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Die Erfindung betrifft ein Triebwerk für eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Triebwerk für eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, sowie eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine mit wenigstens einem solchen Triebwerk sind beispielsweise bereits der
DE 10 2005 054 760 A1 und der
EP 1 180 588 A2 als bekannt zu entnehmen. Das Triebwerk wird üblicherweise auch als Multi-Link-Triebwerk oder als Multi-Link-Trieb bezeichnet und umfasst wenigstens ein erstes Bauteil in Form eines Hauptpleuels, welches mit einem zweiten Bauteil in Form eines Kolbens für die Hubkolben-Verbrennungsmaschine gelenkig koppelbar beziehungsweise – im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungsmaschine – gekoppelt ist. Das Triebwerk umfasst ferner wenigstens ein drittes Bauteil in Form eines Nebenpleuels, welches gelenkig mit einem vierten Bauteil in Form einer Stellwelle koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst das Triebwerk wenigstens ein fünftes Bauteil in Form eines Hebelelements, welches gelenkig mit dem Hauptpleuel und gelenkig mit dem Nebenpleuel gekoppelt ist. Das Hebelelement ist drehbar an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle für die Hubkolben-Verbrennungsmaschine lagerbar beziehungsweise gelagert, wobei der Hubzapfen ein sechstes Bauteil ist.
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Das Hebelelement wird üblicherweise auch als Querhebel bezeichnet, da es im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungsmaschine üblicherweise quer zu einer Drehachse verläuft, um welche die Kurbelwelle relativ zu einem korrespondierenden Kurbelgehäuse der Hubkolben-Verbrennungsmaschine drehbar ist. Der Querhebel ist beispielsweise an einer ersten Lagerstelle oder Verbindungsstelle drehbar an dem Hubzapfen gelagert, an einer zweiten Lagerstelle beziehungsweise Verbindungsstelle gelenkig mit dem Hauptpleuel gekoppelt und an einer dritten Lagerstelle beziehungsweise Verbindungsstelle gelenkig mit dem Nebenpleuel gekoppelt, wobei die erste Lagerstelle beziehungsweise Verbindungsstelle zumindest teilweise und insbesondere zumindest überwiegend zwischen der zweiten und dritten Lagerstelle beziehungsweise Verbindungsstelle angeordnet ist.
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Durch das Triebwerk kann ein variables, das heißt variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis der Hubkolben-Verbrennungsmaschine realisiert werden. Wird die beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildete Stellwelle um eine Drehachse gedreht, so wird dadurch das Hebelelement relativ zum Hubzapfen der Kurbelwelle verdreht. Durch dieses Verdrehen des Hebelelements relativ zum Hubzapfen wird der Kolben translatorisch in einem korrespondierenden Brennraum in Form eines Zylinders der Hubkolben-Verbrennungsmaschine verschoben, wodurch das Verdichtungsverhältnis dieses Zylinders eingestellt beziehungsweise verändert wird.
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Bei einem Multi-Link-Triebwerk, wie es beispielsweise in Verbrennungsmotoren mit variabler Verdichtung beziehungsweise variablem Verdichtungsverhältnis zum Einsatz kommt, entstehen durch Toleranzen der Bauteile des Triebwerks und des Kurbelgehäuses Abweichungen in den Verdichtungsverhältnissen zwischen den einzelnen Zylindern der Hubkolben-Verbrennungsmaschine. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Zylinder der Hubkolben-Verbrennungsmaschine aufgrund der Toleranzen in ihren jeweiligen Verdichtungsverhältnissen. Diese Abweichungen sind größer als bei herkömmlichen Triebwerken beziehungsweise Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen ohne ein solches Multi-Link-Triebwerk, da die Toleranzkette aufgrund der hohen Anzahl an Bauteilen bei dem Multi-Link-Triebwerk höher ist. Ferner wirkt sich die Abweichung der Kolbenstellung von einem Soll-Maß aufgrund der üblicherweise vorgesehenen, höheren Maximalverdichtung starker auf das jeweilige Verdichtungsverhältnis aus. Aufgrund dieser Toleranzen und der dadurch bewirkten Abweichungen beziehungsweise Streuungen in der Verdichtung der einzelnen Zylinder kann das volle thermodynamische Potential der Motoren mit Verstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses nicht vollständig ausgenutzt werden, da die Zylinder mit dem höchsten tatsächlichen Verdichtungsverhältnis bevorzugt zum Klopfen neigen. Dies beeinträchtigt den effizienten Betrieb der jeweiligen Hubkolben-Verbrennungsmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Triebwerk der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolben-Verbrennungsmaschine realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Triebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Triebwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolben-Verbrennungsmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen wenigstens zwei der Bauteile des Triebwerks je eines Zylinders zumindest ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist, mittels welchem wenigstens ein Abstand zwischen zumindest zwei Drehachsen des Triebwerks einstellbar ist. Um die jeweilige Drehachse sind zumindest zwei der Bauteile des Triebwerks relativ zueinander drehbar beziehungsweise verschwenkbar. Mittels des Toleranzausgleichselements kann der Abstand zwischen den Drehachsen bedarfsgerecht und beispielsweise in Abhängigkeit von herstellungs- und montagebedingten Toleranzen eingestellt werden, sodass die Toleranzen ausgeglichen werden können. Weist die Hubkolben-Verbrennungsmaschine beispielsweise eine Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere Zylindern, auf, wobei jeder Zylinder mit einem zuvor beschriebenen Triebwerk ausgestattet ist, so ist es mittels des jeweiligen Toleranzausgleichselements möglich, Abweichungen zwischen den Zylindern auszugleichen. Insbesondere ist es möglich, die jeweiligen Toleranzen derart auszugleichen, dass die Zylinder in der gleichen Stellung der jeweiligen Hebelelemente das gleiche Verdichtungsverhältnis aufweisen. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Abweichung eines Ist-Werts von einem vorgebbaren Soll-Wert des Verdichtungsverhältnisses des jeweiligen Zylinders aufzuheben beziehungsweise zu kompensieren.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Triebwerks für eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine, mit wenigstens einem zwischen zumindest zwei Bauteilen des Triebwerks angeordneten Toleranzausgleichselement, mittels welchem wenigstens ein Abstand zwischen zumindest zwei Drehachsen des Triebwerks einstellbar ist;
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht des Triebwerks, wobei sich das Toleranzausgleichselement in einer ersten Stellung befindet;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht des Triebwerks, wobei sich das Toleranzausgleichselement in einer von der ersten Stellung unterschiedlichen, zweiten Stellung befindet; und
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Triebwerks.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Triebwerk für eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Kraftwagens und vorzugsweise eines Personenkraftwagens. Die Hubkolben-Verbrennungsmaschine weist eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern auf, wobei jeder der Zylinder mit einem solchen Triebwerk 10 ausgestattet ist. Die Hubkolben-Verbrennungsmaschine umfasst ferner ein Kurbelgehäuse sowie eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche um eine Drehachse 12 relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar an dem Kurbelgehäuse gelagert ist. In dem jeweiligen Zylinder ist ein in 1 nicht dargestellter Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der Kolben Bestandteil des Triebwerks 10 sein kann.
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Ferner ist in 1 die Zylinderachse 14 des dem Triebwerk 10 zugeordneten Zylinders gezeigt. Das Triebwerk 10 umfasst ein erstes Bauteil in Form eines Hauptpleuels 16, welches ein erstes Pleuelauge 18 und ein zweites Pleuelauge 20 aufweist. Das erste Pleuelauge 18 dient zur zumindest teilweisen Aufnahme eines Kolbenbolzens, über welchen das Hauptpleuel 16 (erstes Bauteil) mit dem genannten Kolben als zweitem Bauteil gelenkig koppelbar beziehungsweise – im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungsmaschine – gekoppelt ist. Hierzu ist der Kolbenbolzen auch zumindest teilweise in einer korrespondierenden Aufnahme des Kolbens angeordnet. Durch diese gelenkige Kopplung des Hauptpleuels 16 mit dem Kolben (zweites Bauteil) ist das Hauptpleuel 16 mit dem Kolben verbunden und dabei um eine Drehachse relativ zu dem Kolben drehbar beziehungsweise verschwenkbar. Das Triebwerk 10 umfasst ferner ein drittes Bauteil in Form eines Nebenpleuels 22, welches ein drittes Pleuelauge 24 in Form eines kleinen Pleuelauges und ein viertes Pleuelauge 26 in Form eines großen Pleuelauges aufweist. Das Nebenpleuel 22 (drittes Bauteil) ist gelenkig mit einer in 1 teilweise erkennbaren Stellwelle 28 koppelbar beziehungsweise gekoppelt, wobei die Stellwelle 28 ein viertes Bauteil der Hubkolben-Verbrennungsmaschine beziehungsweise des Triebwerks 10 ist. Die Stellwelle 28 ist als Exzenterwelle ausgebildet und dabei um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar, wobei die Exzenterwelle je Nebenpleuel 22 ein Exzenterelement 30 aufweist. Das Exzenterelement 30 beziehungsweise dessen Mittelpunkt ist exzentrisch zur Drehachse, um welche das Nebenpleuel 22 relativ zum Kurbelgehäuse drehbar ist, angeordnet, wobei das Nebenpleuel 22 über sein großes Pleuelauge drehbar an dem Exzenterelement 30 gelagert und somit gelenkig mit dem Exzenterelement 30 beziehungsweise der Stellwelle 28 gekoppelt ist. Somit ist das Exzenterelement 30 als das vierte Bauteil anzusehen. Durch den Einsatz des Exzenterelements 30 wird eine translatorische Bewegung des Nebenpleuels 22 bewirkt, wenn die Stellwelle 28 um ihre Drehachse gedreht wird. Beim Drehen der Stellwelle 28 führen das Exzenterelement 30 und somit das Nebenpleuel 22 einen besonders gut aus 2 erkennbaren Hub 32 aus, um welchen das Nebenpleuel 22 durch Drehen der Stellwelle 28 translatorisch bewegbar ist.
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Ferner umfasst das Triebwerk 10 ein fünftes Bauteil in Form eines Hebelelements, welches als Querhebel 34 bezeichnet ist. Der Querhebel 34 (fünftes Bauteil) ist drehbar an einem korrespondierenden Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert und somit drehbar mit dem Hubzapfen gekoppelt, welcher ein sechstes Bauteil der Hubkolben-Verbrennungsmaschine beziehungsweise des Triebwerks 10 ist. Der Hubzapfen ist exzentrisch zur Drehachse 12 angeordnet, sodass beim Drehen der Kurbelwelle um die Drehachse 12 der Hubzapfen und somit der Querhebel 34 einen mit 36 bezeichneten Hub ausführen.
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Insgesamt ist aus 1 erkennbar, dass somit der Kolben über das Hauptpleuel 16 und den Querhebel 34 gelenkig mit dem Hubzapfen beziehungsweise der Kurbelwelle gekoppelt ist, sodass infolge dieser gelenkigen Kopplung translatorische Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse 12 umgewandelt werden.
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Wird die Stellwelle 28 um ihre Drehachse gedreht, so wird dadurch ein Verdrehen des Querhebels 34 relativ zum Hubzapfen bewirkt. Durch dieses Verdrehen des Querhebels 34 relativ zum Hubzapfen wird der Kolben in dem korrespondierenden Zylinder translatorisch verschoben, wodurch das Verdichtungsverhältnis des Zylinders verändert wird. Das Triebwerk 10 ermöglicht somit eine variable Einstellung des Verdichtungsverhältnisses, sodass das Verdichtungsverhältnis bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebspunkte der Hubkolben-Verbrennungsmaschine eingestellt werden kann. Da vorzugsweise jeder Zylinder mit einem Triebwerk 10 ausgestattet ist, können die Verdichtungsverhältnisse der jeweiligen Zylinder variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Aufgrund der Anzahl an Bauteilen des Triebwerks 10 beziehungsweise der Hubkolben-Verbrennungsmaschine kommt es zu einer Toleranzkette und somit zu Toleranzen, sodass beispielsweise ein Ist-Wert des Verdichtungsverhältnisses von einem gewünschten und vorgebbaren Soll-Wert abweichen kann. Ferner kann es zu Abweichungen der Verdichtungsverhältnisse zwischen den jeweiligen Zylindern kommen.
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Um nun diese unerwünschten Abweichungen zu vermeiden oder zumindest gering zu halten und die Toleranzen zu kompensieren, ist zwischen wenigstens zwei der Bauteile zumindest ein besonders gut aus 2 bis 4 erkennbares Toleranzausgleichselement 38 angeordnet, mittels welchem wenigstens ein Abstand zwischen zumindest zwei Drehachsen des Triebwerks 10 einstellbar ist. Aus 2 ist erkennbar, dass das Toleranzausgleichselement 38 vorliegend in dem großen Pleuelauge des Nebenpleuels 22 und somit zwischen dem Nebenpleuel 22 und der Stellwelle 28, insbesondere dem Exzenterelement 30, angeordnet ist. Aus 2 ist ferner erkennbar, dass das Nebenpleuel 22 zweiteilig ausgebildet ist und dabei ein erstes Teil 40 und ein zweites Teil in Form eines Lagerdeckels 42 umfasst, welche miteinander verbunden sind und jeweils teilweise, insbesondere zur Hälfte, das große Pleuelauge begrenzen. Bei einer ersten der Drehachsen, deren Abstand mittels des Toleranzausgleichselements 38 einstellbar ist, handelt es sich beispielsweise um die Drehachse, um welche das Nebenpleuel 22 relativ zum Exzenterelement 30 drehbar ist. Bei der zweiten der Drehachsen, deren Abstand mittels des Toleranzausgleichselements 38 einstellbar ist, handelt es sich beispielsweise um die Drehachse, um welche das Nebenpleuel 22 relativ zum Querhebel 34 drehbar ist.
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Das Toleranzausgleichselement 38 ist dabei unter Einstellen des Abstands relativ zum Exzenterelement 30 und relativ zum Nebenpleuel 22, insbesondere um die erste Drehachse, drehbar. Mit anderen Worten, wird das Toleranzausgleichselement 38 relativ zum Exzenterelement 30 und relativ zum Nebenpleuel 22 gedreht, so wird dadurch eine translatorische Bewegung des Nebenpleuels 22 relativ zum Exzenterelement 30 bewirkt, da das Toleranzausgleichselement 38 vorliegend als Exzenterelement beziehungsweise exzentrisch zur ersten Drehachse ausgebildet ist.
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Das Toleranzausgleichselement 38 ist somit ein Bauteil, welches an einer vorgebbaren Stelle der zuvor genannten Toleranzkette eingefügt ist, sodass sich mittels des Toleranzausgleichselements 38 ein Abstand zweier Drehachsen des Triebwerks 10 verändern lässt. Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung eines Toleranzausgleichselements 38 zwischen dem Nebenpleuel 22 und dem Exzenterelement 30 ist es beispielsweise denkbar, wenigstens einen exzentrisch gefertigten Bolzen im Querhebel 34 einzusetzen, um beispielsweise mittels eines solchen Bolzens das Nebenpleuel 22 und/oder das Hauptpleuel 16 translatorisch relativ zum Querhebel 34 zu bewegen. Da ein solcher Bolzen für Hochleistungstriebwerke jedoch in der Regel schwimmend, das heißt während des Betriebs drehbar, auszuführen ist, ist diese Möglichkeit nicht oder nur sehr aufwendig darstellbar. Die Anordnung des Toleranzausgleichselements 38 zwischen dem Nebenpleuel 22 und dem Exzenterelement 30 beziehungsweise der Stellwelle 28 ist auf besonders einfache und kostengünstige Weise darstellbar.
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Das Toleranzausgleichselement 38 umfasst zwei exzentrische Lagerschalen 44 und 46, über welche das Nebenpleuel 22 gelenkig beziehungsweise drehbar an dem Exzenterelement 30 gelagert ist. Die Anordnung der exzentrischen Lagerschalen 44 und 46 im großen Pleuelauge ist besonders vorteilhaft, da hier die Lagerschalen 44 und 46 bis zur Montage einer Ölwanne der Hubkolben-Verbrennungsmaschine zugänglich bleiben. So kann zum Abschluss der Triebwerksmontage die Stellung des Kolbens durch Verdrehen der Lagerschalen 44 und 46 beziehungsweise des Toleranzausgleichselements 38 insgesamt auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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Hierzu weisen die Lagerschalen 44 und 46 vorzugsweise wenigstens einen Drehmomentangriff insbesondere in Form von Verstellzapfen 48 und 50 auf, welche besonders gut aus 4 erkennbar sind. Die Verstellzapfen 48 und 50 ragen über die Breite des Nebenpleuels 22 beziehungsweise des großen Pleuelauges hinaus, wobei die Drehmomentangriffe beziehungsweise die Verstellzapfen 48 und 50 mit einem Werkzeug zum Verdrehen des Toleranzausgleichselements 38, insbesondere formschlüssig, zusammenwirken können. Mittels eines speziellen Werkzeugs ist es somit möglich, die Lagerschalen 44 und 46 bei noch nicht festgezogenen, aber schon angelegten Lagerdeckelschrauben zum Verbinden des Lagerdeckels 42 mit dem Teil 40 in die gewünschte Position zu drehen. Dadurch können alle Zylinder hinsichtlich ihres Verdichtungsverhältnisses gleichgestellt werden. Nach dieser erfolgten Gleichstellung aller Zylinder werden die Lagerdeckelschrauben fest angezogen, wodurch die eingestellte Position beziehungsweise Stellung der Lagerschalen 44 und 46 festgelegt beziehungsweise fixiert wird.
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2 zeigt das Toleranzausgleichselement 38 beziehungsweise die Lagerschalen 44 und 46 in einer ersten Stellung beziehungsweise Drehstellung, wobei in 3 das Toleranzausgleichselement 38 in einer von der ersten Stellung unterschiedlichen, zweiten Stellung beziehungsweise Drehstellung gezeigt ist. Zum Bewegen beziehungsweise Drehen der Lagerschalen 44 und 46 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung werden die Lagerschalen 44 und 46 mittels der Verstellzapfen 48 und 50 um einen Verstellwinkel 52, insbesondere um die erste Drehachse, gedreht. Daraus resultiert ein Verstellhub 54, um welchen das Nebenpleuel 22 translatorisch bewegt wird. Aus dieser translatorischen Bewegung resultieren – wie zuvor geschildert – ein Verdrehen des Querhebels 34 relativ zum Hubzapfen und somit ein Verschieben beziehungsweise translatorisches Bewegen des Kolbens im Zylinder.
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Insgesamt ist erkennbar, dass durch das Verdrehen der Lagerschalen 44 und 46 im großen Pleuelauge Toleranzen der Bauteile und des Kurbelgehäuses ausgeglichen werden können, sodass auf eine übermäßig präzise und genaue Fertigung verzichtet werden kann. Dadurch können die Kosten der Bauteile gering gehalten werden. Bei Kenntnis der individuellen Kavitäten in einem Zylinderkopf der Hubkolben-Verbrennungsmaschine, insbesondere hinsichtlich der jeweiligen Zylinder, und in dem Kolben, insbesondere hinsichtlich jeweiliger Mulden etc., können gegebenenfalls auch diese Toleranzen mit einbezogen und durch entsprechende Einstellungen der Lagerschalen 44 und 46 ausgeglichen werden. Damit können die Zylinder der Hubkolben-Verbrennungsmaschine alle auf die gleiche Verdichtung eingestellt werden, was Vorteile in der Thermodynamik und damit im Verbrauch mit sich bringt. Mit anderen Worten ist durch die Möglichkeit, Toleranzen kompensieren zu können, ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Hubkolben-Verbrennungsmaschine darstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Triebwerk
- 12
- Drehachse
- 14
- Zylinderachse
- 16
- Hauptpleuel
- 18
- erstes Pleuelauge
- 20
- zweites Pleuelauge
- 22
- Nebenpleuel
- 24
- drittes Pleuelauge
- 26
- viertes Pleuelauge
- 28
- Stellwelle
- 30
- Exzenterelement
- 32
- Hub
- 34
- Querhebel
- 36
- Hub
- 38
- Toleranzausgleichselement
- 40
- Teil
- 42
- Lagerdeckel
- 44
- Lagerschale
- 46
- Lagerschale
- 48
- Verstellzapfen
- 50
- Verstellzapfen
- 52
- Verstellwinkel
- 54
- Verstellhub
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005054760 A1 [0002]
- EP 1180588 A2 [0002]
