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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betätigen eines an einem Exzenterkörper angreifenden Schwenkhebels einer Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend wenigstens einen längsverschiebbar innerhalb einer mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Bohrung eines Pleuels anordbaren Stellkolben und wenigstens eine Kolbenstange, die mit einem ersten Endabschnitt gelenkig mit einer Betätigungslasche des Schwenkhebels verbindbar und mit einem zweiten Endabschnitt mit dem Stellkolben verbunden ist.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, aufweisend wenigstens einen an einem Pleuellagerauge eines Pleuels schwenkbar angeordneten Schwenkhebel und wenigstens einen zumindest teilweise innerhalb des Pleuellagerauges angeordneten Exzenterkörper, der drehfest mit dem Schwenkhebel verbunden ist.
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Stand der Technik
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Mit dem Verdichtungsverhältnis ε einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert werden, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt.
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Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Zylinderraum. Demgegenüber kann 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.
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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..
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Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen innerhalb eines Pleuelauges eines Pleuels angeordneten Exzenter verstellt wird. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantelfläche vom Pleuelauge aufgenommen, während in einer exzentrischen Bohrung des Exzenters ein einen Kolbenbolzen aufnehmendes Kolbenbolzenlager angeordnet ist.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus
DE 10 2014 100 585 A1 bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen an einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenterhebel, der einen zweiarmigen, zwei zueinander beabstandete Seitenteile aufweisenden Schwenkhebel und einen drehfest mit dem Schwenkhebel verbundenen Exzenterkörper aufweist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren zwei an jeweils einem Hebelarm des Hebelteils gelenkig angreifende Stelleinheiten, die jeweils wenigstens eine mit einem Endabschnitt an dem jeweiligen Hebelarm angreifende Kolbenstange und wenigstens einen mit dem jeweilig anderen Endabschnitt der Kolbenstange gelenkig verbundenen, längsverschiebbar innerhalb einer mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Bohrung des Pleuels anordbaren Stellkolben aufweisen. Die Seitenteile weisen im Bereich jedes Hebelarms zueinander fluchtende Durchbrüche auf, in die jeweils ein durch eine Querbohrung an der jeweiligen Kolbenstange verlaufender Bolzen eingreift.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung und Montage einer Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Betätigen eines an einem Exzenterkörper angreifenden Schwenkhebels einer Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst wenigstens einen längsverschiebbar innerhalb einer mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Bohrung eines Pleuels anordbaren Stellkolben und wenigstens eine Kolbenstange, die mit einem ersten Endabschnitt gelenkig mit einer Betätigungslasche des Schwenkhebels verbindbar und mit einem zweiten Endabschnitt mit dem Stellkolben verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Kolbenstange starr mit dem Kolben verbunden, wobei eine umlaufende Dichtfläche des Stellkolbens ballig ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße starre Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Stellkolben ist konstruktiv und fertigungstechnisch deutlich einfacher realisierbar als eine herkömmliche gelenkige Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Stellkolben. Insbesondere ist eine gewünschte Spielfreiheit einer herkömmlichen Kugelverbindung zwischen der Kolbenstange und dem Stellkolben konstruktiv und fertigungstechnisch recht aufwändig. Zudem ist die erfindungsgemäße starre Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Stellkolben zuverlässig und ohne Verschleiß dauerhaft auf Zug und Druck belastbar.
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Um die umlaufende Dichtfläche des Stellkolbens ballig auszubilden, kann der Stellkolben beispielsweise tonnenförmig ausgebildet sein. Durch die Balligkeit der Dichtfläche ist die Gestalt des Stellkolbens an einen erforderlichen Schwenkbereich der Kolbenstange angepasst, so dass eine Verkippung der Kolbenstange nicht durch den Stellkolben in der Bohrung verhindert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Dichtfläche des Stellkolbens wenigstens eine umlaufende Nut angeordnet, in der ein Radialdichtelement zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die Nut in einem Bereich der Dichtfläche angeordnet ist, der sich auf einer der Kolbenstange abgewandten Seite an einen Bereich der Dichtfläche anschließt, in dem der Stellkolben seinen maximalen Außendurchmesser aufweist. Hierdurch sitzt das Radialdichtelement bei einer Verkippung der Kolbenstange unterhalb eines Berührungsbereichs, insbesondere einer Berührungskante, der Dichtfläche des Stellkolbens, so dass auf der Seite des Stellkolbens, an der das Radialdichtelement durch den sich aufbauenden Abstützdruck angepresst ist, nur ein relativ kleiner Spalt vorhanden ist. Das Radialdichtelement wird somit an dieser Stelle nicht in den Dichtspalt hineingedrückt. Oberhalb oder unterhalb der Nut und des Radialdichtelements kann auch wenigstens eine weitere Nut mit einem zumindest teilweise darin aufgenommenen weiteren Radialdichtelement vorhanden sein.
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Vorteilhafterweise ist das Radialdichtelement aus einem Metall oder einem Kunststoff hergestellt. Die Wahl des Werkstoffs des Radialdichtelements kann abhängig davon erfolgen, welche Spalte sich durch eine Verkippung der Kolbenstange zwischen der Bohrung und dem Stellkolben ergeben.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stellkolben einerseits monolithisch mit der Kolbenstange oder andererseits separat von dieser hergestellt und mit der Kolbenstange verbunden. Ersteres vereinfacht die Montage der Einrichtung und somit einer damit ausgestatteten Vorrichtung. Letzteres macht ein separates Auswechseln von Kolbenstange und Stellkolben bei Bedarf möglich.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst wenigstens einen an einem Pleuellagerauge eines Pleuels schwenkbar angeordneten Schwenkhebel, wenigstens einen zumindest teilweise innerhalb des Pleuellagerauges angeordneten Exzenterkörper, der drehfest mit dem Schwenkhebel verbunden ist, und wenigstens eine Einrichtung nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben. Mit der Vorrichtung sind die oben mit Bezug auf die Einrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zwei entsprechende Einrichtungen, die jeweils an einem Hebelarm des Schwenkhebels angreifen, um diesen gegenläufig verschwenken zu können.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche und der abhängigen Patentansprüche 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.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in einem ersten Zustand;
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2 eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung in einem weiteren Zustand;
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3 eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung in einem weiteren Zustand;
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4 eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 1 gezeigten Vorrichtung; und
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5 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung 1 zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer nicht gezeigten Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in einem ersten Zustand. In dem gezeigten Zustand der Vorrichtung 1 nimmt das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit einen Maximalwert oder einen Minimalwert an.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen an einem Pleuellagerauge 2 eines Pleuels 3 schwenkbar angeordneten, zweiarmigen Schwenkhebel 4 und einen innerhalb des Pleuellagerauges 2 angeordneten Exzenterkörper 5, der drehfest mit dem Schwenkhebel 4 verbunden ist.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 zwei Einrichtungen 6 zum Betätigen des Schwenkhebels 4, von denen in 1 nur eine gezeigt ist. Die Einrichtung 6 umfasst einen längsverschiebbar innerhalb einer mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Bohrung 7 des Pleuels 3 angeordneten Stellkolben 8 und eine Kolbenstange 9, die mit einem ersten Endabschnitt über einen Bolzen 10 gelenkig mit einer Betätigungslasche 11 des Schwenkhebels 4 verbunden und mit einem zweiten Endabschnitt mit dem Stellkolben 8 verbunden ist. Die Kolbenstange 9 ist starr mit dem Stellkolben 8 verbunden. Eine umlaufende Dichtfläche 12 des Stellkolbens 8 ist ballig ausgebildet. Der Stellkolben 8 ist separat von der Kolbenstange 9 hergestellt und mit der Kolbenstange 9 verbunden.
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An der Dichtfläche 12 des Stellkolbens 8 ist eine umlaufende Nut 13 angeordnet, in der ein nicht gezeigtes Radialdichtelement zumindest teilweise aufgenommen ist. Die Nut 13 ist in einem Bereich der Dichtfläche 12 angeordnet, der sich auf einer der Kolbenstange 9 abgewandten Seite an einen Bereich der Dichtfläche 12 anschließt, in dem der Stellkolben 8 seinen maximalen Außendurchmesser aufweist. Das Radialdichtelement kann aus einem Metall oder einem Kunststoff hergestellt sein.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 in einem weiteren Zustand. In dem gezeigten Zustand der Vorrichtung 1 nimmt das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit einen mittleren Wert an. Dieser Zustand geht aus dem in 1 gezeigten Zustand dadurch hervor, dass der Stellkolben 8 innerhalb der Bohrung des Pleuels 3 verlagert worden ist und hierdurch die Kolbenstange 9 und hierüber den Schwenkhebel 4 und den Exzenterkörper 5 mitgenommen hat, um das mittlere Verdichtungsverhältnis einzustellen.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 in einem weiteren Zustand. In dem gezeigten Zustand der Vorrichtung 1 nimmt das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit einen Minimalwert bzw. einen Maximalwert an. Dieser Zustand geht aus dem in 2 gezeigten Zustand dadurch hervor, dass der Stellkolben 8 weitergehender innerhalb der Bohrung des Pleuels 3 verlagert worden ist und hierdurch die Kolbenstange 9 und hierüber den Schwenkhebel 4 und den Exzenterkörper 5 mitgenommen hat, um das minimale bzw. maximale Verdichtungsverhältnis einzustellen.
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Details der in 1 gezeigten Vorrichtung 1, wobei aus 4 der Aufbau des Stellkolbens 8 besser ersichtlich ist. Insbesondere ist das Radialdichtelement 14 zu sehen, das teilweise in die umlaufende Nut 13 an der Dichtfläche 12 des Stellkolbens 8 angeordnet ist. Durch die Verkippung der Kolbenstange 9 wird der in 4 links gezeigte Abschnitt der Dichtfläche 12 gegen die Innenwandung der Bohrung 7 gedrückt, wodurch das Radialdichtelement 14 dort in die Nut 13 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Dichtfläche 12 tritt das Radialdichtelement 14 teilweise aus der Nut 13 aus und dichten den dort befindlichen größeren Spalt zwischen dem Stellkolben 8 und der Innenwandung der Bohrung 7 ab.
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5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung 1 zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses einer nicht gezeigten Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Diese Vorrichtung 1 unterscheidet sich allein dadurch von dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass der Stellkolben 8 monolithisch mit der Kolbenstange 9 hergestellt ist. Im Übrigen entspricht die Vorrichtung 1 dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, weshalb hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Pleuellagerauge
- 3
- Pleuel
- 4
- Schwenkhebel
- 5
- Exzenterkörper
- 6
- Einrichtung
- 7
- Bohrung
- 8
- Stellkolben
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Bolzen
- 11
- Betätigungslasche
- 12
- Dichtfläche
- 13
- Nut
- 14
- Radialdichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014100585 A1 [0007]
