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Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Kolbenanordnung für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden Brennraum, insbesondere Zylinder, einer Verbrennungskraftmaschine ist bereits
DE 10 2011 115 417 A1 und der
DE 10 2011 115 415 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Kolbenanordnung umfasst einen Kolben, welcher beispielsweise translatorisch bewegbar in dem Brennraum anordenbar ist. Ferner umfasst die Kolbenanordnung eine Einrichtung zum variablen Einstellen des dem Brennraum zugeordneten Kompressionsverhältnisses. Außerdem umfasst die Kolbenanordnung einen mit dem Kolben über jeweilige Verbindungsbereiche gekoppelten Kolbenbolzen, über welchen der Kolben mit einem Pleuel der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere gelenkig, koppelbar ist.
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Dabei umfasst die Einrichtung den Kolben, welcher wenigstens ein bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzens exzentrisch angeordnetes Exzenterelement aufweist, über das der Kolbenbolzen mit dem Pleuel koppelbar ist. Ferner ist der Kolben zum Einstellen des Kompressionsverhältnisses, welches auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird, relativ zu dem Kolben drehbar. Da das Exzenterelement exzentrisch zu dem Verbindungsbereich des Kolbenbolzens angeordnet ist, wird der Kolben relativ zu dem Pleuel translatorisch verschoben, wenn der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben gedreht wird. Durch dieses translatorische Verschieben des Kolbens relativ zu dem Pleuel wird das Kompressionsverhältnis variiert, das heißt eingestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenanordnung der eingangs genannten Art derart zu entwickeln, dass der Verschleiß der Kolbenanordnung besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenanordnung 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 eine Kolbenanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart zu entwickeln, dass der Verschleiß der Kolbenanordnung besonders gering gehalten werden kann, ist erfindungsgemäß eine Bremseinrichtung vorgesehen, welche wenigstens einen am Kolbenbolzen vorgesehenen Bremsbereich und wenigstens ein am Kolben zumindest mittelbar gehaltenes Bremselement aufweist, welches zum Abbremsen der Drehung des Kolbenbolzens in Zusammenwirken mit dem Bremsbereich bringbar ist. Mit anderen Worten, wird der Kolbenbolzen relativ zum Kolben und insbesondere relativ zum Pleuel gedreht, um dadurch das Kompressionsverhältnis zu variieren beziehungsweise einzustellen, und kommt durch diese Relativdrehung zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kolben der Bremsbereich in Zusammenwirken mit dem Bremselement, so wird die Drehbewegung des Kolbenbolzens beziehungsweise der Kolbenbolzen selbst mittels des Bremsbereiches und mittels des mit dem Bremsbereich zusammenwirkenden Bremselements abgebremst, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Kolbenbolzens gering gehalten werden kann. Dadurch kann der Verschleiß der Kolbenanordnung, insbesondere des Kolbens und eines beispielsweise am Kolbenbolzen gehaltenen Verriegelungsbolzens, gering gehalten werden.
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Die Funktion und weitere Merkmale der Kolbenanordnung sind in der
DE 10 2011 115 415 A1 und der
DE 10 2011 115 417 A1 offenbart, deren jeweilige Offenbarungen vollumfänglich als Teil dieser vorliegenden Offenbarung anzusehen sind. Der zuvor genannte Verriegelungsbolzen ist beispielsweise das in der
DE 10 2011 115 415 A1 und in der
DE 10 2011 115 417 A1 genannte Sperrelement, welches in seiner Sperrstellung mit dem Kolbenbolzen und beispielsweise mit dem Kolben, insbesondere formschlüssig, zusammenwirkt, indem das Sperrelement (Verriegelungsbolzen) beispielsweise in den Kolben, beispielsweise in eine korrespondierende Ausnehmung des Kolbens, einrastet. Durch den Einsatz der Bremseinrichtung und durch das mittels der Bremseinrichtung bewirkbare Abbremsen des Kolbenbolzens kann der Verriegelungsbolzen besonders einfach in die Ausnehmung einrasten, wobei der Verschleiß der Kolbenanordnung besonders gering gehalten werden kann. Ferner ist es durch den Einsatz der Bremseinrichtung möglich, den Schwenkwinkel des Kolbenbolzens zu begrenzen. Außerdem kann eine Drehung des Kolbenbolzens auf eine gewünschte Position ermöglicht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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 Perspektivansicht eines Kolbenbolzens einer Kolbenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform zum variablen Einstellen eines Kompressionsverhältnisses eines Brennraumes einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kolbenbolzen einen Bremsbereich einer Bremseinrichtung aufweist, mittels welcher eine Drehung des Kolbenbolzens relativ zu einem Kolben der Kolbenanordnung abbremsbar ist;
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2 eine schematische Vorderansicht der Bremseinrichtung; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Kolbenbolzens für die Kolbenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Kolbenbolzen für eine Kolbenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet, wobei der Brennraum beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Komponente eines Kraftwagens, welcher mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Dabei kann der Kraftwagen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet sein. In ihrem fertig hergestellten Zustand weist die Verbrennungskraftmaschine ein erstes Gehäuseelement in Form eines Zylindergehäuses auf, durch welches der Zylinder gebildet wird. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine ein zweites Gehäuseelement, welches beispielsweise einstückig mit dem Zylindergehäuse ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das zweite Gehäuseelement als von dem Zylindergehäuse separat ausgebildetes mit dem Zylindergehäuse verbundenes Bauteil ausgebildet ist. Das zweite Gehäuseelement ist ein Kurbelgehäuse. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner eine Abtriebswelle, welche als Kurbelwelle ausgebildet und an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei umfasst die Kurbelwelle wenigstens einen Hubzapfen.
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Die Kolbenanordnung umfasst wenigstens einen in den Figuren nicht dargestellten Kolben, welcher im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar in den Zylinder angeordnet ist. Dabei sind dem Kolben der Hubzapfen der Kurbelwelle sowie ein in den Figuren nicht dargestelltes Pleuel zugeordnet, über welches der Kolben gelenkig mit dem Hubzapfen und somit der Kurbelwelle insgesamt gekoppelt ist. Durch diese gelenkige Kopplung werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse umgewandelt.
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Die Kolbenanordnung umfasst eine Einrichtung zum variablen Einstellen des dem Zylinder zugeordneten Kompressionsverhältnisses, welches auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird. Ferner umfasst die Kolbenanordnung den Kolbenbolzen 10, welcher über jeweilige Verbindungsbereiche mit dem Kolben gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass der Kolben und der Kolbenbolzen 10 jeweils wenigstens einen Verbindungsbereich aufweisen, sodass der Kolbenbolzen 10 über die jeweiligen Verbindungsbereiche mit dem Kolben gekoppelt beziehungsweise koppelbar ist. Vorliegend umfasst der Kolbenbolzen 10 zwei Verbindungsbereiche, welche in axialer Richtung des Kolbenbolzens 10 hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind. Dabei ist in 1 einer der Verbindungsbereiche des Kolbenbolzens 10 ausschnittsweise erkennbar, wobei der in 1 ausschnittsweise erkennbare Verbindungsbereich des Kolbenbolzens 10 mit 12 bezeichnet ist. Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist der Kolben über den Kolbenbolzen 10 mit dem Pleuel gekoppelt, sodass beispielsweise die Kurbelwelle über das Pleuel und dem Kolbenbolzen 10 von dem Kolben antreibbar ist.
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Die Einrichtung zum variablen Einstellen des Kompressionsverhältnisses umfasst den Kolbenbolzen 10, welcher – wie besonders gut aus 2 erkennbar – wenigstens ein bezogen auf den Verbindungsbereich 12 des Kolbenbolzens 10 exzentrisch angeordnetes Exzenterelement 14 aufweist, über das der Kolbenbolzen 10 mit dem Pleuel koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Dabei ist der Kolbenbolzen 10 relativ zu dem Kolben und relativ zu dem Pleuel drehbar, um dadurch das Kompressionsverhältnis, das auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird, variabel einzustellen. Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist der Kolbenbolzen 10 beispielsweise derart mit dem Kolben gekoppelt, dass die Verbindungsbereiche des Kolbenbolzens 10 jeweils zumindest teilweise in korrespondierenden Aufnahmen des Kolbens angeordnet sind. Ferner weist das Pleuel eine weitere Aufnahme auf, welche auch als Pleuelauge bezeichnet wird. Dabei ist das Exzenterelement 14 zumindest teilweise in dem Pleuelauge aufgenommen, sodass der Kolbenbolzen 10 mit dem Pleuel gekoppelt ist. Wird nun beispielsweise der Kolbenbolzen 10 relativ zu dem Pleuel und relativ zu dem Kolben gedreht, so wird dadurch eine translatorische Bewegung, das heißt eine Verschiebung des Kolbens relativ zu dem Pleuel bewirkt, wobei diese Verschiebung des Kolbens relativ zu dem Pleuel beispielsweise in radialer Richtung des Kolbenbolzens 10 verläuft. Durch das Verschieben des Kolbens relativ zum Pleuel wird das Kompressionsverhältnis (Verdichtungsverhältnis) variiert, das heißt eingestellt.
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Die Funktion und weitere Merkmale der Kolbenanordnung sind in der
DE 10 2011 115 415 A1 und der
DE 10 2011 115 417 A1 offenbart, deren Offenbarung beziehungsweise Inhalt vollumfänglich als Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen sind. Die in der
DE 10 2011 115 417 A1 und in der
DE 10 2011 115 415 A1 mit dem Bezugszeichen
32 bezeichnete Aufnahmeöffnung ist in
3 erkennbar und dort mit
16 bezeichnet. Im fertig hergestellten Zustand der Kolbenanordnung ist in der Aufnahmeöffnung
16, welche beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet ist, das Sperrelement in Form des Verriegelungsbolzens aufgenommen. Um nun den Verschleiß der Kolbenanordnung, insbesondere des Sperrelements und des Kolbens, besonders gering zu halten, umfasst die Kolbenanordnung eine besonders gut aus
2 erkennbare und im Ganzen mit
18 bezeichnete Bremseinrichtung, welche vorliegend zwei am Kolbenbolzen
10 vorgesehene Bremsbereiche
20 und wenigstens ein zumindest mittelbar am Kolben gehaltenes Bremselement
22 aufweist, welches zum Abbremsen des Kolbenbolzens
10, das heißt der Drehung des Kolbenbolzens in Zusammenwirken mit dem jeweiligen Bremsbereich
20 bringbar ist.
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Dabei zeigen 1 und 2 eine erste Ausführungsform der Kolbenanordnung, wobei der jeweilige Bremsbereich 20 bei der ersten Ausführungsform jeweils wenigstens eine Nockenerhebung 24 aufweist, mit welchen das Bremselement 22 in Stützanlage bringbar ist, um dadurch die Drehung des Kolbenbolzens abzustützen. Aus 2 ist erkennbar, dass die Nockenerhebungen 24 in Umfangsrichtung des Kolbenbolzens 10 um 180 Grad versetzt beziehungsweise verdreht zueinander angeordnet sind, sodass die Nockenerhebungen 24 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Somit dient beispielsweise eine der Nockenerhebungen 24 beziehungsweise einer der Bremsbereiche 20 dem Abbremsen und Positionieren des Kolbenbolzens 10 in einer ersten Drehstellung, in welcher der Kolbenbolzen 10 mittels des Sperrelements verriegelt werden kann. Die zweite Nockenerhebung 24 beziehungsweise der zweite Bremsbereich 20 dient dem Positionieren und Abbremsen des Kolbenbolzens 10 in einer von der ersten Drehstellung unterschiedlichen, zweiten Drehstellung des Kolbenbolzens 10, wobei der Kolbenbolzen 10 beispielsweise mittels des Sperrelements in der zweiten Drehstellung verriegelt und somit arretiert werden kann. Da die Bremsbereiche 20 um 180 Grad versetzt zueinander angeordnet sind, wird der Kolbenbolzen 10 um 180 Grad gedreht, um den Kolbenbolzen 10 von der ersten Drehstellung in die zweite Drehstellung beziehungsweise umgekehrt zu bewegen.
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Das Bremselement 22 ist vorliegend als Kugel ausgebildet, welche vorliegend bewegbar, insbesondere translatorisch bewegbar, an dem Kolben gehalten ist. Das Bremselement kann aber auch als Zylinder ausgeführt sein. Ferner umfasst die Bremseinrichtung 18 wenigstens ein Federelement 26, welches einerseits an dem Bremselement 22 andererseits an dem Kolben abgestützt beziehungsweise angekoppelt ist. Durch Relativbewegungen zwischen dem Bremselement 22 und dem Kolben wird das Federelement 26 elastisch verformt. Zu solchen Relativbewegungen zwischen dem Bremselement 22 und dem Kolben kommt es durch Relativdrehungen zwischen dem Kolbenbolzen 10 und dem Kolben, wobei die Kugel auf einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 28 des Kolbenbolzens 10 abläuft. Durch diese außenumfangsseitige Mantelfläche 28 sind die Nockenerhebungen 24 gebildet. Das Federelement 26 stellt beispielsweise eine Federkraft bereit, mittels welcher das Bremselement 22 in Stützanlag mit der außenumfangsseitigen Mantelfläche 28 gehalten wird. Wird der Kolbenbolzen 10 beispielsweise derart gedreht, dass das Bremselement 22 aus einem der Bremsbereiche 20 in einen sich an die Bremsbereiche 20 anschließenden und von den Bremsbereichen 20 unterschiedlichen Bereich der außenumfangsseitigen Mantelfläche 28 kommt, so kann sich das Federelement 26 entspannen.
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Wird der Kolbenbolzen 10 derart gedreht, dass das Bremselement 22 aus dem genannten Bereich in einen der Bremsbereiche 20 kommt, so wird das Federelement 26 mittels des Bremselements 22 gespannt und vorliegend komprimiert, da sich das Bremselement 22 durch die entsprechende Nockenerhebung 24 in Richtung des Kolbens bewegt. Beispielsweise durch dieses Spannen beziehungsweise Komprimieren des Federelements 26 und/oder beispielsweise durch eine Begrenzung der translatorischen Bewegbarkeit des Bremselements 22 wird der Kolbenbolzen 10 in der jeweiligen Drehstellung über den jeweiligen Bremsbereich 20 und das Bremselement 22 abgebremst.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Bremseinrichtung 18 somit als unterstütztes, passives Bremssystem ausgebildet ist, wobei die Einrichtung ein zweistufiges Kolbenverstellsystem ist. Bei der ersten Ausführungsform fungiert die jeweilige Nockenerhebung 24 als Bremsnocken, welcher vorliegend an dem Kolbenbolzen 10 fixiert beziehungsweise vorgesehen ist. Der jeweilige Bremsbereich 20 ist beispielsweise auf wenige Winkelgrad beziehungsweise Totpunkte des Kolbens begrenzt. Durch Abbremsen des Kolbenbolzens 10 kann seine Drehgeschwindigkeit auf einem vorteilhaften, geringen Niveau gehalten werden.
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Anhand von 3 ist eine zweite Ausführungsform der Kolbenanordnung veranschaulicht. Bei der zweiten Ausführungsform umfasst der jeweilige Bremsbereich 20 wenigstens eine Ausnehmung 30, welche beispielsweise als Nockenvertiefung oder Vertiefung ausgebildet ist. Das Bremselement 22 ist dabei mit der jeweiligen Ausnehmung 30 in Eingriff bringbar, um dadurch den Kolbenbolzen 10 abzubremsen. Mit anderen Worten kommt, der Kolbenbolzen 10 in eine der Drehstellungen, so kann das Bremselement 22 zumindest teilweise in die zu der jeweiligen Drehstellung gehörende Ausnehmung 30 eingreifen, sodass das Bremselement 22 beispielweise formschlüssig mit dem Kolbenbolzen 10 zusammenwirkt. Dadurch wird der Kolbenbolzen 10 abgebremst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolbenbolzen
- 12
- Verbindungsbereich
- 14
- Exzenterelement
- 16
- Aufnahmeöffnung
- 18
- Bremseinrichtung
- 20
- Bremsbereich
- 22
- Bremselement
- 24
- Nockenerhebung
- 26
- Federelement
- 28
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 30
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115417 A1 [0002, 0007, 0007, 0018, 0018]
- DE 102011115415 A1 [0002, 0007, 0007, 0018, 0018]
