Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses eines Zylinders einer Hubkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of a cylinder of a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1.
Eine solche Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses eines Zylinders einer Hubkolbenmaschine ist bereits der DE 10 2011 115 417 A1 und der DE 10 2011 115 415 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Stelleinrichtung umfasst dabei ein Gehäuseelement, welches den Zylinder aufweist und beispielsweise als Zylindergehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet ist. Die Stelleinrichtung umfasst ferner wenigstens einen in dem Zylinder angeordneten Kolben sowie einen mit dem Kolben über jeweilige Verbindungsbereich gekoppelten Kolbenbolzen, der wenigstens ein bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzen exzentrisch angeordnetes Exzenterelement aufweist. Über den Kolbenbolzen ist der Kolben mit einem Pleuel der Hubkolbenmaschine koppelbar, wobei der Kolben über das Pleuel in eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine gelenkig zu koppeln ist. Infolge dieser gelenkigen Kopplung können translatorische Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement umgewandelt werden.Such an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of a cylinder of a reciprocating engine is already DE 10 2011 115 417 A1 and the DE 10 2011 115 415 A1 to be known as known. The adjusting device comprises a housing element, which has the cylinder and is designed, for example, as a cylinder housing or cylinder crankcase. The adjusting device further comprises at least one piston arranged in the cylinder and a piston pin coupled to the piston via respective connecting region, which has at least one eccentric element arranged eccentrically with respect to the connecting region of the piston pin. About the piston pin of the piston with a connecting rod of the reciprocating engine can be coupled, wherein the piston is to be coupled via the connecting rod in a crankshaft of the reciprocating engine articulated. As a result of this articulated coupling translational movements of the piston in the cylinder can be converted into a rotational movement of the crankshaft about its axis of rotation relative to the housing member.
Der Kolbenbolzen ist zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses relativ zum Kolben und relativ zum Pleuel verdrehbar. Durch das Verdrehen des Kolbenbolzens und somit des Exzenterelements relativ zum Pleuel und relativ zum Kolben wird der Kolben in seiner axialen Richtung relativ zum Pleuel verschoben, was mit einer Veränderung und somit einer Einstellung des Verdichtungsverhältnisses einhergeht. Werden der Kolbenbolzen und somit das Exzenterelement beispielsweise derart verdreht, dass ein Abstand zwischen dem Kolben und der Drehachse der Kurbelwelle verkleinert und somit ein Abstand zwischen dem Kolben und einem Brennraumdach des Zylinders vergrößert wird, so wird das Verdichtungsverhältnis, welches üblicherweise auch als Kompressionsverhältnis bezeichnet wird, verringert. Werden hingegen der Kolbenbolzen und das Exzenterelement derart verdreht, dass der Abstand zwischen dem Kolben und der Drehachse der Kurbelwelle vergrößert und somit der Abstand zwischen dem Kolben und dem Brennraumdach verringert wird, so wird das Verdichtungsverhältnis vergrößert beziehungsweise erhöht.The piston pin is rotatable relative to the piston and relative to the connecting rod for adjusting the compression ratio. By the rotation of the piston pin and thus of the eccentric relative to the connecting rod and relative to the piston, the piston is displaced in its axial direction relative to the connecting rod, which is associated with a change and thus an adjustment of the compression ratio. If the piston pin and thus the eccentric element are rotated, for example, such that a distance between the piston and the axis of rotation of the crankshaft is reduced and thus a distance between the piston and a combustion chamber roof of the cylinder is increased, then the compression ratio, which is usually referred to as the compression ratio , reduced. If, however, the piston pin and the eccentric element are rotated in such a way that the distance between the piston and the axis of rotation of the crankshaft is increased and thus the distance between the piston and the combustion chamber roof is reduced, then the compression ratio is increased or increased.
Die Stelleinrichtung umfasst darüber hinaus wenigstens ein Stellelement zum Einstellen der Verdrehung des Kolbenbolzens. Das Stellelement ist durch Beaufschlagen des Stellelements mit einem Schmiermittel der Hubkolbenmaschine relativ zu dem Kolbenbolzen bewegbar ist.The adjusting device further comprises at least one adjusting element for adjusting the rotation of the piston pin. The actuator is movable by applying the actuator with a lubricant of the reciprocating engine relative to the piston pin.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2004 047 549 A1 eine Vorrichtung zum Regeln einer Kolbenkühlung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die eine Hauptdruckölleitung aufweist, von der Schmierölkanäle zu Hauptlagern einer Kurbelwelle und Spritzölkanäle zu Spritzdüsen für die Kolbenkühlung abzweigen. Dabei ist es vorgesehen, dass in der Hauptdruckölleitung ein rohrförmiger Walzenschieber schwenkbar gelagert ist, der im Bereich der abzweigenden Spritzölkanäle Steueröffnungen aufweist, durch die der Durchfluss zu den Spritzölkanälen gesteuert wird. Der Walzenschieber besitzt im Bereich der Schmierölkanäle sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnungen, die über den gesamten Schwenkbereich des Walzenschiebers den Durchfluss zu den Lagern der Kurbelwelle ermöglichen.In addition, the reveals DE 10 2004 047 549 A1 a device for controlling a piston cooling a reciprocating internal combustion engine, which has a main pressure oil line, branch off from the lubricating oil channels to main bearings of a crankshaft and spray oil passages to spray nozzles for the piston cooling. It is provided that in the main pressure oil pipe, a tubular roller slide is pivotally mounted, which has control openings in the region of the branching spray oil channels, through which the flow to the spray oil channels is controlled. The roller slide has in the region of the lubricating oil channels in the circumferential direction extending openings, which allow the flow to the bearings of the crankshaft over the entire pivoting range of the roller slide.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte sowie einfache Einstellung der Beaufschlagung des Verriegelungselements mit Schmiermittel realisierbar ist.Object of the present invention is to develop an adjusting device of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous and needs-based and easy adjustment of the application of the locking element with lubricant can be realized.
Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an adjusting device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Stelleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte sowie einfache Einstellung der Beaufschlagung des Verriegelungselements mit Schmiermittel, insbesondere Öl, der Hubkolbenmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Stellelement mit dem Schmiermittel über wenigstens einen sich im Gehäuseelement erstreckenden Kanal beaufschlagbar ist, in welchem eine Steuerwalze mit wenigstens einer in einer Mantelfläche der Steuerwalze ausgebildeten Durchströmöffnung für das Schmiermittel drehbar aufgenommen ist. Über die Durchströmöffnung ist eine Strömung des Schmiermittels zu dem Stellelement durch Drehen der Steuerwalze einstellbar. Dies bedeutet, dass die Steuerwalze relativ zu dem Gehäuseelement um eine Drehachse drehbar ist und wenigstens eine in einer Mantelfläche der Steuerwalze ausgebildete Durchströmöffnung für das Schmiermittel aufweist, so dass das den Kanal durchströmende Schmiermittel die Durchströmöffnung durchströmen kann. Über die Steuerwalze und ihre Durchströmöffnung ist eine Strömung des Schmiermittels zu dem Verriegelungselement durch Drehen der Steuerwalze einstellbar, so dass dadurch die Beaufschlagung des Verriegelungselements mit Schmiermittel eingestellt, das heißt gesteuert oder geregelt werden kann. Die Steuerwalze ist beispielsweise zwischen einer ersten Stellung, in welcher zumindest ein Teilbereich der Durchströmöffnung fluidisch versperrt ist, und wenigstens einer zweiten Stellung, in welcher der Teilbereich freigegeben ist, verdrehbar, wobei in der ersten Stellung vorgesehen sein kann, dass die Durchströmöffnung vollständig fluidisch versperrt ist.To develop an adjusting device of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous and needs-based and easy adjustment of the loading of the locking element with lubricant, in particular oil, the reciprocating engine is realized, it is provided according to the invention that the actuating element with the lubricant via at least one in the Housing element extending channel can be acted upon, in which a control roller is rotatably received with at least one formed in a lateral surface of the control roller flow-through opening for the lubricant. Via the flow opening, a flow of the lubricant to the adjusting element by turning the control roller is adjustable. This means that the control roller is rotatable relative to the housing element about an axis of rotation and at least one formed in a lateral surface of the control roller flow-through opening for the lubricant, so that the lubricant flowing through the channel can flow through the flow-through. Via the control roller and its flow opening, a flow of the lubricant to the locking element by turning the control roller is adjustable, thereby adjusting the application of the locking element with lubricant, that is controlled or regulated can. The control roller is rotatable, for example, between a first position in which at least a portion of the flow-through is fluidly blocked, and at least a second position in which the portion is released, wherein provided in the first position that the flow-through completely blocked fluid is.
Somit wird das Stellelement in der ersten Stellung gegenüber der zweiten Stellung der Steuerwalze mit einer geringeren Menge des Schmiermittels versorgt und beaufschlagt, so dass eine besonders einfache und bedarfsgerechte Einstellung der Versorgung und Beaufschlagung des Stellelements mit Schmiermittel realisiert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ist, dass bereits bestehende beziehungsweise vorhandene Gehäuseelemente, insbesondere Kurbelgehäuse, von Hubkolbenmaschinen mit einem nur sehr geringen Anpassungsaufwand mit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung versehen werden können. Darüber hinaus kann eine zentrale und einheitliche Ansteuerung der Steuerwalze, beispielsweise über wenigstens einen an einer Außenseite des Gehäuseelements angeordneten Aktor realisiert werden. Ferner ist es möglich, mittels der Steuerwalze auch die Beaufschlagung beziehungsweise Versorgung weiterer Verbraucher wie beispielsweise einer Lagerstelle zum Lagern einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine und/oder wenigstens eines weiteren Stellelements der Stelleinrichtung mit Schmiermittel bedarfsgerecht einstellen zu können.Thus, the actuator is supplied in the first position relative to the second position of the control roller with a smaller amount of lubricant and acted upon, so that a particularly simple and needs-based adjustment of the supply and actuation of the actuating element is realized with lubricant. Another advantage of the adjusting device according to the invention is that existing or existing housing elements, in particular crankcase, can be provided by reciprocating engines with only a very small adjustment effort with the adjusting device according to the invention. In addition, a central and uniform control of the control roller, for example via at least one arranged on an outer side of the housing member actuator can be realized. Furthermore, it is possible by means of the control roller to be able to adjust the supply or supply of further consumers such as a bearing for supporting a crankshaft of the reciprocating engine and / or at least one further adjusting element of the adjusting device with lubricant as needed.
Die Funktion des weiteren Stellelements entspricht der Funktion des ersten Stellelements, wobei das weitere Stellelement einen zusätzlich zu dem Kolben vorgesehenen, weiteren Kolben zugeordnet ist. Außerdem lässt sich durch die Steuerwalze eine zusätzliche Schaltmöglichkeit für Schmiermittelkanäle, insbesondere Ölkanäle, schaffen, über welche beispielsweise Ölspritzdüsen zum Kühlen jeweiliger Kolben und/oder zum Beaufschlagen beziehungsweise Versorgen jeweiliger Stellelemente der Stelleinrichtung mit Schmiermittel versorgbar sind.The function of the further control element corresponds to the function of the first control element, wherein the further control element is assigned an additional piston provided in addition to the piston. In addition, can be provided by the control roller an additional switching possibility for lubricant channels, in particular oil channels, via which, for example, oil spray nozzles for cooling respective pistons and / or for supplying or supplying respective actuating elements of the actuating device can be supplied with lubricant.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung weist einen besonders einfachen Aufbau auf und lässt sich somit in bereits vorhandene Montageprozesse zum Herstellen und Montieren von Hubkolbenmaschinen ohne oder mit nur geringfügigen Anpassungen integrieren, so dass auch herkömmliche Hubkolbenmaschinen, welche ursprünglich ohne variables Verdichtungsverhältnis konstruiert wurden, mit wenigstens einem variablen Verdichtungsverhältnis versehen werden können. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Stelleinrichtung eine kompakte Bauweise auf, so dass der Bauraumbedarf der Hubkolbenmaschine insgesamt besonders gering gehalten werden kann.The adjusting device according to the invention has a particularly simple structure and can thus be integrated into existing assembly processes for producing and assembling reciprocating engines without or with only minor adjustments, so that even conventional reciprocating engines, which were originally designed without variable compression ratio, with at least one variable compression ratio can be provided. In addition, the adjusting device according to the invention has a compact design, so that the space requirement of the reciprocating engine can be kept very low overall.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
1 eine schematische Explosionsansicht einer Kolbenanordnung für einen ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweisenden Zylinder einer Hubkolbenmaschine, mit wenigstens einem Stellelement, welches durch Einstellen einer Beaufschlagung des Verriegelungselements mit einem Schmiermittel in Form von Öl der Hubkolbenmaschine zwischen wenigstens zwei Stellungen bewegbar ist; 1 a schematic exploded view of a piston assembly for a variably adjustable compression ratio cylinder having a reciprocating engine, with at least one actuating element which is movable by adjusting an application of the locking element with a lubricant in the form of oil of the reciprocating engine between at least two positions;
2 eine schematische und geschnittene Vorderansicht eines Gehäuseelements in Form eines Zylinderkurbelgehäuses der Hubkolbenmaschine, welches zwei Kanäle aufweist, über welche das Stellelement mit Öl versorgbar und beaufschlagbar ist, wobei mehrere Stellelemente der Stelleinrichtung über die Kanäle mit Öl versorgbar und beaufschlagbar sind; 2 a schematic and sectional front view of a housing member in the form of a cylinder crankcase of the reciprocating engine, which has two channels, via which the adjusting element can be supplied with oil and acted upon, wherein a plurality of adjusting elements of the adjusting device can be supplied and acted upon via the channels with oil;
3 eine schematische Seitenansicht des Zylinderkurbelgehäuses; 3 a schematic side view of the cylinder crankcase;
4 eine weitere schematische Seitenansicht des Zylinderkurbelgehauses; 4 a further schematic side view of the cylinder crankcase;
5 eine weitere schematische Seitenansicht des Zylinderkurbelgehauses; 5 a further schematic side view of the cylinder crankcase;
6 eine schematische Vorderansicht des Zylinderkurbelgehauses; 6 a schematic front view of the cylinder crankcase;
7 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Zylinderkurbelgehauses; 7 a detail of a schematic perspective view of the cylinder crankcase;
8 eine schematische Perspektivansicht einer Steuerwalze, welche drehbar in einem der Kanäle anordenbar und mittels eines Aktor relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse verdrehbar ist; 8th a schematic perspective view of a control roller which is rotatably arranged in one of the channels and rotatable by means of an actuator relative to the cylinder crankcase;
9 eine weitere schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht des Zylinderkurbelgehauses; und 9 a further schematic and partially sectioned side view of the cylinder crankcase; and
10 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Zylinderkurbelgehauses; und 10 a detail of a schematic plan view of the cylinder crankcase; and
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
1 zeigt in einer schematischen Explosionsansicht eine Kolbenanordnung 10 einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen jeweiliger Verdichtungsverhältnisse von Zylindern einer Hubkolbenmaschine. Die Hubkolbenmaschine umfasst ein beispielsweise in 2 erkennbares Gehäuseelement in Form eines Kurbelgehäuses, welches als Zylinderkurbelgehäuse 12 ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von in 10 erkennbaren Zylindern 14 aufweist, von denen in 2 ein mit 14 bezeichneter Zylinder erkennbar ist. Die Hubkolbenmaschine ist als Reihenmotor ausgebildet, so dass demzufolge die Zylinder 14 in Längsrichtung hintereinander, das heißt aufeinanderfolgend und somit in Reihe angeordnet sind. Die Reihenmotorbauweise ist hier als Beispiel gewählt. Es sind jedoch ebenso andere Bauarten wie beispielsweise V-Anordnung der Zylinder möglich. 1 shows a schematic exploded view of a piston assembly 10 an actuator for variably setting respective compression ratios of cylinders of a reciprocating engine. The reciprocating engine includes an example in 2 recognizable housing element in the form of a crankcase, which as a cylinder crankcase 12 is formed and a plurality of combustion chambers in the form of in 10 recognizable cylinders 14 of which in 2 one with 14 designated cylinder is recognizable. The reciprocating engine is designed as a series engine, so that consequently the cylinder 14 in the longitudinal direction one behind the other, that is, consecutively and thus arranged in series. The in-line engine design is chosen here as an example. However, other types such as V-arrangement of the cylinder are possible as well.
Die Kolbenanordnung 10 ist dabei genau einem der Zylinder 14 zugeordnet und dient dazu, das Verdichtungsverhältnis des einen Zylinders 14 auf besonders einfache, kosten- und bauraumgünstige Weise variabel einstellen zu können. Die folgenden Ausführungen zur Kolbenanordnung 10 und zum einen Zylinder 14 können ohne weiteres auch auf die anderen Zylinder 14 übertragen werden, denen jeweils genau eine Kolbenanordnung zugeordnet ist, die entsprechend der Kolbenanordnung 10 ausgebildet ist. Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kolbenanordnung 10 näher erläutert, wobei die Funktionsweise auch besonders ausführlich in der DE 10 2011 115 417 A1 und in der DE 10 2011 115 415 A1 beschrieben ist, deren jeweilige Inhalte vollständig als Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen sind.The piston assembly 10 is exactly one of the cylinders 14 assigned and serves to the compression ratio of a cylinder 14 to be able to set variably in a particularly simple, cost-effective and space-saving manner. The following remarks on the piston arrangement 10 and for a cylinder 14 can easily on the other cylinder 14 are transmitted, each associated with exactly one piston assembly, which corresponds to the piston assembly 10 is trained. The following is the operation of the piston assembly 10 explained in more detail, the operation also particularly detailed in the DE 10 2011 115 417 A1 and in the DE 10 2011 115 415 A1 is described, the respective contents of which are to be considered as part of the present disclosure.
Die Kolbenanordnung 10 umfasst einen Kolben 16, welcher im fertig hergestellten Zustand der Hubkolbenmaschine beziehungsweise der Stelleinrichtung in dem Zylinder 14 angeordnet und translatorisch relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse 12 bewegbar ist. Ferner umfasst die Kolbenanordnung 10 ein Pleuel 18, über welches der Kolben 16 gelenkig mit einer in den Fig. nicht dargestellten Kurbelwelle koppelbar ist, so dass die translatorischen Bewegungen des Kolbens 16 in rotatorische Bewegungen der Kurbelwelle umwandelbar sind. Die Kurbelwelle ist dabei an jeweiligen Lagerstellen, welche auch als Hauptlagerstellen bezeichnet werden, um eine Drehachse relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse 12 drehbar an diesem gelagert. Die Kolbenanordnung 10 umfasst ferner einen Kolbenbolzen 20, über welchen den Kolben 16 mit dem Pleuel 18 gelenkig zu koppeln ist. Die Kurbelwelle umfasst dabei einen Hubzapfen, an dem das Pleuel 18 über sein großes Pleuelauge 21 drehbar gelagert ist. Das Pleuel 18 weist ferner ein kleines Pleuelauge 23 auf, in welchem der Kolbenbolzen 20 bereichsweise aufgenommen ist, wobei der Kolbenbolzen 20 das kleine Pleuelauge 23 durchdringt.The piston assembly 10 includes a piston 16 , Which in the finished state of the reciprocating engine or the adjusting device in the cylinder 14 arranged and translational relative to the cylinder crankcase 12 is movable. Furthermore, the piston assembly comprises 10 a connecting rod 18 over which the piston 16 articulated with a crankshaft, not shown in the figures, can be coupled, so that the translational movements of the piston 16 can be converted into rotational movements of the crankshaft. The crankshaft is at respective bearing points, which are also referred to as main bearing points, about an axis of rotation relative to the cylinder crankcase 12 rotatably mounted on this. The piston assembly 10 also includes a piston pin 20 over which the piston 16 with the connecting rod 18 is articulated to couple. The crankshaft comprises a crank pin on which the connecting rod 18 about his big eye 21 is rotatably mounted. The connecting rod 18 also has a small connecting rod eye 23 on, in which the piston pin 20 partially received, wherein the piston pin 20 the small connecting rod eye 23 penetrates.
Der Kolbenbolzen 20 ist mit dem Kolben 16 über jeweilige Verbindungsbereiche 22, 24 gekoppelt, wobei die Verbindungsbereiche 22 des Kolbenbolzens 20 jeweils durch eine außenumfangsseitige Mantelfläche des Kolbenbolzens 20 gebildet ist, und wobei die Verbindungsbereiche 22 zumindest im Wesentlichen in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet sind. Die Verbindungsbereiche 24 des Kolbens 16 sind jeweils durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche des Kolbens 16 gebildet, wobei die Verbindungsbereiche 24 zumindest im Wesentlich in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet sind. Zum Koppeln des Kolbenbolzens 20 mit dem Kolben 16 sind die Verbindungsbereiche 22 zumindest bereichsweise in jeweiligen, vorliegend als Durchgangsöffnungen ausgebildeten Aufnahmeöffnungen 26 und somit in den Verbindungsbereichen 24 des Kolbens 16 aufgenommen.The piston pin 20 is with the piston 16 via respective connection areas 22 . 24 coupled, the connecting areas 22 of the piston pin 20 each by an outer peripheral side surface of the piston pin 20 is formed, and wherein the connection areas 22 are formed at least substantially in the form of a right circular cylinder. The connection areas 24 of the piston 16 are each through an inner peripheral side surface of the piston 16 formed, wherein the connecting areas 24 are formed at least substantially in the form of a right circular cylinder. For coupling the piston pin 20 with the piston 16 are the connection areas 22 at least partially in respective, in the present case formed as through holes receiving openings 26 and thus in the connection areas 24 of the piston 16 added.
Über den bezogen auf die Bildebenen von 1 rechten Verbindungsbereich 22 des Kolbenbolzens 20 ist der Kolbenbolzen 20 mittelbar mit dem Kolben 16 verbunden. Wie anhand von 1 erkennbar ist, umfasst die Kolbenanordnung 10 eine Kolbenbolzenbuchse 28, in welcher der rechte Verbindungsbereich 22 des Kolbenbolzens 20 angeordnet ist. Die Kolbenbolzenbuchse 28 ist in der korrespondierenden Aufnahmeöffnung 26 aufgenommen und fungiert dabei als Anschlag für den Kolbenbolzen 20 und ermöglicht eine einfache Montage des Kolbenbolzens 20 am beziehungsweise im Kolben 16.About the related to the image layers of 1 right connection area 22 of the piston pin 20 is the piston pin 20 indirectly with the piston 16 connected. As based on 1 is recognizable, comprises the piston assembly 10 a piston pin bush 28 in which the right connection area 22 of the piston pin 20 is arranged. The piston pin bush 28 is in the corresponding receiving opening 26 recorded and acts as a stop for the piston pin 20 and allows easy installation of the piston pin 20 on or in the piston 16 ,
Der Kolbenbolzen 20 weist ein Exzenterelement 30 auf, welches zumindest im Wesentlichen in Form eines geraden Kreiszylinders ausgebildet und bezogen auf die Verbindungsbereiche 22 exzentrisch angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Längsmittelachse des Exzenterelements 30 senkrecht zu den jeweiligen, koaxial zueinander angeordneten Längsmittelachsen der Verbindungsbereiche 22 versetzt ist. Über das Exzenterelement 30, welches in dem kleinen Pleuelauge 23 des Pleuels 18 zumindest bereichsweise aufgenommen ist, ist der Kolbenbolzen 20 mit dem Pleuel 18 gelenkig verbunden. Somit ist der Kolben 16 gelenkig mit dem Pleuel 18 gekoppelt.The piston pin 20 has an eccentric element 30 on, which is formed at least substantially in the form of a straight circular cylinder and with respect to the connection areas 22 is arranged eccentrically. This means that the longitudinal center axis of the eccentric element 30 perpendicular to the respective, coaxially arranged longitudinal central axes of the connecting regions 22 is offset. About the eccentric element 30 which is in the small connecting rod eye 23 of the connecting rod 18 is received at least partially, is the piston pin 20 with the connecting rod 18 articulated. Thus, the piston 16 articulated with the connecting rod 18 coupled.
Der Kolbenbolzen 20 weist eine durch einen Richtungspfeil 32 veranschauliche Längserstreckung oder Längserstreckungsrichtung sowie eine Aufnahmeöffnung 34 auf, welche beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Aufnahmeöffnung 34 erstreckt sich dabei zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung (Richtungspfeil 32) des Kolbenbolzens 20. In der Aufnahmeöffnung 34 ist ein als Sperrelement ausgebildetes, erstes Stellelement in Form eines Verriegelungsbolzens 36 aufgenommen, welcher ein Verriegelungselement ist. Der Verriegelungsbolzen 36 ist in der Aufnahmeöffnung 34 geführt senkrecht zur Längserstreckung des Kolbenbolzens 20 relativ zum Kolbenbolzen 20 verschiebbar. Mittels des Kolbenbolzens 20 ist es möglich, das Verdichtungsverhältnis des der Kolbenanordnung 10 zugeordneten Zylinders 14 der Hubkolbenmaschine, welche als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist und beispielsweise zum Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens verwendet wird, variabel einzustellen.The piston pin 20 has one by a directional arrow 32 illustrate longitudinal extent or longitudinal direction and a receiving opening 34 on, which is formed for example as a passage opening. The receiving opening 34 extends at least substantially perpendicular to the longitudinal extent (directional arrow 32 ) of the piston pin 20 , In the receiving opening 34 is a trained as a blocking element, first actuating element in the form of a locking bolt 36 received, which is a locking element. The locking bolt 36 is in the receiving opening 34 guided perpendicular to the longitudinal extent of the piston pin 20 relative to the piston pin 20 displaceable. By means of the piston pin 20 it is possible the compression ratio of the piston assembly 10 associated cylinder 14 the reciprocating engine, which is designed as a reciprocating internal combustion engine and is used for example for driving a motor vehicle, in particular a passenger car, to adjust variably.
Dazu ist ferner ein als Steuerelement ausgebildete, zweites Stellelement in Form eines Steuerschiebers 38 der Kolbenanordnung 10 vorgesehen. Der Steuerschieber 38 ist an dem Kolben 16 gehalten und relativ zu dem Kolben 16 sowie relativ zu dem Kolbenbolzen 20 zwischen zwei Stellungen verschiebbar. Der Steuerschieber 38 ist dabei ausschließlich zwischen den beiden Stellungen verschiebbar, so dass es sich bei dem Steuerschieber 38 um einen sogenannten bi-stabilen Steuerkolben handelt. In seiner ersten Stellung ist der Steuerschieber 38 mittels eines ersten Magneten gehalten. Der erste Magnet ist dabei an dem Kolben 16 angeordnet. In seiner zweiten Stellung ist der Steuerschieber 38 mittels eines zweiten Magneten gehalten, wobei auch der zweite Magnet an dem Kolben 16 gehalten ist. Es kann eine in 1 nicht dargestellte Hülse vorgesehen sein, in welcher der Steuerschieber 38 verschiebbar aufgenommen ist. Durch Verschieben des Steuerschiebers 38 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Kolbenbolzens 20 zwischen seinen zwei Stellungen kann eine Bewegung des Verriegelungsbolzens 36 zwischen einer Freigabestellung und einer Verriegelungsstellung des Verriegelungsbolzens 36 bewirkt oder verhindert beziehungsweise verriegelt werden, wobei die Verriegelungsstellung auch als Sperrstellung bezeichnet wird. Das Verschieben des Steuerschiebers 38 zwischen seinen beiden Stellungen kann wiederum mittels eines Stellglieds, beispielsweise eines Elektromagneten oder mittels Öldruck erfolgen. Vorliegend wird der Steuerschieber 38 mittels Öldruck verschoben.For this purpose, further designed as a control, second control element in the form of a control slide 38 the piston assembly 10 intended. The spool 38 is on the piston 16 held and relative to the piston 16 as well as relative to the piston pin 20 displaceable between two positions. The spool 38 is exclusively displaceable between the two positions, so that it is at the spool 38 is a so-called bi-stable control piston. In its first position is the spool valve 38 held by a first magnet. The first magnet is on the piston 16 arranged. In its second position is the spool valve 38 held by a second magnet, wherein also the second magnet on the piston 16 is held. It can be a in 1 not shown sleeve may be provided, in which the spool 38 slidably received. By moving the spool 38 at least substantially perpendicular to the longitudinal extent of the piston pin 20 between its two positions can be a movement of the locking bolt 36 between a release position and a locking position of the locking bolt 36 causes or prevents or be locked, wherein the locking position is also referred to as a blocking position. Moving the spool 38 between its two positions can in turn be done by means of an actuator, such as an electromagnet or by means of oil pressure. In the present case, the spool 38 moved by oil pressure.
Der Kolben 16 weist in seinem Kolbenhemd 40 zwei einander gegenüberliegende Durchgangsöffnungen auf, von denen in 1 eine mit 42 bezeichnete Durchgangsöffnung erkennbar ist. Die Durchgangsöffnungen 42 durchsetzen das Kolbenhemd 40 vollständig. An die jeweilige Durchgangsöffnung 42 schließt sich eine Nut 44 an, welche in axialer Richtung des Kolbens 16 verläuft und welche mit der korrespondierenden Durchgangsöffnung 42 verbunden ist. Mit anderen Worten mündet die jeweilige Nut 44 in die Durchgangsöffnung 42.The piston 16 points in his piston shirt 40 two mutually opposite passage openings, of which in 1 one with 42 designated passage opening is recognizable. The passage openings 42 enforce the piston skirt 40 Completely. To the respective passage opening 42 closes a groove 44 at which in the axial direction of the piston 16 runs and which with the corresponding passage opening 42 connected is. In other words, the respective groove opens 44 in the passage opening 42 ,
Das Verstellen beziehungsweise Einstellen des Verdichtungsverhältnisses erfolgt über jeweilige Beaufschlagungselemente, welche in den Fig. nicht dargestellt und auf Seiten der jeweiligen Durchgangsöffnungen 42 und Nuten 44 angeordnet sind. Die Beaufschlagungselemente sind beispielsweise als Ölspritzdüsen ausgebildet, mittels welchen ein Schmiermittel in Form von Schmieröl der Hubkolbenmaschine in die Durchgangsöffnungen 42 und die Nuten 44 eingespritzt wird, während sich der Kolben 16 im Zylinder 14 bewegt. Dadurch wird der Steuerschieber 38 von einer seiner Stirnseiten her mit Schmieröl, das heißt Öl, beaufschlagt, insbesondere druckbeaufschlagt. Die Ansteuerung mit dem Schmieröl erfolgt beispielsweise über 150° Kurbelwinkel der Kurbelwelle, wobei die Beaufschlagung, das heißt die Ansteuerung des Steuerschiebers 38 bei einer Drehstellung der Kurbelwelle beginnt und bei einer weiteren Drehstellung der Kurbelwelle endet. Die der jeweils mit Schmieröl beaufschlagten Stirnseite gegenüberliegende andere Stirnseite des Steuerschiebers 38 wird nicht mit Schmieröl beaufschlagt. Durch Beaufschlagen der einen Stirnseite des Steuerschiebers 38 wird der Steuerschieber 38 in Richtung der anderen Stirnseite verschoben, welche nicht mit Schmieröl beaufschlagt wird. Das jeweilige Beaufschlagungselement ist dabei beispielsweise in einer Zylinderlaufbahn 46 des Zylinders 14 angeordnet. Mit anderen Worten erfolgt die Beaufschlagung beziehungsweise Ansteuerung des Steuerschiebers 38 von außerhalb des Kolbens 16 über die Zylinderlaufbahn 46 und somit von außerhalb des Kolbens 16 her.The adjustment or adjustment of the compression ratio takes place via respective loading elements, which are not shown in the figures and on the side of the respective passage openings 42 and grooves 44 are arranged. The Beaufschlagungselemente are formed, for example, as oil spray nozzles, by means of which a lubricant in the form of lubricating oil of the reciprocating engine in the through holes 42 and the grooves 44 is injected while the piston 16 in the cylinder 14 emotional. This will be the spool 38 From one of its end faces with lubricating oil, that is oil, acted upon, in particular pressurized. The control with the lubricating oil, for example, over 150 ° crank angle of the crankshaft, wherein the application, that is, the control of the spool 38 begins at a rotational position of the crankshaft and ends at a further rotational position of the crankshaft. The each acted upon with lubricating oil end opposite the other end face of the spool 38 is not charged with lubricating oil. By applying the one end face of the spool 38 becomes the spool 38 shifted in the direction of the other end, which is not acted upon by lubricating oil. The respective Beaufschlagungselement is for example in a cylinder bore 46 of the cylinder 14 arranged. In other words, the admission or activation of the control slide takes place 38 from outside the piston 16 over the cylinder liner 46 and thus from outside the piston 16 ago.
Die jeweilige Nut 44, welche als Langloch ausgebildet sein kann, dient dabei zur Aufnahme des Schmieröls über die Drehung der Kurbelwelle und dabei über die translatorische Bewegung des Kolbens 16 in dem Zylinder 14 hinweg und leitet das Schmieröl zur dazugehörigen Durchgangsöffnung 42 und darüber zu dem Steuerschieber 38. Der Steuerschieber 38 dient dabei zur sogenannten Vorsteuerung von Schmieröl, mittels welchem auch der Verriegelungsbolzen 36 zwischen wenigstens einer die Verdrehung des Kolbenbolzens 20 sperrenden Verriegelungsstellung und wenigstens einer die Verdrehung freigebenden Freigabestellung relativ zu dem Kolbenbolzen 20 bewegbar ist.The respective groove 44 , which may be formed as a slot, serves to receive the lubricating oil on the rotation of the crankshaft and thereby on the translational movement of the piston 16 in the cylinder 14 and directs the lubricating oil to the corresponding passage opening 42 and over to the spool valve 38 , The spool 38 serves for the so-called pilot control of lubricating oil, by means of which also the locking bolt 36 between at least one of the rotation of the piston pin 20 locking locking position and at least one release the rotation release position relative to the piston pin 20 is movable.
Insgesamt ist erkennbar, dass der Steuerschieber 38 sowie der Verriegelungsbolzen 36 jeweilige Stellelemente zum Einstellen der Verdrehung des Kolbenbolzens 20 sind, wobei das jeweilige Stellelement durch Beaufschlagen des jeweiligen Stellelements mit Schmieröl relativ zu dem Kolbenbolzen 20 bewegbar ist. Das Schmieröl zum Verstellen des Verriegelungsbolzens 36 und des Steuerschiebers 38 wird über die Hauptlagerstellen der Kurbelwelle und über entsprechende Kanäle weiter an das Pleuel 18 übergeben. Von dem Pleuel 18 strömt das Schmieröl zu einer außenumfangsseitig in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden ersten Nut 48 des Kolbenbolzens 20. Von der ersten Nut 48 strömt das Schmieröl über wenigstens einen entsprechenden Verbindungskanal zu einer zweiten Nut 50 des Kolbenbolzens 20, welche in Umfangsrichtung des Kolbenbolzens 20 außenumfangsseitig ebenso vollständig umlaufend verläuft. Von der zweiten Nut 50 kann das Schmieröl an entsprechende Kanäle in dem Kolben 16 überströmen. Je nach Stellung des Steuerschiebers 38 kann das Schmieröl einen ersten der Kanäle im Kolben 16 oder einen zweiten der Kanäle im Kolben 16 durchströmen, zu dem Verriegelungsbolzen 36 gelangen und diesen bewegen. Der besseren Unterscheidbarkeit wegen werden die im Kolben 16 verlaufenden Kanäle im Folgenden als Kolbenkanäle bezeichnet, wobei die Kolbenkanäle direkt in den Kolben 16 integriert, das heißt durch Wandungen des Kolbens 16 gebildet beziehungsweise begrenzt sind. Der Verbindungskanal des Kolbenbolzens 20 dient zur fluidischen Verbindung der Nuten 48, 50 und mündet vorliegend nach außen, so dass überschüssiges Schmieröl zur Kühlung des Kolbens 16 verwendet werden kann.Overall, it can be seen that the spool 38 as well as the locking bolt 36 respective adjusting elements for adjusting the rotation of the piston pin 20 are, wherein the respective actuating element by applying the respective actuating element with lubricating oil relative to the piston pin 20 is movable. The lubricating oil for adjusting the locking bolt 36 and the spool 38 is via the main bearing points of the crankshaft and via appropriate channels on to the connecting rod 18 to hand over. From the connecting rod 18 flows the lubricating oil to an outer peripheral side in the circumferential direction completely circumferential first groove 48 of the piston pin 20 , From the first groove 48 the lubricating oil flows via at least one corresponding connecting channel to a second groove 50 of the piston pin 20 , which in the circumferential direction of the piston pin 20 On the outside circumference also runs completely circumferentially. From the second groove 50 For example, the lubricating oil can be connected to corresponding channels in the piston 16 overflow. Depending on the position of the spool 38 The lubricating oil may be a first of the channels in the piston 16 or a second of the channels in the piston 16 flow through, to the locking bolt 36 arrive and move this. For better distinctness because of the piston 16 extending channels hereinafter referred to as piston channels, wherein the piston channels directly into the piston 16 integrated, that is by walls of the piston 16 are formed or limited. The connecting channel of the piston pin 20 serves for the fluidic connection of the grooves 48 . 50 and empties in the present case to the outside, so that excess lubricating oil for cooling the piston 16 can be used.
in seiner Verriegelungsstellung wirkt der Verriegelungsbolzen 36 formschlüssig mit dem Kolben 16 zusammen, so dass eine Drehung des Kolbenbolzens 20 relativ zum Kolben 16 verhindert ist. Dies bedeutet, dass der Kolbenbolzen 20 lediglich im kleinen Pleuelauge 23 um die Längsmittelachse des Exzenterelements 30 relativ zum Pleuel 18 gedreht werden kann, so dass der Kolben 16 über den Kolbenbolzen 20 gelenkig mit dem Pleuel 18 gekoppelt ist. Dabei ist der Verriegelungsbolzen 36 bereichsweise in der Aufnahmeöffnung 34 aufgenommen, so dass der Verriegelungsbolzen 36 auch formschlüssig mit dem Kolbenbolzen 20 zusammenwirkt.in its locking position, the locking bolt acts 36 positive fit with the piston 16 together, allowing a rotation of the piston pin 20 relative to the piston 16 is prevented. This means that the piston pin 20 only in the small connecting rod eye 23 about the longitudinal center axis of the eccentric element 30 relative to the connecting rod 18 can be turned so that the piston 16 over the piston pin 20 articulated with the connecting rod 18 is coupled. Here is the locking bolt 36 partially in the receiving opening 34 taken, so that the locking bolt 36 also form-fitting with the piston pin 20 interacts.
insgesamt ist erkennbar, dass es sich bei dem Steuerschieber 38 und bei dem Verriegelungsbolzen 36 jeweils um ein Stellelement zum Einstellen der Verdrehung des Kolbenbolzens 20 handelt, wobei das jeweilige Stellelement durch Beaufschlagen des Stellelements mit dem Schmieröl (Schmiermittel) der Hubkolbenmaschine relativ zu dem Kolbenbolzen 20 bewegbar ist. Durch das durch das Beaufschlagen des Stellelements mit dem Schmieröl bewirkte Bewegen des jeweiligen Stellelements kann die Verdrehung des Kolbenbolzens 20 relativ zum Kolben 16 beispielsweise bewirkt und/oder gesperrt werden.Overall, it can be seen that it is at the spool 38 and at the locking bolt 36 in each case about an adjusting element for adjusting the rotation of the piston pin 20 is, wherein the respective actuating element by applying the actuating element with the lubricating oil (lubricant) of the reciprocating engine relative to the piston pin 20 is movable. By caused by the action of the adjusting element with the lubricating oil moving the respective actuating element, the rotation of the piston pin 20 relative to the piston 16 For example, causes and / or blocked.
In der ersten Stellung des Steuerschiebers 38 kann der erste Kolbenkanal im Kolben 16 mit Schmieröl versorgt werden. Eine Versorgung des zweiten Kolbenkanals im Kolben 16 mit Schmieröl ist durch den Steuerschieber 38 verhindert. Dadurch wird eine erste Stirnseite des Verriegelungsbolzens 36 mit Schmieröl beaufschlagt, wodurch der Verriegelungsbolzen 36 in radialer Richtung des Kolbenbolzens 20 in die Aufnahmeöffnung 34 hinein gedrückt und so von seiner Sperrstellung in seine Freigabestellung bewegt wird. Ist der Verriegelungsbolzen 36 derart in die Aufnahmeöffnung 34 hineingedrückt, dass er nicht mehr mit dem Kolben 16 formschlüssig zusammenwirkt, kann der Verriegelungsbolzen 36 eine Relativdrehung des Kolbenbolzens 20 zum Kolben 16 nicht mehr verhindern. Der Kolbenbolzen 20 kann dann im kleinen Pleuelauge 23 um die Längsmittelachse des Exzenterelements 30 relativ zum Pleuel 18 sowie in den Aufnahmeöffnungen 26 um die jeweiligen Längsmittelachsen der Verbindungsbereiche 22 relativ zum Kolben 16 gedreht werden. Eine solche Relativdrehung wird beispielsweise durch Massen- und/oder Flieh- und/oder in dem Zylinder 14 herrschende und auf den Kolben 16 wirkende Druckkräfte infolge der exzentrischen Anordnung des Exzenterelements 30 relativ zu den Verbindungsbereichen 22 bewirkt.In the first position of the spool valve 38 may be the first piston channel in the piston 16 be supplied with lubricating oil. A supply of the second piston channel in the piston 16 with lubricating oil is through the spool 38 prevented. As a result, a first end face of the locking bolt 36 subjected to lubricating oil, whereby the locking bolt 36 in the radial direction of the piston pin 20 in the receiving opening 34 pressed into it and is moved from its blocking position to its release position. Is the locking bolt 36 in the receiving opening 34 pushed in that he no longer with the piston 16 positively cooperates, the locking bolt 36 a relative rotation of the piston pin 20 to the piston 16 no longer prevent. The piston pin 20 can then in the small connecting rod eye 23 about the longitudinal center axis of the eccentric element 30 relative to the connecting rod 18 as well as in the receiving openings 26 around the respective longitudinal center axes of the connection areas 22 relative to the piston 16 to be turned around. Such a relative rotation, for example, by mass and / or centrifugal and / or in the cylinder 14 ruling and on the piston 16 acting pressure forces due to the eccentric arrangement of the eccentric element 30 relative to the connection areas 22 causes.
Beim Verdichtungstakt des Kolbens 16 wird der Kolben 16 in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle gedrückt. Aufgrund der exzentrischen Anordnung des Exzenterelements 30 relativ zu den Verbindungsbereichen 22 wird der Abstand zwischen dem Kolben 16 und der Drehachse der Kurbelwelle verkleinert beziehungsweise der Abstand zwischen dem Kolben 16 und einem Brennraumdach des Zylinders 14 vergrößert, wodurch das Verdichtungsverhältnis (ε) verringert wird. Während des Ansaugtrakts wird der Abstand zwischen dem Kolben 16 und der Drehachse der Kurbelwelle vergrößert, indem der Kolben 16 von der Drehachse der Kurbelwelle weggezogen wird. Dadurch wird ein demgegenüber höheres Verdichtungsverhältnis eingestellt. Das Drücken und Ziehen des Kolbens 16 bewirkt dabei über seine Kopplung mit dem Kolbenbolzen 20 das Drehen des Kolbenbolzens 20 relativ zum Kolben 16 beziehungsweise relativ zum Pleuel 18, wenn sich der Verriegelungsbolzen 36 in seiner Freigabestellung befindet.At the compression stroke of the piston 16 becomes the piston 16 pressed in the direction of the axis of rotation of the crankshaft. Due to the eccentric arrangement of the eccentric element 30 relative to the connection areas 22 becomes the distance between the piston 16 and the axis of rotation of the crankshaft reduced or the distance between the piston 16 and a combustion chamber roof of the cylinder 14 increases, whereby the compression ratio (ε) is reduced. During the intake tract, the distance between the piston 16 and the axis of rotation of the crankshaft increased by the piston 16 is pulled away from the axis of rotation of the crankshaft. This sets a contrast higher compression ratio. Pressing and pulling the piston 16 causes it via its coupling with the piston pin 20 turning the piston pin 20 relative to the piston 16 or relative to the connecting rod 18 when the locking bolt 36 is in its release position.
Dreht sich dann der Kolbenbolzen 20 beispielsweise um 180° und bezogen auf die Bildebene von 1 nach links, so wirkt – wenn die Aufnahmeöffnung 34 als Durchgangsöffnung ausgebildet ist – das Schmieröl über den ersten Kolbenkanal auf eine der ersten Stirnseite abgewandte zweite Stirnseite des Verriegelungsbolzens 36 und drückt den Verriegelungsbolzen 36 in radialer Richtung nach außen aus der Aufnahmeöffnung 34 heraus. Der Verriegelungsbolzen 36 wird dann dadurch von seiner Freigabestellung in seine Sperrstellung bewegt, wobei der Verriegelungsbolzen 36 mit dem Kolben 16 formschlüssig zusammenwirkt, so dass dann wieder ein Verdrehen des Kolbenbolzens 20 relativ zum Kolben 16 verhindert ist. Der Kolbenbolzen 20 ist dann verriegelt. Das Schmieröl wird dabei nicht nur zum Bewegen des Verriegelungsbolzens 36 sondern auch zum Arretieren dieses in der Sperrstellung genutzt und erfüllt somit auch eine Arretierungsfunktion.Then turns the piston pin 20 for example, by 180 ° and with respect to the image plane of 1 to the left, so acts - if the receiving opening 34 is formed as a passage opening - the lubricating oil on the first piston channel facing away from the first end face second end face of the locking bolt 36 and pushes the locking bolt 36 in the radial outward direction out of the receiving opening 34 out. The locking bolt 36 is then moved from its release position to its blocking position, wherein the locking bolt 36 with the piston 16 positively cooperates, so that then again a rotation of the piston pin 20 relative to the piston 16 is prevented. The piston pin 20 is then locked. The lubricating oil is not only for moving the locking bolt 36 but also used to lock this in the locked position and thus also fulfills a locking function.
Wird dann davon ausgehend der Steuerschieber 38 in seine zweite Stellung bewegt beziehungsweise verschoben, so wird die Versorgung des ersten Kolbenkanals mit Schmieröl beendet. Dann wird der zweite Kolbenkanal mit Schmieröl versorgt. Das Schmieröl kann dann von dem Pleuel 18 über die Nuten 48, 50 in den zweiten Kolbenkanal und von dort weiter zu der ersten Stirnseite des Verriegelungsbolzen 36 strömen. Dies bedeutet, dass nun wieder die erste Stirnseite des Verriegelungsbolzens 36 und nicht die zweite Stirnseite mit Schmieröl beaufschlagt wird. Das Schmieröl drückt den Verriegelungsbolzen 36 wieder in seine Freigabestellung und der Kolbenbolzen 20 kann sich dann wieder um 180° drehen, nur dieses Mal beispielsweise nach rechts. Diese Verdrehung des Kolbenbolzens 20 und das damit einhergehende Einstellen des Verdichtungsverhältnisses wird somit nicht durch ein aktives Stellelement sondern im Wesentlichen passiv durch Flieh- und/oder Massen- und/oder Druckkräfte bewirkt. Nach der Drehung des Kolbenbolzens 20 nach rechts wird über die zweite Stirnseite des Verriegelungsbolzens 36 mit Schmieröl beaufschlagt, nur dieses Mal über den zweiten Kolbenkanal. Dadurch wird der Verriegelungsbolzen 36 in seine Sperrstellung gedrückt und mittels des Schmieröls arretiert, so dass der Kolbenbolzen 20 wieder verriegelt ist. Dies bedeutet, dass je nach Stellung des Steuerschiebers 38 und Drehstellung des Kolbenbolzens 20 in den Aufnahmeöffnungen 26 entweder die erste Stirnseite oder die zweite Stirnseite des Verriegelungsbolzens 36 mit Schmieröl beaufschlagt und der Verriegelungsbolzen 36 entsprechend bewegt beziehungsweise verstellt werden kann oder der Verriegelungsbolzen 36 arretiert wird, wodurch der Kolbenbolzen 20 in den Totpunkt des Kolbens 16 verriegelt wird. Will then proceed from the spool 38 moved or moved to its second position, the supply of the first piston channel is terminated with lubricating oil. Then the second piston channel is supplied with lubricating oil. The lubricating oil can then be removed from the connecting rod 18 over the grooves 48 . 50 in the second piston channel and from there to the first end side of the locking bolt 36 stream. This means that now again the first end face of the locking bolt 36 and not the second end face is loaded with lubricating oil. The lubricating oil presses the locking bolt 36 back to its release position and the piston pin 20 can then turn 180 ° again, only this time for example to the right. This twist of the piston pin 20 and the concomitant setting of the compression ratio is thus not effected by an active actuator but substantially passive by centrifugal and / or mass and / or pressure forces. After the rotation of the piston pin 20 to the right is on the second end face of the locking bolt 36 lubricated oil, only this time on the second piston channel. This will cause the locking bolt 36 pressed into its blocking position and locked by means of the lubricating oil, so that the piston pin 20 is locked again. This means that depending on the position of the spool 38 and rotational position of the piston pin 20 in the receiving openings 26 either the first end or the second end of the locking bolt 36 lubricated with oil and the locking bolt 36 can be moved or adjusted accordingly or the locking bolt 36 is locked, causing the piston pin 20 in the dead center of the piston 16 is locked.
Es ist ersichtlich, dass mittels des einen Steuerschiebers 38 und des Verriegelungsbolzens 36 zwei Stellungen des Kolbenbolzens 20 und somit zwei voneinander unterschiedliche Kompressionsverhältnisses (Verdichtungsverhältnisse) des Zylinders 14 mittels der Kolbenanordnung 10 darstellbar sind.It can be seen that by means of a spool 38 and the locking bolt 36 two positions of the piston pin 20 and thus two different compression ratio (compression ratios) of the cylinder 14 by means of the piston arrangement 10 are representable.
In 1 sind noch zwei Befestigungselemente in Form von Schrauben 52 erkennbar, mittels welchen ein beispielsweise durch Cracken vom übrigen Pleuel 18 getrenntes unteres Pleuelteil mit dem übrigen Pleuel verbunden ist. Darüber hinaus ist in 1 ein Lagerelement in Form einer Lagerschale 54 erkennbar, über welches das Pleuel 18 an dem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert ist. Schließlich umfasst die Kolbenanordnung 10 auch eine Lagerhülse 56, über welche das Pleuel 18 schwimmend am Kolbenbolzen 20 gelagert ist. Die Lagerhülse 56 ist beispielsweise auf ihrer Innen- und Außenseite mit dem Schmieröl versorgbar und weist hierzu Durchgangsöffnungen 58 auf, welche eine Mantelfläche 60 der Lagerhülse 56 durchsetzen.In 1 are still two fasteners in the form of screws 52 recognizable, by means of which, for example, by cracking the rest of the connecting rod 18 Separate lower connecting rod part is connected to the rest of the connecting rod. In addition, in 1 a bearing element in the form of a bearing shell 54 recognizable over which the connecting rod 18 is mounted on the crank pin of the crankshaft. Finally, the piston assembly comprises 10 also a bearing sleeve 56 over which the connecting rod 18 floating on the piston pin 20 is stored. The bearing sleeve 56 For example, can be supplied with the lubricating oil on its inside and outside and has through holes for this purpose 58 on which a lateral surface 60 the bearing sleeve 56 push through.
2 zeigt das Zylinderkurbelgehäuse 12 in einer Vorderansicht und teilweise geschnitten. In 2 sind Kanäle in Form von Hauptölkanälen 62 erkennbar, welche sich im Zylinderkurbelgehäuse 12 erstrecken und auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Über den bezogen auf die Bildebene von 2 rechten Hauptölkanal 62 ist ein erstes der zuvor genannten Beaufschlagungselemente (Ölspritzdüse) mit dem Schmieröl versorgbar, wobei das erste Beaufschlagungselement ebenfalls auf der rechten Seite angeordnet ist. Einer der Hauptölkanäle 62 ist auf der Einlassseite der Hubkolbenmaschine angeordnet, wobei der andere der Hauptölkanäle 62 auf der Auslassseite der Hubkolbenmaschine angeordnet ist. Mittels des ersten Beaufschlagungselements kann somit das Schmieröl in die rechte der Durchgangsöffnungen 42 und die rechte der Nuten 44 eingebracht, insbesondere eingespritzt werden. Über den bezogen auf die Bildebene von 2 linken der Hauptölkanäle 62 ist ein zweites der zuvor genannten Beaufschlagungselemente (Ölspritzdüse) mit dem Schmieröl versorgbar, wobei das zweite Beaufschlagungselement auf der linken Seite und somit gegenüber dem ersten Beaufschlagungselement angeordnet ist. Mittels des zweiten Beaufschlagungselements kann Schmieröl in die in 1 nicht erkennbare linke der Durchgangsöffnungen 42 sowie die in 1 nicht erkennbare linke der Nuten 44 eingebracht, insbesondere eingespritzt werden, so dass durch das Einspritzen von Schmieröl in die rechte Durchgangsöffnung 42 und die rechte Nut 44 der Steuerschieber 38 bezogen auf die Bildebene von 2 nach links und durch das Einspritzen des Schmieröls in die linke Durchgangsöffnung 42 und in die linke Nut 44 der Steuerschieber 38 bezogen auf die Bildebene von 2 nach rechts verschoben werden kann. 2 shows the cylinder crankcase 12 in a front view and partially cut. In 2 are channels in the form of major oil channels 62 recognizable, which is in the cylinder crankcase 12 extend and are arranged on opposite sides. About the related to the image plane of 2 right main oil channel 62 For example, a first of the above-mentioned biasing members (oil spray nozzle) can be supplied with the lubricating oil, and the first urging member is also disposed on the right side. One of the main oil channels 62 is disposed on the intake side of the reciprocating engine, the other of the main oil passages 62 is arranged on the outlet side of the reciprocating engine. By means of the first loading element can thus the lubricating oil in the right of the through holes 42 and the right of the grooves 44 introduced, in particular injected. About the related to the image plane of 2 left of the main oil channels 62 a second of the aforesaid impingement elements (oil spray nozzle) can be supplied with the lubricating oil, the second impingement element being arranged on the left side and thus opposite the first impingement element. By means of the second Beaufschlagungselements lubricating oil in the in 1 unrecognizable left of the through holes 42 as well as in 1 unrecognizable left of the grooves 44 introduced, in particular injected, so that by the injection of lubricating oil in the right passage opening 42 and the right-hand groove 44 the spool 38 related to the image plane of 2 to the left and by injecting the lubricating oil into the left through hole 42 and in the left groove 44 the spool 38 related to the image plane of 2 can be moved to the right.
Mittels der Beaufschlagungselemente ist somit sowohl der Steuerschieber 38 als auch der Verriegelungsbolzen 36 mit dem Schmieröl versorgbar und dadurch beaufschlagbar. Mit anderen Worten ist es möglich, über die Beaufschlagungselemente den als Vorsteuerkolben ausgebildeten Steuerschieber 38 anzusteuern, um dadurch die zweistufige Einstellung des Verdichtungsverhältnisses mittels des Schmieröls zu bewirken. Insgesamt ist somit erkennbar, dass das jeweilige Stellelement (Verriegelungsbolzen 36 und Steuerschieber 38) mit dem Schmieröl über den jeweiligen sich im Gehäuseelement (Zylinderkurbelgehäuse 12) erstreckenden Hauptölkanal 62 versorgbar und beaufschlagbar ist.By means of the loading elements is thus both the spool 38 as well as the locking bolt 36 supplied with the lubricating oil and thereby acted upon. In other words, it is possible over the Beaufschlagungselemente designed as a pilot piston spool 38 to thereby cause the two-stage adjustment of the compression ratio by means of the lubricating oil. Overall, it can thus be seen that the respective adjusting element (locking bolt 36 and spool 38 ) with the lubricating oil on the respective in the housing element (cylinder crankcase 12 ) extending main oil channel 62 can be supplied and acted upon.
In Zusammenschau mit 7 und 8 ist am Beispiel des rechten Hauptölkanals 62 erkennbar, dass in dem jeweiligen Hauptölkanal 62 eine rohrförmige Steuerwalze 64 angeordnet ist, welche von dem Schmieröl durchströmbar und relativ zu dem Zylinderkurbelgehäuse 12 um eine Drehachse drehbar ist. Die Steuerwalze 64 ist eine Schaltwalze, welche in ihrer Mantelfläche 65 eine Mehrzahl von Durchströmöffnungen in Form von Steueröffnungen 66 aufweist. Das den Hauptölkanal 62 durchströmende Schmieröl kann die Steuerwalze 64 durchströmen und – wenn die Steueröffnungen 66 zumindest teilweise fluidisch freigegeben sind – aus der Steuerwalze 64 aus- und in korrespondierende weitere Kanäle zum Führen des Schmieröls einströmen.In synopsis with 7 and 8th is the example of the right main oil channel 62 recognizable that in the respective main oil channel 62 a tubular control roller 64 is arranged, which can be flowed through by the lubricating oil and relative to the cylinder crankcase 12 is rotatable about a rotation axis. The control roller 64 is a shift drum, which in their lateral surface 65 a plurality of flow openings in the form of control openings 66 having. The main oil channel 62 lubricating oil flowing through the control roller 64 flow through and - if the control openings 66 are at least partially released fluidically - from the control roller 64 out and in corresponding other channels for guiding the lubricating oil flow.
Jedem der Zylinder 14 ist ein auf der rechten Seite angeordnetes erstes Beaufschlagungselement und ein auf der linken Seite angeordnetes zweites Beaufschlagungselement zugeordnet, so dass das jeweilige Stellelement des jeweiligen Zylinders 14 mit dem Schmieröl beaufschlagt beziehungsweise versorgt werden kann. Über die weiteren Kanäle kann das Schmieröl zum jeweiligen Beaufschlagungselement strömen, so dass das jeweilige Beaufschlagungselement das Schmieröl in die jeweilige rechte Nut 44 und die jeweilige rechte Durchgangsöffnung 42 einspritzen kann. Hierzu ist die Steuerwalze 64 beispielsweise derart eingestellt, dass sich die Steueröffnungen 66 in zumindest teilweiser Überdeckung mit den weiteren Kanälen, die zu den jeweiligen Beaufschlagungselementen führen, angeordnet sind.Each of the cylinders 14 is associated with a arranged on the right side first and a second loading element disposed on the left side second urging element, so that the respective actuating element of the respective cylinder 14 can be acted upon or supplied with the lubricating oil. About the other channels, the lubricating oil can flow to the respective biasing element, so that the respective biasing element, the lubricating oil in the respective right-hand groove 44 and the respective right through opening 42 can inject. For this purpose, the tax roll 64 for example, set such that the control openings 66 in at least partial overlap with the further channels leading to the respective Beaufschlagungselementen are arranged.
Ist die Steuerwalze 64 jedoch derart eingestellt, dass die Steueröffnungen 66 durch jeweilige Wandungsbereiche des Zylinderkurbelgehäuses 12 überdeckt und dadurch fluidisch versperrt sind, so kann das die Steuerwalze 64 durchströmende Schmieröl nicht in die weiteren Kanäle einströmen und zu den Beaufschlagungselementen strömen, so dass die Beaufschlagungselemente nicht mit Schmieröl versorgt werden und dementsprechend auch nicht das Schmieröl in die jeweiligen Durchgangsöffnungen 42 und Nuten 44 einbringen können. Insgesamt ist erkennbar, dass mittels der einen Steuerwalze 64 die Versorgung der mehreren rechten Beaufschlagungselemente und somit die Versorgung und die Beaufschlagung der jeweiligen Stellelemente mit Schmieröl auf besonders einfache, bauraum- und kostengünstige Weise sowie bedarfsgerecht einstellbar ist. Auf die gleiche Weise kann auch die Versorgung der mehreren linken Beaufschlagungselemente mit Schmieröl eingestellt werden, wobei eine der Steuerwalze 64 entsprechende weitere Steuerwalze im linken Hauptölkanal 62 angeordnet wird.Is the tax roll 64 however, adjusted so that the control openings 66 through respective wall regions of the cylinder crankcase 12 covered and thereby fluidly obstructed, so that can the control roller 64 flowing lubricating oil does not flow into the other channels and flow to the loading elements, so that the loading elements are not supplied with lubricating oil and, accordingly, not the lubricating oil in the respective through holes 42 and grooves 44 can contribute. Overall, it can be seen that by means of a control roller 64 the supply of several right Beaufschlagungselemente and thus the supply and the application of the respective adjusting elements with lubricating oil in a particularly simple, space-saving and cost-effective manner and as required adjustable. In the same way, the supply of the plurality of left impingement elements can be adjusted with lubricating oil, wherein one of the control roller 64 corresponding further control roller in the left main oil passage 62 is arranged.
Aus 2 sind jeweilige Aktoren 68 erkennbar, mittels welchen die in den Hauptölkanälen 62 angeordneten Steuerwalzen relativ zum Zylinderkurbelgehäuse verdreht werden können. Aus 2 ist erkennbar, dass die Aktoren 68 an jeweiligen, gegenüberliegenden Außenseiten 70 und 72 des Zylinderkurbelgehäuses 12 angeordnet sind. Um die Kosten besonders gering zu halten, sind die Aktoren 68 baugleich ausgebildet und lediglich verdreht zueinander angeordnet. Die Anordnung des Aktors 68 an der Außenseite 72 ist auch besonders gut aus 3 erkennbar. 4 zeigt die Anordnung des Aktors 68 an der Außenseite 70.Out 2 are respective actuators 68 recognizable by means of which in the main oil channels 62 arranged control rollers can be rotated relative to the cylinder crankcase. Out 2 is recognizable that the actuators 68 on respective, opposite outer sides 70 and 72 of the cylinder crankcase 12 are arranged. To keep costs low, the actuators are 68 constructed identical and only twisted to each other. The arrangement of the actuator 68 on the outside 72 is also very good 3 recognizable. 4 shows the arrangement of the actuator 68 on the outside 70 ,
In einem ihrer Endbereiche ist die die Steuerwalze 64 mit einem Zahnrad 74 drehfest verbunden, welches eine erste Verzahnung 76 aufweist und zumindest teilweise in einem Gehäuseelement 83 aufgenommen ist. Der jeweilige Aktor 68 ist über eine Welle 78 drehfest mit einem Zahnelement 80 verbunden, welches eine mit der Verzahnung 76 korrespondierende zweite Verzahnung 82 aufweist. Die Verzahnungen 76, 82 stehen in Eingriff miteinander, so dass die Steuerwalze 64 über die Verzahnungen 76, 82 mittels des Aktors 68 bedarfsgerecht gedreht werden kann.In one of its end regions is the control roller 64 with a gear 74 rotatably connected, which is a first toothing 76 and at least partially in a housing element 83 is included. The respective actor 68 is about a wave 78 rotatably with a toothed element 80 connected, which one with the toothing 76 corresponding second toothing 82 having. The gears 76 . 82 are engaged with each other so that the control roller 64 about the gears 76 . 82 by means of the actuator 68 can be rotated as needed.
Um die Versorgung der Hauptlager über die Hauptölkanäle 62 trotz der Verwendung der jeweiligen Steuerwalze 64 aufrecht zu halten, weist die Steuerwalze 64 zusätzlich zu den Steueröffnungen 66 vorgesehene Versorgungsöffnungen 84 auf, welche als Langlöcher ausgebildet sind. Die Steuerwalze 64 ist mittels des Aktors 68 in einem Verstellbereich verstellbar, wobei die Versorgungsöffnungen 84 derart ausgebildet sind, dass sie im gesamten Verstellbereich eine Strömung des Schmieröls vom jeweiligen Hauptölkanal 62 durch die Versorgungsöffnungen 84 hindurch zu den Hauptlagerstellen ermöglichen. Dadurch kann eine Versorgung der Hauptlagerstellen auch dann sichergestellt werden, wenn die Durchströmöffnungen fluidisch versperrt sind und dementsprechend nicht von Schmieröl durchströmt werden. Dadurch, dass die Aktoren 68 und beispielsweise um 180° zueinander verdreht sind, wird nur ein Gehäusetyp benötigt, so dass beispielsweise auch bereits bestehende Hubkolbenmaschinen mit der Stelleinrichtung zum variablen Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ausgestattet werden können.To supply the main bearings through the main oil channels 62 despite the use of the respective control roller 64 To keep upright, the control roller 64 in addition to the control openings 66 provided supply openings 84 on, which are formed as slots. The control roller 64 is by means of the actuator 68 adjustable in an adjustment range, with the supply openings 84 are formed such that they flow of the lubricating oil from the respective main oil passage in the entire adjustment 62 through the supply openings 84 through to the main bearings. Thereby, a supply of the main bearing points can be ensured even if the flow-through are fluidly blocked and accordingly are not traversed by lubricating oil. Because of the actuators 68 and, for example, rotated by 180 ° to each other, only one type of housing is needed, so that, for example, already existing reciprocating engines can be equipped with the adjusting device for variable adjustment of the compression ratio.
In 5 sind Kanäle in Form von Bohrungen 86 erkennbar, welche von der Außenseite 72 aus hergestellt werden, bis zum gegenüberliegenden Hauptölkanal 62 verlaufen und zur Versorgung der Beaufschlagungselemente mit Schmieröl dienen. Um einen unerwünschten Austritt von Schmieröl zu vermeiden, werden die Bohrungen 86 mittels jeweiliger Verschlussdeckel fluidisch versperrt. Aus 6 und 7 ist erkennbar, dass zum Einbringen der jeweiligen Steuerwalze 64 in den jeweiligen Hauptölkanal 62 dieser beispielsweise durchgespindelt und – um einen unerwünschten Austritt von Schmieröl zu vermeiden – anschließend fluidisch versperrt wird. In 9 ist darüber hinaus der Verlauf eines Entlüftungskanals 88 zum Entlüften des Zylinderkurbelgehäuses 12 erkennbar.In 5 are channels in the form of holes 86 recognizable, which from the outside 72 out to the opposite main oil channel 62 run and serve to supply the admission elements with lubricating oil. To avoid an undesirable leakage of lubricating oil, the holes 86 fluidly blocked by means of respective closure lid. Out 6 and 7 it can be seen that for introducing the respective control roller 64 in the respective main oil channel 62 this example durchgespindelt and - to avoid unwanted leakage of lubricating oil - is then fluidly blocked. In 9 is beyond the course of a ventilation duct 88 for bleeding the cylinder crankcase 12 recognizable.
Darüber hinaus ist es möglich, auch die Versorgung von Ölspritzdüsen mit Schmiermittel mittels der jeweiligen Steuerwalze 64 einzustellen, wobei diese Ölspritzdüsen zum Beaufschlagen des jeweiligen Kolbens 16 mit Schmieröl dienen, so dass der jeweilige Kolben 16 gekühlt wird. Beispielsweise wird das Schmieröl mittels der Ölspritzdüsen in jeweilige Kühlkanäle der Kolben eingespritzt.In addition, it is also possible to supply oil spray nozzles with lubricant by means of the respective control roller 64 set, these oil spray nozzles for applying the respective piston 16 Serve with lubricating oil so that the respective piston 16 is cooled. For example, the lubricating oil is injected by the oil spray nozzles into respective cooling channels of the pistons.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Kolbenanordnungpiston assembly
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1212
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Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
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1414
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Zylindercylinder
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1616
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Kolbenpiston
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1818
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Pleuelpleuel
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2020
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Kolbenbolzenpiston pin
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2121
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großes Pleuelaugebig connecting rod eye
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2222
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Verbindungsbereichconnecting area
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2323
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kleines Pleuelaugesmall connecting rod eye
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2424
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Verbindungsbereichconnecting area
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2626
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Aufnahmeöffnungreceiving opening
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2828
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KolbenbolzenbuchsePiston pin bushing
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3030
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Exzenterelementeccentric
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3232
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Richtungspfeilarrow
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3434
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Aufnahmeöffnungreceiving opening
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3636
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Verriegelungsbolzenlocking bolt
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3838
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Steuerschieberspool
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4040
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Kolbenhemdskirt
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4242
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DurchgangsöffnungThrough opening
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4444
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Nutgroove
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4646
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ZylinderlaufbahnCylinder liner
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4848
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erste Nutfirst groove
-
5050
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zweite Nutsecond groove
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5252
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Schraubescrew
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5454
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Lagerschalebearing shell
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5656
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Lagerhülsebearing sleeve
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5858
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DurchgangsöffnungThrough opening
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6060
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Mantelflächelateral surface
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6262
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HauptölkanalMain oil
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6464
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Steuerwalzecontrol roller
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6565
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Mantelflächelateral surface
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6666
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Steueröffnungcontrol port
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6868
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Aktoractuator
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7070
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Seitepage
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7272
-
Seitepage
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7474
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Zahnradgear
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7676
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Verzahnunggearing
-
7878
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Wellewave
-
8080
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Zahnelementtooth element
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8282
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Verzahnunggearing
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8383
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Gehäuseelementhousing element
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8484
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VersorgungsöffnungTreatment opening
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8686
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Bohrungdrilling
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8888
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Entlüftungskanalvent channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102011115417 A1 [0002, 0026] DE 102011115417 A1 [0002, 0026]
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DE 102011115415 A1 [0002, 0026] DE 102011115415 A1 [0002, 0026]
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DE 102004047549 A1 [0005] DE 102004047549 A1 [0005]
