublagerauge 11 und ein Pleuellagerauge 12, wobei das Hublagerauge 11 der Anbindung der Pleuelstange 10 an eine in
1 nicht gezeigte Kurbelwelle, nämlich an einen Pleuelzapfen der Kurbelwelle, und das Pleuellagerauge 12 der Anbindung der Pleuelstange 10 an einen in
1 nicht gezeigten Zylinderkolben des Verbrennungsmotors dient. Der Pleuelstange 10 ist eine Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zugeordnet, die einen in
1 nicht gezeigten Exzenter, einen Exzenterhebel 14 und Exzenterstangen 15, 16 aufweist. Der Exzenter weist eine exzentrisch zu einem Mittelpunkt 17 einer Pleuellagerauge-Bohrung angeordnete Bohrung mit einem Mittelpunkt 18 auf, wobei die Bohrung im Exzenter einen Zylinderkolbenbolzen aufnimmt. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 dient der Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge l
eff, wobei als Pleuelstangenlänge der Abstand des Mittelpunkts 18 der Bohrung im Exzenter zu einem Mittelpunkt 19 des Hublagerauges 11 zu verstehen ist. Zur Verdrehung des Exzenterkörpers 14 und damit zur Veränderung der effektiven Pleuelstangenlänge l
eff sind die Exzenterstangen 15, 16 verlagerbar. Jeder Exzenterstange 15, 16 ist ein Kolben 20, 21 zugeordnet, der in einer Hydraulikkammer 22, 23 der Pleuelstange 10 verschiebbar geführt ist. In den Hydraulikkammern 22, 23 herrscht ein Hydraulikdruck, der auf die den Exzenterstangen 15, 16 zugeordneten Kolben 20, 21 einwirkt, wobei abhängig von der Ölmenge in den Hydraulikkammern die Verlagerung der Exzenterstangen 15, 16 möglich ist oder nicht möglich ist.
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Die Verstellung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirken. Während eines Arbeitstakts verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirkenden Kräfte ständig. Die Verstellbewegung wird durch die mit Hydrauliköl beaufschlagten Kolben 20, 21, die auf die Exzenterstangen 15, 16 einwirken, unterstützt, wobei die Kolben 20, 21 ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 wirkenden Kräfte verhindern. Die Exzenterstangen 15, 16, die mit den Kolben 20, 21 zusammenwirken, sind beidseitig an den Exzenterkörper 14 angebunden. Die Hydraulikkammern 22 und 23, in welchen die Kolben 20, 21 geführt sind, sind über Vorlaufleitungen 24 und 25 von dem Hublagerauge 11 aus mit Hydrauliköl beaufschlagbar. Rückschlagventile 26 und 27 verhindern ein Rückfließen des Hydrauliköls aus den Hydraulikkammern 23 und 24 zurück in die Vorlaufleitungen 24 und 25. In einer Bohrung 28 der Pleuelstange 10 ist ein Umschaltventil 29 aufgenommen, wobei die Schaltstellung des Umschaltventils 29 bestimmt, welche der Hydraulikkammern 22 und 23 mit Hydrauliköl befüllt und welche der Hydraulikkammern 22 und 23 entleert wird, wobei hiervon die Verstellrichtung bzw. Verdrehrichtung der Exzenter-Verstelleinrichtung 13 abhängt. Die Hydraulikkammern 22 und 23 stehen dabei über Rücklaufleitungen 30 bzw. 31 mit der Bohrung 28 in Kontakt, welche das Umschaltventil 29 aufnimmt. Vom Umschaltventil 29 sind in
1 ein Betätigungsmittel 32, eine Federeinrichtung 33 und ein Steuerkolben 34 schematisiert gezeigt, wobei die Funktion dieser Bauelemente des Umschaltventils 29 bereits aus der
DE 10 2010 016 037 A1 bekannt ist.
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Aus der
DE 10 2013 111 617 A1 ist ein weiteres Umschaltventil einer Pleuelstange eines Verbrennungsmotors mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis bekannt.
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Wie oben ausgeführt, wird das Hydrauliköl, welches auf die in den Hydraulikkammern 22, 23 geführten Kolben 20, 21 einwirkt, den Hydraulikkammern 22, 23 ausgehend vom Hublagerauge 11 über die Vorlaufleitungen 24 und 25 zugeführt. Die Pleuelstange 10 greift derart mit dem Hublagerauge 11 an der in 1 nicht gezeigten Kurbelwelle an, dass zwischen der Kurbelwelle, nämlich dem Pleuelzapfen derselben, und dem Hublagerauge eine Pleuellagerschale 35 angeordnet ist. Mit jeder Hydraulikkammer 22, 23 wirkt ein Rückschlagventil 26, 27 zusammen. Diese Rückschlagventile 26, 27 sind in entsprechenden Ausnehmungen 36, 37 der Pleuelstange 10 aufgenommen. Die Hydraulikkammern 22 und 23 stehen über die Rücklaufleitungen 30 bzw. 31 mit der Bohrung 28 in Kontakt, welche das Umschaltventil 29 aufnimmt. Über eine weitere Rücklaufleitung (in 1 nicht gezeigt) ist das Hydrauliköl ausgehend vom Umschaltventil 29 bzw. der das Umschaltventil 29 aufnehmenden Bohrung 28 in Richtung auf einen Hydraulikölsammelraum der Pleuelstange 10 bzw. einen hierzu benachbarten Durchbruch der Pleuellagerschale 35 der Pleuelstange 10 ableitbar.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotor 38 im Bereich von zwei Zylindern 39 bzw. 40, die in unterschiedlichen Zylinderbänken 41 bzw. 42 positioniert sind. Von jedem Zylinder 39, 40 ist ein Kolben 43 gezeigt, wobei jeder Kolben 43 über jeweils eine Pleuelstange 10 mit einer in 2 gezeigten Kurbelwelle 44 gekoppelt ist, nämlich mit Pleuelzapfen 45, 46 der Kurbelwelle 44, an welchen die Pleuelstangen über ihr Hublagerauge 11 angreifen. Die Pleuelzapfen 45, 46 werden auch als Kurbelwellenlagerzapfen für die Pleuelstangen 10 bezeichnet.
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Obwohl die in 2 gezeigten Pleuelstangen 10 sich insbesondere hinsichtlich der Ausführung der Umschaltventile 29, der Ausführung der Vorlaufleitungen 24, 25, sowie der Ausführung der Rücklaufleitungen 30, 31 voneinander unterscheiden, entspricht das Funktionsprinzip der Pleuelstangen 10 der 2 dem Funktionsprinzip der Pleuelstange 10 der 1, sodass für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. 2 zeigt insbesondere den Verlauf der Vorlaufleitungen 24, 25, über welche die Hydraulikkammern 23, 23 mit Hydrauliköl versorgt werden können, sowie den Verlauf der Rücklaufleitungen 30, 31, über die ausgehend von den Hydraulikkammern 23, 23 Öl in Richtung auf die Umschaltventile 29, nämlich die die Umschaltventile 29 aufnehmenden Bohrungen 28 gefördert werden kann, sowie weitere Rücklaufleitungen 47, über die das Rücklauföl ausgehend vom jeweiligen Umschaltventil 29 in Richtung auf den Durchbruch der Pleuellagerschale 35 der Pleuelstange 10 ableitbar ist.
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2 kann die Relativlage einer Mündungsstelle 48 der sich ausgehend vom jeweiligen Umschaltventil 29 in Richtung auf den jeweiligen Hydraulikölsammelraum erstreckenden Rücklaufleitungen 47 entnommen werden, wobei 2 entnommen werden kann, dass bezogen auf sich durch das Hublagerauge 11 und das Pleuellagerauge 12 erstreckende Längsachsen L der Pleuelstangen 10 die Mündungsstellen 48 der Rücklaufleitungen 47 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, nämlich für die in 2 gezeigte rechte Pleuelstange 10 in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. des jeweiligen Pleuelzapfens gesehen nach der jeweiligen Längsachse L und für die in 2 gezeigte linke Pleuelstange 10 in Drehrichtung der Kurbelwelle 10 bzw. des jeweiligen Lagerzapfens gesehen vor der jeweiligen Längsachse L. Die Drehrichtung der Kurbelwelle 44 ist in 2 durch den Pfeil I visualisiert, die Drehrichtungen der Pleuelzapfen 45, 46 sind durch Pfeile II gezeigt.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotoren mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis gemäß 2 hat sich herausgestellt, dass die Pleuellagerung der Pleuelstangen 10 an den Pleuelzapfen 45, 46 keine ausreichende Stabilität aufweist. Es besteht daher Bedarf an einem Verbrennungsmotor mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, dessen Pleuellagerung eine erhöhte Stabilität aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor mit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß sind im Bereich aller Zylinderbänke des Verbrennungsmotors die in den Bereich des jeweiligen Durchbruchs der Pleuellagerschalen der Pleuelstangen mündenden Rücklaufleitungen der Pleuelstangen aller Zylinder derart in die jeweilige Pleuelstange eingebracht, dass die Mündungsstellen dieser Rücklaufleitungen aller Zylinder in Drehrichtung des Pleuelzapfens gesehen entweder alle vor oder die Mündungsstellen dieser Rücklaufleitungen aller Zylinder in Drehrichtung des Pleuelzapfens gesehen alle nach einer sich durch das Hublagerauge und das Pleuellagerauge erstreckenden Längsachse der jeweiligen Pleuelstange liegen.
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Beim erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor kann der Vorteil erzielt werden, dass das über die Rücklaufleitungen in Richtung auf den Durchbruch der Pleuelstange zurücklaufende Öl bei Mikrobewegungen der Hydraulikkolben oder bei dem Schalten der Exzenter-Verstelleinrichtung so eingeleitet wird, dass der hydrodynamische Druckaufbau im Bereich aller Zylinder aller Zylinderbänke gleichsinnig erfolgt. Hierdurch kann die Stabilität der Pleuellagerung erhöht werden.
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Vorzugsweise sind im Bereich aller Zylinder des Verbrennungsmotors die in den Bereich der jeweiligen Durchbrüche der Pleuelstangen mündenden Rücklaufleitungen der Pleuelstangen derart in die jeweilige Pleuelstange eingebracht, dass alle Mündungsstellen dieser Rücklaufleitungen in Drehrichtung des Pleuelzapfens gesehen alle nach einer sich durch das Hublagerauge und das Pleuellagerauge erstreckenden Längsachse der jeweiligen Pleuelstange liegen. Hierdurch kann im Bereich jeder Pleuelstange der hydrodynamische Druckaufbau gefördert bzw. unterstützt werden. Im Bereich aller Pleuelstangen wird über die Rücklaufleitungen in einen Sammelraum der Pleuelstange 10, der im Bereich des Durchbruchs der Pleuellagerschale an der Pleuelstange ausgebildet ist, eintretendes Rücklauföl in Richtung auf den jeweiligen Pleueldeckel der jeweiligen Pleuelstange gefördert und begünstigt so den Schmierfilmaufbau im Bereich der jeweiligen Pleuellagerung.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Pleuelstange eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotors;
- 2 ein Detail eines aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotors im Bereich von zwei Zylindern; und
- 3 ein Detail eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors im Bereich von zwei Zylinders.
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Ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor 49 (siehe 3) mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis weist mehrere Zylinder 39, 40 auf, die mehrere Zylinderbänke 41, 42 des Verbrennungsmotors 49 bilden.
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Jeder Zylinder 39, 40 des Verbrennungsmotors 49 mit einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis verfügt über einen Kolben 43, der über eine Pleuelstange 10 an die Kurbelwelle 44 des Verbrennungsmotors 49 gekoppelt ist.
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Jede Pleuelstange 10 verfügt an einem Ende über ein Pleuellagerauge 12 und an einem gegenüberliegenden Ende über ein Hublagerauge 11.
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Die jeweilige Pleuelstange 10 greift mit ihrem Hublagerauge 11 an einem Pleuelzapfen 45, 46 der Kurbelwelle 44 und mit ihrem Pleuellagerauge 12 an einem Zylinderkolben 43 des Verbrennungsmotors 49 an. Zwischen dem jeweiligen Pleuelzapfen 45, 46 der Kurbelwelle 44 und dem Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10 ist eine Pleuellagerschale 35 angeordnet.
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Der Verbrennungsmotor 49 mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis weist im Bereich jedes Pleuels 10 eine Exzenter-Verstelleinrichtung 13 zur Verstellung der effektiven Pleuelstangenlänge der jeweiligen Pleuelstange 10 auf.
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Die Exzenter-Verstelleinrichtung 13 der jeweiligen Pleuelstange 10 weist einen Exzenter (in 3 nicht gezeigt), einen Exzenterhebel 14 (in 3 nicht gezeigt) und Exzenterstangen 15, 16 auf, die abhängig von einem in mit dem den Exzenterstangen zusammenwirkenden Hydraulikkammern 22, 23 herrschenden Hydraulikdruck zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses verlagerbar sind.
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Die mit den Exzenterstangen 15, 16 zusammenwirkenden Hydraulikkammern 22, 23 sind ausgehend vom Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10 mit Hydrauliköl versorgbar, nämlich über Vorlaufleitungen 24, 25.
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In einer Bohrung 28 der Pleuelstange 10 ist ein Umschaltventil 29 aufgenommen. Die Schaltstellung des Umschaltventils 29 bestimmt, welche der Hydraulikkammern 22, 23 mit Hydrauliköl befüllt wird und welche der Hydraulikkammern 22, 23 entleert wird.
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Die Hydraulikkammern 22, 23 sind über Rücklaufleitungen 30, 31, 47 abhängig von der Schaltstellung des Umschaltventils 29 in Richtung auf das Hublagerauge 11 entleerbar.
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Die Rücklaufleitungen 30, 31 einer jeden Pleuelstange 10 erstrecken sich ausgehend von den Hydraulikkammern 22, 23 der jeweiligen Pleuelstange 10 in Richtung auf das Umschaltventil 29 der jeweiligen Pleuelstange 10.
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Die Rücklaufleitung 47 einer jeden Pleuelstange 10 erstreckt sich ausgehend von dem Umschaltventil 29 der jeweiligen Pleuelstange 10 in Richtung auf das Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10, nämlich vorzugsweise in Richtung auf einen am Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10 ausgebildeten, sich benachbart zur Pleuellagerschale 35 erstreckenden, vorzugsweise als Nut ausgebildete Hydraulikölsammelraum der jeweiligen Pleuelstange 10. Der Hydraulikölsammelraum kann auch als Bohrung ausgeführt sein. Nachfolgend wird auf einen als Nut ausgebildeten Hydraulikölsammelraum Bezug genommen. Der vorzugsweise als Nut ausgebildete Hydraulikölsammelraum kommuniziert mit einem Durchbruch in der Pleuellagerschale 35.
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Mit jeder Hydraulikkammer 22, 23 jeder Pleuelstange 10 wirkt jeweils ein Rückschlagventil 26, 27 zusammen. Die Rückschlagventile 26, 27 sind in entsprechenden Ausnehmungen 36, 37 der jeweiligen Pleuelstange 10 aufgenommen, wobei die Rückschlagventile 26, 27 das Befüllen der Hydraulikkammern 22, 23 der jeweiligen Pleuelstange 10 ausgehend vom Hublagerauge 11 über die Vorlaufleitungen 24, 25 zulassen, jedoch ein Rückfließen von Hydrauliköl über die Vorlaufleitungen 24, 25 aus den Hydraulikkammern 22, 23 in Richtung auf das Hublagerauge 11 der jeweiligen Pleuelstange 10 verhindern.
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Beim erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor der 3 ist im Bereich jeder Zylinderbank 41, 42 an jedem Zylinder 39, 40 der jeweiligen Zylinderbank 41, 42 die in die Nut und damit die im Bereich des Durchbruchs der Pleuellagerschale 35 mündende Rücklaufleitung 47 derart in die jeweilige Pleuelstange 10 des jeweiligen Zylinders 39, 40 eingebracht, dass im Bereich aller Zylinder 39, 40 aller Zylinderbänke 41, 42 die Mündungsstellen 48 der Rücklaufleitungen 47, die sich ausgehend vom jeweiligen Umschlagventil 29 in Richtung auf das jeweilige Hublagerauge 11 erstrecken, im Bereich des jeweiligen Hublagerauges 11 in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. in Drehrichtung der Pleuelzapfen 45, 46 gesehen entweder alle vor oder alle nach der sich durch das Hublagerauge 11 und das Pleuellagerauge 12 erstreckenden Längsachse L der jeweiligen Pleuelstange 10 liegen.
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Dann, wenn eine jeweilige Mündungsstelle 48 einer in die Nut bzw. im Bereich des Durchbruchs der Pleuellagerschale 35 mündenden Rücklaufleitung 47 in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. in Drehrichtung der Pleuelzapfen 45, 46 gesehen vor der sich durch das Hublagerauge 11 und das Pleuellagerauge 12 erstreckenden Längsachse L liegt, soll dies bedeuten, dass eine durch die Drehung der Kurbelwelle 44 bzw. der Lagerzapfen 45, 46 initiierte Förderrichtung von über die jeweilige Mündungsstelle 48 in die jeweilige Nut eintretendem Rücklauföl von einem Hublagerdeckel 50 der jeweiligen Pleuelstange 10 weg gerichtet ist. Dann, wenn eine jeweilige Mündungsstelle 48 einer in die Nut bzw. im Bereich des Durchbruchs der Pleuellagerschale 35 mündenden Rücklaufleitung 47 in Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. in Drehrichtung der Pleuelzapfen 45, 46 gesehen nach der sich durch das Hublagerauge 11 und das Pleuellagerauge 12 erstreckenden Längsachse L liegt, soll dies bedeuten, dass eine durch die Drehung der Kurbelwelle 44 bzw. der Lagerzapfen 45, 46 initiierte Förderrichtung von über die jeweilige Mündungsstelle 48 in die jeweilige Nut eintretendem Rücklauföl zu dem Hublagerdeckel 50 der jeweiligen Pleuelstange 10 hin gerichtet ist.
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Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen diese Mündungsstellen 48 alle in Drehrichtung II der Pleuelzapfen 45, 46 gesehen nach der sich durch das Hublagerauge 11 und das Pleuellagerauge 12 erstreckenden Längsachse L der jeweiligen Pleuelstange, sodass Rücklauföl, welches über die jeweilige Mündungsstelle 48 in die jeweilige Nut im Bereich des Hublagerauges 11 eintritt, durch eine über die Drehung der Kurbelwelle 44 bzw. die Drehung der Pleuelzapfen 45, 46 initiierte Förderrichtung des Rücklauföls in Richtung auf den Hublagerdeckel 50 der jeweiligen Pleuelstange 10 gerichtet ist, um so den Schmierfilmaufbau im Bereich der Pleuellagerung der jeweiligen Pleuelstange 10 am jeweiligen Pleuelzapfen 45, 46 zu unterstützen. Der jeweilige Pleueldeckel 50 der jeweiligen Pleuelstange 10 ist über Schrauben 51 mit einem Hublageroberteil 52 der jeweiligen Pleuelstange 10 verbunden, wobei die Nut, in welche die jeweilige Rücklaufleitung 47 mit ihrer Mündungsstelle 48 im Bereich des Durchbruchs der Lagerschale mündet, im Bereich des jeweiligen Hublageroberteils 52 ausgebildet ist.
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Einem Vergleich der 2 und 3 kann entnommen werden, dass für die in 3 auf der rechten Seite gezeigte Pleuelstange 10 hinsichtlich ihrer Ausgestaltung der Rücklaufleitungen 30, 31 und 47 der auf der rechten Seite der 2 gezeigten Pleuelstange 10 entspricht. Die in 3 auf der linken Seite gezeigte Pleuelstange 10 unterscheidet sich jedoch hinsichtlich der Ausprägung der Rücklaufleitungen 30, 31 und 47 von den Rücklaufleitungen 30, 31 und 47 der in 2 auf der linken Seite gezeigten Pleuelstange 10, und zwar, wie bereits ausgeführt, derart, dass auch im Bereich der in 3 auf der linken Seite gezeigten Pleuelstange 10 die Mündungsstelle 48 der jeweiligen Rücklaufleitung 47 in Drehrichtung der Kurbelwelle gesehen bzw. in Drehrichtung des jeweiligen Pleuelzapfens gesehen, nach der jeweiligen Längsachse L der Pleuelstange 10 liegt.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 erstreckt sich für die auf der linken Seite gezeigten Pleuelstange 10 die Rücklaufleitung 47, die sich ausgehend von dem Umschaltventil 29 in Richtung auf das Hublagerauge 11 erstreckt, zunächst in Richtung auf die Vorlaufleitung 24, um so über die Vorlaufleitung 24 in die Nut im Bereich des Hublagerauges 11 im Bereich des Durchbruchs der Lagerschale 35 zu münden.