DE102015208458A1

DE102015208458A1 - Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015208458A1
Application number: DE102015208458.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Knorr; Markus POPP
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

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Um eine konstruktiv einfache Möglichkeit zur Verriegelung einer Exzenterbuchse (19) in einer Aufnahmebohrung (20) eines Pleuellagerauges (21) zu schaffen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass eine Verriegelungseinrichtung (22) wenigstens zwei umfangsversetzt und axial versetzt zueinander an einer Außenmantelfläche (23) der Exzenterbuchse (19) angeordnete Verriegelungsaussparungen (24, 25), zwei komplementär zu diesen in radialen Aufnahmen (26) eines Pleuelunterteils (16) angeordnete, jeweils durch eine Druckfeder (27) in Richtung der Exzenterbuchse (19) vorgespannte Verriegelungselemente (28, 29), die jeweils zwischen einer Freigabestellung, in der das jeweilige Verriegelungselement (28, 29) nicht in eine der beiden Verriegelungsaussparungen (24, 25) eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das jeweilige Verriegelungselement (28, 29) in eine der beiden Verriegelungsaussparungen (24, 25) eingerückt ist, radial bewegbar sind, wenigstens ein axial verschiebbar in dem Pleuelunterteil (16) angeordnetes Betätigungselement (30), durch dessen axiale Verschiebung die Verriegelungselemente (28, 29) wahlweise in ihre jeweilige Freigabestellung verschiebbar sind, sowie wenigstens ein Steuerbauteil (32) zum wahlweisen axialen Verschieben des Betätigungselements (30) aufweist.

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 wenigstens einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar 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.
Eine Vorrichtung zur Veränderung eines 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 Exzenterbuchse 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 konstruktiv einfache Möglichkeit zur Verriegelung der Exzenterbuchse in der Aufnahmebohrung des Pleuellagerauges zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 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 wenigstens einer Verriegelungseinrichtung verriegelbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung wenigstens zwei umfangsversetzt und axial versetzt zueinander an einer Außenmantelfläche der Exzenterbuchse angeordnete Verriegelungsaussparungen, zwei komplementär zu diesen in radialen Aufnahmen des Pleuelunterteils angeordnete, jeweils durch eine Druckfeder in Richtung der Exzenterbuchse vorgespannte Verriegelungselemente, die jeweils zwischen einer Freigabestellung, in der das jeweilige Verriegelungselement nicht in eine der beiden Verriegelungsaussparungen eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das jeweilige Verriegelungselement in eine der beiden Verriegelungsaussparungen eingerückt ist, radial bewegbar sind, wenigstens ein axial verschiebbar in dem Pleuelunterteil angeordnetes Betätigungselement, durch dessen axiale Verschiebung die Verriegelungselemente wahlweise in ihre jeweilige Freigabestellung verschiebbar sind, sowie eine Steuerbauteil zum wahlweisen axialen Verschieben des Betätigungselements aufweist.
Erfindungsgemäß greift zur Verriegelung der Exzenterbuchse in der Aufnahmebohrung eines der Verriegelungselemente in eine der Verriegelungsaussparungen ein, während sich das jeweils andere Verriegelungselement in seiner Freigabestellung befindet. Hierzu wird das Betätigungselement mittels des Steuerbauteils axial verschoben, was die Verschiebung eines der Verriegelungselemente in seine Freigabestellung bewirkt.
Die Anzahl der umfangsversetzt und axial versetzt zueinander an der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse angeordneten Verriegelungsaussparungen entspricht vorzugsweise der Anzahl der Positionen, in denen die Exzenterbuchse in der Aufnahmebohrung verriegelbar ist. Dass die Verriegelungselemente komplementär zu den Verriegelungsaussparungen in radialen Aufnahmen des Pleuelunterteils angeordnet sind, soll bedeuten, dass sie entsprechend den Verriegelungsaussparungen axial versetzt zueinander angeordnet sind. Ist ein Verriegelungselement nicht mittels des Betätigungselements in seine Freigabestellung verschoben, wird es mittels der jeweiligen Druckfeder in radial Richtung der Exzenterbuchse vorgespannt und hierdurch in eine dortige Verriegelungsaussparung gedrängt, wodurch das Verriegelungselement in seine Verriegelungsstellung gelangt. Die Verriegelungsaussparungen können derart an der Außenmantelfläche 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 Verriegelungsaussparungen vorhanden sein, um die Exzenterbuchse in mehr als zwei umfangsversetzt zueinander angeordneten Positionen gegenüber dem Pleuellagerauge verriegeln zu können.
Das Steuerbauteil ist vorzugsweise auf einer der Zylindereinheit abgewandten Seite der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeordnet. Hierdurch kann das Betätigungselement mit dem Steuerbauteil verschoben werden, wenn ein Zylinder der dem Pleuel zugeordneten Zylindereinheit sich im Bereich seines unteren Totpunkts befindet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Verriegelungselement einen Durchbruch auf, wobei das mit einem Rastgebirge versehene Betätigungselement längsverschiebbar in einer axialen Bohrung des Pleuelunterteils geführt ist und durch die Durchbrüche verläuft, wobei das Rastgebirge einen Mittelabschnitt aufweist, in dem das Betätigungselement mit einem Spiel durch den jeweiligen Durchbruch verläuft, wobei das Rastgebirge zwischen dem Mittelabschnitt und Endabschnitten des Betätigungselements rampenartig ansteigt und wobei der jeweilige Endabschnitt im Wesentlichen spielfrei innerhalb des entsprechenden Durchbruchs verläuft. Das Rastgebirge ist vorzugsweise zumindest auf einer der Exzenterbuchse abgewandten Seite des Betätigungselements an dem Betätigungselement angeordnet. Dasjenige Verriegelungselement, durch dessen Durchbruch der Mittelabschnitt des Betätigungselements mit dem Spiel verläuft, ist mittels der jeweiligen Druckfeder in Richtung der Exzenterbuchse verschiebbar, um in eine der Verriegelungsaussparungen eingreifen zu können. Dasjenige Verriegelungselement, durch dessen Durchbruch ein Endabschnitt des Betätigungselements spielfrei verläuft, ist hierdurch in seiner Freigabestellung arretiert. Während einer Verschiebung des Betätigungselements werden die Verriegelungselemente entlang des Rastgebirges, insbesondere entlang der Rampen zwischen dem Mittelabschnitt und den Endabschnitten, geführt und hierdurch radial verschoben.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem Betätigungselement wenigstens ein radial von der Exzenterbuchse weg weisender Betätigungsstift angeordnet, an dem das Steuerbauteil angreift. Der Betätigungsstift kann monolithisch mit dem Betätigungselement oder separat von letzterem hergestellt und mit dem Betätigungselement verbunden sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuerbauteil in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine axial verlagerbar angeordnet ist. Je nachdem, in welche axiale Richtung das Steuerbauteil innerhalb des Kurbelgehäuses verlagert wird, wird das Betätigungselement durch einen Kontakt mit dem Steuerbauteil wahlweise axial verschoben. Zum Verlagern des Steuerbauteils kann in bzw. an dem Kurbelgehäuse wenigstens eine ansteuerbare Stelleinheit angeordnet sein, die beispielsweise einen elektrischen Antriebsmotor umfassen kann.
Vorteilhafterweise ist das Steuerbauteil als Kurvenscheibe ausgebildet. An der Kurvenscheibe können wenigstens zwei Steuerkurven angeordnet sein, mit denen das Betätigungselement je nach axialem Verlagerungszustand des Steuerbauteils wahlweise in Kontakt bringbar und hierdurch wahlweise axial verschiebbar ist.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn das Betätigungselement rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Betätigungselement hantelförmig ausgebildet sein. Durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung des Betätigungselements ist dieses zusammen mit dem Rastgebirge einfacher und kostengünstiger herstellbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse und der Aufnahmebohrung wenigstens ein Freilauf angeordnet. Der 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 könnte ohne Freilauf 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 andere zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit dienende Position verdreht wird. Das würde letztendlich dazu führen, dass einige der Zylindereinheiten mit einem hohen und einige mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Diese Nachteile lassen sich dadurch beseitigen, dass der zwischen der Exzenterbuchse und dem Pleuelauge vorgesehene Freilauf nur noch eine gezielte Drehbewegung in einer Drehrichtung zulässt.
Der Freilauf kann als Rollenfreilauf ausgebildet sein. Die Klemmrollen eines solchen Rollenfreilaufs können zylindrisch ausgebildet sein und mit Klemmrampen, die an der Außenmantelfläche der Exzenterbuchse vorgesehen sind, zusammenwirken. 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 wären. Daher 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 Aufnahmeöffnungen 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 ausgebildet 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 zu der vorgenannten Ausgestaltung des Freilaufs als Rollen- oder Klemmkörperfreilauf 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 Pleuelober- 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 eine 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. Zudem kann der Schlingfederfreilauf 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.
Die Erfindung ist nicht auf die 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 Ausführungsbeispiele 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 Darstellung einer Kurbelwelle mit Vorrichtungen gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer in 1 gezeigten Vorrichtung;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
4 eine schematische und perspektivische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung;
5 eine weitere schematische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung;
6 eine weitere schematische und perspektivische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung;
7 eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 3 gezeigten Vorrichtung in einem ersten Schaltzustand;
8 eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 3 gezeigten Vorrichtung in einem zweiten Schaltzustand;
9 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
10 eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung;
11 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung;
12a eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung in einem ersten Schaltzustand;
12b eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem Zwischenzustand;
12c eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem weiteren Zwischenzustand;
12d eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem weiteren Zwischenzustand; und
12e eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem zweiten Schaltzustand.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kurbelwelle 1 einer nicht weitergehender dargestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Vorrichtungen 2 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
Die Kurbelwelle 1 umfasst acht Kurbelwangen 3 bis 10, von denen die Kurbelwangen 3, 6, 7 und 10 zum Massenausgleich mit Gegengewichten 11 versehen sind und sich somit von den Kurbelwangen 4, 5, 8 und 9 unterscheiden. Zwischen den Kurbelwangen 3 und 4, 5 und 6, 7 und 8 sowie 9 und 10 ist jeweils ein Kurbelzapfen 12 zur Aufnahme eines Pleuels 13 ausgebildet, wie es im linken Teil von 1 dargestellt ist. Zwischen den Kurbelwangen 4 und 5, 6 und 7 sowie 8 und 9 ist jeweils ein Hauptlagerzapfen 14 angeordnet, über welche die Kurbelwelle 1 in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert ist.
Jedes Pleuel 13 umfasst ein Pleueloberteil 15 und ein Pleuelunterteil 16, die über Schrauben 17 miteinander verbunden sind. Das Pleueloberteil 15 kann mit seinem vom Pleuelunterteil 16 abgewandten Ende mit einem nicht gezeigten Arbeitskolben verbunden werden. Der Arbeitskolben kann mittels eines nicht gezeigten Kolbenbolzenlagers an einem in 1 nicht zu erkennenden Pleuelauge des Pleueloberteils 15 befestigt werden. Eine Trennebene 18 zwischen dem Pleueloberteil 15 und dem Pleuelunterteil 16 verläuft durch ein weiteres in 1 nicht zu erkennendes Pleuellagerauge des Pleuels 13, über welches das jeweilige Pleuel 13 auf dem jeweiligen Kurbelzapfen 12 der Kurbelwelle 1 montiert ist.
Jede Vorrichtung 2 umfasst eine in den 3 bis 8 gezeigte Exzenterbuchse 19, die verdrehbar in einer in 3 gezeigten Aufnahmebohrung 20 des von dem Pleueloberteil 15 und dem Pleuelunterteil 16 gebildeten Pleuellagerauges 21 des jeweiligen Pleuels 13 angeordnet ist und einen Kurbelzapfen 12 der Kurbelwelle 1 umschließt. Die Exzenterbuchse 19 ist in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse 19 zueinander versetzten Positionen mittels jeweils einer Verriegelungseinrichtung 22 verriegelbar.
Jede Verriegelungseinrichtung 22 umfasst zwei in den 3, 4 und 6 bis 8 gezeigte, umfangsversetzt und axial versetzt zueinander an einer Außenmantelfläche 23 der Exzenterbuchse 19 angeordnete Verriegelungsaussparungen 24 und 25.
Des Weiteren umfasst jede Verriegelungseinrichtung 22 zwei in den 3, 4 und 6 bis 8 gezeigte, komplementär zu den Verriegelungsaussparungen 24 und 25 in radialen Aufnahmen 26 des Pleuelunterteils 16 angeordnete, jeweils durch eine Druckfeder 27 in Richtung der Exzenterbuchse 19 vorgespannte Verriegelungselemente 28 und 29, die jeweils zwischen einer Freigabestellung, in der das jeweilige Verriegelungselement 28 bzw. 29 nicht in eine der beiden Verriegelungsaussparungen 24 bzw. 25 eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das jeweilige Verriegelungselement 28 bzw. 29 in eine der beiden Verriegelungsaussparungen 24 bzw. 25 eingerückt ist, radial bewegbar sind. Der Aufbau der Verriegelungselemente 24 und 25 ist in den 2 bis 8 gezeigt.
Zudem umfasst jede Verriegelungseinrichtung 22 ein axial verschiebbar in dem Pleuelunterteil 16 angeordnetes, rotationssymmetrisch ausgebildetes Betätigungselement 30, durch dessen axiale Verschiebung die Verriegelungselemente 28 und 29 wahlweise in ihre jeweilige Freigabestellung verschiebbar sind. An jedem Betätigungselement 30 ist wenigstens einen radial von der Exzenterbuchse 19 weg weisender Betätigungsstift 31 angeordnet.
Ferner umfasst jede Verriegelungseinrichtung 22 ein Steuerbauteil 32 zum wahlweisen axialen Verschieben des Betätigungselements 30. Das Steuerbauteil 32 ist als Kurvenscheibe ausgebildet. Es ist in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine entsprechend dem Doppelpfeil 33 axial verlagerbar angeordnet und greift an dem jeweiligen Betätigungsstift 31 an, wie es bei der rechten Vorrichtung 2 in 1 gezeigt ist. Die Kurvenscheibe ist mit einer Mitnahmenut 41 versehen, die im Einlaufbereich für den Betätigungsstift 31 relativ breit ausgebildet ist und sich zum Auslaufbereich hin kontinuierlich verjüngt, so dass Toleranzen ausgeglichen werden können.
2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung einer in 1 gezeigten Vorrichtung 2. Das Betätigungselement 30 ist längsverschiebbar in einer axialen Bohrung 34 des Pleuelunterteils 16 geführt.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2. Das Steuerbauteil der Vorrichtung 2 ist nicht gezeigt und kann gemäß den 1 und 2 ausgebildet sein. Jedes Verriegelungselement 28 bzw. 29 weist einen axialen Durchbruch 35 auf. Das Betätigungselement 30 ist mit einem Rastgebirge 36 versehen und verläuft durch die Durchbrüche 35. Das Rastgebirge 36 weist einen Mittelabschnitt auf, in dem das Betätigungselement 30 mit einem Spiel durch den jeweiligen Durchbruch 35, in 3 der Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28, verläuft. Des Weiteren steigt das Rastgebirge 36 zwischen dem Mittelabschnitt und vergrößerten Endabschnitten des Betätigungselements 30 rampenartig an, wobei der jeweilige Endabschnitt im Wesentlichen spielfrei innerhalb des entsprechenden Durchbruchs 35, in 3 in dem Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29, verläuft. Hierdurch und durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung des Betätigungselements 30 ist dieses hantelförmig ausgebildet. Das Verriegelungselement 29 befindet sich in seiner Freigabestellung, während sich das Verriegelungselement 28 in seiner Verriegelungsstellung befindet, in der es in die Verriegelungsaussparung 24 eingreift. An dem Pleuelunterteil 16 ist eine radiale Bohrung 37 angeordnet, durch die der Betätigungsstift 31 verläuft. An ihrer Innenmantelfläche kann die Exzenterbuchse 19 als Gleitlager ausgebildet sein, über welches das Pleuel 13 auf dem jeweiligen Kurbelzapfen 12 der Kurbelwelle 1 gelagert ist.
4 zeigt eine schematische und perspektivische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung 2. Der Schaltzustand der Vorrichtung 2 unterscheidet sich dadurch von dem in 3 gezeigten Schaltzustand, dass sich das Verriegelungselement 28 in seiner Freigabestellung und das Verriegelungselement 29 in seiner Verriegelungsstellung befindet, was durch eine axiale Verschiebung des Betätigungselements 30 und eine Drehung der Exzenterbuchse 19 herbeigeführt worden ist.
5 zeigt eine weitere schematische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung 2, die sich in einem Schaltzustand entsprechend 4 befindet. Es sind die Exzenterbuchse 19 und teilweise die Verriegelungseinrichtung 22 gezeigt. Das Verriegelungselement 28 befindet sich in seiner Freigabestellung, in der ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 spielfrei in den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 eingreift.
6 zeigt eine weitere schematische und perspektivische Detaildarstellung der in 3 gezeigten Vorrichtung 2 entsprechend 4. Es sind die Exzenterbuchse 19 und teilweise die Verriegelungseinrichtung 22 gezeigt. Das Verriegelungselement 28 befindet sich in seiner Freigabestellung, in der ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 spielfrei in den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 eingreift. Das Verriegelungselement 29 befindet sich in seiner Verriegelungsstellung, in der der Mittelabschnitt des Betätigungselements 30 mit Spiel durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29 verläuft.
7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 3 gezeigten Vorrichtung 2 in einem ersten Schaltzustand entsprechend 3. Es sind die Exzenterbuchse 19 und teilweise die Verriegelungseinrichtung 22 gezeigt. Das Verriegelungselement 29 befindet sich in seiner Freigabestellung, in der ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 spielfrei in den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29 verläuft. Das Verriegelungselement 28 befindet sich in seiner Verriegelungsstellung, in der der Mittelabschnitt des Betätigungselements 30 mit Spiel durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 verläuft.
8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 3 gezeigten Vorrichtung 2 in einem zweiten Schaltzustand entsprechend den 4 bis 6. Es sind die Exzenterbuchse 19 und teilweise die Verriegelungseinrichtung 22 gezeigt. Das Verriegelungselement 28 befindet sich in seiner Freigabestellung, in der ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 spielfrei in den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 verläuft. Das Verriegelungselement 29 befindet sich in seiner Verriegelungsstellung, in der der Mittelabschnitt des Betätigungselements 30 mit Spiel durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29 verläuft. Der zweite Schaltzustand geht aus dem in 7 gezeigten ersten Schaltzustand durch eine axiale Verschiebung des Betätigungselements 30 und eine Drehung der Exzenterbuchse 19 hervor.
9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2. Diese Vorrichtung 2 unterscheidet sich dadurch von dem in den 3 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass zwischen der Außenmantelfläche 23 der Exzenterbuchse 19 und der Aufnahmebohrung 20 ein Freilauf 38 angeordnet ist, der einen Freilaufkäfig 39 aufweist, an den sich seitlich Radiallager 42 anschließen, und dass die Exzenterbuchse 19 radial nach außen weisende Borden 40 aufweist, die gleitend an den Stirnflächen des Pleuellagerauges 21 geführt sind. Im Übrigen entspricht die Vorrichtung 2 dem in den 3 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen hier auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Der Freilauf 38 kann als Rollenfreilauf ausgebildet sein und sorgt dafür, dass eine Verdrehung der Exzenterbuchse 19 gegenüber dem Pleuellagerauge 21 nur in einer Drehrichtung möglich ist, während in der anderen Drehrichtung der Freilauf 38 die Drehbewegung der Exzenterbuchse 19 sperrt.
10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung 2 im Bereich der Verriegelungseinrichtung 22 entsprechend der Schnittebene X in 9. Es ist zu sehen, dass ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 spielfrei durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29 verläuft und hierdurch das Verriegelungselement 29 in seiner Freigabestellung hält.
11 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung 2 im Bereich der Verriegelungseinrichtung 22 entsprechend der Schnittebene XI in 9. Es ist zu sehen, dass ein Endabschnitt des Betätigungselements 30 mit Spiel durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 verläuft, so dass das Verriegelungselement 28 mittels der Druckfeder 27 in seine Verriegelungsstellung verschoben werden kann, um, wie gezeigt, in die Verriegelungsaussparung 24 eingreifen zu können.
12a zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Details der in 9 gezeigten Vorrichtung 2 in einem ersten Schaltzustand. Dieser Schaltzustand entspricht dem in 9 gezeigten Schaltzustand. Das Steuerbauteil 32 hält das Betätigungselement 30 in der gezeigten Stellung.
Der Übersichtlichkeit halber sind in den folgend beschriebenen 12b bis 12e die meisten Bezugszeichen weggelassen. Es soll klar sein, dass die Bauteile der 12b bis 12e denen von 12a entsprechen und mit entsprechenden Bezugszeichen zu versehen sind.
12b zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 12a gezeigten ersten Schaltzustand dadurch hervor, dass das Steuerbauteil 32 axial verlagert worden ist und hierdurch beginnt, durch einen Kontakt mit dem Betätigungsstift 31 das Betätigungselement 30 in 12b axial nach rechts zu verlagern.
12c zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 12b gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass der Betätigungsstift 31 durch die Drehbewegung der nicht gezeigten Kurbelwelle entlang der Mitnahmenut 41 des Steuerbauteils 32 bewegt worden ist, wodurch das Betätigungselement 30 axial in 12c nach rechts verlagert worden ist. Hierdurch gelangt der Durchbruch 35 des Verriegelungselements 28 in Kontakt mit einem rampenartig ausgebildeten Abschnitt des Betätigungselements 30, wodurch das Verriegelungselement 28 unter Stauchung der Druckfeder 27 radial in Richtung seiner Freigabestellung verschoben wird. Das Verriegelungselement 29 wird weiterhin in seiner Freigabestellung gehalten.
12d zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem weiteren Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 12c gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass der Betätigungsstift 31 durch die Drehbewegung der nicht gezeigten Kurbelwelle entlang der Mitnahmenut 41 des Steuerbauteils 32 weiter bewegt worden ist, wodurch das Betätigungselement 30 axial in 12d nach rechts verlagert worden ist. Hierdurch ist das Verriegelungselement 28 in seine Freigabestellung verschoben worden.
12e zeigt eine schematische Schnittdarstellung des in 12a gezeigten Vorrichtungsdetails in einem zweiten Schaltzustand. Dieser Zwischenzustand geht aus dem in 12d gezeigten Zwischenzustand dadurch hervor, dass der Betätigungsstift 31 durch die Drehbewegung der nicht gezeigten Kurbelwelle entlang der Mitnahmenut 41 des Steuerbauteils 32 weiter bewegt worden ist, wodurch das Betätigungselement 30 axial in 12e nach rechts verlagert worden ist. Hierdurch verläuft der Mittelabschnitt des Betätigungselements 30 mit Spiel durch den Durchbruch 35 des Verriegelungselements 29, so dass das Verriegelungselement 29, wie gezeigt, mittels der Druckfeder 27 in seine Verriegelungsstellung überführbar ist, um in die Verriegelungsaussparung 25 eingreifen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelwelle
2: Vorrichtung
3: Kurbelwange
4: Kurbelwange
5: Kurbelwange
6: Kurbelwange
7: Kurbelwange
8: Kurbelwange
9: Kurbelwange
10: Kurbelwange
11: Gegengewicht
12: Kurbelzapfen
13: Pleuel
14: Hauptlagerzapfen
15: Pleueloberteil
16: Pleuelunterteil
17: Schraube
18: Trennebene
19: Exzenterbuchse
20: Aufnahmebohrung
21: Pleuellagerauge
22: Verriegelungseinrichtung
23: Außenmantelfläche
24: Verriegelungsaussparung
25: Verriegelungsaussparung
26: Aufnahme
27: Druckfeder
28: Verriegelungselement
29: Verriegelungselement
30: Betätigungselement
31: Betätigungsstift
32: Steuerbauteil
33: Verschieberichtung des Steuerbauteils
34: Bohrung
35: Durchbruch
36: Rastgebirge
37: Bohrung
38: Freilauf
39: Freilaufkäfig
40: Borde
41: Mitnahmenut
42: Radiallager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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

Claims

Vorrichtung (2) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend eine Exzenterbuchse (19), die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung (20) eines von einem Pleueloberteil (15) und einem Pleuelunterteil (16) gebildeten Pleuellagerauges (21) eines Pleuels (13) angeordnet ist und einen Kurbelzapfen (12) einer Kurbelwelle (1) umschließt, wobei die Exzenterbuchse (19) in wenigstens zwei in Umfangsrichtung der Exzenterbuchse (19) zueinander versetzten Positionen mittels wenigstens einer Verriegelungseinrichtung (22) verriegelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung (22) wenigstens zwei umfangsversetzt und axial versetzt zueinander an einer Außenmantelfläche (23) der Exzenterbuchse (19) angeordnete Verriegelungsaussparungen (24, 25), zwei komplementär zu diesen in radialen Aufnahmen (26) des Pleuelunterteils (16) angeordnete, jeweils durch eine Druckfeder (27) in Richtung der Exzenterbuchse (19) vorgespannte Verriegelungselemente (28, 29), die jeweils zwischen einer Freigabestellung, in der das jeweilige Verriegelungselement (28, 29) nicht in eine der beiden Verriegelungsaussparungen (24, 25) eingerückt ist, und einer Verriegelungsstellung, in der das jeweilige Verriegelungselement (28, 29) in eine der beiden Verriegelungsaussparungen (24, 25) eingerückt ist, radial bewegbar sind, wenigstens ein axial verschiebbar in dem Pleuelunterteil (16) angeordnetes Betätigungselement (30), durch dessen axiale Verschiebung die Verriegelungselemente (28, 29) wahlweise in ihre jeweilige Freigabestellung verschiebbar sind, sowie wenigstens ein Steuerbauteil (32) zum wahlweisen axialen Verschieben des Betätigungselements (30) aufweist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verriegelungselement (28, 29) einen Durchbruch (35) aufweist, wobei das mit einem Rastgebirge (36) versehene Betätigungselement (30) längsverschiebbar in einer axialen Bohrung (34) des Pleuelunterteils (16) geführt ist und durch die Durchbrüche (35) verläuft, wobei das Rastgebirge (36) einen Mittelabschnitt aufweist, in dem das Betätigungselement (30) mit einem Spiel durch den jeweiligen Durchbruch (35) verläuft, wobei das Rastgebirge (36) zwischen dem Mittelabschnitt und Endabschnitten des Betätigungselements (30) rampenartig ansteigt und wobei der jeweilige Endabschnitt im Wesentlichen spielfrei innerhalb des entsprechenden Durchbruchs (35) verläuft.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Betätigungselement (30) wenigstens ein radial von der Exzenterbuchse (19) weg weisender Betätigungsstift (31) angeordnet ist, an dem das Steuerbauteil (32) angreift.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerbauteil (32) in einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine axial verlagerbar angeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerbauteil (32) als Kurvenscheibe ausgebildet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (30) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenmantelfläche (23) der Exzenterbuchse (19) und der Aufnahmebohrung (20) wenigstens ein Freilauf (38) angeordnet ist.