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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis und einem Pleuel. Der Pleuel weist einen Verstellmechanismus zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, eine erste Hydraulikleitung, eine zweite Hydraulikleitung, einen Hydraulikablauf und ein Schaltmodul zum Schalten des Verstellmechanismus auf. Das Schaltmodul ist an dem Pleuel angeordnet, wobei eine erste Stellung des Schaltmoduls einem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Stellung des Schaltmoduls einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis entspricht.
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Eine derartige Verbrennungskraftmaschine ist aus der
DE 10 2011 108 790 A1 , der
WO 2014/019684 A1 und der
WO 2014/019683 A1 bekannt. Bei der Verbrennungskraftmaschine gemäß der
DE 10 2011 108 790 A1 wird das einstellbare variable Verdichtungsverhältnis über ein Freigeben einer ersten und einer zweiten Hydraulikleitung gesteuert. Das Freigeben der ersten Hydraulikleitung löst eine Versperrung einer Bewegung des Verstellmechanismus hin zu einer ersten Stellung des Verstellmechanismus, welche dem ersten Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Das Versperren und Freigeben der jeweiligen Hydraulikleitungen erfolgt entsprechend der DE 10 2011 108 790 A1 mittels eines Schieberventils. Zur Vermeidung von übermäßigen Leckageverlusten zwischen den Hydraulikleitungen und dem Schieberventil sind die Ausnehmungen für das Schieberventil innerhalb des Pleuels sehr präzise gefertigt. Derartige Anforderungen an die Präzision der Fertigung zieht ein vergleichsweise aufwendiges Herstellungsverfahren für das Pleuel nach sich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welche eine vergleichsweise einfache Herstellung eines Pleuels mit einem Verstellmechanismus für ein einstellbares variables Verdichtungsverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine zulässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Merkmale, Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren wie auch aus den Ansprüchen hervor, wobei einzelne Merkmale aus einer Ausgestaltung nicht auf diese beschränkt sind. Vielmehr sind ein oder mehrere Merkmale aus einer Ausgestaltung mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Ausgestaltung zu weiteren Ausgestaltungen verknüpfbar. Auch dienen die Formulierungen der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 in ihrer angemeldeten Form nur als ein erster Entwurf der Formulierungen der zu beanspruchenden Gegenstände. Ein oder mehrere Merkmale der Formulierungen können daher ausgetauscht wie auch weggelassen werden, ebenso aber auch zusätzlich ergänzt werden. Auch können die anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels angeführten Merkmale auch verallgemeinert beziehungsweise bei anderen Ausführungsbeispielen, insbesondere Anwendungen ebenfalls eingesetzt werden.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche eine vergleichsweise einfache Herstellung des Pleuels mit einem Verstellmechanismus zum Verstellen eines einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine zulässt, wird eine Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis und einem Pleuel vorgeschlagen. Der Pleuel weist einen Verstellmechanismus zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, eine erste Hydraulikleitung, eine zweite Hydraulikleitung, einen Hydraulikablauf und ein Schaltmodul zum Schalten des Verstellmechanismus auf. Das Schaltmodul ist an dem Pleuel angeordnet, wobei eine erste Stellung des Schaltmoduls einem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Stellung des Schaltmoduls einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis entspricht.
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Es ist vorgesehen, dass das Schaltmodul ein Schaltelement und eine das Schaltelement umgebende Hülse hat. Das Schaltelement und die Hülse sind relativ zueinander beweglich, wobei die Beweglichkeit zueinander vorzugsweise mittels einer Spielpassung zwischen dem Schaltelement und der Hülse realisiert ist. Das Schaltelement weist eine Ausnehmung und einen die Ausnehmung begrenzenden Randbereich auf, wobei in der ersten Stellung des Schaltmoduls die Ausnehmung und die Hülse die erste Hydraulikleitung mit dem Hydraulikablauf fluidleitend verbinden und der Randbereich und die Hülse eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Hydraulikleitung und dem Hydraulikablauf unterbrechen. Der Hydraulikablauf kann als ein Kanal in dem Pleuel oder als eine Öffnung des Pleuels zum Inneren eines Kurbelgehäuses der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann durch Fräsen, Bohren, Schleifen oder einer sonstigen, insbesondere spanenden, Bearbeitung des Schaltelementes gefertigt sein.
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Bevorzugt bilden der Randbereich und die Hülse eine um das Schaltelement umlaufende Kontaktzone, welche die zweite Hydraulikleitung gegenüber dem Hydraulikablauf in der ersten Stellung des Schaltmoduls abdichtet. In der zweiten Stellung des Schaltmoduls verbinden die Ausnehmung und die Hülse die zweite Hydraulikleitung mit dem Hydraulikablauf fluidleitend und der Randbereich und die Hülse unterbrechen eine Fluidverbindung zwischen der ersten Hydraulikleitung und dem Hydraulikablauf. Bevorzugt bilden der Randbereich und die Hülse eine um das Schaltelement umlaufende Kontaktzone, welche die erste Hydraulikleitung gegenüber dem Hydraulikablauf in der zweiten Stellung des Schaltmoduls abdichtet.
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In einer Weiterbildung kann ein zweiter Randbereich des Schaltelementes die Ausnehmung begrenzen und in der zweiten Stellung mit der Hülse eine um das Schaltelement umlaufende Kontaktzone zum Abdichten der ersten Hydraulikleitung gegenüber dem Hydraulikablauf ausbilden.
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In einer Weiterbildung ist die Hülse gegenüber dem Pleuel unbeweglich und das Schaltelement gegenüber dem Pleuel verschiebbar. Beispielsweise kann die Hülse gegenüber dem Pleuel mittels einer Presspassung oder einem Befestigungselement, vorzugsweise ein Anschlagstift, fixiert sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Hülse einen äußeren zylinderförmigen Mantel, welcher entlang einer Längsachse der Hülse leicht konisch zuläuft und der Pleuel eine korrespondierende zylinderförmige leicht konisch zulaufende Aufnahme zum Aufnehmen der Hülse. Bevorzugt bilden im montierten Zustand der Hülse an beziehungsweise in dem Pleuel der Mantel und die Aufnahme eine Presspassung aus.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hülse zumindest einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang aufweist, wobei der erste Durchgang in einer Projektionsebene senkrecht zu einer Längsachse der Hülse versetzt zum zweiten Durchgang angeordnet ist. Ein solcher Versatz erhöht den Abstand des ersten Durchganges zum zweiten Durchgang und damit eine Dichtlänge zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang, wobei eine Dichtlänge über die Länge eines Weges definiert ist, den ein Fluid von dem ersten Durchgang hin zum zweiten Durchgang entlangströmt. Im Sinne der Erfindung ist der erste Durchgang der ersten Hydraulikleitung zugeordnet und bildet für ein Fluid, welches von der ersten Hydraulikleitung in das Schaltmodul strömt einen Fluidpassage. Der zweite Durchgang bildet eine Fluidpassage für das aus dem Schaltmodul herausströmende Fluid zum Hydraulikablauf. Der erste und der zweite Durchgang sind bevorzugt als Bohrung ausgeführt. In einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest einer der beiden Durchgänge in die Hülse eingestanzt oder eingefräst. Der zweite Durchgang ist bevorzugt als Ablaufbohrung ausgeführt.
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In einer besonderen Ausgestaltung ist der erste Durchgang als eine erste Zulaufbohrung und ein dritter Durchgang der Hülse als eine zweite Zulaufbohrung ausgebildet, wobei der dritte Durchgang beziehungsweise die zweite Zulaufbohrung der zweiten Hydraulikleitung zugeordnet ist und für ein Fluid, welches von der zweiten Hydraulikleitung in das Schaltmodul strömt, eine Fluidpassage bildet. Besonders vorteilhaft verbindet die Ausnehmung des Schaltelementes in der ersten Stellung des Schaltmoduls die erste Zulaufbohrung der Hülse mit der Ablaufbohrung und in der zweiten Stellung des Schaltmoduls die zweite Zulaufbohrung mit der Ablaufbohrung. In gleicher Weise unterbricht der Randbereich des Schaltelementes in der ersten Stellung des Schaltmoduls eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Zulaufbohrung und der Ablaufbohrung der Hülse und in der zweiten Stellung des Schaltmoduls eine Fluidverbindung zwischen der ersten Zulaufbohrung und der Ablaufbohrung der Hülse.
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Über den zweiten Durchgang, bevorzugt über die Ablaufbohrung, kann ein Fluid, vorzugsweise ein Motoröl, weiter über den Hydraulikablauf zum Beispiel in das Kurbelgehäuse der Verbrennungskraftmaschine zurückfließen. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Fluid über den Hydraulikablauf in den Pleuel, bevorzugt weiter über ein Pleuellager, in die Kurbelwelle zurückfließt.
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In vorteilhafter Weise ist die Ablaufbohrung in einer Projektionsebene senkrecht zur Längsachse der Hülse versetzt zu der ersten und/oder der zweiten Zulaufbohrung angeordnet. Im Vergleich zu einer nicht versetzt angeordneten Ablaufbohrung kann damit eine größere Dichtlänge zwischen der ersten beziehungsweise der zweiten Zulaufbohrung und der Ablaufbohrung erreicht werden.
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In Anlehnung an eine einfachere Fertigung des Pleuels, insbesondere der ersten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung des Pleuels, weist die erste und/oder die zweite Zulaufbohrung der Hülse einen kleineren Durchmesser als jeweils die erste Hydraulikleitung beziehungsweise die zweite Hydraulikleitung des Pleuels auf, bevorzugt an der Stelle, an welcher die erste und/oder die zweite Hydraulikleitung an die erste beziehungsweise die zweite Zulaufbohrung angrenzt.
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In vorteilhafter Weise gibt der Durchmesser der ersten Zulaufbohrung und/oder der zweiten Zulaufbohrung der Hülse eine Durchflussgeschwindigkeit eines Fluids von der ersten beziehungsweise der zweiten Hydraulikleitung durch die erste beziehungsweise zweite Zulaufbohrung vor. Die Genauigkeit einer Durchflussmenge eines Fluids von den entsprechenden Hydraulikleitungen durch die Hülse ist bevorzugt durch die jeweilige Toleranz der Durchmesserwerte bei einer Fertigung der ersten und/oder zweiten Ablaufbohrung vorgegeben. Gegenüber dem in der
DE 10 2011 108 790 A1 offenbarten Pleuel, bei welchem ein Toleranzbereich einer Ablaufgeschwindigkeit des Fluids aus den jeweiligen Hydraulikleitungen, das heißt der ersten oder der zweiten Hydraulikleitung, durch die Toleranz der Durchmesserwerte der jeweiligen ersten und zweiten Hydraulikleitung vorgegeben ist, vereinfacht die erfindungsgemäße Lehre die Fertigung des Pleuels dahingehend, dass die Ablaufgeschwindigkeit des Fluids bei vorgegebenen gleichen Randbedingungen der Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise einer Drehzahl und einem Öldruck, im Wesentlichen von den Toleranzwerten der Durchmesser der jeweiligen Zulaufbohrungen der Hülse abhängen. Dies kann zum Beispiel ein Auslegen des Pleuels dahingehend vereinfachen, dass eine Kavitation und eine Schaumbildung des Fluids in der ersten und zweiten Hydraulikleitung über weite, bevorzugt über alle, Drehzahl- und Lastbereiche der Verbrennungskraftmaschine vermieden wird.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Pleuels und entsprechend des Schaltmoduls mit der Hülse und dem Schaltelement kann die erste und die zweite Hydraulikleitung einfacher gebohrt werden, wobei dabei keine besonderen Anforderungen bezüglich der Toleranz oder Oberflächenqualität erfüllt werden müssen. Sämtliche Präzisionsbearbeitungen, beispielsweise zum Vorgeben einer Durchflussrate des Fluids von der ersten oder der zweiten Hydraulikleitung hinein in die Hülse, beschränken sich auf das Schaltelement und die Hülse, bevorzugt auf die Verbindungsflächen zwischen dem Schaltelement und der Hülse.
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Weiterhin ist mittels der kleineren Durchmesser der ersten und/oder zweiten Zulaufbohrung gegenüber den Durchmessern jeweils der ersten beziehungsweise zweiten Hydraulikleitung jeweils eine Durchflussblende ausgebildet. Eine solche Durchflussblende muss gegenüber der
DE 10 2011 108 790 A1 nicht mehr zusätzlich innerhalb der ersten und zweiten Hydraulikleitung vorgesehen werden, wobei zusätzlich eine Fertigung des Pleuels vereinfacht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Pleuel einen Anschlagsstift aufweist, welcher das Schaltelement in einer Anschlagstellung und/oder in der ersten und/oder zweiten Stellung zumindest in eine Richtung blockiert. Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Anschlagstift die Hülse gegenüber dem Pleuel fixiert. Vorzugsweise wird ein Spiel zwischen der in den Pleuel eingeschobenen Hülse, insbesondere in eine Aufnahme des Pleuels eingeschobenen Hülse, und dem Pleuel durch eine Montage des Anschlagstiftes an dem Pleuel aufgehoben. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann durch eine variable Größe, vorzugsweise einen variablen Durchmesser, des Anschlagstiftes ein Presssitz zwischen der Hülse und dem Pleuel bei einer Montage eingestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Pleuel eine Fixierungsvorrichtung zum Fixieren des Schaltelementes in der ersten und/oder zweiten Stellung aufweist. Bevorzugt übt die Fixierungsvorrichtung in der ersten und/oder zweiten Stellung des Schaltelementes eine Haltekraft auf das Schaltelement aus, welche das Schaltelement in der ersten und/oder zweiten Stellung hält, bevorzugt teilweise blockiert. Unter einer teilweisen Blockade des Schaltelementes ist insbesondere eine Bewegung des Schaltelementes ohne ein gewolltes Schalten zu verstehen.
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Bevorzugt ist die Fixierungsvorrichtung als Rastfeder ausgeführt. Dabei dient die Rastfeder dazu, das Schaltelement ab einem bestimmten Totpunkt selbstständig in die gewünschte erste oder zweite Stellung zu ziehen und das Schalelement in dieser Stellung zu halten. Die Rastfeder kann als Biegefeder oder auch als Druckfeder ausgeführt sein.
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Bevorzugt weist die Rastfeder ein kugelförmiges Ende auf, welches mit einer durch die Feder erzeugten Haltekraft in eine, bevorzugt schalenförmige, Aufnahme an dem Schaltelement gedrückt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist die Fixierungsvorrichtung als magnetische Rastierung ausgeführt. Zum Beispiel kann ein magnetischer Zylinderstift in der ersten oder zweiten Position des Schaltelementes in eine Nut des Schaltelementes gezogen werden und dadurch eine, bevorzugt seitliche, Bewegung des Schaltelementes zumindest teilweise blockieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Fixierungsvorrichtung als hydraulische Rastierung ausgeführt. Dabei kann ein anliegender Öldruck, beispielsweise welcher von der Ölpumpe über ein Pleuellager der Verbrennungskraftmaschine hin zu dem Pleuel übertragen wird, genutzt werden, um das Schaltelement in einer Position, der ersten oder der zweiten, zu halten. Dies kann dadurch gewährleistet werden, dass der Öldruck auf ein Rastelement einwirkt. Das Rastelement kann zum Beispiel als Stift ausgeführt sein, welcher sich senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Schaltelementes bewegen kann und in eine Nut, welche sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schaltelementes an dem Schaltelement erstreckt, unter Einfluss des Öldruckes einrastet.
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Es wird weiterhin ein Pleuel vorgeschlagen, welcher einen Verstellmechanismus zum Verstellen eines einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses eine Verbrennungskraftmaschine, eine erste Hydraulikleistung, eine zweite Hydraulikleitung, einen Hydraulikablauf und ein Schaltmodul zum Schalten des Verstellmechanismus aufweist. Das Schaltmodul ist an den Pleuel angeordnet, wobei eine erste Stellung des Schaltmoduls einer ersten Stellung des Verstellmechanismus und eine zweite Stellung des Schaltmoduls einer zweiten Form der ersten verschiedenen Stellung des Verstellmechanismus entsprechen. Das Schaltmodul hat ein Schaltelement und eine das Schaltelement umgebende Hülse, wobei das Schaltelement und die Hülse relativ zueinander beweglich sind. Weiterhin umfasst das Schaltelement eine Ausnehmung und einen die Ausnehmung begrenzenden Randbereich.
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In der ersten Stellung des Schaltmoduls verbinden die Ausnehmung und die Hülse die erste Hydraulikleitung mit dem Hydraulikablauf fluidleitend, wobei der Randbereich und die Hülse eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Hydraulikleitung und dem Hydraulikablauf unterbricht. In der zweiten Stellung des Schaltmoduls verbinden die Ausnehmung und die Hülse die zweite Hydraulikleitung mit dem Hydraulikablauf fluidleitend, wobei der Randbereich und die Hülse eine Fluidverbindung zwischen der ersten Hydraulikleitung und dem Hydraulikablauf unterbrechen.
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In besonders vorteilhafter Weise können der Verstellmechanismus, die erste Hydraulikleitung, die zweite Hydraulikleitung, der Hydraulikablauf und das Schaltmodul wie bei der bisher beschriebenen Verbrennungskraftmaschine und ihren gesamten Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Ebenso können diese oben beschriebenen Ausführungsformen präzisierende Merkmale zur näheren Spezifizierung des Pleuels aufweisen, welche zur Präzisierung des Pleuels beansprucht werden können.
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Des Weiteren wird eine Hülse zum Einsetzen in den Pleuel vorgeschlagen, wobei die Hülse eine Aufnahme für einen Anschlagstift, einen ersten Durchgang für die erste Hydraulikleitung, einen zweiten Durchgang für einen Hydraulikablauf und einen dritten Durchgang für die zweite Hydraulikleitung aufweist. In vorteilhafter Weise ist zumindest ein, der erste oder der dritte, Durchgang in einer Projektionsebene senkrecht zur Längssachse der Hülse versetzt zum dritten Durchgang angeordnet.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Verstellen eines Verstellmechanismus unter Verwendung des oben beschriebenen Pleuels vorgeschlagen. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird das Schaltmodul in die erste Stellung verstellt. In einem weiteren zweiten Schritt wird ein Fluid durch das Schaltmodul geleitet, wobei das Fluid mittels der Ausnehmung von der ersten Hydraulikleitung hin zur Ablaufbohrung geleitet wird. In einem dritten Schritt des Verfahrens wird der Verstellmechanismus hin von einer zweiten Stellung hin zu einer ersten Stellung verstellt. Beispielsweise wird mittels des Leitens des Fluids durch das Schaltelement eine Blockade der ersten Fluidkammer gelöst, woraufhin sich der Verstellmechanismus durch einen Einfluss von Gaskräften bei dem Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine hin zur ersten Stellung verstellt.
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Die Schritte eins bis drei werden vorzugsweise hintereinander durchgeführt, wobei eine Verstellung des Verstellmechanismus von der zweiten Stellung hin zu der ersten Stellung und eine Verstellung hin zu dem ersten Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine bewirkt wird. Bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine eine gewünschte Dauer mit dem Verstellmechanismus in der ersten Stellung betrieben. Das vorgeschlagene Verfahren sieht weiterhin einen vierten Schritt vor, bei welchem das Schaltmodul in die zweite Stellung verstellt wird. In einem fünften Schritt wird das Fluid, bevorzugt ein Motoröl, durch das Schaltmodul geleitet, wobei das Fluid mittels der Ausnehmung von der zweiten Hydraulikleitung hin zum Hydraulikablauf geleitet wird. In einem sechsten Schritt wird der Verstellmechanismus, bevorzugt unter dem Einfluss von Massenkräften beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, von der ersten Stellung hin zur zweiten Stellung des verstellt. Die Schritte fünf bis sechs werden bevorzugt dann ausgeführt, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen, Verdichtungsverhältnis betrieben werden soll.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wie auch Merkmale gehen aus den nachfolgenden Figuren und der dazugehörigen Beschreibung hervor. Die aus den Figuren und der Beschreibung hervorgehenden einzelnen Merkmale sind nur beispielhaft und nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können aus ein oder mehrere Figuren ein oder mehrere Merkmale mit anderen Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Daher sind die Merkmale nicht beschränkend sondern beispielhaft angegeben. Diese zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Schaltmoduls mit einem Schaltelement und eine das Schaltelement umgebende Hülse in einer ersten Stellung,
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3 das Schaltmodul aus 2 in einer zweiten Stellung,
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4 eine Anordnung des Schaltmoduls aus 2 an einem Pleuel aus 1,
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5 eine Schnittansicht des Schaltmoduls aus 2,
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6 eine perspektivische Ansicht des Schaltmoduls und einer Fixierungsvorrichtung,
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7 das Schaltmodul und die Fixierungsvorrichtung in einer Schnittansicht.
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1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine
1 mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis, einem Kurbelgehäuse
2, einem Pleuel
3, ein Verstellmechanismus
4 zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, eine erste Hydraulikleitung
5, eine zweite Hydraulikleitung
6 und ein Schaltmodul
7 zum Schalten des Verstellmechanismus
4, wobei das Schaltmodul
7 an bzw. in dem Pleuel
3 angeordnet ist und eine erste Stellung des Schaltmoduls
7 an einem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Stellung des Schaltmoduls
7 einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis entspricht. Das Schaltmodul
7 ist vorzugsweise über einen Umschalter
8 von einer ersten Stellung des Schaltmoduls in eine zweite Stellung und umgekehrt schaltbar. Der Umschalter
8 kann beispielsweise ähnlich wie die in der
WO 2014/019684 A1 und der
WO 2014/019683 A1 beschriebenen Umschalter mittels Kurvenscheibenelementen ausgeführt sein. Die Drehrichtung einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und auch des Schaltmoduls
7 ist mit dem positiven Drehsinn des Winkels gekennzeichnet.
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Das Verstellen des Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine
1 über den Verstellmechanismus
4 erfolgt über ein Ablaufen eines Fluids entweder aus einem ersten Arbeitsraum
45 oder aus einem zweiten Arbeitsraum
46 unter Einwirkung von Massenkräften beziehungsweise Gaskräften während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine
1. Eine mögliche Variante der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ist in der
DE 10 2005 055 199 im Detail beschrieben, wobei der erste Arbeitsraum
45 dem Arbeitsraum
29.2 und der zweite Arbeitsraum
46 dem Arbeitsraum
29.1 der
1 der
DE 10 2005 055 199 entspricht.
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Auf die Anmeldungen
DE 10 2005 055 199 ,
DE 10 2011 108 790 A1 ,
WO 2014/019684 A1 und
WO 2014/019683 A1 wird hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung der Umschalter, der hydraulischen Schaltung im Pleuel wie auch der Gestaltung des Pleuels und des Verfahrens zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses voll inhaltlich im Rahmen der Offenbarung dieser vorliegenden Anmeldung verwiesen.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Schaltmoduls 21 mit einem zapfen- oder bolzenförmigen Schaltelement 22 und eine das Schaltelement 22 umgebende Hülse 23. Das Schaltelement 22 ist relativ zu der Hülse 23 axial beweglich. Die Hülse 23 weist einen ersten Durchgang in Form einer ersten Zulaufbohrung 24, einen zweiten Durchgang in Form einer Ablaufbohrung 25 und einen dritten Durchgang in Form einer zweiten Zulaufbohrung 26 auf.
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In einer Projektionsebene 27, welche senkrecht zu einer Längsachse 28 der Hülse 23 verläuft, liegt eine erste Gerade 29, welche einen projizierten Punkt 30 und die Längsachse 28 in einem Punkt 31 schneidet. Der projizierte Punkt 30 ergibt sich aus einer Projektion eines ersten Mittelpunktes 32, welcher auf einer Mittellinie der Ablaufbohrung 25 liegt. Des Weiteren befindet sich eine Strecke 33 in der Projektionsebene 27, wobei die Strecke 33 durch den Schnittpunkt 31 und einem Mittelpunkt 34 auf einer Mittellinie der zweiten Zulaufbohrung 26 begrenzt wird. In der in 2 dargestellten Ausführungsform der Hülse 23 schließt die Strecke 33 mit der Geraden 29 einen Versatzwinkel 35 von circa 60 Grad ein. Der Versatzwinkel 35 kann in abgewandelten Ausführungsformen 20 Grad bis 30 Grad, 31 Grad bis 40 Grad, 41 Grad bis 50 Grad, 51 Grad bis 60 Grad, 61 Grad bis 70 Grad, 71 Grad bis 80 Grad, 81 Grad bis 90 Grad, 91 Grad bis 100 Grad, 101 Grad bis 110 Grad, 111 Grad bis 120 Grad, 121 Grad bis 130 Grad, 131 Grad bis 140 Grad, 141 Grad bis 150 Grad, 151 Grad bis 160 Grad, 161 Grad bis 170 Grad oder 171 Grad bis 180 Grad betragen. In vorteilhafter Weise ist ein solcher Versatzwinkel auch zwischen der ersten Zulaufbohrung 24 und der Ablaufbohrung 25 vorgesehen.
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Weiterhin weist das Schaltelement 22 eine Ausnehmung 36 auf, welche in 2 gestrichelt dargestellt ist. In der in 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich das Schaltmodul 21 in einer ersten Stellung, wobei die Ausnehmung 36 die erste Zulaufbohrung 24 fluidleitend mit der Ablaufbohrung 25 verbindet. Des Weiteren weist das Schaltelement 22 angrenzend an die Ausnehmung 36 einen Randbereich 37 auf. Der Randbereich 37 erstreckt sich in dieser Ausführungsform um den gesamten Umfang des Schaltelementes 22 mit Ausnahme der Ausnehmung 36. In der ersten Stellung des Schaltmoduls 21 unterbricht der Randbereich 37 eine Fluidverbindung zwischen der Ablaufbohrung 25 und der zweiten Zulaufbohrung 26.
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Besonders vorteilhaft bewirkt der Versatzwinkel 35 von circa 60 Grad eine Erhöhung der Dichtlänge zwischen der zweiten Zulaufbohrung 26 und der Ablaufbohrung 25. Eine höhere Dichtlänge bewirkt insbesondere eine höhere Abdichtung zwischen den jeweiligen Zulaufbohrungen und der Ablaufbohrung.
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3 zeigt das Schaltmodul 21 in einer zweiten Stellung, wobei in der zweiten Stellung die Ausnehmung 36 und die Hülse 23 die zweite Zulaufbohrung 26 mit der Ablaufbohrung 25 fluidleitend verbindet. Des Weiteren unterbricht der Randbereich 37 und die Hülse 23 eine Fluidverbindung zwischen der ersten Zulaufbohrung 24 und der Ablaufbohrung 25.
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Die erste Zulaufbohrung 24 ist in einer besonderen Ausführungsform mit der ersten Hydraulikleitung 5 aus 1 und die zweite Zulaufbohrung 26 fluidleitend mit der zweiten Hydraulikleitung 6 aus 1 verbunden. Die Ausnehmung 36 ist in der 2 und 3 gezeigten Ausführungsform abgerundet und in Form eines "T" ausgebildet. Bevorzugt ist ein erster Bereich der Ausnehmung 36, welcher unmittelbar an die Ablaufbohrung 25 angrenzt in einer Richtung parallel zur Längsachse 28 der Hülse 23 länger ausgebildet als ein zweiter Bereich, welcher je nach Stellung des Schaltmoduls 21 an der ersten Zulaufbohrung 24 oder der zweiten Zulaufbohrung 26 angrenzt. Diese unterschiedlichen Längen des ersten und zweiten Bereiches der Ausnehmung 36 bilden vorzugsweise die "T"-Form.
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4 zeigt das Schaltmodul 21, wie es an dem Pleuel 3, bevorzugt in einem Pleuelfuß 42, angeordnet ist. Das Schaltmodul 21 befindet sich in der in 4 gezeigten Darstellung in derselben Stellung, welches in 3 dargestellt ist. Dabei verbindet das Schaltmodul 21 die zweite Hydraulikleitung 6 fluidleitend mit der Ablaufbohrung 25 und einem an die Ablaufbohrung 25 fluidleitend angeschlossenen Hydraulikablaufkanal 47. In der in 4 gezeigten Stellung des Schaltmoduls 21 unterbricht der Randbereich 37 und die Hülse 23 eine Fluidverbindung zwischen der ersten Hydraulikleitung 5 und der Ablaufbohrung 25 und damit dem Hydraulikablaufkanal 47. Der Hydraulikablaufkanal 47 bildet eine Fluidverbindung zu dem Pleuellager, wohin das durch das Schaltmodul 21 strömende Fluid ablaufen kann. In einer Weiterbildung kann der Hydraulikablaufkanal 47 als eine direkte Öffnung zum Inneren des Kurbelgehäuses 2 ausgebildet sein.
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Die erste Hydraulikleitung 5 ist an den ersten Arbeitsraum 45 fluidleitend angeschlossen. Die zweite Hydraulikleitung 6 ist an den zweiten Arbeitsraum 46 fluidleitend angeschlossen.
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5 zeigt das Schaltmodul 21 in einer Schnittebene senkrecht zur Längsachse 28 der Hülse 23 in einer Ebene, welche durch eine Mittellinie der zweiten Hydraulikleitung 6 in 4 verläuft. Die Ausnehmung 36 lässt sich wie bereits beschrieben in einen zweiten Bereich 51, welcher entlang der Längsachse 28 kürzer als ein erster Bereich 52 ausbildet ist, einteilen. In der in 5 gezeigten Darstellung verbindet die Ausnehmung 36 die zweite Hydraulikleitung 6 fluidleitend mit der Ablaufbohrung 25. Die Ablaufbohrung 25 ist in der in 5 gezeigten Schnittansicht nicht sichtbar.
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Die Hülse 23 kann eine Aufnahme 53 für einen Anschlagstift 54 aufweisen. In vorteilhafter Weise weist das Schaltelement 22 eine Anschlagstiftaufnahme 55, welche bevorzugt als Nut ausgebildet ist, auf. Der Anschlagstift 54 dient vorzugsweise als Endanschlag des Schaltelementes 22 in der ersten und/oder zweiten Stellung des Schaltmoduls 21. Dabei kann die Anschlagstiftaufnahme 55 in der jeweiligen ersten und zweiten Stellung an den Anschlagstift 54 anstoßen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Schaltelement 22 in der ersten und/oder zweiten Stellung des Schaltmoduls 21 ein Spiel zum Anschlagstift 54 aufweist, wobei der Anschlagstift 54 ein Herausschieben des Schaltelementes 22 aus dem Pleuel 3 verhindert.
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Des Weiteren kann der Anschlagstift 54 als Verschiebesicherung und Fixierungselement der Hülse 23 ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Spiel zwischen dem Anschlagstift 54 und der Aufnahme 53 deutlich geringer ausgeführt sein, als ein Spiel zwischen der Hülse 23 und dem Pleuel 3. Bei der Montage des Anschlagstiftes 54 kann das Spiel zwischen der Hülse 23 und dem Pleuel 3 aufgehoben werden.
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Besonders bevorzugt vereint der Anschlagstift 54 eine Funktion als Endanschlag des Schaltelementes 22 in zumindest einer, der ersten oder der zweiten, Stellung des Schaltmoduls 21 und mit einer Funktion als Verschiebesicherung und Fixierungselement der Hülse 23. Dadurch kann ein sicherer Sitz der Hülse 23 im Pleuel 3 mit einer geringeren Pressung oder sogar einer Spielpassung gewährleistet werden, wodurch das Spiel eines Schiebersitzes des Schaltelementes 22 gegenüber der Hülse 23 genauer ausgelegt werden kann. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass bei einer geringeren Pressung der Hülse 23 im montierten Zustand in dem Pleuel 3 die Hülse 23 eine geringere Verformung aufweist. Diese geringere Verformung ermöglicht eine einfachere Fertigung der Hülse 23 und des Schaltelementes 22. Weiterhin ist nicht nur eine einfachere Fertigung, sondern auch eine einfachere Montage der Hülse 23 und des Schaltelementes 22 ermöglicht. Eine Reduzierung der Pressung der Hülse 23 im eingebauten Zustand im Pleuel 3 kann vor allem eine Reduzierung der Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Hülse 23 und des Schaltelementes 22 bewirken.
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6 zeigt das Schaltmodul 21, welches an dem Pleuel 3 angeordnet ist, in einer Stellung, welche der in 2 gezeigten Stellung des Schaltmoduls 21 entspricht. Der Pleuel 3 hat in dieser Ausführungsform eine Fixierungsvorrichtung 61. Die in 6 dargestellte Fixierungsvorrichtung 61 ist bevorzugt als Rastfeder ausgeführt, wobei ein oberes Ende 62 einer Biegefeder der Rastfeder und ein kugelförmiges Ende 63 der Biegefeder in 6 dargestellt ist. Das kugelförmige Ende 63 der Fixierungsvorrichtung 61 bewirkt in der in 6 gezeigten Stellung des Schaltmoduls 21 eine Haltekraft auf eine, bevorzugt schalenförmige, Aufnahme 64 des Schaltelementes 22 aus. Diese Haltekraft bewirkt ein Halten des Schaltelementes 22 in der in 6 gezeigten Stellung, hält aber nicht gegen einen Schaltimpuls, mit welchem das Schaltelement 22 mit einem Umschalter, wie er zum Beispiel in 1 mit dem Umschalter 8 gezeigt ist.
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7 zeigt das Schaltmodul 21 und die Fixierungsvorrichtung 61 in einer Schnittansicht durch die Mittellinie des kugelförmigen Endes 63 der Fixierungsvorrichtung 61 und senkrecht zur Längsachse 28 der Hülse 23. Besonders vorteilhaft ist die Fixierungsvorrichtung 61 nachdem der Pleuel 3 geschmiedet oder gesintert wurde in eine Ausnehmung 71 des Pleuels 3 einschiebbar. Vorzugsweise kann eine durch die Fertigung entstandene Ungenauigkeit der Ausnehmung 71, der Hülse 23 und/oder des Schaltelementes 22 durch eine entsprechende Biegesteifigkeit der Fixierungsvorrichtung 61, bevorzugt ausgeführt als Rastfeder, kompensiert werden. Mit anderen Worten kann eine Fertigungstoleranz der Hülse 23, des Schaltelementes 22 und/oder der Ausnehmung 71 mittels der Fixierungsvorrichtung 61 ausgeglichen werden.
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Wie anhand der 5 und 6 erkennbar, ist das Schaltelement 22 durch den Anschlagstift 54 zumindest in eine Richtung längs des Doppelpfeils 81 (siehe 6) blockiert. Des Weiteren erstreckt sich die Anschlagstiftaufnahme 55 in dieser Stellung des Schaltelements 22 bis in einen Bereich, welcher außerhalb der Hülse 23 liegt. Der Anschlagstift 54 wird bevorzugt nach dem Einschieben der Hülse 23 und des Schaltelementes 22 in das Pleuel 3 gepresst.
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In dieser Stellung des Schaltmoduls 21 wird dem Fluid, bevorzugt dem Motoröl, welches aus einem Arbeitsraum, welcher über Gaskräfte, welche auf den Pleuel 3 im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 wirken, ermöglicht, in ein Pleuellager abzufließen. Das Motoröl fließt durch die erste Zulaufbohrung 24 der Hülse 23 durch die Ausnehmung 36 und durch die Ablaufbohrung 25, bevorzugt in Richtung eines Pleuellagers, ab. Die Zulaufbohrung 24 dient in gleicher Weise als Durchflussblende.
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Die Form der Ausnehmung 36 ist so gewählt, dass die Ausnehmung 36 unabhängig von der Stellung des Schaltmoduls 21 immer nur eine Fluidverbindung von einer Zulaufbohrung, der ersten Zulaufbohrung 24 oder der zweiten Zulaufbohrung 26, zum Pleuellager herstellt und die jeweils andere Zulaufbohrung gleichzeitig verschließt. Mittels der T-förmigen Ausgestaltung der Ausnehmung 36 und dem Versatzwinkel 35 werden gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise große Dichtlängen zwischen den jeweiligen Zulaufbohrungen 24 und 26 und der Ablaufbohrung 25 ermöglicht.
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In dieser Stellung wird dem Fluid, bevorzugt dem Motoröl, welches aus einem Arbeitsraum des Pleuels 3 kommt, welcher mittels Massenkräfte sich bewegenden Pleuels 3 im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 bewegt wird, ermöglicht, in das Pleuellager abzufließen. Das Motoröl fließt durch die zweite Zulaufbohrung 26 durch die Ausnehmung 36 und durch die Ablaufbohrung 25 in Richtung des Pleuellagers ab. Die Zulaufbohrung 26 kann ebenfalls als Durchflussblende ausgeführt sein. Die zweite Zulaufbohrung 26 ist vorzugsweise vom Durchmesser her größer als erste Zulaufbohrung 24 ausgeführt. Dies kann beispielsweise aufgrund eines ersten Druckes in dem ersten Arbeitsraum 45, dessen Volumen mittels der Massenkräfte verändert wird, gegenüber einem zweiten gegenüber dem ersten höheren Druck in dem zweiten Arbeitsraum 46, dessen Volumen über die Gaskräfte verändert wird, vorteilhaft sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011108790 A1 [0002, 0002, 0015, 0017, 0039]
- WO 2014/019684 A1 [0002, 0037, 0039]
- WO 2014/019683 A1 [0002, 0037, 0039]
- DE 102005055199 [0038, 0038, 0039]
