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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des geometrischen Ver- dichtungsverhältnisses bei einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Brenn- kraftmaschine, mit einer über einen exzentrischen Lagerring an einem Kurbel- zapfen einer Kurbelwelle gelagerten Pleuelstange pro Zylinder, wobei der Lager- ring relativ zur Pleuelstange zwischen zumindest einer ersten Stellung für mini- males Verdichtungsverhältnis und zumindest einer zweiten Stellung für maxima- les Verdichtungsverhältnis verdrehbar ist, mit einer Fixiereinrichtung, um den Lagerring in der ersten und/oder in der zweiten Stellung zu fixieren, wobei die Fixiereinrichtung zumindest einen durch eine Feder in Richtung einer Verriege- lungsstellung belasteten Riegelteil aufweist,
welcher in der mit der ersten und/oder zweiten Stellung des Lagerringes korrespondierenden Verriegelungs- stellung in eine Rastöffnung des Lagerringes eingreift, wobei der Riegelteil über eine Entriegelungseinrichtung aus der Rastöffnung bringbar ist, und wobei der Lagerring bei entriegeltem Riegelteil durch eine Verdreheinrichtung von zumin- dest der einen in die andere Stellung verdrehbar ist.
Aus der DE 197 03 948 Cl ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Verdichtung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der die Pleuelstange über eine exzentrische Hülse an der Kurbel einer Kurbelwelle gelagert ist. Die exzentrische Hülse weist zwei Verriegelungsausnehmungen auf. Am Pleuel ist ein Verriege- lungsglied angebracht, welches bei Bewegung in einer Richtung in die eine Ver- riegelungsausnehmung der Hülse und bei Bewegung in einer anderen Richtung in die andere Verriegelungsausnehmung der Hülse eingreift, wobei die eine verrie- gelte Drehstellung der Hülse der maximalen und die andere verriegelte Dreh- stellung der minimalen wirksamen Pleuellänge entspricht. Die Entriegelung des Verriegelungsgliedes erfolgt über einen im Pleuel gelagerten Hebel oder Schie- ber.
Die Verdrehung der Hülse erfolgt selbsttätig durch die auf sie von der Dre- hung der Kurbelwelle beziehungsweise der Pleuelbewegung her einwirkenden Kräfte. Zusätzlich ist eine Verdreheinrichtung mit einer Zahnradpumpe vorgese- hen, die von dem an das Kurbelzapfenlager zugeführten Öl angetrieben wird und über ein gleichachsig mit einem Zahnrad der Zahnradpumpe angebrachtes Zahnrad mit einer Aussenverzahnung eines der Randflansche kämmt. Diese be- kannte Vorrichtung ist allerdings relativ aufwendig. Die im Versorgungskanal zum Kolbenbolzenlager angeordnete Zahnradpumpe kann sich nachteilig auf die Öl- versorgung des Kolbenbolzenlagers auswirken. Ausserdem ist die sichere Funktion der Verdreheinrichtung für die Hülse nicht gewährleistet.
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Aufgabe der Erfindung ist, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Veränderung der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine zu schaffen, die bei ein- fachem Aufbau ein hohes Mass an Funktionssicherheit aufweist.
Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass die Verdreheinrichtung einen form- und/oder kraftschlüssig mit dem Lagerring verbindbaren Verdrehteil aufweist, wobei vorzugsweise der Verdrehteil mit zumindest einem Randflansch verbindbar ist, und wobei besonders vorzugsweise der Verdrehteil auf eine äussere Umfangs- fläche des Randflansches einwirkt. Vorteilhafterweise ist der Verdrehteil durch zumindest eine relativ zur Kurbelwelle bewegbare Rampe gebildet. Der Rand- flansch des Lagerringes wälzt dabei beim Verdrehvorgang mit einer äusseren Umfangsfläche an dem durch die Rampe gebildeten Verdrehteil ab.
Vorteilhaft- erweise ist vorgesehen, dass der vom Lagerring abgewälzte Bereich des Ver- drehteils eines Länge aufweist, welche mindestens dem halben Umfang des Wälzbereiches des Lagerringes, vorzugsweise dem halben Umfang der Umfangs- fläche des Randflansches entspricht.
Die Verdrehung des Lagerringes erfolgt durch die Relativdrehung der Kurbelwelle bezüglich des Verdrehteiles. Der Lagerring wird während des Verdrehvorganges durch den Verdrehteil praktisch angehalten, so dass der Lagerring um 180 um die Kurbelachse gedreht wird.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entriegelungsein- richtung einen während des Entriegelungsvorganges im Wesentlichen quer direkt auf den Riegelteil entgegen der Feder einwirkenden Entriegelungsteil aufweist.
Um eine einfache Entriegelung des Riegelteils zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Riegelteil zumindest auf der dem Entriegelungsteil zugewandten Seite eine Abflachung im Kontaktbereich mit dem Entriegelungsteil aufweist. Auch der
Entriegelungsteil ist vorteilhafterweise durch zumindest eine relativ zur Kurbel- welle verschiebbare Rampe gebildet. Besonders günstig ist es, wenn zumindest eine Rampe sowohl Verdrehteil als auch Entriegelungsteil ist.
Um eine hohe Flexibilität bei der Verstellung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn für jede Stellung des Lagerringes eine eigene Rampe vorgesehen ist, wobei vor- zugsweise die Rampen unabhängig voneinander betätigbar sind. Alternativ dazu ist in einer besonders einfachen Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Ram- pen miteinander fest verbunden und gemeinsam betätigbar sind.
Um eine hohe Funktionssicherheit zu gewährleisten ist es wesentlich, dass der
Verdrehteil und/oder der Entriegelungsteil bezüglich der Kurbelwelle verdrehfest mit dem Gehäuse der Hubkolbenmaschine verbunden ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verdrehteil und/oder der Entriegelungsteil im Wesentlichen kreisbogenförmig ausgebildet ist, wobei besonders vorzugsweise der Radius des Kreisbogens mindestens dem äusseren Umlaufradius der äusseren Umfangsfläche des Randflansches um die Kurbelwellenachse entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rampe ein im Wesentlichen U-, T- oder L-förmiges Profil aufweist. Eine sehr ein- fache Bauweise ergibt sich, wenn die Verdreheinrichtung vorzugsweise über ei- nen etwa parallel zum Randflansch angeordneten Profilschenkel auf den Rand- flansch einwirkt.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verdrehteil und/oder der Entriegelungsteil über eine pneumatisch, elektromotorisch oder hydraulisch be- tätigbare Verstelleinrichtung radial oder tangential zur Kurbelwelle bewegbar ist.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Hubkolbenmaschine mit der erfindungsgemässen Vorrich- tung im Schnitt, Fig. 2 und 3 die erfindungsgemässe Vorrichtung in einer ersten Ausführungsvariante in der ersten Stellung für minimales Verdichtungsverhältnis, Fig. 4 diese Vorrichtung im Schnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 2 und 3, Fig. 5 diese Vorrichtung in einem entriegelten Zustand, Fig. 6 diese Vorrichtung im Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 diese Vorrichtung in einer Zwi- schenstellung, Fig. 8 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie VIII- VIII in Fig. 7, Fig. 9 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie IX-IX in Fig. 7, Fig. 10 und 11 diese Vorrichtung während des Einrastens in die zweite Stellung für maximales Verdichtungsverhältnis, Fig. 12 diese Vorrichtung in ei- nem Schnitt gemäss der Linie XII-XII in Fig.
10 und 11, Fig., 13 und 14 diese Vorrichtung in der zweiten Stellung für maximales Verdichtungsverhältnis, Fig. 15 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie XV-XV in Fig. 13 und 14, Fig. 16 diese Vorrichtung in einem entriegelten Zustand, Fig. 17 diese Vorrichtung im Schnitt gemäss der Linie XVII-XVII in Fig. 16, Fig. 18 diese Vor- richtung in einer Zwischenstellung, Fig. 19 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie XIX-XIX in Fig. 18, Fig. 20 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie XX-XX in Fig. 18, Fig. 21 und 22 diese Vorrichtung während des
Einrastens in eine zweite Stellung, Fig. 23 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie XXIII-XXIII in Fig. 21 und 22, Fig. 23a eine Detailansicht dazu,
Fig. 24 und 25 die erfindungsgemässe Vorrichtung in einer zweiten Ausführungs- variante in einem entriegelten Zustand, Fig.
26 diese Vorrichtung in einem
Schnitt gemäss der Linie XXVI-XXVI in Fig. 24 und 25, Fig. 27 und 28 diese Vor- richtung in einer Zwischenstellung und Fig. 29 diese Vorrichtung in einem Schnitt gemäss der Linie XXIX-XXIX in Fig. 28.
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Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszei- chen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Hubkolbenmaschine 1 mit einem in einem Zylinder 2 hin und her gehenden Kolben 3. Die Hubkolbenmaschine 1 kann beispielsweise eine Brenn- kraftmaschine sein. Mit Bezugszeichen 4 ist ein Gehäuse der Hubkolbenmaschine bezeichnet. Am Zylinder-Kurbelgehäuse 4 ist eine Ölwanne 6 angeflanscht. Der Kolben 3 ist über eine Pleuelstange 7 mit einer Kurbelwelle 8 verbunden. Über eine Vorrichtung 5 zur Veränderung des geometrischen Verdichtungsverhältnis kann die wirksame Länge der Pleuelstange 7 variiert werden. Die Pleuelstange 7 ist dabei über einen exzentrischen Lagerring 9 an einem Kurbelzapfen 10 der Kurbelwelle 8 gelagert.
Der Lagerring 9 kann dabei relativ zur Pleuelstange 7 zwischen einer ersten Stellung A für minimales Verdichtungsverhältnis ¼min und einer zweiten Stellung B für maximales Verdichtungsverhältnis ¼max verdreht werden, wie im Folgenden noch eingehend erläutert wird. Der Lagerring 9 weist eine exzentrische Hülse 11 mit einem ersten und einem zweiten Rand- flansch 12,13 auf. Der Lagerring 9 ist an sich frei im grossen Pleuelauge 14 der Pleuelstange 7 verdrehbar. Durch die Verdrehung des exzentrischen Lagerrin- ges 9 wird der Hub des Kolbens 3 und damit das geometrische Verdichtungsver- hältnis s der Hubkolbenmaschine 1 verändert.
Um den exzentrischen Lagerring 9 in der ersten beziehungsweise zweiten Stel- lung A, B zu fixieren, ist eine Fixiereinrichtung 15 vorgesehen. Die Fixiereinrich- tung 15 besteht aus einem durch eine Feder 16 in Richtung der Verriegelungs- stellung belasteten Riegelteil 17. Der Riegelteil 17 weist einen ersten Bolzen 18 und einen zweiten Bolzen 19 auf, wobei die Feder 16 sich an beiden Bol- zen 18, 19 abstützt und diese voneinander wegdrückt. In der ersten Stellung A des Lagerringes 9 greift der Riegelteil 17 mit dem ersten Bolzen 18 in eine am ersten Randflansch 12 des Lagerringes 9 angeordnete erste Öffnung 20 ein und hält somit den Lagerring 9 in dieser Stellung fest.
Diametral zur ersten Rastöff- nung bezüglich der Achse 14a des grossen Pleuelauges 14 gegenüberliegend weist auch der zweite Randflansch 13 eine zweite Rastöffnung 21 auf, in welche der Riegelteil 17 mit dem zweiten Bolzen 19 in der zweiten Stellung B des Lager- ringes 9 eingreift. Der Riegelteil 17 selbst ist in einer etwa parallel zur Achse 14a des grossen Pleuelauges 14 angeordneten Bohrung 22 axial verschiebbar.
Um die Verriegelung des Lagerringes 9 durch die Fixiereinrichtung 15 zu lösen, ist eine Entriegelungseinrichtung 23 vorgesehen, welche den Riegelteil 17 aus der ersten beziehungsweise zweiten Rastöffnung 20, 21 verschiebt.
Die Entriegelungseinrichtung 23 besteht aus einer ersten und einer zweiten
Rampe 24, 25, welche Rampen 24, 25 quer zum Riegelteil 17 verschiebbar sind
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und auf eine erste Abflachung 26 beziehungsweise zweite Abflachung 27 des ersten Bolzen 18 beziehungsweise zweiten Bolzen 19 einwirken. Die Ram- pen 24, 25 sind bezüglich der Kurbelwelle 8 drehfest mit dem Gehäuse 4 ver- bunden und können durch elektromotorisch, hydraulisch oder pneumatisch be- triebene Verstelleinrichtungen 29, 30 radial bezüglich der Kurbelwelle 8 verscho- ben werden. Zur Ansteuerung der Stellzylinder 29, 30 ist eine Stelleinheit 31 vorgesehen, die wiederum von einem Steuergerät 32 angesteuert wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Die Rampen 24, 25 können entweder miteinander starr verbunden oder unab- hängig voneinander betätigt werden.
Die Rampen 24, 25 weisen vorteilhafterweise eine L-, T- oder U-förmige Gestalt auf, wobei der auf die Bolzen 18, 19 wirkende erste beziehungsweise zweite Ent- riegelungsschenkel 33, 34 im Wesentlichen normal zur Achse 17a des Riegeltei- les 17 ausgebildet ist.
Um eine kontrollierte Verdrehung des exzentrischen Lagerringes 9 zu erreichen, ist bei den in den Fig. dargestellten Ausführungsvarianten eine Verdreheinrich- tung 35 vorgesehen, welche zumindest einen form- oder kraftschlüssig mit dem Lagerring 9 verbindbaren Verdrehteil aufweist. Bei der in den Fig. 2 bis 23a ge- zeigten Vorrichtung 5 wird die Verdreheinrichtung 35 durch die Entriegelungsein- richtung 23 gebildet, wobei die Rampen 24, 25 sowohl Verdrehteile als auch Ent- riegelungsteile darstellen. Während der Verdrehung wir die erste Rampe 24 be- ziehungsweise die zweite Rampe 25 gegen den ersten Randflansch 12 bezie- hungsweise dem zweiten Randflansch 13 gepresst, wodurch ein Kraftschluss zwi- schen der Rampe 24,25 und dem jeweiligen Randflansch 12, 13 entsteht.
Wäh- rend der Umlaufbewegung des Kurbelzapfens 10 durch die Drehung der Kurbel- welle 8 rollt der erste Randflansch 12 beziehungsweise der zweite Rand- flansch 13 an der ersten Rampe 24 beziehungsweise der zweiten Rampe 25 ab, so dass der Lagerring 9 relativ zum grossen Pleuelauge 14 entgegen der durch den Pfeil 36 angedeuteten Umlaufbewegung der Kurbel 10 entsprechend dem Pfeil 37 verdreht wird. Um eine zwangsläufige Verdrehung des Lagerringes 9 zwi- schen den beiden Stellungen A, B relativ zum grossen Pleuelauge 14 um 180 zu erreichen, muss die Länge der ersten Rampe 24 beziehungsweise der zweiten
Rampe 25 mindestens dem halben Umfang der äusseren Umfangsfläche 12a, 13a des ersten Randflansches 12 beziehungsweise des zweiten Randflansches 13 ent- sprechen.
Die als Kreisbogen geformte erste Rampe 24 beziehungsweise zweite
Rampe 25 weist im Kontaktbereich mit dem ersten Randflansch 12 beziehungs- weise dem zweiten Randflansch 13 einen Radius r1 auf, welcher mindestens dem äusseren Umlaufradius rz des ersten Randflansches 12 beziehungsweise des zweiten Randflansches 13 um die Achse 8a der Kurbelwelle 8 entspricht.
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Einzelne Phasen der Umschaltung von der ersten in die zweite Stellung und um- gekehrt sind in den Fig. 2 bis 23a für eine Ausführungsvariante der Vorrichtung 5 dargestellt.
In den Fig. 2 bis 4 befindet sich der Lagerring 9 in der ersten Stellung A für mi- nimales geometrisches Verdichtungsverhältnis ¼min, wobei sich die erste Rampe 24 und die zweite Rampe 25 in einer Ruhestellung befindet. Der erste Bolzen 18 des Riegelteiles 17 ist in der ersten Rastöffnung 20 des ersten Rand- flansches 12 eingerastet, wodurch die Stellung des exzentrischen Lagerringes 9 zur Stellung der Pleuelstange 7 gesichert ist. Die Hubkolbenmaschine kann in der ersten Stellung A stabil betrieben werden. In Fig. 2 und 4 sind verschiedene Po- sitionen der Pleuelstange 7 angedeutet.
Zu Beginn des Schaltvorganges von der ersten Stellung A für minimales geomet- risches Verdichtungsverhältnis ¼min in die zweite Stellung B für maximales geo- metrisches Verdichtungsverhältnis ¼max wird die erste Rampe 24 quer gegen den Riegelteil 17 geschoben, wobei der Rand 24a der ersten Rampe 24 an der ersten Abflachung 26 des ersten Bolzens 18 aufliegt und den ersten Bolzen 18 entgegen der Kraft der Feder 16 verschiebt und aus der ersten Rastöffnung 20 des Rand- flansches 12 drückt, wodurch der Lagerring 9 relativ zur Pleuelstange 7 freigege- ben wird, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
Die erste Rampe 24 wird nach dem Entriegelungsvorgang weiter in radialer Richtung entsprechend dem Pfeil 38 bewegt, bis der Rand 24a der ersten Rampe 24 an der äusseren Umfangsfläche 12a des Randflansches 12 anliegt.
Durch den vollständig zusammengedrückten Riegelteil 17 kann sich der Lager- ring 9 durch Abwälzen des Randflansches 12 an der Rampe 24 verdrehen, wie in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist. Die zweite Rampe 25 kann dabei in der Ruhestellung verbleiben. Während der zwangsläufigen Drehbewegung des Lagerringes 9 liegt die erste Rampe 24 am Randflansch 12 mit einer vorbestimmten Kraft an. Dieser
Kraftschluss zwischen der ersten Rampe 24 und dem exzentrischen Lagerring 9 führt zur Abrollbewegung des Lagerringes 9 auf der ersten Rampe 24.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen das Ende des Schaltvorganges von der ersten in die zweite Stellung A, B. Der Schaltvorgang ist beendet, sobald die zweite Rastöff- nung 21 dem Bereich des Riegelteiles 17 erreicht und der zweite Bolzen 19 in die zweite Rastöffnung 21 durch die Kraft der Feder 16 in die zweite Rastöffnung 21 einrastet. Der exzentrische Lagerring 9 ist somit in der zweiten Stellung B für maximales Verdichtungsverhältnis ¼max gesichert. Die erste Rampe 24 wird wie- der in die Ruhestellung bewegt, so dass die Hubkolbenmaschine stabil in der zweiten Stellung B betrieben werden kann, wie in den Fig. 13 bis 15 dargestellt
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ist. In den Fig. 13 und 14 sind verschiedene Positionen der Pleuelstange 7 ange- deutet.
Die Fig. 16 und 17 zeigen den Beginn des Umschaltvorganges von der zweiten in die erste Stellung B, A. Die zweite Rampe 25 wird gegen die zweite Abfla- chung 27 des zweiten Bolzens 19 gedrückt, wodurch dieser entgegen der Kraft der Feder 16 verschoben und die zweite Rastöffnung 21 freigegeben wird. Da- durch wird der Lagerring 9 relativ zur Pleuelstange 7 entsichert. Die zweite Rampe 25 wird radial in Richtung des Lagerringes 9 bewegt, bis der Rand 25a der zweiten Rampe 25 an der äusseren Umfangsfläche 13a des Randflansches 13 anliegt. Durch den vollständig zusammengedrückten Riegelteil 17 (siehe Fig. 19) kann sich der exzentrische Lagerring 9 verdrehen, was eine Veränderung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses ¼ zur Folge hat. Wie in Fig. 18 und 20 angedeutet ist, liegt die zweite Rampe 25 mit einer vorbestimmte Kraft am zweiten Randflansch 13 an.
Dieser Kraftschluss zwischen der zweiten Rampe 25 und dem zweiten Randflansch 13 führt zu einer Abrollbewegung des Lagerrin- ges 9 auf der zweiten Rampe 25. Die Verdrehrichtung des Lagerringes 9 ist mit dem Pfeil 37 angedeutet.
Die Fig. 21 bis 23 zeigen das Ende des Schaltvorganges in die erste Stellung A.
Nachdem der Lagerring 9 um 180 gegenüber dem grossen Pleuelauge 14 ver- dreht wurde, rastet der zweite Bolzen 19 in die zweite Rastöffnung 21 des zwei- ten Randflansches 13 ein, wodurch der exzentrische Lagerring 9 wieder relativ zur Pleuelstange 7 gesichert ist. Die Hubkolbenmaschine 1 kann nun wieder in der ersten Stellung A mit dem minimalen Verdichtungsverhältnis ¼mm betrieben werden.
Die Fig. 24 bis 29 zeigen eine alternative Ausführungsvariante einer Vorrich- tung 5 zur Veränderung des geometrischen Verdichtungsverhältnisses ¼ Dabei wird der exzentrische Lagerring 9 zumindest während eines Schaltvorganges nur durch die Relativbewegung des Kurbelzapfens 8 zum Lagerring 9 verdreht.
Zweckmässigerweise wird das Umschalten zwischen erster Stellung A für mini- males Verdichtungsverhältnis ¼min in die zweite Stellung B für maximales Ver- dichtungsverhältnis ¼max in der beschriebenen Weise durch Zwangsverdrehung mittels der ersten Rampe 24 durchgeführt. Die Verdrehung des Lagerringes 9 von der zweiten Stellung B für maximales Verdichtungsverhältnis ¼max in die erste Stellung A für minimales Verdichtungsverhältnis ¼mm kann dagegen selbsttätig durch die Ölfilmreibung zwischen Kurbelzapfen 10 und Lagerring 9 erfolgen. Die zweite Rampe 25 hat somit nur mehr die Funktion einer Entriegelungseinrich- tung 23, nicht aber die Funktion einer Verdreheinrichtung 35. Dadurch kann die zweite Rampe 25 wesentlich kleiner beziehungsweise kürzer ausgeführt werden, als die erste Rampe 24.
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Die Fig. 24 bis 26 zeigen den Beginn des Schaltvorganges von der zweiten Stei- lung B für maximales Verdichtungsverhältnis ¼max in die erste Stellung A für mi- nimales Verdichtungsverhältnis ¼mm. Die zweite Rampe 25 drückt dabei gegen die zweite Abflachung 27 des zweiten Bolzens 19 und verschiebt diesen entgegen der Kraft der Feder 16, bis die zweite Rastöffnung 21 des zweiten Randflan- sches 13 freigegeben und der Lagerring 9 entsichert ist. Wie in den Fig. 27 bis 29 gezeigt ist, kann sich der exzentrische Lagerring 9 durch den vollständig zusam- mengedrückten Riegelteil 17 durch die Ölfilmreibung zwischen Kurbelzapfen 10 und Lagerring 9 selbständig verdrehen.
Die durch den Pfeil 37 angedeutete selb- ständige Verdrehung des Lagerringes 9 verläuft in entgegengesetzter Richtung zum im Fig. 18 gezeigten Schaltvorgang zwischen zweiter und erster Stel- lung B, A der ersten Ausführungsvariante.
Die beschriebene Vorrichtung 5 ermöglicht in beiden Ausführungsvarianten auf sehr einfache Weise eine funktionssichere Veränderung des geometrischen Ver- dichtungsverhältnisses s bei einer Hubkolbenmaschine 1.
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The invention relates to a device for changing the geometric compression ratio in a reciprocating piston machine, in particular an internal combustion engine, with a connecting rod per cylinder mounted on an eccentric bearing ring on a crank pin of a crankshaft, the bearing ring relative to the connecting rod between at least a first position for minimum compression ratio and at least a second position for maximum compression ratio can be rotated with a fixing device in order to fix the bearing ring in the first and / or in the second position, the fixing device in at least one by a spring Has a bolt part loaded in the direction of a locking position,
which engages in a locking opening of the bearing ring in the locking position corresponding to the first and / or second position of the bearing ring, the locking part being able to be brought out of the locking opening by means of an unlocking device, and the bearing ring when the locking part is unlocked by at least one twisting device one can be turned into the other position.
DE 197 03 948 Cl discloses a device for changing the compression of a reciprocating piston internal combustion engine, in which the connecting rod is mounted on the crank of a crankshaft via an eccentric sleeve. The eccentric sleeve has two locking recesses. A connecting element is attached to the connecting rod, which engages in one locking recess of the sleeve when moving in one direction and in the other locking recess of the sleeve when moving in another direction, the one locked rotational position of the sleeve of the maximum and the other locked rotary position corresponds to the minimum effective connecting rod length. The locking member is unlocked using a lever or slide mounted in the connecting rod.
The sleeve is rotated automatically by the forces acting on it from the rotation of the crankshaft or the connecting rod movement. In addition, a rotating device with a gear pump is provided, which is driven by the oil supplied to the crank pin bearing and meshes with an external toothing of one of the edge flanges via a gear wheel mounted coaxially with a gear wheel of the gear pump. However, this known device is relatively complex. The gear pump arranged in the supply channel to the piston pin bearing can have a disadvantageous effect on the oil supply to the piston pin bearing. In addition, the safe functioning of the rotating device for the sleeve is not guaranteed.
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The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a device for changing the compression of a reciprocating piston machine which, with a simple structure, has a high degree of functional reliability.
According to the invention, it is provided that the twisting device has a twisting part which can be connected to the bearing ring in a form-fitting and / or non-positive manner, the twisting part preferably being connectable to at least one edge flange, and particularly preferably the twisting part acting on an outer peripheral surface of the edge flange. The rotating part is advantageously formed by at least one ramp that can be moved relative to the crankshaft. The edge flange of the bearing ring rolls in the twisting process with an outer circumferential surface on the twisting part formed by the ramp.
It is advantageously provided that the region of the twisting part that is rolled off the bearing ring has a length that corresponds to at least half the circumference of the rolling region of the bearing ring, preferably half the circumference of the circumferential surface of the edge flange.
The bearing ring is rotated by the relative rotation of the crankshaft with respect to the rotating part. The bearing ring is practically stopped by the rotating part during the turning process, so that the bearing ring is turned 180 around the crank axis.
In a further embodiment of the invention it is provided that the unlocking device has an unlocking part which acts essentially transversely directly against the spring against the spring during the unlocking process.
In order to enable a simple unlocking of the locking part, it is favorable if the locking part has a flattened area in the contact area with the unlocking part, at least on the side facing the unlocking part. Also the
Unlocking part is advantageously formed by at least one ramp that can be displaced relative to the crankshaft. It is particularly favorable if at least one ramp is both a twisting part and an unlocking part.
In order to achieve a high degree of flexibility in the adjustment, it is advantageous if a separate ramp is provided for each position of the bearing ring, the ramps preferably being operable independently of one another. As an alternative to this, a particularly simple embodiment variant provides that the ramps are firmly connected to one another and can be actuated together.
In order to ensure a high level of functional reliability, it is essential that the
The rotating part and / or the unlocking part is connected to the housing of the reciprocating piston machine in a manner fixed against relative rotation relative to the crankshaft.
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It is preferably provided that the twisting part and / or the unlocking part is designed essentially in the form of a circular arc, the radius of the circular arc particularly preferably corresponding at least to the outer circumferential radius of the outer peripheral surface of the edge flange around the crankshaft axis.
In a preferred embodiment variant of the invention it is provided that the ramp has a substantially U, T or L-shaped profile. A very simple construction results if the rotating device acts on the edge flange preferably via a profile leg arranged approximately parallel to the edge flange.
Within the scope of the invention it is provided that the twisting part and / or the unlocking part can be moved radially or tangentially to the crankshaft by means of an adjusting device which can be actuated pneumatically, by electric motor or hydraulically.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows a reciprocating piston machine with the device according to the invention in section, FIGS. 2 and 3 show the device according to the invention in a first embodiment variant in the first position for minimal compression ratio, FIG. 4 shows this device in section according to line IV-IV in FIG 2 and 3, FIG. 5 this device in an unlocked state, FIG. 6 this device in section along the line VI-VI in FIG. 5, FIG. 7 this device in an intermediate position, FIG. 8 this device in a section along the line VIII-VIII in FIG. 7, FIG. 9 this device in a section along the line IX-IX in FIG. 7, FIGS. 10 and 11 this device while latching into the second position for maximum compression ratio 12 shows this device in a section along the line XII-XII in FIG.
10 and 11, FIGS. 13 and 14 this device in the second position for maximum compression ratio, FIG. 15 this device in a section along the line XV-XV in FIGS. 13 and 14, FIG. 16 this device in an unlocked state 17 shows this device in a section along the line XVII-XVII in FIG. 16, FIG. 18 shows this device in an intermediate position, FIG. 19 shows this device in a section along the line XIX-XIX in FIG. 18, FIG 20 this device in a section along the line XX-XX in FIGS. 18, 21 and 22 this device during the
Snap into a second position, FIG. 23 shows this device in a section along the line XXIII-XXIII in FIGS. 21 and 22, FIG. 23a shows a detailed view thereof,
24 and 25 the device according to the invention in a second embodiment variant in an unlocked state,
26 this device in one
Section along the line XXVI-XXVI in FIGS. 24 and 25, FIGS. 27 and 28 this device in an intermediate position and FIG. 29 this device in a section along the line XXIX-XXIX in FIG. 28.
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Functionally identical parts are provided with the same reference symbols in the design variants.
1 shows a reciprocating piston engine 1 with a piston 3 reciprocating in a cylinder 2. The reciprocating piston engine 1 can be an internal combustion engine, for example. Reference number 4 denotes a housing of the reciprocating piston machine. An oil pan 6 is flanged to the cylinder crankcase 4. The piston 3 is connected to a crankshaft 8 via a connecting rod 7. The effective length of the connecting rod 7 can be varied via a device 5 for changing the geometric compression ratio. The connecting rod 7 is mounted on an eccentric bearing ring 9 on a crank pin 10 of the crankshaft 8.
The bearing ring 9 can be rotated relative to the connecting rod 7 between a first position A for minimum compression ratio ¼min and a second position B for maximum compression ratio ¼max, as will be explained in more detail below. The bearing ring 9 has an eccentric sleeve 11 with a first and a second edge flange 12, 13. The bearing ring 9 is in itself freely rotatable in the large connecting rod eye 14 of the connecting rod 7. The stroke of the piston 3 and thus the geometric compression ratio s of the reciprocating piston machine 1 is changed by the rotation of the eccentric bearing ring 9.
In order to fix the eccentric bearing ring 9 in the first or second position A, B, a fixing device 15 is provided. The fixing device 15 consists of a locking part 17 loaded by a spring 16 in the direction of the locking position. The locking part 17 has a first bolt 18 and a second bolt 19, the spring 16 being attached to both bolts 18, 19 supports and pushes them away from each other. In the first position A of the bearing ring 9, the locking part 17 engages with the first bolt 18 in a first opening 20 arranged on the first edge flange 12 of the bearing ring 9 and thus holds the bearing ring 9 in this position.
Diametrically opposite the first locking opening with respect to the axis 14a of the large connecting rod eye 14, the second edge flange 13 also has a second locking opening 21, into which the locking part 17 engages with the second bolt 19 in the second position B of the bearing ring 9. The locking part 17 itself is axially displaceable in a bore 22 arranged approximately parallel to the axis 14a of the large connecting rod eye 14.
In order to release the locking of the bearing ring 9 by the fixing device 15, an unlocking device 23 is provided, which moves the locking part 17 out of the first or second latching opening 20, 21.
The unlocking device 23 consists of a first and a second
Ramp 24, 25, which ramps 24, 25 can be moved transversely to the locking part 17
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and act on a first flattening 26 or second flattening 27 of the first bolt 18 or second bolt 19. The ramps 24, 25 are connected to the housing 4 in a rotationally fixed manner with respect to the crankshaft 8 and can be displaced radially with respect to the crankshaft 8 by means of adjusting devices 29, 30 operated by an electric motor, hydraulically or pneumatically. To actuate the actuating cylinders 29, 30, an actuating unit 31 is provided, which in turn is actuated by a control device 32, as can be seen from FIG. 1.
The ramps 24, 25 can either be rigidly connected to one another or operated independently of one another.
The ramps 24, 25 advantageously have an L-shaped, T-shaped or U-shaped configuration, the first and second unlocking legs 33, 34 acting on the bolts 18, 19 being formed essentially normal to the axis 17a of the locking part 17 is.
In order to achieve a controlled rotation of the eccentric bearing ring 9, a twisting device 35 is provided in the embodiment variants shown in the figures, which has at least one twisting part which can be connected to the bearing ring 9 in a positive or non-positive manner. In the device 5 shown in FIGS. 2 to 23a, the twisting device 35 is formed by the unlocking device 23, the ramps 24, 25 representing both twisting parts and unlocking parts. During the rotation, the first ramp 24 or the second ramp 25 is pressed against the first edge flange 12 or the second edge flange 13, as a result of which a frictional connection is created between the ramp 24, 25 and the respective edge flange 12, 13.
During the rotational movement of the crank pin 10 due to the rotation of the crankshaft 8, the first edge flange 12 or the second edge flange 13 rolls on the first ramp 24 or the second ramp 25, so that the bearing ring 9 relative to the large connecting rod eye 14 is rotated counter to the rotation of the crank 10 indicated by the arrow 36 in accordance with the arrow 37. In order to achieve an inevitable rotation of the bearing ring 9 between the two positions A, B relative to the large connecting rod eye 14 by 180, the length of the first ramp 24 or the second must be
Ramp 25 correspond to at least half the circumference of the outer circumferential surface 12a, 13a of the first edge flange 12 or the second edge flange 13.
The first ramp 24 or second shaped as a circular arc
In the contact area with the first edge flange 12 or the second edge flange 13, the ramp 25 has a radius r1 which corresponds at least to the outer circumferential radius rz of the first edge flange 12 or the second edge flange 13 about the axis 8a of the crankshaft 8.
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Individual phases of the changeover from the first to the second position and vice versa are shown in FIGS. 2 to 23a for an embodiment variant of the device 5.
2 to 4, the bearing ring 9 is in the first position A for a minimal geometric compression ratio ¼min, the first ramp 24 and the second ramp 25 being in a rest position. The first bolt 18 of the locking part 17 is snapped into the first latching opening 20 of the first edge flange 12, whereby the position of the eccentric bearing ring 9 relative to the position of the connecting rod 7 is secured. The reciprocating piston machine can be operated stably in the first position A. Different positions of the connecting rod 7 are indicated in FIGS. 2 and 4.
At the beginning of the switching process from the first position A for a minimal geometric compression ratio ¼min to the second position B for a maximum geometric compression ratio ¼max, the first ramp 24 is pushed transversely against the locking part 17, the edge 24a of the first ramp 24 on the the first flattened portion 26 of the first pin 18 rests and pushes the first pin 18 against the force of the spring 16 and presses it out of the first latching opening 20 of the edge flange 12, whereby the bearing ring 9 is released relative to the connecting rod 7, as in FIG. 5 and 6 is shown.
After the unlocking process, the first ramp 24 is moved further in the radial direction according to the arrow 38 until the edge 24a of the first ramp 24 abuts the outer peripheral surface 12a of the edge flange 12.
Due to the completely compressed locking part 17, the bearing ring 9 can rotate on the ramp 24 by rolling off the edge flange 12, as shown in FIGS. 7 to 9. The second ramp 25 can remain in the rest position. During the inevitable rotational movement of the bearing ring 9, the first ramp 24 bears against the edge flange 12 with a predetermined force. This
Non-positive connection between the first ramp 24 and the eccentric bearing ring 9 leads to the rolling movement of the bearing ring 9 on the first ramp 24.
10 to 12 show the end of the switching operation from the first to the second position A, B. The switching operation is ended as soon as the second locking opening 21 reaches the area of the locking part 17 and the second bolt 19 into the second locking opening 21 engages in the second locking opening 21 by the force of the spring 16. The eccentric bearing ring 9 is thus secured in the second position B for maximum compression ratio ¼ max. The first ramp 24 is again moved into the rest position, so that the reciprocating piston machine can be operated stably in the second position B, as shown in FIGS. 13 to 15
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is. Different positions of the connecting rod 7 are indicated in FIGS. 13 and 14.
16 and 17 show the beginning of the switching process from the second to the first position B, A. The second ramp 25 is pressed against the second flattened portion 27 of the second bolt 19, as a result of which the latter is displaced against the force of the spring 16 and the second latch opening 21 is released. As a result, the bearing ring 9 is unlocked relative to the connecting rod 7. The second ramp 25 is moved radially in the direction of the bearing ring 9 until the edge 25a of the second ramp 25 abuts the outer peripheral surface 13a of the edge flange 13. Due to the fully compressed locking part 17 (see FIG. 19), the eccentric bearing ring 9 can twist, which results in a change in the geometric compression ratio ¼. As indicated in FIGS. 18 and 20, the second ramp 25 bears against the second edge flange 13 with a predetermined force.
This frictional connection between the second ramp 25 and the second edge flange 13 leads to a rolling movement of the bearing ring 9 on the second ramp 25. The direction of rotation of the bearing ring 9 is indicated by the arrow 37.
21 to 23 show the end of the switching process in the first position A.
After the bearing ring 9 has been rotated 180 relative to the large connecting rod eye 14, the second bolt 19 engages in the second latching opening 21 of the second edge flange 13, as a result of which the eccentric bearing ring 9 is again secured relative to the connecting rod 7. The reciprocating piston machine 1 can now be operated again in the first position A with the minimum compression ratio ¼ mm.
24 to 29 show an alternative embodiment variant of a device 5 for changing the geometric compression ratio ¼. The eccentric bearing ring 9 is rotated at least during a switching operation only by the relative movement of the crank pin 8 to the bearing ring 9.
The switchover between the first position A for the minimum compression ratio ¼min and the second position B for the maximum compression ratio ¼max is expediently carried out in the manner described by forced rotation by means of the first ramp 24. The rotation of the bearing ring 9 from the second position B for maximum compression ratio ¼max in the first position A for minimum compression ratio ¼mm can be done automatically by the oil film friction between the crank pin 10 and bearing ring 9. The second ramp 25 thus only has the function of an unlocking device 23, but not the function of a rotating device 35. As a result, the second ramp 25 can be made significantly smaller or shorter than the first ramp 24.
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24 to 26 show the beginning of the switching process from the second pitch B for maximum compression ratio ¼max to the first position A for minimum compression ratio ¼mm. The second ramp 25 presses against the second flattening 27 of the second bolt 19 and moves it against the force of the spring 16 until the second latching opening 21 of the second edge flange 13 is released and the bearing ring 9 is unlocked. As shown in FIGS. 27 to 29, the eccentric bearing ring 9 can rotate independently due to the fully compressed locking part 17 due to the oil film friction between the crank pin 10 and the bearing ring 9.
The independent rotation of the bearing ring 9 indicated by the arrow 37 runs in the opposite direction to the switching operation shown in FIG. 18 between the second and the first position B, A of the first embodiment.
The device 5 described enables in a very simple manner a functionally reliable change in the geometric compression ratio s in a reciprocating piston engine 1 in both embodiment variants.