DE102015208457A1

DE102015208457A1 - Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015208457A1
Application number: DE102015208457.4A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Michael Knorr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-11-10

Abstract

Vorrichtung (3, 36, 47) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Exzenterbuchse (21, 37, 48), die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung (22) eines Pleuellagerauges eines Pleuels (2) angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle (1) umschließt. Die Exzenterbuchse (21, 37, 48) ist in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung (14) verriegelbar. Die Verriegelungseinrichtung (14) umfasst wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse (21, 37, 48) angeordnete Verriegelungsaufnahmen (25, 45) und wenigstens ein Verriegelungselement (28, 32), das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement (28, 32) nicht in eine Verriegelungsaufnahme (25, 45) eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement (28, 32) in eine der Verriegelungsaufnahmen (25, 45) eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil (10) angeordnet ist. Zwischen einer Außenmantelfläche (24) der Exzenterbuchse (21, 37, 48) und der Aufnahmebohrung (22) ist ein Freilauf (31) angeordnet. Eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme (25, 45) ist wenigstens um den Faktor 1,1 größer als eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements (28, 32).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend eine Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil gebildeten Pleuellagerauges eines Pleuels angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt, wobei die Exzenterbuchse in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete Verriegelungsaufnahmen und wenigstens ein Verriegelungselement aufweist, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist.
Stand der Technik
Mit dem Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie beispielsweise von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw..
Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, die eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen vornehmen. Es handelt sich dabei um unterschiedliche Vorrichtungen, nämlich um solche, mit denen die Lage des Kolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist, oder um solche, die eine Lageänderung des Pleuels gegenüber der Kurbelwelle vornehmen. Im vorliegenden Fall geht es um eine Vorrichtung der letztgenannten Art, bei der eine Verstellung zwischen dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle und dem Pleuel erfolgt.
Eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 197 03 948 A1 bekannt. Danach nimmt ein im Bereich seines Pleuellagerauges geteiltes Pleuel über die Bohrung des Pleuellagerauges eine exzentrische Hülse auf. Diese ist mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche an einer Innenwand des Pleuellagerauges geführt und soll offenbar als Gleitlager ausgebildet sein. An ihrer inneren Umfangsfläche, die exzentrisch zur äußeren Umfangsfläche versetzt ist, ist die Hülse auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine gleitend geführt. Eine Verdrehung der Hülse in der Bohrung des Pleuellagerauges soll selbsttätig erfolgen. Ausgelöst werden soll diese Bewegung der exzentrischen Hülse durch die auf sie einwirkenden Kräfte, die aus der Drehung der Kurbelwelle bzw. der Pleuelbewegung resultieren. Weiterhin ist die exzentrische Hülse an ihren Enden mit Flanschen versehen, die das Pleuellagerauge übergreifen und in Umfangsrichtung um 180° versetzte Verriegelungsausnehmungen aufweisen. Ein am Pleuel vorgesehenes Verriegelungsglied wird über ein Kurvensegment derart betätigt, dass es nach einer entsprechenden Verdrehung der Hülse wahlweise in die eine oder die andere Verriegelungsausnehmung eingreift.
Weiterhin ist aus der DE 10 2008 032 665 A1 eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ebenfalls eine Exzenterbuchse auf dem jeweiligen Kurbelzapfen der Kurbelwelle angeordnet sein soll. Diese Exzenterbuchse weist an ihren Enden Flansche auf, die mit einer Außenverzahnung versehen sind. Über diese und über Zahnräder, die in den Wangen der Kurbelwelle angeordnet und den Außenverzahnungen antriebs- und abtriebsseitig zugeordnet sind, wird ein mechanisches Antriebssystem für die Exzenterbuchsen geschaffen, wobei zwischen den Zahnrädern koaxial zur Kurbelwelle verlaufende Verstellwellen angeordnet sind. Die Zahnräder sollen dabei über Freiläufe von den Verstellwellen angetrieben werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein Verriegeln von Positionen der Exzenterbuchse zuverlässiger gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst eine Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil gebildeten Pleuellagerauges eines Pleuels angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt, wobei die Exzenterbuchse in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar ist. Die Verriegelungseinrichtung umfasst wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete Verriegelungsaufnahmen und wenigstens ein Verriegelungselement, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist. Zwischen einer Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung ist ein Freilauf angeordnet. Eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme ist wenigstens um den Faktor 1,1 größer als eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements.
Erfindungsgemäß sind die an der Exzenterbuchse angeordneten Verriegelungsaufnahmen in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse länger als herkömmlich ausgebildet. Hierdurch wird bei einer Drehbewegung der Exzenterbuchse die Zeitspanne verlängert, welche dem Verriegelungselement zum Einrasten in die jeweilige Verriegelungsaufnahme zur Verfügung steht. Dies verhindert, dass das Verriegelungselement beispielsweise bei einer schnellen Drehung der Exzenterbuchse nicht wie gewünscht in eine Verriegelungsaufnahme einrastet, was dazu führen würde, dass ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis der jeweiligen Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine nicht eingestellt werden würde. Mit der Erfindung kann somit das Verriegeln von Positionen der Exzenterbuchse relativ zu dem die Aufnahmebohrung aufweisenden Pleuellagerauge zuverlässiger als herkömmlich gewährleistet werden kann. Je länger die Verriegelungsaufnahmen in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse ausgebildet sind, desto sicherer kann das Verriegelungselement in eine solche Verriegelungsaufnahme einrasten.
Die Anzahl der an der Exzenterbuchse angeordneten Verriegelungsaufnahmen entspricht der Anzahl der Positionen, in denen die Exzenterbuchse in der Aufnahmebohrung verriegelbar ist. Die Verriegelungsaufnahmen können derart an der Exzenterbuchse angeordnet sein, dass die Exzenterbuchse in zwei um 180° zueinander versetzten Positionen gegenüber dem Pleuellagerauge verriegelbar ist. Alternativ können an der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse auch drei oder mehrere, insbesondere gleichmäßig umfangsverteilt zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen vorhanden sein, um die Exzenterbuchse in mehr als zwei umfangsversetzt zueinander angeordneten Positionen gegenüber dem Pleuellagerauge verriegeln zu können. Hierdurch sind mehr als zwei verschiedene Verdichtungsverhältnisse der jeweiligen Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine einstellbar.
Der zwischen der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung angeordnete Freilauf verhindert, dass die Exzenterbuchse aufgrund der Massen- bzw. Gaskräfte sowie der vom rotierenden Kurbelzapfen erzeugten Momente in kurze Drehbewegungen in gegenläufigen Drehrichtungen versetzt wird. Eine Drehrichtungsumkehr kann im Bereich des oberen oder unteren Totpunkts des mit dem Pleuel verbundenen Arbeitskolbens zustande kommen, da Momente auf die Exzenterbuchse wirken, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Die Folge davon wäre, dass die jeweilige Exzenterbuchse nicht bis in ihre weitere zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit dienende Position verdreht wird. Das würde letztendlich dazu führen, dass einige der Zylindereinheiten der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem hohen und einige mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Diese Nachteile lassen sich dadurch beseitigen, dass der zwischen der Exzenterbuchse und dem Pleuellagerauge vorgesehene Freilauf nur noch eine gezielte Drehbewegung in einer Drehrichtung zulässt.
Demgegenüber ist beispielsweise die exzentrische Hülse gemäß DE 197 03 948 A1 unmittelbar in der Aufnahmebohrung des Pleuellagerauges angeordnet. Es findet daher keine gezielte Verdrehung der Hülse in einer Drehrichtung statt. Bei der Vorrichtung gemäß DE 10 2008 032 665 A1 sind zwar Freiläufe vorgesehen, diese befinden sich aber zwischen den einzelnen Verstellwellen und den angetriebenen Zahnrädern.
Der Freilauf kann beispielsweise als Rollenfreilauf ausgebildet sein. Die Klemmrollen des Rollenfreilaufs können zylindrisch ausgebildet sein und mit Klemmrampen zusammenwirken, die an der Außenmantelfäche der Exzenterbuchse vorgesehen sind. Sofern die Sperrwirkung ausreichend ist, können anstelle der zylindrischen Klemmrollen auch Kugeln vorgesehen sein. Alternativ zur Verwendung eines Rollenfreilaufs besteht auch die Möglichkeit, einen Klemmkörperfreilauf vorzusehen, bei dem sowohl die innere als auch die äußere Sperrfläche zylindrisch ausgebildet sind. Dann muss die Außenmantelfläche der Exzenterbuchse nicht, wie beim Rollenfreilauf, mit Klemmrampen versehen werden.
Die Klemmrollen des Rollenfreilaufs können in einem Käfig geführt sein, wobei die Exzenterbuchse und der Käfig jeweils aus zwei Halbschalen zusammengesetzt sein können. Bei einer halbschalenartigen Ausbildung der beiden Teile des Käfigs können diese an ihren beiden Enden jeweils einerseits schwalbenschwanzartig und andererseits mit Aufnahmeöffnungen versehen sein. Im montierten Zustand des Käfigs greifen die schwalbenschwanzartigen Endstücke der einen Halbschale in die entsprechenden Öffnungen der anderen Halbschale ein, so dass die Halbschalen zueinander geführt sind. Der Käfig kann auch einteilig ausgebildet und dabei nur an einer Stelle geschlitzt sein, so dass er sich zur Montage auf die Exzenterbuchse aufbiegen lässt. Dabei weist er vorzugsweise eine Biegestelle und ein Käfigschloss auf.
Beidseitig des Freilaufs können Radialwälzlager oder Radialgleitlager angeordnet sein, über welche die Exzenterbuchse gegenüber der Aufnahmebohrung gelagert ist. Dadurch soll die Exzenterbuchse in der ungesperrten Drehrichtung so leichtgängig in der Aufnahmebohrung geführt sein, dass die entsprechende Verstellung ohne besondere Hilfsmittel während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgen kann.
Alternativ kann der Freilauf als Schlingfederfreilauf ausgebildet sein, wobei ein Ende zumindest einer Schlingfeder an das Pleuellagerauge gekoppelt ist. Beispielsweise kann dieses Ende der Schlingfeder in der Trennebene zwischen Pleueloberteil und Pleuelunterteil fixiert sein. Das andere Ende der Schlingfeder kann auf die Exzenterbuchse geschoben werden. Dabei ist zu beachten, dass die schraubenlinienartig verlaufende Schlingfeder über den Kurbelzapfen oder die Kröpfung der Kurbelwelle montiert werden kann. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Schlingfeder so gewählt ist, dass das Rechteckband in die aufzubiegende Richtung schwächer ausgeführt ist und somit über den Kurbelzapfen gebracht werden kann. Ist die erste Windung über den Kurbelzapfen geschoben, so kann die restliche Schlingfeder auf den Kurbelzapfen aufgewickelt werden. Die Schlingfeder hat im Vergleich zu einem form- bzw. kraftschlüssigen Freilauf den Vorteil, dass die Schlingfeder eine deutlich höhere Überlast aufnehmen kann. Der Schlingfederfreilauf kann auch zwei Schlingfedern aufweisen, deren schraubenlinienartig verlaufende Windungen parallel zueinander verlaufen. Der Schlingfederfreilauf kann in einer ringförmigen Aufnahme, die sich jeweils innerhalb des Pleueloberteils und des Pleuelunterteils erstreckt und einen rechteckigen Querschnitt aufweist, angeordnet sein. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, eine entsprechend ausgebildete Aufnahme in der Exzenterbuchse vorzusehen.
Über eine Erfassung eines Verdichtungsdrucks in der Zylindereinheit kann das momentan eingestellte Verdichtungsverhältnis ermittelt und hieraus die momentane Verdrehposition der Exzenterbuchse bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme wenigstens um den Faktor 1,5 oder 2 größer als die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements. Hierdurch kann das Einrasten des Verriegelungselements in eine der Verriegelungsaufnahmen sehr zuverlässig gewährleistet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verriegelungsaufnahmen durch an der Außenmantelfläche der Exzenterbuche angeordnete Aussparungen gebildet, wobei das Verriegelungselement zwischen der Freigabestellung und der Verriegelungsstellung radial bewegbar in dem Pleuelunterteil angeordnet ist. Die Verriegelungsaufnahmen können beispielsweise als Langlöcher ausgebildet sein. Das Verriegelungselement kann mittels einer Druckfeder in Richtung der Exzenterbuchse vorgespannt sein.
Vorteilhafterweise ist das Verriegelungselement als radial zur Exzenterbuchse verlaufender Verriegelungspin ausgebildet und verschiebbar in einer radialen Aufnahme eines Arretierelements der Verriegelungseinrichtung angeordnet, wobei das Arretierelement verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung des Pleuelunterteils angeordnet ist, wobei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind, und wobei axial gegenläufig zueinander angeordnete Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen gegenläufig geneigte Rampen aufweisen, wobei diese Rampen teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind. Greift der Verriegelungspin in eine der Verriegelungsaufnahmen an der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse ein und wird das Arretierelement axial verschoben, kommt der Verriegelungspin mit der Rampe der Verriegelungsaufnahme in Kontakt und wird hierdurch fortschreiten radial nach außen in seine Freigabestellung gedrängt.
Hierdurch wird die Verriegelung der Exzenterbuchse aufgehoben und die Exzenterbuchse kann gedreht werden, bis der Verriegelungspin in die nächstliegend benachbart und axial versetzt angeordnete Verriegelungsaufnahme eingreift, so dass die Exzenterbuchse erneut verriegelt ist. Aus dieser Verriegelungsaufnahme kann der Verriegelungspin entsprechend durch eine gegenläufige axiale Verschiebung des Arretierelements entfernt werden, und so weiter. An dem Arretierelement kann eine Druckfeder angeordnet sein, mit welcher der Verriegelungspin in Richtung der Exzenterbuchse vorgespannt ist.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn an dem Arretierelement ein radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement angeordnet ist, über welches das Arretierelement betätigbar ist. Das Betätigungselement kann monolithisch mit dem Betätigungselement oder separat von letzterem hergestellt und mit dem Betätigungselement verbunden sein. Das Betätigungselement kann als Stift bzw. Bolzen ausgebildet sein.
Eine alternative weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Exzenterbuchse mit radial nach außen verlaufenden Borden versehen ist, die gleitend an beiden axial gerichteten Stirnflächen des Pleueloberteils und des Pleuelunterteils geführt sind, wobei die Verriegelungsaufnahmen durch an den Borden angeordnete Aussparungen gebildet sind, und wobei das Verriegelungselement zwischen der Freigabestellung und zwei Verriegelungsstellungen, bei denen das Verriegelungselement jeweils in eine Verriegelungsaufnahme an einer der beiden Borden eingreift, axial bewegbar an dem Pleuelunterteil angeordnet ist. Die Borde können als kreisringförmige Flansche ausgebildet sein. Das Verriegelungselement kann axial wahlweise in eine der Verriegelungsaufnahmen an einer der Borde eingreifen, um die Exzenterbuchse zu verriegeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Verriegelungselement verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung des Pleuelunterteils angeordnet, wobei an einer Außenmantelfläche des Verriegelungselements eine Rastkontur mit zwei axial versetzten Rastaufnahmen angeordnet ist und wobei gegen die Rastkontur ein in einer radial verlaufenden Bohrung des Pleuelunterteils angeordnetes Rastelement mittels einer Druckfeder vorgespannt ist. Greift das Rastelement, beispielsweise eine Kugel, in eine der Rastaufnahmen ein, wird hierdurch die entsprechende axiale Stellung des Verriegelungselements gesichert. Das Rastelement greift in eine der Rastaufnahmen ein, wenn das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingreift. Die Rastkontur kann zumindest an der dem Rastelement zugewandten Seite des Verriegelungselements, insbesondere an dessen der Exzenterbuchse abgewandten Seite, angeordnet sein.
Alternativ kann das Verriegelungselement rotationssymmetrisch, insbesondere hantelförmig, ausgebildet sein, was die Herstellung des Verriegelungselements vereinfacht. Durch das gegen die Rastkontur bzw. eine rampenartige Fläche derselben vorgespannte Rastelement kann zudem das Verriegelungselement, wenn das Rastelement nicht in eine der Rastaufnahmen eingreift, in eine axiale Richtung vorgespannt sein.
Vorteilhafterweise ist an dem Verriegelungselement ein radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement angeordnet, über welches das Verriegelungselement betätigbar ist. Das Betätigungselement kann monolithisch mit dem Verriegelungselement oder separat von letzterem hergestellt und mit dem Verriegelungselement verbunden sein. Das Betätigungselement kann als Stift bzw. Bolzen ausgebildet sein.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die Verriegelungseinrichtung wenigstens eine Betätigungseinheit aufweist, die zum Betätigen des Arretierelements bzw. des Verriegelungselements an dem jeweiligen Betätigungselement angreift. Die Betätigungseinheit kann an dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sein und einen ansteuerbaren elektrischen Stellmotor aufweisen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Betätigungselement wenigstens eine Kurvenscheibe, die in Kontakt mit dem Betätigungselement bringbar ist. Die Kurvenscheibe ist vorzugsweise auf einer der Zylindereinheit abgewandten Seite der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet. Hierdurch kann das Betätigungselement mit der Kurvenscheibe verschoben werden, wenn ein Zylinder der dem Pleuel zugeordneten Zylindereinheit sich im Bereich seines unteren Totpunkts befindet. Die Kurvenscheibe ist vorzugsweise axial verlagerbar in dem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet. Je nachdem, in welche axiale Richtung die Kurvenscheibe innerhalb des Kurbelgehäuses verlagert wird, wird das Betätigungselement durch einen Kontakt mit dem Steuerbauteil wahlweise axial verschoben. An der Kurvenscheibe können wenigstens zwei Steuerkurven angeordnet sein, mit denen das Betätigungselement je nach axialem Verlagerungszustand der Kurvenscheibe wahlweise in Kontakt bringbar und hierdurch wahlweise axial verschiebbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle mit einem auf einem Kurbelzapfen angeordneten Pleuel und einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
2 eine schematische Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
3 eine weitere Schnittdarstellung eines Details des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
4 eine schematische Darstellung der Exzenterbuchse der in 1 gezeigten Vorrichtung;
5a eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 2 gezeigten Pleuels und der in 2 gezeigten Vorrichtung in einem ersten Schaltzustand;
5b eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung in einem Zwischenzustand;
5c eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand;
5d eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand;
5e eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung in einem weiteren Zwischenzustand;
5f eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung in einem Zwischenzustand;
6 eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle mit einem auf einem Kurbelzapfen angeordneten Pleuel und einem weiteren Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
7 eine schematische Seitenansicht des in 1 gezeigten Pleuels und der in 1 gezeigten Vorrichtung;
8 eine schematische Schnittdarstellung des in 7 gezeigten Pleuels und der in 7 gezeigten Vorrichtung;
9 eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 7 gezeigten Pleuels und der in 7 gezeigten Vorrichtung;
10 eine schematische und perspektivische Darstellung der Exzenterbuchse der in 6 gezeigten Vorrichtung;
11a die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem ersten Schaltzustand der Vorrichtung;
11b die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem Zwischenzustand der Vorrichtung;
11c die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung;
11d die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung;
11e die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung;
11f die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem zweiten Schaltzustand der Vorrichtung;
12 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Pleuels und eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
13 eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 12 gezeigten Pleuels und der in 12 gezeigten Vorrichtung; und
14 eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 12 gezeigten Pleuels.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle 1 mit einem auf einem in 1 nicht sichtbaren Kurbelzapfen angeordneten Pleuel 2 und einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
Von der Kurbelwelle 1 sind drei Kurbelwangen 4, 5 und 6 gezeigt, wobei die Kurbelwange 4 zum Massenausgleich mit einem Gegengewicht 7 versehen ist und sich insofern von den Kurbelwangen 5 und 6 unterscheidet. Zwischen den Kurbelwangen 4 und 5 ist der nicht erkennbare Kurbelzapfen zur Aufnahme des Pleuels 2 ausgebildet. An die Kurbelwangen 4 und 5 schließt sich jeweils ein Hauptlagerzapfen 8 an, über den die Kurbelwelle 1 in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert werden kann.
Das Pleuel 2 umfasst ein Pleueloberteil 9 und ein Pleuelunterteil 10, die über Schrauben 11 miteinander verbunden sind. Das Pleueloberteil 9 kann an seinem vom Pleuelunterteil 10 abgewandten Ende einen nicht gezeigten Arbeitskolben aufnehmen, der über ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager sowie ein Pleuelauge 12 am Pleueloberteil 9 befestigbar ist. Eine Trennebene 13 zwischen dem Pleueloberteil 9 und dem Pleuelunterteil 10 verläuft durch ein Pleuellagerauge, das in 1 nicht erkennbar ist und über welches das Pleuel 2 an dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle 1 gelagert ist. Der Aufbau des Pleuels 2 wird aus den 2, 3 und 5a bis 5g deutlicher.
Die Vorrichtung 3 umfasst eine in 1 nicht sichtbare Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer durch das Pleuellagerauge, durch das die Trennebene 13 verläuft, gebildeten, in 1 nicht sichtbaren Aufnahmebohrung angeordnet ist und den nicht sichtbaren Kurbelzapfen der Kurbelwelle 1 umschließt. Die Exzenterbuchse in mehreren in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung 14 verriegelbar. Der Aufbau der Exzenterbuchse wird aus den 2 bis 5g deutlich. Zwischen einer Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung ist ein Freilauf angeordnet.
Die Verriegelungseinrichtung 14 umfasst mehrere umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse angeordnete, nicht in 1 nicht sichtbare Verriegelungsaufnahmen, wobei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind, und wobei axial gegenläufig zueinander angeordnete Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen gegenläufig geneigte Rampen aufweisen, die teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Des Weiteren umfasst die Verriegelungseinrichtung 3 ein in 1 nicht sichtbares, als radial zur Exzenterbuchse verlaufender Verriegelungspin ausgebildetes Verriegelungselement, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement nicht in eine Verriegelungsaufnahme eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement in eine der Verriegelungsaufnahmen eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil 10 angeordnet ist. Eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme ist wenigstens um den Faktor 1,1 größer als eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements.
Von der Verriegelungseinrichtung 14 ist in 1 ein Arretierelement 15 zu sehen, das eine in 1 nicht sichtbare radiale Aufnahme aufweist, in der das Verriegelungselement radial verschiebbar angeordnet ist. Das Arretierelement 15 ist verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung 16 des Pleuelunterteils 10 angeordnet. Des Weiteren ist ein an dem Arretierelement 15 angeordnetes, radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement 17 zu sehen, über welches das Arretierelement 15 betätigbar ist. Das Betätigungselement 17 ist verschiebbar in einer als Langloch ausgebildeten radialen Bohrung 18 des Pleuelunterteils 10 geführt. Ferner ist eine Betätigungseinheit 19 der Verriegelungseinrichtung 14 zu sehen, die zum Betätigen des Arretierelements 15 an dem Betätigungselement 17 angreift. Die Betätigungseinheit 19 ist als Kurvenscheibe ausgebildet, die in Kontakt mit dem Betätigungselement 17 bringbar ist und die eine Mitnahmenut 20 aufweist. Die Mitnahmenut 20 ist im Einlaufbereich für das Betätigungselement 17 verbreitert und verjüngt sich zum Auslaufbereich hin kontinuierlich.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Pleuels 2 und der Vorrichtung 3, die in 1 gezeigt sind. Es ist die Exzenterbuchse 21 zu sehen, die in der Aufnahmebohrung 22 des Pleuels 2 drehbar angeordnet ist. Die Exzenterbuchse 21 umfasst radial nach außen verlaufende Borde 23, über welche die Exzenterbuchse 21 stirnseitig sowohl an dem Pleueloberteil 9 als auch an dem Pleuelunterteil 10 geführt ist. An der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 sind mehrere umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse 21 angeordnete Verriegelungsaufnahmen 25 angeordnet, wobei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 21 benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen 25 teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind und wobei axial gegenläufig zueinander angeordnete Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen 25 gegenläufig geneigte Rampen 26 aufweisen, die teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind. Die Anordnung und Ausbildung der Verriegelungsaufnahmen 25 wird aus 4 deutlicher. Zwischen der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 und der Aufnahmebohrung 22 ist ein Freilauf 31 angeordnet. Seitlich zu dem Freilauf 31 verlaufen Radiallager 27, wobei sich das Pleueloberteil 9 über den Freilauf 31 und über die Radiallager 27 an der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse abstützt.
Das Verriegelungselement 28 ist als radial zur Exzenterbuchse 21 verlaufender Verriegelungspin ausgebildet und zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement 28 nicht in eine Verriegelungsaufnahme 25 eingerückt ist, und einer gezeigten Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement 28 in eine der Verriegelungsaufnahmen 25 eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil 10 angeordnet. Das Arretierelement 15 umfasst eine radiale Aufnahme 29, die auf der der Exzenterbuchse 21 abgewandten Seite durch das Betätigungselement 17 geschlossen ist und in der das Verriegelungselement 28 radial verschiebbar angeordnet ist. In der radialen Aufnahme 29 ist eine Druckfeder 30 angeordnet, mit der das Verriegelungselement 28 in Richtung der Exzenterbuchse 21 vorgespannt ist.
3 zeigt eine weitere Schnittdarstellung eines Details des Pleuels 2 und der Vorrichtung 3, die in 1 gezeigt sind. Die Exzenterbuchse 21 umfasst 10 Verriegelungsaufnahmen 25, so dass das Kompressionsverhältnis der Zylindereinheit zehnstufig verstellbar ist. Wie zu sehen ist, ist die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 21 gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme 25 etwa um den Faktor 2 größer als die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 21 gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements 28. Der Freilauf 31 ist als Rollenfreilauf ausgebildet. Die Exzenterbuchse 21 weist zwei Halbschalen 34 und 35 auf.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Exzenterbuchse 21 der in 1 gezeigten Vorrichtung 3. An der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 21 sind zehn umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse 21 angeordnete Verriegelungsaufnahmen 25 angeordnet. In Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 21 benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen 25 sind teilweise axial versetzt zueinander angeordnet. Axial gegenläufig zueinander angeordnete Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen 25 weisen gegenläufig geneigte Rampen 26 auf, die teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 3 wird im Folgenden anhand der 5a bis 5g erläutert. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den 5a bis 5g nicht alle oben genannten Bezugszeichen vorhanden.
5a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 1 gezeigten Pleuels 2 und der in 1 gezeigten Vorrichtung 3 in einem ersten Schaltzustand. In dem ersten Schaltzustand greift ist das Verriegelungselement 28 in eine Verriegelungsaufnahme 25 eingerückt, so dass die Exzenterbuchse 21 gegen ein Verdrehen gesichert bzw. in der gezeigten Position verriegelt ist. Die Betätigungseinheit 19 hält das Arretierelement 15 in der gezeigten Position.
5b zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem ersten Schaltzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 axial innerhalb des Kurbelgehäuses verlagert worden ist. Hierdurch wird das Arretierelement 15 nicht mehr mittels der Betätigungseinheit 19 in der gezeigten Position gesichert.
5c zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 5b gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch sie in Kontakt mit dem Betätigungselement 17 gelangt ist und das Betätigungselement 17 in dieselbe axiale Richtung gedrängt hat. Das Betätigungselement 17 nimmt hierbei das Arretierelement 15 und hierdurch das Verriegelungselement 28 mit. Hierdurch wird das Verriegelungselement 28 axial innerhalb der Verriegelungsaufnahme 25 verlagert, so dass es in Kontakt mit der Rampe 26 der Verriegelungsaufnahme 25 kommt und hierdurch, wie gezeigt, radial nach außen gedrängt wird.
5d zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 5c gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch das Verriegelungselement 28 vollständig aus der Verriegelungsaufnahme 25 heraus gedrängt worden ist. Hierdurch ist die Verriegelung der Exzenterbuchse 21 aufgehoben worden, so dass sich die Exzenterbuchse 21 in einer durch den Freilauf 31 zugelassenen Drehrichtung drehen kann.
5e zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht dadurch aus dem in 5d gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verlagert worden ist, wodurch das Arretierelement 15 und somit das Verriegelungselement 28 maximal axial verlagert worden ist.
5f zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 5a gezeigten Details der Vorrichtung 3 in einem zweiten Schaltzustand. Der zweite Schaltzustand geht dadurch aus dem in 5e gezeigten Zwischenzustand hervor, dass die Exzenterbuchse 21 gedreht worden ist, bis das Verriegelungselement 28 in die nächstliegend und benachbart zu der in den 5a bis 5d gezeigten Verriegelungsaufnahme 25 angeordnete Verriegelungsaufnahme 25 eingreift, wie es in 5f gezeigt ist. Die Position des Betätigungselements 17 und somit des Arretierelements 15 und des Verriegelungselements 28 wird mittels der Betätigungseinheit 19 gesichert.
6 zeigt eine schematische und perspektivische Teildarstellung einer Kurbelwelle 1 mit einem auf einem in 6 nicht sichtbaren Kurbelzapfen angeordneten Pleuel 2 und einem weiteren Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 36 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede dieses Ausführungsbeispiels zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle bezüglich der Übereinstimmung zwischen diesen Ausführungsbeispielen auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen.
Die in 6 nicht sichtbare Exzenterbuchse ist mit radial nach außen verlaufenden Borden versehen ist, die gleitend an beiden axial gerichteten Stirnflächen des Pleueloberteils 9 und des Pleuelunterteils 10 geführt sind. Die Verriegelungsaufnahmen sind durch an den Borden angeordnete Aussparungen gebildet. Das Verriegelungselement 32 ist zwischen einer Freigabestellung und zwei Verriegelungsstellungen, bei denen das Verriegelungselement 32 jeweils in eine Verriegelungsaufnahme an einer der beiden Borden eingreift, axial bewegbar an dem Pleuelunterteil 10 angeordnet. Insbesondere ist das Verriegelungselement 32 verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung 33 des Pleuelunterteils 10 angeordnet. An einer in 6 nicht sichtbaren Außenmantelfläche des Verriegelungselements 32 ist eine Rastkontur mit zwei axial versetzten Rastaufnahmen angeordnet, wobei gegen die Rastkontur ein in einer tangential verlaufenden Bohrung des Pleuelunterteils 10 angeordnetes Rastelement mittels einer Druckfeder vorgespannt ist, was ebenfalls in 6 nicht zu sehen ist. An dem Verriegelungselement 32 ist ein radial von der Exzenterbuchse weg weisendes Betätigungselement 17 angeordnet, über welches das Verriegelungselement 32 betätigbar ist. Die Verriegelungseinrichtung 14 weist eine Betätigungseinheit 19 auf, die zum Betätigen des Verriegelungselements 32 an dem Betätigungselement 17 angreift. Die Betätigungseinheit 19 ist als Kurvenscheibe ausgebildet, die in Kontakt mit dem Betätigungselement 17 bringbar ist.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht des in 6 gezeigten Pleuels 2 und der in 6 gezeigten Vorrichtung 36. Es ist die Exzenterbuchse 37 zu sehen, die mit radial nach außen verlaufenden Borden 38 versehen ist, die gleitend an beiden axial gerichteten Stirnflächen des Pleueloberteils 9 und des Pleuelunterteils 10 geführt sind und von denen in 7 lediglich eine Borde 38 zu sehen ist. Die Verriegelungsaufnahmen 45 sind durch an den Borden 38 angeordnete Aussparungen gebildet. Die Exzenterbuchse 37 weist zwei Halbschalen 34 und 35 auf. Eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 37 gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme 45 ist etwa um den Faktor 2 größer als eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 37 gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements 32.
8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 7 gezeigten Pleuels 2 und der in 7 gezeigten Vorrichtung 36 entsprechend der Schnittebene VIII-VIII aus 7. An einer Außenmantelfläche 39 des Verriegelungselements 32 ist eine Rastkontur 40 mit zwei axial versetzten Rastaufnahmen 41 angeordnet, wobei das Verriegelungselement 32 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Gegen die Rastkontur 40 ist ein in einer tangential verlaufenden Bohrung 42 des Pleuelunterteils 10 angeordnetes Rastelement 43 in Form einer Rastkugel mittels einer Druckfeder 44 vorgespannt. Die tangentiale Bohrung 42 ist einseitig mittels eines Stopfens 46 geschlossen.
9 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 7 gezeigten Pleuels 2 und der in 7 gezeigten Vorrichtung 36, wobei die Schnittebene senkrecht zu der Schnittebene VIII-VIII gemäß 7 verläuft. Es ist der zwischen der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 37 und der Aufnahmebohrung 22 angeordnete Freilauf 31 zu sehen, der als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Das Betätigungselement 17 ist in einer als Langloch ausgebildeten radialen Bohrung 18 des Pleuelunterteils 10 geführt.
10 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung der Exzenterbuchse 37 der in 6 gezeigten Vorrichtung 36. Es sind beide Borden 38 mit den Verriegelungsaufnahmen 45 sowie der Freilauf 31 zu sehen.
Die Funktionsweise der Vorrichtung 36 wird im Folgenden anhand der 11a bis 11f erläutert, die jeweils eine Zusammenschau entsprechend den 8 und 9 darstellen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den 11a bis 11f nicht alle oben genannten Bezugszeichen vorhanden.
11a zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem ersten Schaltzustand der Vorrichtung 36. In dem ersten Schaltzustand greift das Verriegelungselement 32 in eine Verriegelungsaufnahme 45 an dem in 11a rechts gezeigten Bord 38 der Exzenterbuchse 37 ein. Hierdurch wird die Exzenterbuchse 37 verriegelt. Das Rastelement 43 greift in eine der Rastausnehmungen 41 ein, wodurch das Verriegelungselement 32 in der gezeigten Position gehalten wird.
11b zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem Zwischenzustand der Vorrichtung 36. Dieser Zwischenzustand geht aus dem ersten Schaltzustand dadurch hervor, dass die Betätigungseinheit 19 axial in 11b nach links bewegt worden ist und hierdurch über das Betätigungselement 17 das Verriegelungselement 32 mitnimmt, wodurch das Verriegelungselement 32 ebenfalls axial verlagert wird. Gleichzeitig wird das Rastelement 43 aus der Rastaufnahme 41 gedrängt.
11c zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung 36. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 11b gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass das Verriegelungselement 32 mittels der Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verschoben worden ist, wodurch es vollständig aus der Verriegelungsaufnahme 45 ausgerückt wird. Hierdurch wird die Verriegelung der Exzenterbuchse 37 aufgehoben. Anschließend kann die Exzenterbuchse 37 in eine von dem Freilauf 31 zugelassene Drehrichtung gedreht werden.
11d zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung 36. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 11c gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass das Verriegelungselement 32 mittels der Betätigungseinheit 19 noch weiter axial verschoben worden ist, so dass das Rastelement 43 an einer geneigten, in die rechts dargestellte Rastaufnahme 41 mündende Fläche der Rastkontur 40 anliegt, wodurch das Verriegelungselement 32 in Richtung der in 11d links gezeigten Borde 38 vorgespannt ist.
11e zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem weiteren Zwischenzustand der Vorrichtung 36. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 11d gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass die Exzenterbuchse 37 gedreht worden ist, bis sich eine Verriegelungsaufnahme 45 der in 11e links gezeigten Borde 38 neben dem Verriegelungselement 32 angeordnet ist, und dass das Verriegelungselement 32 mittels der Betätigungseinheit 19 weiter axial verlagert worden ist, wodurch das Verriegelungselement 32 in diese Verriegelungsaufnahme 45 teilweise eingreift.
11f zeigt die in den 8 und 9 gezeigten Darstellungen in einem zweiten Schaltzustand der Vorrichtung 36. Der zweite Schaltzustand geht aus dem in 11e gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass das Verriegelungselement 32 weiter axial mittels der Betätigungseinheit 19 verschoben worden ist, so dass das Verriegelungselement 32 in die Verriegelungsaufnahme 45 eingreift und hierdurch die Exzenterbuchse 37 gegen Verdrehen sichert. Gleichzeitig greift das Rastelement 43 in die zweite Ratsaufnahme 41 der Rastkontur 40 ein, wodurch die gezeigte Position des Verriegelungselements 32 gesichert wird.
12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Pleuels 2 und eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 47. Dieses Ausführungsbeispiel kann auch bei den in den 1 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen realisiert sein. Bezüglich der Übereinstimmungen zwischen diesem Ausführungsbeispiel und den in den 1 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Das Pleuel 2 stützt sich über den Freilauf 31 und seitlich dazu angeordnete Radiallager 27 an der Außenmantelfläche 24 der Exzenterbuchse 48 ab, die entsprechend der Exzenterbuchse 21 oder der Exzenterbuchse 37 ausgebildet sein kann. Das Pleuel 2 ist derart ausgebildet, dass ein Großteil der durch Gas- und Massenkräfte auf sie einwirkenden Kräfte auf die Radiallager 27 übertragen werden, um Pressungen des Freilaufs 31 weitestgehend zu reduzieren.
13 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details des in 12 gezeigten Pleuels 2 und der in 12 gezeigten Vorrichtung 47.
14 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des in 12 gezeigten Pleuels 2. Das Pleuel 2 weist im Bereich des Freilaufs 31 und der Radiallager 27 eine H-förmige Kontaktfläche 49 auf. Die Kontaktfläche 49 umfasst seitlich zwei größere Flächenabschnitte 50, über die sich das Pleuel 2 an den Radiallagern 27 abstützt. Des Weiteren umfasst die Kontaktfläche 49 einen mittig zwischen den Flächenabschnitten 50 verlaufenden kleineren Flächenabschnitt 51, über den sich das Pleuel 2 an dem Freilauf 31 abstützt.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwelle
2: Pleuel
3: Vorrichtung
4: Kurbelwange
5: Kurbelwange
6: Kurbelwange
7: Gegengewicht
8: Hauptlagerzapfen
9: Pleueloberteil
10: Pleuelunterteil
11: Schraube
12: Pleuellagerauge
13: Trennebene
14: Verriegelungseinrichtung
15: Arretierelement
16: axiale Bohrung
17: Betätigungselement
18: radiale Bohrung
19: Betätigungseinheit
20: Mitnahmenut
21: Exzenterbuchse
22: Aufnahmebohrung
23: Borde
24: Außenmantelfläche
25: Verriegelungsaufnahme
26: Rampe
27: Radiallager
28: Verriegelungselement
29: radiale Aufnahme
30: Druckfeder
31: Freilauf
32: Verriegelungselement
33: axiale Bohrung
34: Halbschale
35: Halbschale
36: Vorrichtung
37: Exzenterbuchse
38: Borde
39: Außenmantelfläche
40: Rastkontur
41: Rastaufnahme
42: tangentiale Bohrung
43: Rastelement
44: Druckfeder
45: Verriegelungsaufnahme
46: Stopfen
47: Vorrichtung
48: Exzenterbuchse
49: Kontaktfläche
50: Flächenabschnitt
51: Flächenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 19703948 A1 [0005, 0013]
DE 102008032665 A1 [0006, 0013]

Claims

Vorrichtung (3, 36, 47) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend eine Exzenterbuchse (21, 37, 48), die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung (22) eines von einem Pleueloberteil (9) und einem Pleuelunterteil (10) gebildeten Pleuellagerauges eines Pleuels (2) angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle (1) umschließt, wobei die Exzenterbuchse (21, 37, 48) in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) zueinander versetzten Positionen mittels einer Verriegelungseinrichtung (14) verriegelbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (14) wenigstens zwei umfangsversetzt zueinander an der Exzenterbuchse (21, 37, 48) angeordnete Verriegelungsaufnahmen (25, 45) und wenigstens ein Verriegelungselement (28, 32) aufweist, das zwischen einer Freigabestellung, in der das Verriegelungselement (28, 32) nicht in eine Verriegelungsaufnahme (25, 45) eingerückt ist, und wenigstens einer Verriegelungsstellung, in der das Verriegelungselement (28, 32) in eine der Verriegelungsaufnahmen (25, 45) eingerückt ist, bewegbar in dem Pleuelunterteil (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Außenmantelfläche (24) der Exzenterbuchse (21, 37, 48) und der Aufnahmebohrung (22) ein Freilauf (31) angeordnet ist und dass eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme (25, 45) wenigstens um den Faktor 1,1 größer als eine in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements (28, 32) ist.
Vorrichtung (3, 36, 47) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Länge jeder Verriegelungsaufnahme (25, 45) wenigstens um den Faktor 1,5 oder 2 größer als die in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 37, 48) gegebene Dimensionierung des Verriegelungselements (28, 32) ist.
Vorrichtung (3, 47) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsaufnahmen (25) durch an der Außenmantelfläche (24) der Exzenterbuche (21, 48) angeordnete Aussparungen gebildet sind, wobei das Verriegelungselement (28) zwischen der Freigabestellung und der Verriegelungsstellung radial bewegbar in dem Pleuelunterteil (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (3, 47) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (28) als radial zur Exzenterbuchse (21, 48) verlaufender Verriegelungspin ausgebildet und verschiebbar in einer radialen Aufnahme (29) eines Arretierelements (15) der Verriegelungseinrichtung (14) angeordnet ist, dass das Arretierelement (15) verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung (16) des Pleuelunterteils (10) angeordnet ist, wobei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (21, 48) benachbart zueinander angeordnete Verriegelungsaufnahmen (25) teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind, und dass axial gegenläufig zueinander angeordnete Endabschnitte der benachbart zueinander angeordneten Verriegelungsaufnahmen (25) gegenläufig geneigte Rampen (26) aufweisen, wobei diese Rampen (26) teilweise axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (3, 47) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Arretierelement (15) ein radial von der Exzenterbuchse (21, 48) weg weisendes Betätigungselement (17) angeordnet ist, über welches das Arretierelement (15) betätigbar ist.
Vorrichtung (36, 47) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchse (37, 48) mit radial nach außen verlaufenden Borden (38) versehen ist, die gleitend an beiden axial gerichteten Stirnflächen des Pleueloberteils (9) und des Pleuelunterteils (10) geführt sind, wobei die Verriegelungsaufnahmen (45) durch an den Borden (38) angeordnete Aussparungen gebildet sind, und wobei das Verriegelungselement (32) zwischen der Freigabestellung und zwei Verriegelungsstellungen, bei denen das Verriegelungselement (32) jeweils in eine Verriegelungsaufnahme (45) an einer der beiden Borden (38) eingreift, axial bewegbar an dem Pleuelunterteil (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (36, 47) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (32) verschiebbar in einer axial verlaufenden Bohrung (33) des Pleuelunterteils (10) angeordnet ist, dass an einer Außenmantelfläche (39) des Verriegelungselements (32) eine Rastkontur (40) mit zwei axial versetzten Rastaufnahmen (41) angeordnet ist und dass gegen die Rastkontur (40) ein in einer tangential verlaufenden Bohrung (42) des Pleuelunterteils (10) angeordnetes Rastelement (43) mittels einer Druckfeder (44) vorgespannt ist.
Vorrichtung (36, 47) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verriegelungselement (32) ein radial von der Exzenterbuchse (37, 48) weg weisendes Betätigungselement (17) angeordnet ist, über welches das Verriegelungselement (32) betätigbar ist.
Vorrichtung (3, 36, 47) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (14) wenigstens eine Betätigungseinheit (19) aufweist, die zum Betätigen des Arretierelements (15) bzw. des Verriegelungselements (32) an dem jeweiligen Betätigungselement (17) angreift.
Vorrichtung (3, 36, 47) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (19) wenigstens eine Kurvenscheibe aufweist, die in Kontakt mit dem Betätigungselement (17) bringbar ist.