DE102016200622A1

DE102016200622A1 - Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016200622A1
Application number: DE102016200622.3A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Jan Pfannenmüller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-20

Abstract

Ein Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine besteht aus einem zweiarmigen Hebelteil (10a) und einem mit diesem drehfest verbundenen, als Wellenzapfen ausgebildeten Exzenterkörper (8). Dabei sind eine Nabe des Hebelteils (10a) mit zumindest einem radial nach innen weisenden Mitnahmeprofil (38, 39) und der Exzenterkörper (8) mit zumindest einem radial nach außen weisenden Mitnahmeprofil (40, 41) versehen, die formschlüssig ineinandergreifen. Zumindest ein Abschnitt einer Außenmantelfläche (35) des Exzenterkörpers (8) ist drehbar in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) der Hubkolbenbrennkraftmaschine einsetzbar. Ein Exzenterhebel, der mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und sich aufgrund seiner Ausbildung für eine in Großserie durchgeführte Montage in einem Pleuelauge eines Pleuels eignet, soll dadurch geschaffen werden, dass sich ein am Exzenterkörper (8) vorgesehener Eingriffsbereich (33, 34) für den zumindest einen nach innen weisenden Mitnahmeprofils (38, 39) im Wesentlichen über die gesamte Länge des Exzenterkörpers (8) erstreckt und in jeder Stellung des Exzenterkörpers (8) im Pleuelauge (7) im Wesentlichen eine Lage außerhalb eines Abstützbereichs (42, 43) des Exzenterkörpers (8), in welchem Gaskräfte und Massenkräfte auf das Pleuelauge (7) übertragen werden, einnimmt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen Hebelteil und einem mit diesem drehfest verbundenen, als Wellenzapfen ausgebildeten Exzenterkörper besteht, wobei eine Nabe des Hebelteils mit zumindest einem radial nach innen weisenden Mitnahmeprofil und der Exzenterkörper mit zumindest einem radial nach außen weisenden Mitnahmeprofil versehen sind, die formschlüssig ineinandergreifen, und wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenmantelfläche des Exzenterkörpers drehbar in ein Pleuelauge eines Pleuels der Hubkolbenbrennkraftmaschine einsetzbar ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen Hebelteil und einem mit diesem drehfest verbundenen, als Wellenzapfen ausgebildeten Exzenterkörper besteht, wobei Verzahnungen des Hebelteils und des Exzenterkörpers als Passverzahnung formschlüssig ineinandergreifen und wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenmantelfläche des Exzenterkörpers drehbar in ein Pleuelauge eines Pleuels der Hubkolbenbrennkraftmaschine einsetzbar ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, dessen effektive Länge zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt eines Pleuellagerauges und eines Kolbenbolzenlagers wenigstens zweistufig änderbar ist, mit zwei hydraulischen Stützzylindern, die jeweils einen mit einer Kolbenstange gelenkig verbundenen Stellkolben aufnehmen, wobei von den Stellkolben abgewandte Enden der Kolbenstangen jeweils gelenkig mit einem der Enden eines Exzenterhebels verbunden sind, der als zweiarmiger Hebel an einem in einem Pleuelauge schwenkbar geführten, das Kolbenbolzenlager aufnehmenden Exzenterkörper befestigt ist.
Stand der Technik
Zweck einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses während des Betriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ist der, eine Verbrennung mit verbessertem Wirkungsgrad und reduziertem Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Das Verdichtungsverhältnis einer Zylindereinheit bezeichnet das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes. Gerade bei aufgeladenen Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung kann im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben werden, 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 z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
Es sind unter anderem Vorrichtungen bekannt, mittels welcher eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen, d.h., eine Änderung einer effektiven Pleuelstangenlänge vorgenommen wird. Es kann sich dabei unter anderem um Vorrichtungen handeln, mit denen sich die Lage eines mit einem Arbeitskolben der Zylindereinheit verbundenen Kolbenbolzens zu einem Pleuelauge des Pleuels verändern lässt.
Ein Exzenterhebel der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2005 055 199 A1 bekannt. Die Verstelleinrichtung weist einen in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenterkörper mit einer exzentrisch zu diesem verlaufenden Kolbenbolzenbohrung auf. Das Pleuel ist im Bereich des Pleuelauges mit einer schlitzartigen Ausnehmung versehen, die sich in Längsrichtung des Pleuels und rechtwinklig zu einer Aufnahmebohrung des Pleuelauges, in welche der Exzenterkörper eingesetzt wird, erstreckt. Ein Hebelteil des zweiarmigen Exzenterhebels, das innerhalb der schlitzartigen Ausnehmung verläuft, weist eine mit einer Innenverzahnung versehene Nabe auf, wobei die Innenverzahnung formschlüssig in eine Außenverzahnung des Exzenterkörpers eingreift. Dabei ist die Außenverzahnung nur in einem mittleren Bereich des Exzenterkörpers vorgesehen und überragt in radialer Richtung beidseitig neben dieser ausgebildete Lagerflächen, über die der Exzenterkörper mittels Lagerringen drehbar im Pleuelauge geführt ist. Diese separaten Lagerringe sind erforderlich, damit der Exzenterkörper derart im Pleuelauge positioniert werden kann, dass dessen Außenverzahnung in die Innenverzahnung des zuvor in der schlitzartigen Ausnehmung angeordneten Hebelteils eingreift.
Weiterhin ist aus der DE 10 2013 014 090 A1 ein Exzenterhebel bekannt, bei dem an den Enden eines Exzenterkörpers, also beidseitig des Pleuelauges, Exzenterhebelsegmente durch eine umlaufende Schweißnaht befestigt sind. Diese als ebene Blechteile ausgeführten Exzenterhebelsegmente bilden gemeinsam mit dem Exzenterkörper einen zweiarmigen Exzenterhebel, der mit in Bezug auf den Exzenterkörper diametral verlaufenden Laschen versehen ist. Am Ende der jeweiligen Lasche ist ein Verbindungsbolzen vorgesehen, der zum einen in diesem Bereich die Exzenterhebelsegmente miteinander verbindet und zum anderen zur schwenkbaren Führung des Exzenterhebels gegenüber einer Exzenterstange dient, wobei an dem jeweiligen anderen Ende der beiden Kolbenstangen jeweils ein Kolben angreift. Druckräume, die zwischen den entsprechenden Kolben und im Pleuel ausgebildeten Führungszylindern vorgesehen sind, werden über Ölzulaufleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Motoröl aus einem Pleuellager versorgt. Neben der jeweiligen Ölzulaufleitung ist an jeden der beiden Druckräume eine Ölrücklaufleitung angeschlossen, die zu einem Umschaltventil führt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Exzenterhebel einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, der mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar ist und sich aufgrund seiner Ausbildung für eine in Großserie durchgeführte Montage in einem Pleuelauge eines Pleuels eignet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 2 und 10 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.
Gemäß einer ersten Lösung dieser Aufgabe soll sich ein am Exzenterkörper vorgesehener Eingriffsbereich für das zumindest eine nach innen weisende Mitnahmeprofil im Wesentlichen über die gesamte Länge des Exzenterkörpers erstrecken und in jeder Stellung des Exzenterkörpers im Pleuelauge im Wesentlichen eine Lage außerhalb eines Abstützbereichs des Exzenterkörpers, in welchem Gaskräfte und Massenkräfte auf das Pleuelauge übertragen werden, einnehmen.
Der erfindungsgemäße Exzenterhebel besteht demnach aus einem zweiarmigen Hebelteil, das zum einen als ein einziges, mittig auf dem Exzenterkörper angeordnetes Hebelelement vorgesehen oder zum anderen durch zwei zueinander beabstandete Seitenteile gebildet sein kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit zueinander beabstandeten Seitenteile greifen deren Naben über die nach innen weisenden Mitnahmeprofile zwischen den nach außen weisenden Mitnahmeprofile des Exzenterkörpers ein. Der Exzenterkörper weist somit keine im Durchmesser reduzierten Abschnitte auf.
Dabei ist der vorzugsweise als Wellenzapfen ausgebildete Exzenterkörper mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung versehen und über seine Außenmantelfläche in das Pleuelauge des Pleuels einsetzbar, so dass über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit hergestellt wird.
Auf der Außenmantelfläche des Wellenzapfens werden in einem Bearbeitungsvorgang zwei für den Eingriff der nach innen weisenden Mitnahmeprofile, die vorzugsweise als Längsnuten ausgebildet sind, hergestellt, wobei deren Längsmittelebenen unter einem Winkel von vorzugsweise 180° verlaufen. In diese Längsnuten greifen entsprechend ausgebildete Vorsprünge des Hebelteils ein. Anstelle der beiden Längsnuten können in diesen beiden Bereichen des Exzenterkörpers auch sich über dessen gesamte Länge erstreckende verzahnte Bereiche vorgesehen sein.
Wesentlich ist dabei, dass die Hebelteile und der Exzenterkörper derart zueinander positioniert sind, dass in allen Stellungen der Verstelleinrichtung der Exzenterkörper mit seiner Außenmantelfläche in den Abstützbereichen für Gas- und Massenkräften an einer Innenmantelfläche des Pleuelauges anliegt. Folglich können in diesen beiden zwischen den Hebelteilen liegenden Bereichen die Gas- und Massenkräften zwischen dem Pleuelauge und dem Exzenterkörper übertragen werden, ohne dass eine erhöhte Flächenpressung aufgrund reduzierter Querschnitte auftreten kann. Wie bereits dargelegt, lässt sich der Wellenzapfen auf einfache und kostengünstige Weise mit einer entsprechenden Mitnahmeprofilierung, die über die gesamte axiale Länge des Exzenterkörpers verläuft, versehen.
Gemäß einer weiteren Lösung soll sich die bei dieser vorgesehene Außenverzahnung des Exzenterkörpers im Wesentlichen über dessen gesamte Länge erstrecken und zumindest innerhalb eines zur Übertragung von Gaskräften und Massenkräften auf das Pleuelauge dienenden Abstützbereichs mit einer Parallelverzahnung, einer Keilverzahnung oder einer am Kopfkreis überschliffenen Spitzverzahnung bzw. einer Evolventenverzahnung versehen sein. In diesem Fall ist der Exzenterkörper also an seiner gesamten Außenmantelfläche mit einer Außenverzahnung versehen, in die zur Bildung einer Passverzahnung die Innenverzahnungen der beiden Seitenteile des Hebelteils eingreifen. Alternativ zu den beiden Seitenteilen kann auch ein im mittleren Bereich des Exzenterkörpers angeordnetes Hebelelement vorgesehen sein.
Zur Übertragung der Gas- und Massenkräfte zwischen dem Pleuelauge und dem Exzenterkörper sollen die am Exzenterkörper ausgebildeten Zähne am Kopfkreis derart gestaltet sein, dass die Kräfte zwischen diesen Bauteilen über eine möglichst große Fläche übertragen werden. Zu diesem Zweck können die Verzahnungen insgesamt als Parallel- oder Keilverzahnung ausgebildet sein. Ferner besteht auch die Möglichkeit, beide Verzahnungen als Spitzverzahnung oder Evolventenverzahnung auszubilden und anschließend die in radialer Richtung wirkende Fläche an der Außenverzahnung des Exzenterkörpers dadurch zu vergrößern, dass diese am Kopfkreis überschliffen wird.
Demgegenüber ist nach der DE 10 2005 055 199 A1 der Exzenterkörper als gestufter Wellenzapfen ausgebildet, der im Bereich seines mittigen Zahnkranzes seinen größten Außendurchmesser aufweist. Das Pleuelauge weist einen Innendurchmesser auf, der zumindest dem Außendurchmesser des Zahnkranzes entspricht, so dass sich der Exzenterkörper in das Pleuelauge einführen lässt. Zwischen beidseitig des Zahnkranzes vorgesehenen Lagerflächen und der Innenmantelfläche des Pleuelauges werden anschließend separate Lagerringe eingesetzt. Von Nachteil ist daher, dass der Wellenzapfen zur Herstellung des fertigen Exzenterkörpers mehrfach bearbeitet werden muss und dass die vorgenannten Lagerringe erforderlich sind.
Nach der DE 10 2013 014 090 A1 soll der Exzenterkörper an seinen beiden Enden mit dem jeweiligen Seitenteil verschweißt werden. Wenn eine der Schweißnähte fehlerhaft ist oder aufgrund von Verzug die engen Toleranzen nicht eingehalten werden, muss anschließend die gesamte Baueinheit inklusive des Pleuels verschrottet werden, da sich der Exzenterhebel nicht mehr demontieren lässt..
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Exzenterhebels sieht vor, dass die zumindest eine Längsnut des Exzenterkörpers einen unter einem Radius zur Längsmittelachse des Exzenterkörpers verlaufenden Fußkreis aufweist, der in beiden Umfangsrichtungen durch radiale Anschlagflächen begrenzt ist. Die in Umfangsrichtung wirkende formschlüssige Verbindung zwischen dem Hebelteil und dem Exzenterkörper wird dadurch geschaffen, dass das zumindest eine an die Nutform angepasste, nach innen weisende Mitnahmeprofil in die zumindest eine Längsnut eingreift.
Wenn das Hebelteil aus zwei Seitenteilen besteht, können diese durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem Blechsteifen hergestellt werden. Die Innenverzahnung in der Nabe des jeweiligen Seitenteils kann durch Räumen oder Feinschneiden hergestellt werden.
Weiterhin können die Seitenteile, die im Bereich ihrer Hebelenden Schwenklager zur Aufnahme von Kolbenstangenenden der Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses dienen, über diese aneinander fixiert sind, wobei die Befestigung der Schwenklager in Aufnahmebohrungen der Seitenteile durch eine Verstemmung erfolgt. Dadurch nehmen die Seitenteile, die im Übrigen an den Stirnflächen des Pleuelauges geführt sind, eine zueinander fixierte Lage ein. Der Exzenterkörper kann innerhalb der Seitenteile und innerhalb des Pleuelauges nicht in axialer Richtung wandern, da darüber hinaus dessen Stirnflächen dem Kolbenhemd des Arbeitskolbens zugewandt sind.
Alternativ zum Verstemmen der beiden Schwenklager besteht die Möglichkeit, die Seitenteile am Ende zumindest eines der Hebelarme über einen Steg miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck kann zunächst eine Platine aus dem Blechstreifen ausgestanzt werden, die bereits die beiden über einen Steg verbundenen Seitenteile sowie einen weiteren Steg aufweisen. Dabei werden die Seitenteile bereits mit den beiden Aufnahmebohrungen für den Exzenterkörper sowie mit den Bohrungen, in denen im späteren Montageprozess die durch Bolzen gebildeten Schwenklager der Kolbenstangen des Verstellsystems angeordnet werden, versehen. Anschließend wird die Platine um ihre Querebene U-förmig gebogen, so dass die Seitenteile über einen der Stege miteinander verbunden sind.
Weiterhin ist bei einem Exzenterhebel, der aus einem zwei Hebelarme aufweisenden Hebelteil und einem an seinen Enden jeweils mit zueinander beabstandeten Seitenteilen dieses Hebelteils verbundenen Exzenterkörper besteht, der als Wellenzapfen mit einer exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenbohrung ausgebildete Exzenterkörper über seine Außenmantelfläche in ein Pleuelauge eines Pleuels einsetzbar. Dabei wird über einen in die Kolbenbolzenbohrung einfügbaren Kolbenbolzen eine exzentrische Verbindung zwischen dem Pleuelauge und einem Arbeitskolben der Zylindereinheit hergestellt.
Erfindungsgemäß kann auch ein Hebelteil, das über eine Innenverzahnung auf einer Außenverzahnung des Exzenterkörpers fixiert ist, aus zwei Seitenteilen bestehen, die durch einen spanlosen Biegeprozess aus einem einzigen Blechsteifen hergestellt sind. Dabei sind die Seitenteile am Ende eines der Hebelarme über einen in der gleichen vertikalen Ebene wie die Seitenteile verlaufenden Steg miteinander verbunden, so dass sich ein U-förmiger Verlauf der Seitenteile und des zwischen diesen liegenden Stegs ergibt.
Außerdem kann die Außenverzahnung am Exzenterkörper durch einen Rolliervorgang oder einen Schleifvorgang herstellbar sein. Zur Vermeidung eines Spiels zwischen den Mitnahmeprofilen oder Verzahnungen des Hebelteils und des Exzenterkörpers kann die Verbindung des Exzenterkörpers mit der Nabe des Hebelteils mit einem Übermaß ausgebildet sein.
Schließlich wird bei einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis ein Abstand zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt eines Pleuellagerauges und eines Kolbenbolzenlagers wenigstens zweistufig verstellt. Die Verstelleinrichtung weist zwei hydraulische Stützzylinder auf, die jeweils einen mit einer Kolbenstange gelenkig verbundenen Stellkolben aufnehmen, wobei von den Stellkolben abgewandte Enden der Kolbenstangen gelenkig mit einem der Enden eines Exzenterhebels verbunden sind. Dieser Exzenterhebel ist als zweiarmiger Hebel an einem in einem Pleuelauge des Pleuels schwenkbar geführten, das Kolbenbolzenlager aufnehmenden Exzenterkörper befestigt. Dabei soll der Exzenterhebel mit den zuvor erläuterten Merkmalen ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 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 des Ausführungsbeispiels 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 das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Pleuels mit einem in dessen Längsmittelebene verlaufenden Längsschnitt, wobei über einen mit Stützzylindern zusammenwirkenden erfindungsgemäßen Exzenterhebel die Lage eines Kolbenbolzenlagers in Bezug auf das Pleuel veränderbar ist,
2 eine Teilansicht eines entsprechenden Pleuels im Bereich seines einen erfindungsgemäßen Exzenterhebel aufnehmenden Pleuelauges, wobei ein Exzenterkörper und ein aus zwei Seitenteilen bestehendes Hebelteil über Mitnahmeprofile formschlüssig verbunden sind,
3 eine Seitenansicht des in 2 dargestellten Abschnitts des Pleuels,
4 einen Längsschnitt gemäß Linie IV-IV in 3,
5 eine mit der 2 übereinstimmende Darstellung, in der die beiden Abstützbereiche für die Gas- und Massenkräfte durch gestrichelte Linien hervorgehoben sind, und
6 eine Teilansicht eines Pleuels im Bereich seines einen erfindungsgemäßen Exzenterhebel aufnehmenden Pleuelauges, wobei ein Exzenterkörper und ein aus zwei Seitenteilen bestehendes Hebelteil über Verzahnungen formschlüssig miteinander verbunden sind,
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleueloberteil 3 und einem Pleuelunterteil 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und das Pleuelunterteil 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 5, das eine Längsmittelachse 6 aufweist und über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 7 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 8 ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen wiederum in einem innerhalb des Exzenterkörpers 8 exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenlager 9 anordenbar ist.
Über den drehbar im Kolbenbolzenlager 9 geführten Kolbenbolzen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenterkörper 8 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 8 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
Der Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 9 sowie dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Arbeitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 8 ist ein als zweiarmiger Hebel ausgebildetes Hebelteil 10a drehfest verbunden, wobei dieses und der Exzenterkörper 8 gemeinsam einen Exzenterhebel 10 bilden. Das Hebelteil 10a weist diametral verlaufende Laschen 11 und 12 auf, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 13 und 14 mit einfachwirkenden Stellkolben 15 und 16 verbunden sind.
Dabei sind die Kolbenstangen 13 und 14 jeweils schwenkbar über als Bolzen ausgebildete Schwenklager 17 mit den Laschen 11 und 12 verbunden. Die Stellkolben 15 und 16 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 8 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 15 und 16 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 8 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 8 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.
Die Stellkolben 15 und 16 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 18 und 19, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 20 und 21, wobei jeder Stützzylinder 20 bzw. 21 einen Druckraum 22 bzw. 23 aufweist. In die Druckräume 22 bzw. 23 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5 angeordneten Pleuellager 24 über Ölzulaufleitungen 25 und 26 einströmen. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 22 und 23 eine Ölrücklaufleitung 27 bzw. 28 aus, die, wie aus der 1 hervorgeht, beide in eine Ventilaufnahmebohrung 29 für ein nicht näher dargestelltes Umschaltventil einmünden.
Diese Ventilaufnahmebohrung 29 verläuft innerhalb des Pleuelschafts 2, quer zu diesem, also parallel zur Längsmittelachse 6 des Pleuellagerauges 5. Von dem Pleuellager 24 führt außerdem eine Fluidleitung 30 zu der Ventilaufnahmebohrung 29. In den Ölzulaufleitungen 25 und 26 ist jeweils ein Rückschlagventil 31 bzw. 32 angeordnet, das eine Strömung des Druckmittels in den jeweiligen Druckraum 22 bzw. 23 ermöglicht, jedoch eine Rückströmung verhindert.
Weiterhin geht aus der 1 hervor, dass der Exzenterkörper 8 als erste Ausgestaltung der Erfindung zwei in Umfangsrichtung um etwa 180° zueinander versetzte Eingriffsbereiche aufweist, die als Längsnuten 33 und 34 ausgeführt sind und sich über die gesamte Länge des Exzenterkörpers 8 erstrecken sollen. Die Schnittdarstellung lässt erkennen, dass der als Wellenzapfen ausgebildete Exzenterkörper 8 mit seiner durch die Längsnuten 33 und 34 unterbrochenen zylindrischen Außenmantelfläche 35 in einer Aufnahmebohrung 36 des Pleuelauges 7 geführt ist.
Die 2 und 5 zeigen eine Ansicht auf ein stirnseitiges Ende des Exzenterkörpers 8. Dieses Ende ist drehfest mit einem ersten Seitenteil 37 des Hebelteils 10a verbunden, wofür in die beiden Längsnuten 33 und 34 nach innen weisende Mitnahmeprofile 38 und 39 des Seitenteils 37 eingreifen. Die zwischen den beiden Längsnuten 33 und 34 vorgesehenen Umfangsbereiche stehen radial über diese vor und wirken folglich als nach außen weisende Mitnahmeprofile 40 und 41, über welche der Exzenterkörper 8, wie insbesondere aus der 1 hervorgeht, in der Aufnahmebohrung 36 des Pleuelauges 7 gelagert ist.
In der 5 sind mit gestrichelten Linien Abstützbereiche 42 und 43 des Exzenterkörpers 8 gekennzeichnet, in welchen Gaskräfte und Massenkräfte zwischen diesem und dem Pleuelauge 7 übertragen werden.
Für diesen Zweck sollen sich die nach außen weisenden Mitnahmeprofile 40 und 41 in beiden Endstellungen der Verstelleinrichtung über eine möglichst große Fläche in der Aufnahmebohrung 36 abstützen, damit die Flächenpressung reduziert ist. Die Längsnuten 33 und 34 nehmen daher am Exzenterkörper 8 eine Lage ein, durch die verhindert wird, dass sie während der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses in den Abstützbereich gelangen.
Die 3 zeigt eine Ansicht auf die Lasche 12 des in dem Pleuelauge 7 angeordneten Exzenterhebels 10, wobei die Kolbenstange 14 sichtbar ist. Im Übrigen geht aus der 3 hervor, dass das Hebelteil 10a neben dem ersten Seitenteil 37 ein zweites Seitenteil 44 aufweist, wobei diese beiden Seitenteile 37 und 44 an den Enden des Exzenterkörpers 8 mit den zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Mitteln auf diesem drehfest angeordnet sind. Die beiden Laschen 12 der Seitenteile 37 und 44 sind derart gekröpft ausgebildet, dass sich deren Abstand zueinander reduziert. In diesem Bereich soll das Schwenklager 17 angeordnet sein, das gemäß den 2 und 5 mittels einer Verstemmung 45 an den Seitenteilen 37 und 44 fixiert ist. Dadurch erfolgt die axiale Fixierung der Seitenteile 37 und 44 zueinander. Die entsprechende Ausgestaltung des Seitenteils 37 ist auch dem Schnitt durch dieses gemäß 4 zu entnehmen.
Schließlich ist in der 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausgestaltungsbeispiel dargestellt, bei welchem der Exzenterkörper 8 eine Außenverzahnung 46 aufweist, die in diesem Fall als Parallelverzahnung ausgebildet ist. Diese bildet mit einer entsprechenden Innenverzahnung 47 des Seitenteils 37 eine Passverzahnung 48, über welche das Hebelteil drehfest auf dem Exzenterkörper 8 angeordnet ist. Die als Parallelverzahnung ausgebildete Außenverzahnung 46, die sich über die gesamte axiale Länge des Exzenterkörpers 8 erstreckt, weist an ihrem Kopfkreis relativ große Flächenabschnitte auf, so dass die Außenverzahnung 46 in dem zwischen den Seitenteilen liegenden Abstützbereich die Gas- und Massenkräfte auf das Pleuelauge 7 übertragen kann.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Pleuelschaft
3: Pleueloberteil
4: Pleuelunterteil
5: Pleuellagerauge
6: Längsmittelachse von 5
7: Pleuelauge
8: Exzenterkörper
9: Kolbenbolzenlager
10: Exzenterhebel
10a: Hebelteil von 10
11: Lasche
12: Lasche
13: Kolbenstange
14: Kolbenstange
15: Stellkolben
16: Stellkolben
17: Schwenklager
18: Zylinderbohrung
19: Zylinderbohrung
20: Stützzylinder
21: Stützzylinder
22: Druckraum
23: Druckraum
24: Pleuellager
25: Ölzulaufleitung
26: Ölzulaufleitung
27: Ölrücklaufleitung
28: Ölrücklaufleitung
29: Ventilaufnahmebohrung
30: Fluidbohrung
31: Rückschlagventil
32: Rückschlagventil
33: Längsnut
34: Längsnut
35: zylindrische Außenmantelfläche von 8
36: Aufnahmebohrung von 7
37: erstes Seitenteil von 10a
38: nach innen weisendes Mitnahmeprofil
39: nach innen weisendes Mitnahmeprofil
40: nach außen weisendes Mitnahmeprofil
41: nach außen weisendes Mitnahmeprofil
42: Abstützbereich
43: Abstützbereich
44: zweites Seitenteil von 10a
45: Verstemmung
46: Außenverzahnung von 8
47: Innenverzahnung von 37 bzw. 44
48: Passverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005055199 A1 [0006, 0017]
DE 102013014090 A1 [0007, 0018]

Claims

Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen Hebelteil (10a) und einem mit diesem drehfest verbundenen, als Wellenzapfen ausgebildeten Exzenterkörper (8) besteht, wobei eine Nabe des Hebelteils (10a) mit zumindest einem radial nach innen weisenden Mitnahmeprofil (38, 39) und der Exzenterkörper (8) mit zumindest einem radial nach außen weisenden Mitnahmeprofil (40, 41) versehen sind, die formschlüssig ineinandergreifen, und wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenmantelfläche (35) des Exzenterkörpers (8) drehbar in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) der Hubkolbenbrennkraftmaschine einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein am Exzenterkörper (8) vorgesehener Eingriffsbereich (33, 34) für das zumindest eine nach innen weisende Mitnahmeprofil (38, 39) im Wesentlichen über die gesamte Länge des Exzenterkörpers (8) erstreckt und in jeder Stellung des Exzenterkörpers (8) im Pleuelauge (7) im Wesentlichen eine Lage außerhalb eines Abstützbereichs (42, 43) des Exzenterkörpers (8), in welchem Gaskräfte und Massenkräfte auf das Pleuelauge (7) übertragen werden, einnimmt.
Exzenterhebel (10) einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, der aus einem zweiarmigen Hebelteil (10a) und einem mit diesem drehfest verbundenen, als Wellenzapfen ausgebildeten Exzenterkörper (8) besteht, wobei Verzahnungen (46 und 47) des Hebelteils (10a) und des Exzenterkörpers (8) als Passverzahnung (48) formschlüssig ineinandergreifen und wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenmantelfläche (35) des Exzenterkörpers (8) drehbar in ein Pleuelauge (7) eines Pleuels (1) der Hubkolbenbrennkraftmaschine einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außenverzahnung (46) des Exzenterkörpers (8) im Wesentlichen über dessen gesamte axiale Länge erstreckt und zumindest innerhalb eines zur Übertragung von Gaskräften und Massenkräften auf das Pleuelauge (7) dienenden Abstützbereichs mit einer Parallelverzahnung, einer Keilverzahnung oder einer am Kopfkreis überschliffenen Spitz- bzw. Evolventenverzahnung versehen ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelteil (10a) zwei zueinander beabstandeten Seitenteile (37 und 44) aufweist, die drehfest mit den jeweiligen Enden des Exzenterkörpers (8) verbunden sind.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Eingriffsbereich des Exzenterkörpers eine an diesem ausgebildete Längsnut (33, 34) ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut (33, 34) einen unter einem Radius zur Längsmittelachse des Exzenterkörpers (8) verlaufenden Fußkreis aufweist, der in beiden Umfangsrichtungen durch radiale Anschlagflächen begrenzt ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (46) am Exzenterkörper (8) durch einen Rolliervorgang herstellbar ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (46) am Exzenterkörper (8) durch einen Schleifvorgang herstellbar ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Exzenterkörpers (8) mit der Nabe des Hebelteils (10a) zur Vermeidung eines Spiels mit einem Übermaß ausgebildet ist.
Exzenterhebel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelteil (10a) aus zwei an den Enden des Exzenterkörpers (8) angeordneten Seitenteilen (37 und 44) besteht, die im Bereich der Hebelenden der Seitenteile (37 und 44) über Schwenklager (17), welche zur Aufnahme von Kolbenstangenenden der Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses dienen, aneinander fixiert sind, wobei die Befestigung der Schwenklager (17) in Aufnahmebohrungen der Seitenteile durch eine Verstemmung (45) erfolgt.
Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, dessen Abstützlänge zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt eines Pleuellagerauges (5) und eines Kolbenbolzenlagers (9) wenigstens zweistufig änderbar ist, mit zwei hydraulischen Stützzylindern (20 und 21), die jeweils einen mit einer Kolbenstange (13, 14) gelenkig verbundenen Stellkolben (15, 16) aufnehmen, wobei von den Stellkolben (15, 16) abgewandte Enden der Kolbenstangen (13, 14) jeweils gelenkig mit einem der Enden eines Exzenterhebels (10) verbunden sind, der als zweiarmiges Hebelteil (10a) an einem in einem Pleuelauge (7) schwenkbar geführten, das Kolbenbolzenlager (9) aufnehmenden Exzenterkörper (8) befestigt ist, gekennzeichnet durch einen Exzenterhebel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.