AT518647B1

AT518647B1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT518647B1
Application number: ATA50840/2016A
Authority: AT
Inventors: Ing Maier Gerhard
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2017-12-15
Also published as: AT518647A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis mit zumindest einem in einem Zylinder (1a) hin- und hergehenden Kolben (2) mit Verstellelementen (10), wobei zumindest ein erstes Verstellelement (10) als Hydraulikelement (11) ausgeführt ist, und durch die ein Kolbenboden (3) des Kolbens (2) relativ zu einem Kolbenbolzen (4) verschiebbar ist, wobei über den Kolbenbolzen (4) eine Pleuelstange (5) mit dem Kolben (2) schwenkbar verbunden ist, und der Kolbenbolzen (4) durch zumindest zwei Verstellelemente (10) normal zu einer Drehachse (4a) des Kolbenbolzens (4a) entlang einer gemeinsamen Hubachse (10a) verschiebbar ist, wobei die Verstellelemente (10) - vorzugsweise auf zwei gegenüberliegenden Kolbenbolzenhälften (6, 7), die durch eine Horizontalebene (δ) durch die Drehachse (4a) festgelegt sind - um den Kolbenbolzen (4) angeordnet sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die einfach fertigbar ist. Gelöst wird das erfindungsgemäß dadurch, dass das Hydraulikelement (11) dem Kolbenbolzen (4) zugewandt einen ersten Schalenteil (13) und vom Kolbenbolzen (4) abgewandt einen zweiten Schalenteil (14) aufweist, und dass zwischen den Schalenteilen (13, 14) ein Druckraum (15) angeordnet ist , wobei der erste Schalenteil (13) durch einen Druck in einem Hydraulikmedium im Druckraum (15) relativ zum zweiten Schalenteil (14) in eine Wirkrichtung verschiebbar ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis mit zumindest einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben mit Verstellelementen, wobei zumindest ein erstes Verstellelement als Hydraulikelement ausgeführt ist, und durch die ein Kolbenboden des Kolbens relativ zu einem Kolbenbolzen verschiebbar ist, wobei über den Kolbenbolzen eine Pleuelstange mit dem Kolben schwenkbar verbunden ist, und der Kolbenbolzen durch zumindest zwei Verstellelemente normal zu einer Drehachse des Kolbenbolzens entlang einer gemeinsamen Hubachse verschiebbar ist, wobei die Verstellelemente - vorzugsweise auf zwei gegenüberliegenden Kolbenbolzenhälften, die durch eine Horizontalebene durch die Drehachse festgelegt sind - um den Kolbenbolzen angeordnet sind.

[0002] Ein variables Verdichtungsverhältnis ergibt sich dabei durch die Variation des Volumens zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben im oberen Totpunkt und somit die Veränderung des Brennraumvolumens. Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis finden Anwendung um in Betriebsbereichen, die vom Optimum abweichen, näher an Grenzen wie die Klopfgrenze zu gelangen, zur Steigerung der Effizienz, bei wechselnden Lasten. Zur Realisierung des variablen Verdichtungsverhältnisses sind verschiedene Lösungen bekannt, beispielsweise das Anheben und Senken von Kolben oder Zylinderkopf, Ändern der Geometrie des Kolbens oder Variieren der Pleuellänge. Es gibt auch Lösungen, bei denen durch Verdrehung des Kolbenbolzens die Geometrie des Brennraumes verändert wird.

[0003] Aus der EP 1 503 060 A1 ist ein zweigeteilter Kolben bekannt, der zwei Hydraulikkammern zwischen einem äußeren Teil des Kolbens und einem inneren Teil des Kolbens aufweist. Um die axiale Verschiebung zwischen den zwei Teilen des Kolbens festzulegen ist ein Nockenmechanismus, der verdreht wird vorgesehen. Die Versorgung der Hydraulikkammern mit Öl zur Füllung erfolgt von einer Kurbelwelle her über die Pleuelstange und radiale Bohrungen in dem Kolbenbolzen.

[0004] Nachteilig ist dabei jedoch der Bedarf eines komplizierten Nockenmechanismus zur genauen Positionierung des Kolbenbodens relativ zum Kolbenbolzen und die dazu benötigte Verdrehung der Kolbenteile zueinander. Weiters ist die Vorsehung von zwei Kolbenteilen nachteilig.

[0005] Die JP S6435029 A zeigt eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei dieses durch Verschiebung des Kolbenbolzens relativ zu der Pleuelstange mithilfe von hydraulischen Verstellelementen realisiert wird. Dabei sind zwischen Kolbenbolzen und Hydraulikelement noch zusätzliche Schalenelemente vorgesehen. Weiters ist die Ausnehmung für die Hydraulikelemente nur sehr schwer zugänglich. Aufgrund der hohen erforderlichen Genauigkeit und den engen Fertigungstoleranzen um Druckverluste bei den Hydraulikelementen zu vermeiden führt eine schwere Zugänglichkeit der Umgebung der Hydraulikelemente zu einem stark erhöhten Fertigungsaufwand.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und eine Brennkraftmaschine anzugeben, die einfach aufgebaut ist und präzise Fertigung einer Einrichtung zur Ermöglichung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ermöglicht.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Hydraulikelement dem Kolbenbolzen zugewandt einen ersten Schalenteil und vom Kolbenbolzen abgewandt einen zweiten Schalenteil aufweist, und dass zwischen den Schalenteilen ein Druckraum angeordnet ist, wobei der erste Schalenteil durch einen Druck in einem Hydraulikmedium im Druckraum relativ zum zweiten Schalenteil in eine Wirkrichtung verschiebbar ist. Durch das Vorsehen von Schalenteilen für das zumindest erste Hydraulikelement kann die zylindrische Ausnehmung um den Kolbenbolzen für das Hydraulikelement mit der Bohrung für den Kolbenbolzen gefertigt werden. Der Fertigungsaufwand kann somit reduziert werden. Die Schalenteile können dann günstigerweise in einem Ring angeordnet sein, der einfach in den Kolben oder in die Pleuelstange mit den Hydraulikelementen eingebaut wird.

[0008] Dadurch wird außerdem eine besonders einfache Anpassung an eine runde Mantelfläche des Kolbens ermöglicht.

[0009] Die Horizontalebene ist dabei eine Normalebene auf eine Zylinderachse und geht durch die Drehachse des Kolbenbolzens.

[0010] Eine besonders vorteilhafte Ausführung entsteht, wenn die Verstellelemente in der Pleuelstange angeordnet sind. Dabei sind nur zwei Verstellelemente für eine genaue Verschiebung notwendig.

[0011] Günstigerweise sind zumindest je zwei Verstellelemente an je einem Ende des Kolbenbolzens in einem Kolbenkörper des Kolbens angeordnet. Dadurch ist die Führung des Kolbens besser gewährleistet. Ein Verkanten des Kolbens innerhalb der Laufbuchse beim Verändern des Verdichtungsverhältnisses kann verhindert werden.

[0012] Um eine Rückstellung selbstständig zu ermöglichen und trotzdem eine robuste und einfache Ausführung bereit zu stellen, ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein zweites Verstellelement als Federelement ausgeführt ist.

[0013] Ein Federelement ist zum Beispiel eine Feder oder ein anderes elastisches Element. Durch das Federelement wirkt eine Kraft entgegen der Verschieberichtung auf den Kolbenbolzen.

[0014] Um eine besonders schnelle reagierende Anordnung zur Verstellung zu erhalten ist eine Ausführung vorgesehen, bei der die Verstellelemente als Hydraulikelemente ausgeführt sind.

[0015] Um den Kontakt von den Hydraulikelementen mit der Mantelfläche des Kolbenbolzens und der Pleuelstange, oder dem Kolbenkörper immer zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn eine Ausführung vorgesehen ist, bei der im Druckraum eine Feder zwischen dem ersten Schalenteil und dem zweiten Schalenteil angeordnet ist, wobei der erste Schalenteil durch eine Kraft der Feder an eine Mantelfläche des Kolbenbolzens gedrückt ist.

[0016] Eine einfache Möglichkeit zur Versorgung der Druckräume des Hydraulikelementes besteht, wenn das Hydraulikelement über eine Leitung im ersten Schalenteil vom Kolbenbolzen aus mit Hydraulikmedium versorgbar ist und der Kolbenbolzen Hydraulikleitungen aufweist, die mit den Leitungen der Hydraulikelemente strömungsverbunden angeordnet sind, die den Druckraum mit einer Ringnut in einem Kolbenbolzenlager verbindet.

[0017] Zur besseren Regelung oder Steuerung der Verschiebung ist es günstig, wenn ein Hydraulikelement an der ersten Kolbenbolzenhälfte mit einer ersten Hydraulikleitung strömungsverbunden ist und/oder ein Hydraulikelement an der zweiten Kolbenbolzenhälfte mit einer zweiten Hydraulikleitung strömungsverbunden ist. Durch diese separaten Hydraulikleitungen kann die Zufuhr von Öl oder Hydraulikmedium in die einzelnen Hydraulikelemente an den einzelnen Kolbenbolzenhälften auch separat erfolgen.

[0018] Um den Druckaufbau schneller und einfacher zu gestalten ist es vorteilhaft, wenn in den Hydraulikleitungen je ein Rückschlagventil angeordnet ist, das in Richtung des Hydraulikelementes öffnend angeordnet ist.

[0019] Um einen Druckausgleich zwischen den einzelnen Hydraulikleitungen schneller und besser steuerbar zu machen ist eine Ausführung vorgesehen bei der die erste Hydraulikleitung und die zweite Hydraulikleitung mit einer Verbindungsleitung in der ein erstes Steuerventil angeordnet ist strömungsverbindbar sind. Dadurch kann eine Rückkehr in die neutrale Position leichter erreicht werden.

[0020] Zur einfacheren Absteuerung des Hydraulikmediums in den Kurbelraum ist eine Ausführung vorgesehen, bei der die Hydraulikleitungen mit zumindest einem zweiten Steuerventil verbunden sind, durch die die Hydraulikleitungen mit einem Kurbelraum strömungsverbindbar sind.

[0021] Unter Kurbelraum versteht sich hier der Raum um die Pleuelstange in der Brennkraftmaschine.

[0022] Eine kompakte Anordnung ergibt sich, wenn nur ein zweites Steuerventil vorgesehen ist, das eine erste Stellung aufweist, in der die erste Hydraulikleitung mit dem Kurbelraum strömungsverbunden ist und wenn das zweite Steuerventil eine zweite Stellung aufweist, in der die zweite Hydraulikleitung mit dem Kurbelraum strömungsverbunden ist und wenn das zweite Steuerventil eine dritte Stellung aufweist, in der die Hydraulikleitungen nicht mit dem Kurbelraum strömungsverbunden sind.

[0023] Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn zwei zweite Steuerventile vorgesehen sind, die jeweils eine Öffnungsstellung und eine Schließstellung aufweisen, und dass in der Öffnungsstellung die jeweilige Hydraulikleitung mit dem Kurbelraum strömungsverbunden ist und in der Schließstellung keine Strömungsverbindung zwischen Kurbelraum und Hydraulikleitung besteht.

[0024] Um die Sicherheit gegen Verkanten und die Führungsgenauigkeit des Kolbenbolzens noch weiter zu erhöhen und die Seitenkräfte besser aufnehmen zu können ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Bolzenführungsfläche parallel zu einer Ebene durch die Drehachse und die Hubachse in der Pleuelstange oder im Kolbenkörper dem Kolbenbolzen zugewandt angeordnet ist, vorzugsweise zwei an einem Ende des Kolbenbolzens von der Drehachse aus gegenüberliegende Bolzenführungsflächen vorgesehen sind.

[0025] Der gleiche Vorteil ergibt sich bei einer Ausführung bei der am Kolbenbolzen zumindest eine Führungsfläche vorgesehen ist, die der Bolzenführungsfläche geometrisch entspricht.

[0026] Wenn zumindest zwei Verstellelemente an je einer Kolbenbolzenhälfte radial um den Kolbenbolzen angeordnet sind und die ersten Schalenteile in eine radiale Wirkrichtung verschiebbar sind, ergibt sich eine Ausführung, bei der die Position genauer gesteuert werden kann, wenn die zwei Verstellelemente genau diametral um den Kolbenbolzen angeordnet sind.

[0027] Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht ausschließenden schematischen Figuren näher beschrieben. Es zeigen: [0028] Fig. 1 einen Kolben und einen Kolbenbolzen einer erfindungsgemäßen Brennkraftma schine in einer schematischen Schnittdarstellung gemäß der Linie l-l in Fig. 2; [0029] Fig. 2 den Kolben und den Kolbenbolzen in einer ersten Ausführung in einem Schnitt gemäß der Linie ll-ll in Fig. 1; [0030] Fig. 3 den Kolbenbolzen in einer ersten Ausführung in einer neutralen Position; [0031] Fig. 4 den Kolbenbolzen in der ersten Ausführung in einer ersten Position; [0032] Fig. 5 den Kolbenbolzen in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1; [0033] Fig. 6 einen Kolbenbolzen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführung; [0034] Fig. 7 einen Kolbenbolzen einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführung; [0035] Fig. 8 eine vierte Ausführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; [0036] Fig. 9 eine fünfte Ausführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und [0037] Fig. 10 den Kolbenbolzen in der ersten Ausführung in einer zweiten Position.

[0038] Funktionsgleiche Teile weisen nachfolgend gleiche Bezugszeichen auf.

[0039] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit zumindest einem Zylinder 1a gezeigt, in dem ein Kolben 2 entlang einer Zylinderachse 2a verschiebbar ist. Der Kolben 2 weist zu einem nicht gezeigten Brennraum einen Kolbenboden 3 auf und ist über einen Kolbenbolzen 4 mit einer Pleuelstange 5 schwenkbar verbunden, wobei der Kolbenboden 3 von der Pleuelstange 5 abgewandt am Kolben 2 angeordnet ist. Die Pleuelstange 5 ist um eine Drehachse 4a des Kolbenbolzens 4 schwenkbar.

[0040] Weiters weist der Kolbenbolzen 4 eine erste Kolbenbolzenhälfte 6 und eine zweite Kolbenbolzenhälfte 7 auf, die durch die Teilung des Kolbenbolzens 4 durch eine Horizontalebene δ definiert sind. Die Horizontalebene δ ist eine Normalebene auf die Zylinderachse 2a durch die Drehachse 4a. Die erste Kolbenbolzenhälfte 6 ist dem Kolbenboden 3 zugewandt und die zweite Kolbenbolzenhälfte 7 ist der Pleuelstange 5 zugewandt.

[0041] Der Bereich in dem der Kolbenbolzen 4 im Kolben 2 angeordnet ist, ist der Kolbenkörper 8. Rund um eine Mantelfläche 9 des im Wesentlichen zylindrischen Kolbenbolzens 4 sind in der ersten Ausführung Verstellelemente 10 angeordnet.

[0042] Die Drehachse 4a und die Zylinderachse 2a definieren eine Ebene ε, die in Fig. 1 in der Blattebene liegt. Die Brennkraftmaschine 1 weist in der ersten Ausführung je zwei Hydraulikelemente 11 auf je einer Seite von einer durch die Zylinderachse 2a verlaufende Normalebene auf die Ebene ε auf. Besagte Normalebene liegt in Fig. 2 in der Blattebene. In einer einfacheren Ausführung sind statt je zwei Hydraulikelementen 11, je ein Hydraulikelement 11 und ein Federelement 12 vorgesehen (ähnlich einer vierten Ausführung in Fig. 8).

[0043] Das Hydraulikelement 11 weist einen ersten Schalenteil 13 und einen zweiten Schalenteil 14 auf. Der erste Schalenteil 13 ist mit seiner schalenförmigen gerundeten Fläche dem Kolbenbolzen 4 zugewandt. Der erste Schalenteil 13 und der zweite Schalenteil 14 begrenzen einen Druckraum 15 in dem eine Feder 16 angeordnet ist. Diese Feder 16 sorgt für den Kontakt des ersten Schalenteiles 13 mit der Mantelfläche 9 des Kolbenbolzens 4.

[0044] Der Druckraum 15 des Hydraulikelementes 11 ist zur Füllung mit einem Hydraulikmedium, beispielsweise Öl mit einer Leitung 17 im ersten Schalenteil 13 verbunden. Eine Ringnut 18 ist für die Zufuhr des Hydraulikmediums in einem Kolbenbolzenlager 19 vorgesehen. Das Kolbenbolzenlager 19 ist dabei die zur Mantelfläche 9 des Kolbenbolzens 4 gewandte zylindrische Fläche in der Pleuelstange 5 und in dem Kolbenkörper 8.

[0045] Zur besseren Führung weist das Kolbenbolzenlager 19, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Bolzenführungsfläche 20 auf. Am Kolbenbolzen 4 können in einer dritten Ausführung, wie in Fig. 7, den Bolzenführungsflächen 20 zugewandt Führungsflächen 21 vorgesehen sein. Dabei sind die Bolzenführungsflächen 20 fest mit dem Kolben 2 verbunden und die Bolzenführungsflächen 20 gleiten bei einer Bewegung des Kolbenbolzens 4 die Führungsflächen 21 entlang. Dabei sind die Führungsflächen 21 abgeflachte Flächen an der Mantelfläche 9.

[0046] Im Kolbenbolzen 4 sind zur Verbindung der Leitung 17 zum Druckraum 15 mit der Ringnut 18 im Kolbenbolzenlager 19 Hydraulikleitungen 30 vorgesehen. Dabei ist eine erste Hydraulikleitung 31 der Hydraulikleitungen 30 mit den Hydraulikelementen 11 an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 verbunden. Eine zweite Hydraulikleitung 32 ist analog dazu mit den Hydraulikelementen 11, die an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 angeordnet sind, verbunden.

[0047] In den Hydraulikleitungen 30 ist jeweils von der Ringnut 18 her ein Rückschlagventil 33 angeordnet, das in Richtung der Hydraulikelemente 11 öffnet. Die erste Hydraulikleitung 31 ist mit der zweiten Hydraulikleitung 32 über eine Verbindungsleitung 34 über ein erstes Steuerventil 40 strömungsverbindbar.

[0048] Die erste Hydraulikleitung 31 und die zweite Hydraulikleitung 32 sind mit je einem zweiten Steuerventil 41 verbunden. Dieses kann eine Verbindung zum Kurbelraum 50 hersteilen. Das zweite Steuerventil 41 hat in der gezeigten Ausführung eine Öffnungsstellung 44 bei der die jeweilige Hydraulikleitung 30 mit dem Kurbelraum 50 verbunden ist und das Hydraulikmedium aus den Hydraulikleitungen 30 entweichen kann. In einer Schließstellung 45 des zweiten Steuerventils 41 ist die jeweilige Hydraulikleitung 30 zum Kurbelraum 50 hin verschlossen.

[0049] In der ersten Ausführung in Fig. 1 sind je zwei Hydraulikelemente 11 an einem ersten Ende 4b und an einem zweiten Ende 4c des Kolbenbolzens 4 angeordnet. Dabei ist je ein Hydraulikelement 11 an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 angeordnet und je ein Hydraulikelement 11 je Ende an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 angeordnet.

[0050] In Fig. 2 sind die Hydraulikelemente 11 an dem ersten Ende 4b gezeigt. Die zweiten

Schalenteile 14 der Hydraulikelemente 11 sind entlang einer gemeinsamen Hubachse 10a auslenkbar. Bei einer Auslenkung verschiebt sich die relative Position vom Kolben 2 zur Pleuelstange 5.

[0051] Der Kolbenbolzen 4 befindet sich in Fig. 1 links und in Fig. 2 in einer neutralen Position 51. Dazu stellt das erste Steuerventil 40 eine Strömungsverbindung in der Verbindungsleitung 34 her. Die zweiten Steuerventile 41 befinden sich beide in ihrer Schließstellung 45. Das Öl, beziehungsweise das Hydraulikmedium strömt über die Ringnut 18 aus einem Ölkanal 5a in der Pleuelstange 5 über die Rückschlagventile 34 in die erste Hydraulikleitung 31 und in die zweite Hydraulikleitung 32. Dadurch werden alle Hydraulikelemente 11 laufend von einer nicht gezeigten Kurbelwelle über die Pleuelstange 5 mit Hydraulikmedium versorgt und es herrscht in allen Druckräumen 15 gleicher Druck. Dadurch stellt sich die neutrale Position 51 ein, in der alle zweiten Schalenteile 14 in radialer Richtung von der Drehachse 4a des Kolbenbolzens 4 aus eine gleiche Verschiebung a einnehmen. Die Verschiebung a liegt dabei um Null.

[0052] In Fig. 1 ist das erste Steuerventil 40 so eingestellt, dass die Verbindungsleitung 34 unterbrochen ist. Das zweite Steuerventil 41, das zur Versorgung der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 dient, ist verschlossen und das andere zweite Steuerventil 41, das zur Versorgung der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 dient, ist geöffnet. Dadurch füllt sich die erste Hydraulikleitung 31 und die Druckräume 15 an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 und die zweite Hydraulikleitung 32 und die Druckräume 15 an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 werden ständig in den Kurbelraum 50 entleert.

[0053] Der Kolbenbolzen 4 wird von dem Kolbenboden 3 weggedrückt. In der Fig. 2 ist links die Endposition des Kolbenbolzens 4 in der ersten Position 51 gezeigt. Der Brennraum ist im Vergleich zu der neutralen Position 52 kleiner und der Kolbenboden 3 ist um einen Abstand b von seiner vorherigen Position entfernt. Die zweiten Schalenteile 14 sind in radialer Richtung von der Drehachse 4a des Kolbenbolzens 4a an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 um eine positive Verschiebung a verschoben.

[0054] Wenn sich das zweite Steuerventil 41 zur zweiten Hydraulikleitung 32 in der Schließstellung 45 befindet und das zweite Steuerventil 41 zur ersten Hydraulikleitung 31 in der Öffnungsstellung 44 befindet, während das erste Steuerventil 40 wieder geschlossen ist, wird der Kolbenbolzen 4 in eine zweite Position 53 verschoben (Fig. 10). Dabei ist der Kolbenboden 3 wieder um einen Abstand b von der in der neutralen Position 52 entfernt. Die zweiten Schalenteile 14 an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 weisen in radialer Richtung eine negative Verschiebung a auf und die zweiten Schalenteile 14 an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 weisen eine positive Verschiebung a auf. Der Brennraum wird so im Vergleich zur neutralen Position 51 größer.

[0055] In Fig. 6 ist eine zweite Ausführung gezeigt, in der an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 an dem ersten Ende 4b und an dem zweiten Ende 4c des Kolbenbolzens 4 je fünf Verstellelemente 10, beziehungsweise fünf Hydraulikelemente 11 radial um die Mantelfläche 9 angeordnet sind. Um die Mantelfläche 9 an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 sind diametral zu der Drehachse 4a des Kolbenbolzens 4 ebenfalls je fünf Hydraulikelemente 11 angeordnet. Bei einer Füllung der einzelnen Druckräume 15 verschieben sich hier die zweiten Schalenteile 14 jeweils in einer radialen Wirkrichtung 10b um die Stellungen analog zu der ersten Ausführung zu realisieren. Durch die Federn 16 in den Druckräumen 15 werden die ersten Schalenteilen 13 an die Mantelfläche 9 gedrückt.

[0056] In Fig. 7 ist eine dritte Ausführung gezeigt, in der je drei Verstellelemente 10 pro Ende 4b, 4c nur in die Richtung der Hubachse 10a verschiebbar sind.

[0057] In einer vierten Ausführung in Fig. 8, sind die Verstellelemente 10 in der Pleuelstange 5 angeordnet. Das Verstellelement 10 ist an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 als Federelement 12 ausgeführt. Die dritte und vierte Ausführung sind in ihrer Funktionsweise analog zu den vorherigen Ausführungen ausgeführt. In der vierten Ausführung sind die erste Hydraulikleitung 31 und die zweite Hydraulikleitung 32 mit einem zweiten Steuerventil 41 verbunden. Das zweite Steuerventil 41 weist dabei eine erste Stellung 42, eine zweite Stellung 43 und eine dritte Stellung 46 auf. In der ersten Stellung 42 ist die erste Hydraulikleitung 31 zum Kurbelraum 50 geöffnet und somit strömungsverbunden und die zweite Hydraulikleitung 32 ist verschlossen. Somit befindet sich dann der Kolbenbolzen 4 in seiner ersten Position 52. In der dritten Stellung 46 sind die erste Hydraulikleitung 31 und die zweite Hydraulikleitung 32 verschlossen und somit nicht mit dem Kurbelraum 50 verbunden. Der Kolbenbolzen 4 und der Kolben 2 nehmen somit ihre neutrale Position 51 ein. In der zweiten Stellung 43 ist die zweite Hydraulikleitung 32 mit dem Kurbelraum 50 strömungsverbunden und die erste Hydraulikleitung 31 ist verschlossen. Dadurch stellt sich der Kolben 2 in seine zweite Position 53.

[0058] In der vierten Ausführung ist das zweite Steuerventil 41 zwischen drei Stellungen verschiebbar. In der Fig. 8 ist es in eine erste Stellung 42 verschoben. Dabei ist das Hydraulikelement 11 an der ersten Kolbenbolzenhälfte 6 nicht mit dem Kurbelraum 50 strömungsverbunden. Das Hydraulikelement 11 an der zweiten Kolbenbolzenhälfte 7 ist mit dem Kurbelraum 50 strömungsverbunden. Dadurch wird die Pleuelstange 5 durch die Verstellelemente 10 von dem Kolbenboden 3 weggeschoben, beziehungsweise der Kolbenboden 3 von der Pleuelstange 5 wegbewegt in die erste Position 52.

[0059] In der zweiten Stellung 43 ist die erste Hydraulikleitung 31 mit dem Kurbelraum 50 strömungsverbunden und die zweite Hydraulikleitung 32 ist nicht mit dem Kurbelraum 50 verbunden. Dabei nimmt der Kolbenbolzen 4 die zweite Position 53 ein.

[0060] In der dritten Stellung 46 sind beide Hydraulikleitungen 31, 32 verschlossen und der Kolbenbolzen 4 wird in die neutrale Position 51 verschoben.

[0061] In Fig. 9 ist eine fünfte Ausführung gezeigt, bei der ein Verstellelement 10 als Federelement 12 und eines als Hydraulikelement 11 ausgeführt ist. Dabei erfolgt die Verschiebung in die eine Richtung durch die Befüllung des Hydraulikelementes 11 und die Rückstellung durch die Entleerung des Druckraumes 15 und die Wirkung des Federelementes 12.

Claims

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis mit zumindest einem in einem Zylinder (1a) hin- und hergehenden Kolben (2) mit Verstellelementen (10), wobei zumindest ein erstes Verstellelement (10) als Hydraulikelement (11) ausgeführt ist, und durch die ein Kolbenboden (3) des Kolbens (2) relativ zu einem Kolbenbolzen (4) verschiebbar ist, wobei über den Kolbenbolzen (4) eine Pleuelstange (5) mit dem Kolben (2) schwenkbar verbunden ist, und der Kolbenbolzen (4) durch zumindest zwei Verstellelemente (10) normal zu einer Drehachse (4a) des Kolbenbolzens (4a) entlang einer gemeinsamen Hubachse (10a) verschiebbar ist, wobei die Verstellelemente (10) - vorzugsweise auf zwei gegenüberliegenden Kolbenbolzenhälften (6, 7), die durch eine Horizontalebene (δ) durch die Drehachse (4a) festgelegt sind - um den Kolbenbolzen (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikelement (11) dem Kolbenbolzen (4) zugewandt einen ersten Schalenteil (13) und vom Kolbenbolzen (4) abgewandt einen zweiten Schalenteil (14) aufweist, und dass zwischen den Schalenteilen (13, 14) ein Druckraum (15) angeordnet ist, wobei der erste Schalenteil (13) durch einen Druck in einem Hydraulikmedium im Druckraum (15) relativ zum zweiten Schalenteil (14) in eine Wirkrichtung verschiebbar ist.
2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellelemente (10) in der Pleuelstange (5) angeordnet sind.
3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest je zwei Verstellelemente (10) an je einem Ende (4b, 4c) des Kolbenbolzens (4) in einem Kolbenkörper (8) des Kolbens (2) angeordnet sind.
4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Verstellelement (10) als Federelement (12) ausgeführt ist.
5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellelemente (10) als Hydraulikelemente (11) ausgeführt sind.
6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Druckraum (15) eine Feder (16) zwischen dem ersten Schalenteil (13) und dem zweiten Schalenteil (14) angeordnet ist, wobei der erste Schalenteil (13) durch eine Kraft der Feder (16) an eine Mantelfläche (9) des Kolbenbolzens (4) gedrückt ist.
7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikelement (11) über eine Leitung (17) im ersten Schalenteil (13) vom Kolbenbolzen (4) aus mit Hydraulikmedium versorgbar ist.
8. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen (4) Hydraulikleitungen (30) aufweist, die mit den Leitungen (17) der Hydraulikelemente (11) strömungsverbunden angeordnet sind, die den Druckraum (15) mit einer Ringnut (18) in einem Kolbenbolzenlager (19) verbindet.
9. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikelement (11) an der ersten Kolbenbolzenhälfte (6) mit einer ersten Hydraulikleitung (31) strömungsverbunden ist und/oder ein Hydraulikelement (11) an der zweiten Kolbenbolzenhälfte (7) mit einer zweiten Hydraulikleitung (32) strömungsverbunden ist.
10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hydraulikleitungen (30) je ein Rückschlagventil (33) angeordnet ist, das in Richtung des Hydraulikelementes (11) öffnend angeordnet ist.
11. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydraulikleitung (31) und die zweite Hydraulikleitung (32) mit einer Verbindungsleitung (34) in der ein erstes Steuerventil (40) angeordnet ist strömungsverbindbar sind.
12. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitungen (30) mit zumindest einem zweiten Steuerventil (41) verbunden sind, durch die die Hydraulikleitungen (30) mit einem Kurbelraum (50) strömungsverbindbar sind.
13. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Steuerventil (41) vorgesehen ist, das eine erste Stellung (42) aufweist, in der die erste Hydraulikleitung (31) mit dem Kurbelraum (50) strömungsverbunden ist und dass das zweite Steuerventil (41) eine zweite Stellung (43) aufweist, in der die zweite Hydraulikleitung (32) mit dem Kurbelraum (50) strömungsverbunden ist und dass das zweite Steuerventil (41) eine dritte Stellung (46) aufweist, in der die Hydraulikleitungen (30) nicht mit dem Kurbelraum (50) strömungsverbunden sind.
14. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei zweite Steuerventile (41) vorgesehen sind, die jeweils eine Öffnungsstellung (44) und eine Schließstellung (45) aufweisen, und dass in der Öffnungsstellung (44) die jeweilige Hydraulikleitung (31, 32) mit dem Kurbelraum (50) strömungsverbunden ist und in der Schließstellung (45) keine Strömungsverbindung zwischen Kurbelraum (50) und Hydraulikleitung (30) besteht.
15. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bolzenführungsfläche (20) parallel zu einer Ebene (ε) durch die Drehachse (4a) und die Hubachse (10a) in der Pleuelstange (5) oder im Kolbenkörper (8) dem Kolbenbolzen (4) zugewandt angeordnet ist, vorzugsweise zwei an einem Ende (4b, 4c) des Kolbenbolzens (4) von der Drehachse (4a) aus gegenüberliegende Bolzenführungsflächen (20) vorgesehen sind.
16. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Kolbenbolzen (4) zumindest eine Führungsfläche (21) vorgesehen ist, die der Bolzenführungsfläche (20) geometrisch entspricht.
17. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Verstellelemente (10) an je einer Kolbenbolzenhälfte (6, 7) radial um den Kolbenbolzen (4) angeordnet sind und die ersten Schalenteile (13) in eine radiale Wirkrichtung (10b) verschiebbar sind.