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Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2008 050 826 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Stelleinrichtung umfasst eine Stellwelle, welche wenigstens eine Lagerstelle aufweist, über die die Stellwelle drehbar an einem Gehäuse gelagert ist. Insbesondere ist die Stellwelle über ihre wenigstens eines Lagerstelle in radialer Richtung der Stellwelle an dem Gehäuse abgestützt und dabei über die wenigstens eine Lagerstelle an dem Gehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Ferner umfasst die Stelleinrichtung wenigstens ein Getriebe, über welches die Stellwelle antreibbar ist. Das Getriebe wird üblicherweise auch als Stellgetriebe oder Stellergetriebe bezeichnet.
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Des Weiteren offenbart die
WO 02/012694 A1 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einem in einem Zylinder verschieblich angeordneten Kolben, der mit einem Pleuel gelenkig gekoppelt ist, dessen Bewegung auf eine Kurbel einer Kurbelwelle übertragbar ist, wobei zwischen dem Pleuel und der Kurbel ein Übertragungsglied vorgesehen ist, dessen Bewegung über einen Steuerhebel manipulierbar ist, mit dem Ziel, eine steuerbare Bewegung des Kolbens zu gewährleisten, insbesondere um eine Variierung des Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf der Stelleinrichtung besonders gering gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Stelleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf der Stelleinrichtung besonders gering gehalten werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stellwelle an der wenigstens einen Lagerstelle unter Vermittlung des Getriebes drehbar an dem Gehäuse gelagert ist. Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, dem Getriebe zumindest eine Doppelfunktion zukommen zu lassen. Zum einen wird das Getriebe genutzt, um die Stellwelle über das Getriebe anzutreiben. Beispielsweise ist ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, vorgesehen, welcher Drehmomente zum Antreiben der Stellwelle bereitstellt. Die von dem Motor bereitgestellten Drehmomente werden beispielsweise in das Getriebe eingeleitet und von dem Getriebe in Drehmomente, welche gegenüber den vom Motor bereitgestellten Drehmomenten größer sind, umgewandelt, sodass das Getriebe die gegenüber den vom Motor bereitgestellten Drehmomente höheren Drehmomente bereitstellt, mittels welchen die Stellwelle schließlich angetrieben, das heißt um ihre Drehachse gedreht werden kann. Durch den Einsatz des Getriebes können somit beispielsweise die Abmessungen und/oder das Gewicht des Motors gering gehalten werden, sodass der Bauraumbedarf und das Gewicht der Stelleinrichtung insgesamt gering gehalten werden können.
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Zum anderen wird das Getriebe genutzt, um die Stellwelle insbesondere in radialer Richtung der Stellwelle an dem Gehäuse zu lagern, sodass die Stellwelle beispielsweise in ihrer radialen Richtung unter Vermittlung des Getriebes an dem Gehäuse abgestützt und dabei an dem Gehäuse um die zuvor genannte Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Lagerung der Stellwelle ist vorzugsweise eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinander folgend angeordneten Lagerstellen der Stellwelle vorgesehen, wobei die Stellwelle über die Lagerstellen drehbar, insbesondere an wenigstens einem Gehäuse, gelagert ist. Üblicherweise ist das Getriebe zusätzlich zu diesen mehreren Lagerstellen vorgesehen, wobei die Lagerstellen in axialer Richtung der Stellwelle auf das Getriebe folgen. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist nun, wenigstens eine der Lagerstellen, welche üblicherweise zusätzlich zu dem Getriebe vorgesehen ist, durch das Getriebe zu substituieren. Vorzugsweise ist diese wenigstens eine Lagerstelle in Einbaulage der Stelleinrichtung und in axialer Richtung der Stellwelle die am nächsten zu der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angeordnete Lagerstelle der Stellwelle, wobei diese wenigstens eine Lagerstelle auch als erste Lagerstelle oder als erstes Stellwellenhauptlager bezeichnet wird. Hierdurch kann insbesondere der axiale Bauraumbedarf der Stelleinrichtung besonders gering gehalten werden, sodass es beispielsweise möglich ist, dass Getriebe in eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu integrieren, die einen hinten liegenden Steuertrieb aufweist. Außerdem kann das Gewicht der Stelleinrichtung gering gehalten werden.
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Es wurde gefunden, dass die Darstellung einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit variablem beziehungsweise variabel einstellbarem Verdichtungsverhältnis und hinten liegendem Steuertrieb sehr aufwändig ist, da als axialer Bauraum für das Getriebe im Gegensatz zu konventionellen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen mit vorne liegendem und beispielsweise als Kettentrieb ausgebildetem Steuertrieb nur eine Steuerungsebene ohne Steuer- beziehungsweise Riementriebsebene genutzt werden kann. Üblicherweise besteht eine rückwärtige Begrenzung des zur Verfügung stehenden Bauraums durch ein der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zugeordnetes und von der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine antreibbares Hauptgetriebe und/oder einen integrierten Startergenerator (ISG), sodass üblicherweise ein nur strikt scheibenförmiger Bauraum zwischen zwei parallelen Ebenen für das Getriebe der Stelleinrichtung zur Verfügung steht.
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Da es nun jedoch erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Stellwelle an der wenigstens einen Lagerstelle unter Vermittlung des Getriebes an dem Gehäuse zu lagern, kann insbesondere der axiale Bauraumbedarf der Stelleinrichtung insgesamt gering gehalten werden, sodass die Stelleinrichtung auch in Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen mit hinten liegendem Steuertrieb auf einfache Weise integriert werden kann.
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In einer weiteren denkbaren Ausführungsform kann die wenigstens eine beziehungsweise erste Lagerstelle der Stellwelle bestehen bleiben, aber in ihrer axialen Erstreckung auf wenige Millimeter begrenzt werden. So wird, falls das motorspezifische Lastkollektiv doch eine Überlastung einer Verzahnung des Getriebes über die Laufzeit verursachen sollte, der Großteil der Belastungen durch Querkraft auf die Stellwelle von der Verzahnung fern gehalten werden. Bei besonders hohen Kräften kommt durch eine elastische Verformung der wenigstens einen Lagerstelle die Verzahnung mit in Eingriff und die Belastungen werden gesplittet, das heißt aufgeteilt. Dazu ist es vorteilhaft, dass ein Lagerspiel der wenigstens einen beziehungsweise ersten Lagerstelle in seiner Auslegung besonders eng gestaltet und insbesondere enger gestaltet ist als das radiale Verzahnungsspiel in der entsprechend betroffenen Stufe des Getriebes.
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Die beschriebenen Lagerstellen der Stellwelle werden auch als Stellwellenhauptlager bezeichnet, da die Stellwelle über diese Stellwellenhauptlager drehbar gelagert ist. Durch das Substituieren des ersten Stellwellenhauptlagers durch das Getriebe beziehungsweise durch die Ausgestaltung des ersten Stellwellenhauptlagers mit einer axialen Erstreckung von nur wenigen Millimetern kann insbesondere der axiale Bauraumbedarf der Stelleinrichtung gering gehalten werden, sodass diese auf besonders einfache Weise in eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit hinten liegendem Steuertrieb, integriert werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Stellwelle, welche an wenigstens einer Lagerstelle unter Vermittlung eines Getriebes der Stelleinrichtung drehbar an einem Gehäuse gelagert ist.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Stelleinrichtung zum Einstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Dabei ist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise als so genanntes Multilink-Triebwerk oder als so genannter Multilink-Motor ausgebildet, wobei die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine aufgrund dessen, dass ihr Verdichtungsverhältnis variabel beziehungsweise variabel einstellbar ist, auch als VCR-Motor bezeichnet wird (VCR – variable compression ratio – variables Verdichtungsverhältnis). Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst ein in der Fig. nicht dargestelltes Kurbelgehäuse sowie eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Ferner umfasst die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein Zylindergehäuse, durch welches mehrere Brennräume in Form von Zylindern gebildet sind. Das Zylindergehäuse kann einstückig mit dem Kurbelgehäuse ausgebildet sein. Alternativ ist es denkbar, dass das Zylindergehäuse als separat von dem Kurbelgehäuse ausgebildetes und mit dem Kurbelgehäuse verbundenes Bauteil ausgebildet ist.
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In dem jeweiligen Zylinder ist ein jeweiliger Kolben der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine translatorisch bewegbar aufgenommen. Dem jeweiligen Kolben ist ein Pleuel zugeordnet, welches gelenkig mit dem jeweils zugeordneten Kolben verbunden ist. Ferner ist das Pleuel gelenkig mit einem Hubzapfen der Kurbelwelle gekoppelt. Die Kopplung des jeweiligen Pleuels mit dem jeweiligen Hubzapfen erfolgt unter Vermittlung eines Hebelelements, welches auch als Querhebel bezeichnet wird, da das Hebelelement eine Längserstreckungsrichtung aufweist, welche senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle verläuft. Der Querhebel ist drehbar an dem Hubzapfen gelagert und kann somit relativ zu dem Hubzapfen gedreht werden. Ferner ist der Querhebel gelenkig mit dem jeweiligen Pleuel gekoppelt. Infolge dieser gelenkigen Kopplung des jeweiligen Kolbens über das jeweilige Pleuel und den jeweiligen Querhebel mit dem jeweiligen Hubzapfen werden die translatorischen Bewegungen des jeweiligen Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre Drehachse umgewandelt. Wird nun der Querhebel relativ zu dem Hubzapfen gedreht, so wird dadurch der jeweilige Kolben im jeweiligen Zylinder translatorisch bewegt, das heißt verschoben, wodurch das Verdichtungsverhältnis eingestellt, das heißt variiert beziehungsweise verändert wird.
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Die Stelleinrichtung 10 wird nun genutzt, um die jeweiligen Querhebel relativ zu dem jeweiligen Hubzapfen zu drehen. Hierzu umfasst die Stelleinrichtung 10 eine Stellwelle 12, welche beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet ist. Die Stellwelle 12 weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung der Stellwelle 12 aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Lagerstellen 14 und 16 auf, über welche die Stellwelle 12 drehbar an jeweiligen, so genannten Lagerwänden 18 und 20 gelagert ist. Die Lagerwände 18 und 20 können beispielsweise durch ein den Lagerwänden 18 und 20 gemeinsames Gehäuse gebildet sein, wobei die Lagerwände 18 und 20 beispielsweise einstückig miteinander ausgebildet sein können. Ferner ist es denkbar, dass die Lagerwände 18 und 20 durch jeweilige, separat voneinander ausgebildete und beispielsweise miteinander verbundene Gehäuse gebildet sind. Somit ist die Stellwelle 12 über die Lagerstellen 14 und 16 drehbar an wenigstens einem Gehäuse gelagert. Mit anderen Worten ist die Stellwelle 12 über die Lagerstellen 14 und 16 an den Lagerwänden 18 und 20 um eine Drehachse 22 relativ zu den Lagerwänden 18 und 20 drehbar gelagert.
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Ist die Stellwelle 12 als Exzenterwelle ausgebildet, so weist die Stellwelle 12 beispielsweise eine Mehrzahl von Exzenterelementen auf, welche exzentrisch zur Drehachse 22 angeordnet sind. Dem jeweiligen Querhebel ist ein als Nebenpleuel ausgebildeter Schwenkhebel zugeordnet. Da die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder und demzufolge mehrere Kolben aufweist, sind auch mehrere Querhebel und somit mehrere Nebenpleuel vorgesehen, wobei diese Nebenpleuel in der Fig. ausschnittsweise erkennbar und mit 24 und 26 bezeichnet sind. Das jeweilige Nebenpleuel 24 beziehungsweise 26 ist an der Stellwelle 12, insbesondere an dem zuvor genannten Exzenterelement, drehbar gelagert. Wird somit die Stellwelle 12 um ihre Drehachse 22 relativ zu den Lagerwänden 18 und 20 und somit relativ zu dem wenigstens einen Gehäuse gedreht, so wird dadurch über die Nebenpleuel 24 und 26 eine Drehung der jeweiligen Querhebel relativ zu den jeweiligen Hubzapfen bewirkt, woraus wiederum auf die beschriebene Weise eine Verschiebung der jeweiligen Kolben in den jeweiligen Zylindern resultiert.
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Zum Drehen der Stellwelle 12 umfasst die Stelleinrichtung 10 beispielsweise einen in der Fig. nicht dargestellten Motor, welcher beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Der Motor stellt beispielsweise erste Drehmomente bereit. Um das Gewicht und die Abmessungen beziehungsweise den Bauraumbedarf des Motors und somit der Stelleinrichtung 10 insgesamt besonders gering halten zu können, umfasst die Stelleinrichtung 10 ein Getriebe 28, welches auch als Stellergetriebe bezeichnet wird. Die von dem Motor bereitgestellten ersten Drehmomente werden in das Getriebe 28 eingeleitet und mittels des Getriebes 28 in gegenüber den ersten Drehmomenten höhere, zweite Drehmomente umgewandelt. Das Getriebe 28 stellt die zweiten Drehmomente bereit, mittels welchen die Stellwelle 12 schließlich angetrieben, das heißt um ihre Drehachse 22 gedreht wird.
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Um nun den Bauraumbedarf der Stelleinrichtung 10 besonders gering zu halten, ist die Stellwelle 12 an ihrer ersten Lagerstelle 14 unter Vermittlung des Getriebes 28 drehbar an der Lagerwand 18 und somit an dem die Lagerwand 18 bildenden Gehäuse gelagert.
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Die erste Lagerstelle 14 ist dabei die in Einbaulage der Stelleinrichtung 10 und in axialer Richtung der Stellwelle 12 am nächsten zu der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Kurbelwelle, angeordnete Lagerstelle der Stellwelle 12. Dabei nimmt die Stelleinrichtung 10 ihre Einbaulage im vollständig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ein.
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Da die Stellwelle 12 an ihrer ersten Lagerstelle 14 unter Vermittlung des Getriebes 28 an der Lagerwand 18 gelagert ist, muss das Getriebe 28 beispielsweise die Hälfte der Stangenkraft des ersten Nebenpleuels 24 aufnehmen. Die Drehmomente zum Antreiben der Stellwelle 12 werden auch als Stellermomente bezeichnet. Aufgrund der hohen nominellen Stellermomente und einer erforderlichen Spielarmut ist das Getriebe 28, insbesondere seine Verzahnung, auslegungsseitig in der Lage, die genannte Hälfte der Stangenkraft des ersten Nebenpleuels 24 aufzunehmen.
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Üblicherweise ist es vorgesehen, dass alle Lagerstellen der Stellwelle 12, welche über die Lagerstellen drehbar an dem wenigstens einen Gehäuse gelagert ist, in axialer Richtung der Stellwelle 12 auf das Getriebe 28 folgen, das heißt hinter beziehungsweise vor dem Getriebe angeordnet sind. Bei der in der Fig. gezeigten Stelleinrichtung 10 ist es jedoch vorgesehen, die erste Lagerstelle 14 durch das Getriebe 28 zu substituieren. Dadurch kann das Getriebe im Idealfall um die in axialer Richtung der Stellwelle 12 verlaufende Breite der ersten Lagerstelle 14 in Richtung der Stellwelle 12 versetzt werden, sodass das Getriebe 28 beispielsweise in einem Kettenkasten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen nun geringen Bauraum beansprucht sowie einen gewissen Bauraum in einer Ebene eines ersten Kurbelwellenhauptlagerstuhls beanspruchen kann. Der genannte Kurbelwellenhauptlagerstuhl wird auch als Lagerstuhl oder auch als Hauptlagerstuhl bezeichnet und verwendet, um die Kurbelwelle drehbar an dem Kurbelgehäuse zu lagern. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das beispielsweise als Getriebegehäuse ausgebildete und zumindest die Lagerwand 18 bildende Gehäuse, insbesondere ohne Verzahnung, einstückig mit dem Hauptlagerstuhl ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Getriebegehäuse und der Hauptlagerstuhl als ein Bauteil ausgeführt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Stelleinrichtung
- 12
- Stellwelle
- 14
- Lagerstelle
- 16
- Lagerstelle
- 18
- Lagerwand
- 20
- Lagerwand
- 22
- Drehachse
- 24
- Nebenpleuel
- 26
- Nebenpleuel
- 28
- Getriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050826 A1 [0002]
- WO 02/012694 A1 [0003]
