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Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden Brennraum, insbesondere Zylinder, 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, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, ist bereits der
DE 10 2011 115 415 A1 und der
DE 10 2011 115 417 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Kolbenanordnung umfasst eine Einrichtung zum variablen Einstellen des dem Brennraum zugeordneten Kompressionsverhältnisses, welches auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird. Ferner umfasst die Kolbenanordnung einen Kolben, welcher beispielsweise translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen beziehungsweise anordenbar ist. Ferner umfasst die Kolbenanordnung einen mit dem Kolben über jeweilige Verbindungsbereiche gekoppelten Kolbenbolzen, über welchen der Kolben mit einem Pleuel der Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist. Dabei umfasst die Einrichtung den Kolbenbolzen, welcher wenigstens ein bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzens exzentrisch angeordnetes Exzenterelement aufweist, über das der Kolbenbolzen mit dem Pleuel koppelbar ist. Zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ist der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben drehbar. Mit anderen Worten, das Verdichtungsverhältnis (Kompressionsverhältnis) kann eingestellt, das heißt verändert werden, indem der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben und insbesondere relativ zu dem Pleuel gedreht wird.
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Da das Exzenterelement bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzens exzentrisch angeordnet beziehungsweise ausgebildet ist, wird der translatorisch bewegbar in dem Brennraum angeordnete Kolben relativ zu dem Pleuel translatorisch bewegt, das heißt verschoben, wenn der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben und relativ zu dem Pleuel gedreht wird. Aus der Verschiebung des Kolbens relativ zu dem Pleuel resultiert eine Variierung beziehungsweise Verstellung des Verdichtungsverhältnisses.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, 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 weiterzuentwickeln, dass der Verschleiß der Kolbenanordnung besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einrichtung eine an dem Kolben verschiebbar gehaltene Zahnstange und ein mit dem Kolbenbolzen drehfest verbundenes und somit relativ zu dem Kolbenbolzen drehbares sowie von der Zahnstange antreibbares Zahnrad umfasst, über welches der Kolbenbolzen von der Zahnstange antreibbar ist. Das Zahnrad steht mit der Zahnstange beispielsweise über jeweilige Verzahnungen in Eingriff, so dass das Zahnrad mittels der Zahnstange angetrieben wird, wenn die Zahnstange relativ zu dem Kolben translatorisch bewegt, das heißt verschoben wird. Durch dieses Antreiben des Zahnrades wird das Zahnrad relativ zu dem Kolben gedreht. Da das Zahnrad drehfest mit dem Kolbenbolzen verbunden ist, wird der Kolbenbolzen mit dem Zahnrad mitgedreht. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Drehung beziehungsweise Drehbewegung des Kolbenbolzens relativ zu dem Kolben mittels des Zahnrades und mittels der Zahnstange zu bewirken und/oder zu unterstützen, so dass durch das Drehen des Kolbenbolzens relativ zu dem Kolben das Kompressionsverhältnis, welches auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird, eingestellt werden kann.
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Die Funktion sowie weitere Merkmale der Kolbenanordnung sind in der
DE 10 2011 115 415 A1 und in der
DE 10 2011 115 417 A1 offenbart, deren Merkmale und Offenbarungen vollumfänglich als Teil der vorliegenden Beschreibung beziehungsweise Offenbarung anzusehen sind. Das in der
DE 10 2011 115 415 A1 und in der
DE 10 2011 115 417 A1 beschriebene Sperrelement wird auch als Verrieglungsbolzen bezeichnet, mittels welchem der Kolbenbolzen beispielsweise in wenigstens einer Drehstellung, insbesondere in wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Drehstellungen, an dem Kolben fixiert beziehungsweise festgelegt werden kann. Hierzu wirkt der Verriegelungsbolzen in der jeweiligen Drehstellung, insbesondere formschlüssig, mit dem Kolbenbolzen und mit dem Kolben zusammen, beispielsweise derart, dass der Verriegelungsbolzen in der jeweiligen Drehstellung in eine korrespondierende Ausnehmung des Kolbens eingreift. Mit anderen Worten, erreicht der Kolbenbolzen die jeweilige Drehstellung, so rastet der Verriegelungsbolzen beispielsweise in die korrespondierende Ausnehmung des Kolbens ein. Durch den Einsatz der Zahnstange und des Zahnrades ist es nun möglich, den Verschleiß der Kolbenanordnung, insbesondere des Verriegelungsbolzens und des Kolbens, besonders gering zu halten, da der Verriegelungsbolzen besonders einfach in den Kolben beziehungsweise die korrespondierende Ausnehmung einrasten kann. Darüber hinaus ist es möglich, die Drehbewegung des Kolbenbolzens mittels des Zahnrads und der Zahnstange zu beeinflussen beziehungsweise einzustellen, so dass beispielsweise ein Schwenkwinkel, über welchen der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben drehbar beziehungsweise verschwenkbar ist, mittels des Zahnrades und der Zahnstange begrenzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit des Kolbenbolzens besonders gering zu halten. Unter dieser Drehgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit zu verstehen, mit welcher der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben gedreht wird. Darüber hinaus ist eine Drehung des Kolbenbolzens auf eine vorteilhafte, gewünschte Position möglich, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Kolbenanordnung realisiert werden kann.
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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 und teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Kolbens für eine Kolbenanordnung für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Kolbenanordnung einen Kolbenbolzen, eine an dem Kolben verschiebbar gehaltene Zahnstange und ein mit dem Kolbenbolzen drehfest verbundenes und von der Zahnstange antreibbares Zahnrad umfasst, über welches der Kolbenbolzen von der Zahnstange antreibbar ist;
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische und teilweise geschnittene Perspektivansicht des Kolbens; und
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3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Kolbens.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Perspektivansicht einen Kolben 10 einer Kolbenanordnung für einen ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisenden und als Zylinder ausgebildeten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Komponente eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, welcher mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und umfasst ein erstes Gehäuseelement in Form eines Zylindergehäuses, durch welches der Zylinder gebildet ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine in ihrem fertig hergestellten Zustand ein zweites Gehäuseelement in Form eines Kurbelgehäuses, welches beispielsweise einstückig mit dem Zylindergehäuse ausgebildet ist. Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Kurbelgehäuse als separat von dem Zylindergehäuse ausgebildetes und mit dem Zylindergehäuse verbundenes Bauteil ausgebildet ist. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, welche im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei weist die Kurbelwelle wenigstens einen dem Zylinder zugeordneten Hubzapfen auf, wobei der Kolben 10 im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine über das Pleuel gelenkig mit dem Hubzapfen und somit gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
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Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist der Kolben 10 translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen. Infolge der gelenkigen Kopplung des Kolbens 10 mit der Kurbelwelle werden die translatorischen Bewegungen des Kolbens 10 in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt.
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Die Kolbenanordnung umfasst eine Einrichtung zum variablen Einstellen des Kompressionsverhältnisses des Zylinders, dessen Kompressionsverhältnis auch als Verdichtungsverhältnis bezeichnet wird. Dabei umfasst die Einrichtung einen in den Figuren nicht dargestellten Kolbenbolzen, über welchen der Kolben 10 mit dem Pleuel der Verbrennungskraftmaschine koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Dabei ist der Kolbenbolzen über jeweilige Verbindungsbereiche mit dem Kolben 10 gekoppelt. Der Kolbenbolzen weist dabei wenigstens ein bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzens exzentrisch angeordnetes Exzenterelement auf, über das der Kolbenbolzen mit dem Pleuel koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist. Im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist der Verbindungsbereich des Kolbenbolzens beispielsweise zumindest teilweise in einer korrespondierenden Aufnahme des Kolbens angeordnet, wodurch der Kolbenbolzen mit dem Kolben gekoppelt ist.
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Das Pleuel weist eine weitere Aufnahme in Form eines sogenannten Pleuelauges auf, wobei das Exzenterelement zumindest teilweise in dem Pleuelauge aufgenommen ist. Dadurch ist der Kolbenbolzen mit dem Pleuel gekoppelt. Wird der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben und relativ zu dem Pleuel gedreht, so wird dadurch – da das Exzenterelement bezogen auf den Verbindungsbereich des Kolbenbolzens exzentrisch angeordnet ist – eine translatorische Bewegung, das heißt eine Verschiebung des Kolbens relativ zu dem Pleuel bewirkt, wodurch das Verdichtungsverhältnis verändert beziehungsweise variiert, das heißt eingestellt wird. Dies bedeutet, dass zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben
10 drehbar ist. Die Funktion sowie weitere Merkmale der Kolbenanordnung sind in der
DE 10 2011 115 417 A1 und in der
DE 10 2011 115 415 A1 offenbart, deren Offenbarungen vollumfänglich als Teil dieser Beschreibung beziehungsweise Offenbarung anzusehen sind.
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Um nun den Verschleiß der Kolbenanordnung besonders gering zu halten, umfasst die Einrichtung eine in den Figuren nicht dargestellte und am Kolben 10 verschiebbar gehaltene Zahnstange und ein in den Figuren nicht gezeigtes sowie mit dem Kolbenbolzen drehfest verbundenes und von der Zahnstange antreibbares Zahnrad, über welches der Kolbenbolzen von der Zahnstange antreibbar ist. Beispielsweise greift das Zahnrad über jeweilige Verzahnungen in die Zahnstange ein, so dass das Zahnrad relativ zu dem Kolben 10 gedreht wird, wenn die Zahnstange relativ zu dem Kolben 10 verschoben wird. Dadurch wird das Zahnrad mittels der Zahnstange angetrieben. Da das Zahnrad drehfest mit dem Kolbenbolzen verbunden ist, wird der Kolbenbolzen über das Zahnrad von der Zahnstange angetrieben, worunter zu verstehen ist, dass der Kolbenbolzen mit dem Zahnrad relativ zu dem Kolben 10 mitgedreht wird. Daraus resultiert die beschriebene Verschiebung des Kolbens 10 relativ zu dem Pleuel, was mit der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses (Kompressionsverhältnis) einhergeht.
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1 bis 3 zeigen dabei eine erste Aufnahme 12 des Kolbens 10, wobei im fertig hergestellten Zustand der Kolbenanordnung das Zahnrad zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in der ersten Aufnahme 12 aufgenommen und dabei um eine Drehachse relativ zu dem Kolben 10 drehbar ist. Ferner weist der Kolben 10 eine zweite Aufnahme 14 auf, in welcher die Zahnstange im fertig hergestellten Zustand der Kolbenanordnung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufgenommen ist. Aus 2 ist ferner erkennbar, dass die Einrichtung, insbesondere der Kolben 10, wenigstens zwei von einer Flüssigkeit durchströmbare Versorgungskanäle 16 und 18 aufweist, welche in die Aufnahme 14 münden. Bei der Flüssigkeit, welche durch die Versorgungskanäle 16 oder 18 strömen kann, handelt es sich um eine Schmierflüssigkeit wie beispielsweise Öl, so dass die Versorgungskanäle 16 und 18 als Ölkanäle ausgebildet sind. Über die Versorgungskanäle 16 und 18 wird das Öl in die Aufnahme 14 geleitet, so dass die in der Aufnahme 14 angeordnete Zahnstange über die Versorgungskanäle 16 und 18 mit dem Öl versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. Durch Versorgen der Zahnstange mit dem Öl über die Versorgungskanäle 16 und 18 wird die Zahnstange mittels des Öls und somit hydraulisch angetrieben, das heißt relativ zum Kolben 10 verschoben.
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Wird beispielsweise das Öl über den Versorgungskanal 18 in die Aufnahme 14 geführt, so wird dadurch die Zahnstange beispielsweise bezogen auf die Bildebene von 2 nach links verschoben, wobei beispielsweise in der Aufnahme etwaig aufgenommenes Öl über den Versorgungskanal 16 aus der Aufnahme 14 ausströmen kann. Somit wird die Zahnstange beispielsweise in eine erste Richtung relativ zum Kolben 10 verschoben.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, das Öl über den Versorgungskanal 16 in der Aufnahme 14 zu leiten, wodurch die Zahnstange beispielsweise bezogen auf die Bildebene von 2 nach rechts verschoben wird. Dabei kann etwaig in der Aufnahme 14 aufgenommenes Öl beispielsweise über den Versorgungskanal 18 aus der Aufnahme 14 ausströmen. Die Zahnstange wird dabei in eine der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung relativ zum Kolben 10 verschoben. Durch Verschieben der Zahnstange in die erste Richtung wird das Zahnrad beispielsweise in eine erste Drehrichtung gedreht. Wird die Zahnstange hingegen in die zweite Richtung verschoben, so wird dadurch das Zahnrad beispielsweise in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung gedreht. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Kolbenbolzen zwischen wenigstens zwei Drehstellungen hin und her zu drehen, wodurch das Verdichtungsverhältnis beispielsweise zweistufig verstellbar ist.
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Mittels der Zahnstange und des Zahnrades kann somit die Drehung des Kolbenbolzens relativ zu dem Kolben
10 bewirkt oder zumindest unterstützt werden, so dass insgesamt ein aktives Schwenksystem für die Kolbenanordnung gebildet ist. Dabei bildet die Kolbenanordnung ein zweistufiges Kolbenverstellsystem, mittels welchem wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Werte des Verdichtungsverhältnisses einstellbar sind. Vorliegend ist die Zahnradstange beispielsweise rund beziehungsweise zylindrisch ausgebildet. Das Drehen beziehungsweise Schwenken des Zahnrades und somit des Kolbenbolzens erfolgt über einen Ansteuerdruck des Öls beispielsweise analog zu der Ansteuerung des in der
DE 10 2011 115 415 A1 beziehungsweise in der
DE 10 2011 115 417 A1 beschriebenen Sperrelements, welches auch als Verriegelungsbolzen bezeichnet wird. Somit wird das Öl als Drucköl in die Aufnahme
14 geleitet, wodurch eine Linearbewegung der Zahnstange bewirkt wird. Dadurch, dass die Zahnstange beispielsweise über jeweilige Verzahnungen in Eingriff mit dem Zahnrad steht, wird die Linearbewegung der Zahnstange in eine Rotation beziehungsweise eine rotatorische Bewegung des Zahnrads umgewandelt, so dass das Drehen des Kolbenbolzens unterstützt wird. Die Zahnstange ist beispielsweise in die jeweiligen Richtungen in jeweilige Endanschläge beziehungsweise Endstellungen oder Endlagen bewegbar. Der jeweilige Endanschlag kann beispielsweise mittels einer Endlagendämpfung analog zu einem Hydraulikzylinder ausgeführt sein, wodurch die Bewegung der Zahnstange, insbesondere in ihre jeweiligen Endstellungen, gedämpft werden kann.
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Mittels der Zahnstange und des Zahnrades kann ein Schwenkbereich, über welchen der Kolbenbolzen drehbar beziehungsweise verschwenkbar ist, begrenzt werden. Ferner kann die Drehgeschwindigkeit des Kolbenbolzens auf einem vorteilhaften, geringen Niveau gehalten werden. Unter der Drehgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit zu verstehen, mit welcher der Kolbenbolzen relativ zu dem Kolben 10 gedreht wird. Insgesamt kann der Verschleiß der Kolbenanordnung durch den Einsatz der Zahnstange und des Zahnrades gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolben
- 12
- erste Aufnahme
- 14
- zweite Aufnahme
- 16
- Versorgungskanal
- 18
- Versorgungskanal
- 20
- Vorsteuerkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115415 A1 [0002, 0007, 0007, 0017, 0022, 0023]
- DE 102011115417 A1 [0002, 0007, 0007, 0017, 0022, 0023]
