DE102017104345A1

DE102017104345A1 - Device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE102017104345A1
Application number: DE102017104345.4A
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: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei welcher jeder Zylindereinheit eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, durch die eine effektive Länge eines Pleuels (1) der Zylindereinheit veränderbar ist, wobei das Pleuel (1) einerseits mittels eines in einem Pleuelauge geführten Kolbenbolzens an einem Arbeitskolben angreift und andererseits durch ein Pleuellagerauge (5) auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle (39) gelagert ist, wobei die Verstelleinrichtung ein mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbares Umschaltelement aufweist, welches in einer parallel zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges (5) im Pleuel (1) angeordneten Aufnahmebohrung angeordnet ist und einen Schieber umfasst, und wobei der Schieber abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen (38) durch Steuerflächen (43) zumindest eines Aktuators (40) längsverschiebbar ist, wobei der zumindest eine Aktuator (40) als eine relativ zu dem Pleuel (1) in axialer Richtung verschiebliche Steuerwelle (41) ausgeführt ist, welche zumindest eine sich senkrecht zur Längsmittelachse (45) der Steuerwelle (41) erstreckende Ausnehmung (42) aufweist, wobei die Ausnehmung (42) seitlich begrenzenden Wandabschnitte (43) als Steuerflächen (47a, 47b) ausgebildet sind, die wechselweise mit den Stirnflächen (38) des Schieber (29) in Eingriff bringbar sind.The present invention relates to a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, wherein each cylinder unit is associated with an adjusting device, by which an effective length of a connecting rod (1) of the cylinder unit is variable, wherein the connecting rod (1) on the one hand by means of a guided in a connecting rod Piston pin engages a working piston and on the other hand by a connecting rod bearing eye (5) on a crank pin of a crankshaft (39) is mounted, wherein the adjusting device has a mechanically movable into two different switching positions switching element, which in a parallel to a longitudinal central axis of the connecting rod bearing eye (5) in Conveying (1) arranged receiving bore is arranged and comprises a slide, and wherein the slide is alternately at its two end faces (38) by control surfaces (43) of at least one actuator (40) is longitudinally displaceable, wherein the at least one Aktuato r (40) is designed as a relative to the connecting rod (1) in the axial direction displaceable control shaft (41) having at least one perpendicular to the longitudinal central axis (45) of the control shaft (41) extending recess (42), wherein the recess ( 42) laterally delimiting wall portions (43) as control surfaces (47 a, 47 b) are formed, which are alternately engageable with the end faces (38) of the slide (29).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei welcher jeder Zylindereinheit eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, durch die eine effektive Länge eines Pleuels der Zylindereinheit veränderbar ist, wobei das Pleuel einerseits mittels eines in einem Pleuelauge geführten Kolbenbolzens an einem Arbeitskolben angreift und andererseits durch ein Pleuellagerauge auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist, wobei die Verstelleinrichtung ein mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbares Umschaltelement aufweist, welches in einer parallel zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges im Pleuel angeordneten Aufnahmebohrung angeordnet ist und einen Schieber umfasst, und wobei der Schieber abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators beaufschlagbar und längsverschiebbar ist.The invention relates to a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, wherein each cylinder unit is associated with an adjusting device, by which an effective length of a connecting rod of the cylinder unit is variable, wherein the connecting rod engages on the one hand by means of a guided in a connecting rod piston pin on a working piston and on the other is mounted by a Pleuellagerauge on a crank pin of a crankshaft, wherein the adjusting device has a mechanically movable into two different switching positions switching element which is arranged in a parallel to a longitudinal central axis of the connecting rod bearing eye in the connecting rod receiving bore and a slide comprises, and wherein the slide alternately on its two end faces by control surfaces of at least one actuator acted upon and is longitudinally displaceable.

Stand der TechnikState of the art

Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε 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-Luftgemisches. 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.With the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine ε the ratio of the volume of the entire cylinder chamber to the volume of the compression chamber is designated. By increasing the compression ratio, the efficiency of the reciprocating internal combustion engine can be increased and thus overall fuel consumption can be reduced. In spark-ignited reciprocating internal combustion engines, however, the tendency to knock increases with the increase in the compression ratio in full-load operation. The knocking is an uncontrolled self-ignition of the fuel-air mixture. On the other hand, in the partial load operation in which the charge is lower, the compression ratio may be increased to improve the corresponding partial load efficiency without the aforementioned knocking occurring. As a result, it is expedient to operate the reciprocating internal combustion engine in part-load operation with a relatively high compression ratio and in full load operation with a reduced compression ratio compared to this.

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 z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.A change in the compression ratio is also particularly advantageous for supercharged reciprocating internal combustion engines with spark ignition, as these overall in terms of charging a low compression ratio is given, and to improve the thermodynamic efficiency in unfavorable areas of a corresponding engine map, the compression is to increase. In addition, it is possible to change the compression ratio generally depending on other operating parameters of the reciprocating internal combustion engine, such as. of driving conditions of the motor vehicle, operating points of the internal combustion engine, signals of a knock sensor, exhaust gas values, etc.

Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, mit denen die effektive Länge des Pleuels verstellt wird. Es handelt sich dabei um Vorrichtungen, mit denen der Abstand zwischen einem auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle angeordneten Pleuellagerauge des Pleuels und einem in einem Pleuelauge des Pleuels angeordneten Kolbenbolzenlager verändert wird. Dabei kann die Verstellung an dem das Kolbenbolzenlager aufnehmenden Pleuelauge oder an dem am Kurbelzapfen gellagerten Pleuellagerauge erfolgen, wodurch sich jeweils die Lage des Kolbens gegenüber dem Kurbelzapfen verändert.Among other devices known from the prior art, with which the effective length of the connecting rod is adjusted. These are devices with which the distance between a connecting rod bearing eye of the connecting rod arranged on a crankpin of a crankshaft and a piston pin bearing arranged in a connecting rod eye of the connecting rod is changed. In this case, the adjustment can be done on the piston pin bearing receiving connecting rod eye or on the journal bearing on the crank pin connecting eye, whereby each change the position of the piston relative to the crank pin.

Eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruch 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2005 055 199 A1 bekannt. Danach nimmt ein im Bereich seines Pleuelauges geteiltes Pleuel durch die Bohrung dieses Pleuelauges einen Exzenterkörper auf, an dessen Außenverzahnung ein zweiarmiger Exzenterhebel angreift und in welchem ein Mittelpunkt einer Kolbenbolzenbohrung gegenüber einem Mittelpunkt des Pleuelauges versetzt angeordnet ist. Der Exzenterkörper ist mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche in der Bohrung des Pleuelauges geführt und als Gleitlager ausgebildet. Drehbewegungen des Exzenterkörpers in der Bohrung des Pleuelauges erfolgen selbsttätig. Ausgelöst werden diese durch die Einwirkung von Massen- und Gaskräften der Zylindereinheit, wobei sich deren Wirkrichtungen während des Arbeitsverfahrens derselben ständig ändern. Weiterhin ist der Exzenterhebel an seinen Enden jeweils mittels eines Schwenklagers mit einer einen Stellkolben aufnehmenden Kolbenstange verbunden, wobei die Stellkolben in Stellzylindern geführt sind.A device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine of the type described in the preamble of claim 1 is known from DE 10 2005 055 199 A1 known. Then takes a shared in the region of its connecting rod connecting rod through the bore of this connecting rod on an eccentric body, on the outer toothing of a two-armed eccentric engages and in which a center of a piston pin bore is arranged offset from a center of the connecting rod. The eccentric body is guided with a cylindrical outer peripheral surface in the bore of the connecting rod and formed as a sliding bearing. Rotary movements of the eccentric body in the bore of the connecting rod take place automatically. These are triggered by the action of mass and gas forces of the cylinder unit, with their directions of action constantly change during the working process of the same. Furthermore, the eccentric lever is connected at its ends in each case by means of a pivot bearing with an adjusting piston receiving piston rod, wherein the adjusting pistons are guided in adjusting cylinders.

Eine Drehbewegung des Exzenterkörpers unter den Massen- und Gaskräften der Zylindereinheit und folglich ein Verschwenken des Exzenterhebels in eine der beiden Richtungen wird dadurch ermöglicht, dass der in der Richtung liegende Druckraum des Stellzylinders drucklos ist, während in den Druckraum des anderen Stellzylinders Motoröl mit dem entsprechenden Druck der Schmierölpumpe einströmt. Diese Steuerung wird von einem als Steuerschieber ausgebildeten Schieber einer Umschalteinrichtung, die in der Nähe des Pleuelauges angeordnet und als Umschaltventil ausgeführt ist, übernommen. Der Steuerschieber wird dabei mechanisch in eine seiner beiden Schaltstellungen verschoben, so dass der eine Druckraum drucklos in die Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine entleert und der andere Druckraum mit dem Motoröldruck beaufschlagt wird.A rotational movement of the eccentric body under the mass and gas forces of the cylinder unit and consequently a pivoting of the eccentric lever in one of the two directions is made possible by the pressure chamber lying in the direction of the actuating cylinder is depressurized, while in the pressure chamber of the other actuating cylinder engine oil with the corresponding Pressure of the lubricating oil pump flows in. This control is taken over by a slide designed as a control valve of a switching device which is arranged in the vicinity of the connecting rod and designed as a changeover valve. The spool is thereby moved mechanically in one of its two switching positions, so that the pressure chamber without pressure in the Oil pan emptied the Hubkolbenbrennkraftmaschine and the other pressure chamber is acted upon by the engine oil pressure.

Die mechanische Umschaltung des Umschaltventils erfolgt mittels einer Betätigungseinheit, die ein unterhalb der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse fixiertes Führungselement aufweist. Dieses Führungselement ist mit zwei Führungsnuten versehen, in denen jeweils ein längsbewegliches Kurvenelement angeordnet ist. Jedes der Kurvenelemente weist einen Zahnstangenabschnitt auf, der mit einer auf einer Steuerwelle angeordneten Außenverzahnung zusammenwirkt. Dabei sind die Verzahnungen der beiden Zahnstangenabschnitte derart ausgerichtet, dass die beiden Kurvenelemente bei einer Verdrehung der Steuerwelle in einer vorgegebenen Drehrichtung in den Führungsnuten gegenläufig verschoben werden. Dadurch wird der Steuerschieber mittels der Steuerflächen der Kurvenelemente in eine bestimmte Schaltstellung verschoben.The mechanical switching of the switching valve by means of an actuating unit having a fixed below the cylinder liner in the crankcase guide element. This guide element is provided with two guide grooves, in each of which a longitudinally movable cam element is arranged. Each of the cam elements has a toothed rack section, which cooperates with an outer toothing arranged on a control shaft. In this case, the teeth of the two rack sections are aligned such that the two cam elements are moved in opposite directions with a rotation of the control shaft in a predetermined direction of rotation in the guide grooves. As a result, the spool is moved by means of the control surfaces of the cam elements in a specific switching position.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mechanischen Aktuator für ein Umschaltelement der eingangs genannten Art zu schaffen, der für eine Verwendung in einer in Großserie hergestellten Hubkolbenbrennkraftmaschine geeignet ist. Dabei soll die Möglichkeit bestehen, diesen Aktuator bauraumsparend in die Umgebungskonstruktion der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu integrieren.It is an object of the present invention to provide a mechanical actuator for a switching element of the type mentioned, which is suitable for use in a reciprocating internal combustion engine produced in mass production. It should be possible to integrate this actuator space saving in the surrounding construction of the reciprocating internal combustion engine.

Danach ist eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen, bei welcher jeder Zylindereinheit eine Verstelleinrichtung zugeordnet ist, durch die eine effektive Länge eines Pleuels der Zylindereinheit veränderbar ist, wobei das Pleuel einerseits mittels eines in einem Pleuelauge geführten Kolbenbolzens an einem Arbeitskolben angreift und andererseits durch ein Pleuellagerauge auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. Die Verstelleinrichtung weist ein mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbares Umschaltelement auf, welches in einer parallel zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges im Pleuel angeordneten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Das Umschaltelement umfasst einen Schieber, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators beaufschlagbar und dadurch längsverschiebbar ist.Thereafter, a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine is provided, in which each cylinder unit is associated with an adjustment by which an effective length of a connecting rod of the cylinder unit is variable, the connecting rod engages on the one hand by means of a piston rod guided in a connecting rod on a piston and on the other hand is supported by a connecting rod bearing eye on a crank pin of a crankshaft. The adjusting device has a switching element that can be moved mechanically into two different switching positions, which is arranged in a receiving bore arranged parallel to a longitudinal central axis of the connecting rod bearing eye in the connecting rod. The switching element comprises a slide, which can be acted upon alternately at its two end faces by control surfaces of at least one actuator and thereby longitudinally displaceable.

Erfindungsgemäß soll der der zumindest eine Aktuator als eine relativ zu dem Pleuel in axialer Richtung verschiebliche Steuerwelle ausgeführt sein, welche zumindest eine sich senkrecht zur Längsmittelachse der Steuerwelle erstreckende Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung seitlich begrenzenden Wandabschnitte als Steuerflächen ausgebildet sind, die wechselweise mit den Stirnflächen des Schieber in Eingriff bringbar sind. Durch die Integration der Steuerflächen zur Betätigung der des Schiebers in die Steuerwelle wird eine erhebliche Reduzierung des Bauraumbedarfs erreicht. Zudem wird der Aufbau des Aktuators, der der Betätigung des Schiebers dient, um die Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses anzusteuern, vereinfacht. Der Fertigungsaufwand zur Herstellung einer solchen Steuerwelle ist relativ gering.According to the invention, the at least one actuator is designed as a control shaft which is displaceable in the axial direction relative to the connecting rod and has at least one recess extending perpendicularly to the longitudinal central axis of the control shaft, wherein the recess laterally delimiting wall sections are designed as control surfaces which alternately engage with the end surfaces the slider can be brought into engagement. By integrating the control surfaces for actuating the slide in the control shaft, a considerable reduction of the space requirement is achieved. In addition, the structure of the actuator, which serves to actuate the slider to control the device for varying the compression ratio, simplified. The manufacturing cost of producing such a control shaft is relatively low.

Da der Schieber abwechselnd in seinen beiden unterschiedlichen Bewegungsrichtungen betätigt werden soll, greift an der jeweiligen Stirnfläche des Schiebers abwechselnd die diese jeweils zugewandte Steuerfläche an. Dies lässt sich durch ein abwechselndes Verschieben der Steuerwelle in ihren beiden axialen Richtungen erreichen, so dass wechselweise eine Steuerfläche mit einer Stirnfläche des Schiebers in Eingriff gebracht wird, wenn dieser zusammen mit dem Pleuel die Ausnehmung der Steuerwelle auf seiner Bewegungsbahn durchläuft. Entsprechend führt das Überfahren der der Steuerfläche durch die Stirnfläche des Schiebers dazu, dass dieser in Längsrichtung verschoben wird, so dass sich durch die Ansteuerung der Verstellvorrichtung ein geändertes Verdichtungsverhältnis am Pleuel einstellt.Since the slider is to be actuated alternately in its two different directions of movement, engages the respective end face of the slider alternately the respective facing control surface. This can be achieved by alternately shifting the control shaft in its two axial directions, so that alternately a control surface is brought into engagement with an end face of the slide when it passes through the recess of the control shaft along its trajectory together with the connecting rod. Accordingly, passing over the control surface by the end face of the slide causes it to be displaced in the longitudinal direction, so that adjusts a modified compression ratio at the connecting rod by the control of the adjustment.

Demgegenüber ist der Aktuator nach der 10 2005 055 199 A1 am unteren Ende der jeweiligen Zylinderlaufbuchse vorgesehen und weist das zwei Führungsnuten aufnehmende Führungselement auf. Die Verzahnungen der Zahnstangenabschnitte und der Steuerwelle bilden jeweils einen Linearantrieb für jedes der Kurvenelemente, so dass eine Verdrehung der Steuerwelle zu einer entsprechenden Längsbewegung der Kurvenelemente führt. Eine derartige Ausbildung des Aktuators ist mit erheblichem Bauaufwand verbunden und beansprucht einen Einbauraum, der im Bereich des Pleuels und des Kurbeltriebes zumeist nicht zur Verfügung steht.In contrast, the actuator is provided according to the 10 2005 055 199 A1 at the lower end of the respective cylinder liner and has the two guide grooves receiving guide element. The toothings of the rack sections and the control shaft each form a linear drive for each of the cam elements, so that a rotation of the control shaft leads to a corresponding longitudinal movement of the cam elements. Such a design of the actuator is associated with considerable construction costs and requires an installation space, which is usually not available in the area of the connecting rod and the crank mechanism.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen zur Lagerung der Steuerwelle an dieser endseitig angeordnete Lager im Kurbelgehäuse einer Zylinderbank der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Lager hohlzylindrisch mit einem U-förmigen Querschnitt ausgeführt und umschließen die Mantelfläche der Steuerwelle abschnittsweise. Zwischen Stirnflächen der Steuerwelle und diesen zugewandten Bodenabschnitten der Lager kann eine Beabstandung vorgesehen sein, so dass sich ein Hohlraum ausbilden kann. Zudem können die Lager Anschläge bilden, welche den axialen Verschiebeweg der Steuerwelle begrenzen.In a further embodiment of the invention to be provided for storage of the control shaft at this end arranged bearing in the crankcase of a cylinder bank of the reciprocating internal combustion engine. Preferably, the bearings are hollow cylindrical with a U-shaped cross-section and enclose the lateral surface of the control shaft sections. Between the end faces of the control shaft and these facing bottom portions of the bearing, a spacing can be provided, so that a cavity can form. In addition, the bearings can form stops which limit the axial displacement of the control shaft.

Zur Einhaltung einer Winkelpositionierung der Steuerwelle im Motorblock, kann in die Steuerwelle eine Verdrehsicherung integriert sein. Auf diese Weise kann vermeiden werden, dass die Steuerwelle aufgrund der umlaufenden Bewegungsbahn des Schiebers, die dieser gemeinsam mit dem Pleuel ausführt, in einer Weise verstellt verdreht wird, dass die Steuerflächen und die Stirnflächen des Schiebers nicht miteinander in Eingriff bringbar sind. Hierzu kann die Verdrehsicherung als zumindest ein sich in radialer Richtung der Steuerwelle nach außen erstreckendes, zylindrisches Sicherungselement ausgeführt sein, welches mit dem Motorblock in Eingriff bringbar ist. So kann das Sicherungselement beispielsweise in einer Nut geführt sein, wobei die Länge der Nut den Winkel begrenzt, um welchen die Steuerwelle verschwenkbar ist.To maintain an angular positioning of the control shaft in the engine block, an anti-twist device can be integrated in the control shaft. In this way it can be avoided that the Control shaft due to the circumferential path of movement of the slider, which performs this together with the connecting rod, is rotated in an adjusted manner in such a way that the control surfaces and the end faces of the slider are not engageable with each other. For this purpose, the rotation can be designed as at least one in the radial direction of the control shaft outwardly extending, cylindrical securing element which can be brought into engagement with the engine block. For example, the securing element may be guided in a groove, wherein the length of the groove limits the angle about which the control shaft is pivotable.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die jeweilige Ausnehmung einen Einlaufbereich für die Stirnflächen des Schiebers aufweist, wobei die Steuerflächen im Einlaufbereich jeweils rampenartig ausgebildet sind. Als Einlaufbereich ist der Teilabschnitt des jeweiligen Wandabschnitts bezeichnet, welcher der Drehrichtung des Schiebers respektive des Pleuels zugewandt ist. Die Steigung der Stirnfläche nimmt abschnittsweise in Drehrichtung zu, das heißt die von den einander gegenüberliegenden Steuerflächen begrenzte Ausnehmung weist einen sich verjüngenden Verlauf auf. Mit dem Eintritt in den Einlaufbereich der Ausnehmung während der Umlaufbahn des Schiebers kann eine der Stirnflächen des Schiebers mit einer der beiden Steuerflächen in Berührung kommen.Furthermore, it is provided that the respective recess has an inlet region for the end faces of the slide, wherein the control surfaces are each formed ramp-like in the inlet region. The inlet portion of the portion of the respective wall portion is referred to, which faces the direction of rotation of the slider or the connecting rod. The slope of the end face increases in sections in the direction of rotation, that is, the limited of the opposing control surfaces recess has a tapered course. With the entry into the inlet region of the recess during the orbit of the slide, one of the end faces of the slide can come into contact with one of the two control surfaces.

Vorteilhaft ist es, wenn die jeweilige Ausnehmung auch einen Auslaufbereich für die Stirnflächen des Schiebers aufweist, wobei die Steuerflächen im Auslaufbereich jeweils rampenartig ausgebildet sind. Als Auslaufbereich ist der Teilabschnitt des jeweiligen Wandabschnitts bezeichnet, welcher sich ausgehend vom Ende des Einlaufbereichs in Rotationsrichtung des Schiebers erstreckt. Die Steigung der Stirnfläche nimmt abschnittsweise in Rotationsrichtung ab, das heißt die von den einander gegenüberliegenden Steuerflächen begrenzte Ausnehmung weist einen sich aufweitenden Verlauf auf. Hierdurch wird eine Fail-Safe-Kontur an den Steuerflächen schaffen. Beim Abstellen der Hubkolbenbrennkraftmaschine kann es zu deren Auspendeln kommen, bei an der Kurbelwelle phasenweise eine Umkehrung der Drehrichtung stattfindet. Ohne die erfindungsgemäße Anfasung der Steuerflächen im Auslaufbereich würde bei dieser Rückwärtsbewegung des Pleuels eine Kollision zwischen dem Schieber und einer der Kanten der Ausnehmung erfolgen, so dass Schäden an den Bauteilen auftreten. Durch die rampenartige Ausbildung des jeweiligen Auslaufbereichs der Steuerfläche, der im Wesentlichen der Form des Einlaufbereichs entspricht, wird dieses Problem vermieden. Die rampenartigen Einlauf- und Auslaufbereiche bilden an den jeweiligen Stirnflächen einen Scheitel, in dem die vollständige Verstellung des Schiebers erfolgt.It is advantageous if the respective recess also has an outlet region for the end faces of the slide, wherein the control surfaces are each formed in the outlet region in the manner of a ramp. The outlet region is the partial section of the respective wall section, which extends from the end of the inlet region in the direction of rotation of the slide. The slope of the end face decreases in sections in the direction of rotation, that is, the limited by the opposing control surfaces recess has a widening course. This will create a fail-safe contour on the control surfaces. When switching off the reciprocating internal combustion engine, it may come to their Auspendeln, takes place in phases on the crankshaft, a reversal of the direction of rotation. Without the chamfering of the control surfaces according to the invention in the outlet region, a collision between the slider and one of the edges of the recess would take place during this backward movement of the connecting rod so that damage to the components occurs. Due to the ramp-like design of the respective outlet region of the control surface, which substantially corresponds to the shape of the inlet region, this problem is avoided. The ramp-like inlet and outlet areas form at the respective end faces a vertex in which the complete adjustment of the slide takes place.

Bevorzugt sind die jeweiligen Ausnehmungen symmetrisch ausgestaltet, wodurch die Fertigung der Steuerwelle vereinfacht wird. So münden der Einlaufbereich und der Auslaufbereich an einer Stelle ineinander, an der einander gegenüberliegenden Wandabschnitte der Ausnehmung ihren geringsten Abstand zueinander aufweisen. Preferably, the respective recesses are configured symmetrically, whereby the production of the control shaft is simplified. Thus, the inlet region and the outlet region open into one another at a point at which mutually opposite wall sections of the recess have their smallest distance from each other.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung soll zur axialen Verschiebung der Steuerwelle eine hydraulisch wirkende Aktorik vorgesehen sein. Hierzu kann ein im Kurbelgehäuse anstehender Öldruck genutzt werden, um die Steuerwelle in axialer Richtung hin- und her zu verschieben, um wahlweise eine der beiden Steuerflächen einer Ausnehmung mit der korrespondierenden Stirnfläche des Schiebers in Eingriff zu bringen, wodurch dieser in Längsrichtung verschoben wird. Alternativ dazu kann die Steuerwelle auch elektromechanisch verschoben werden.According to one embodiment of the invention, a hydraulically acting actuator should be provided for the axial displacement of the control shaft. For this purpose, an oil pressure prevailing in the crankcase can be used to displace the control shaft back and forth in the axial direction in order to selectively engage one of the two control surfaces of a recess with the corresponding end face of the slider, whereby it is displaced in the longitudinal direction. Alternatively, the control shaft can also be moved electromechanically.

Hierbei kann zur Ansteuerung der hydraulisch betätigten Steuerwelle ein Ventil vorgesehen sein, durch welches Stirnflächen der Steuerwelle wechselseitig mit Druck beaufschlagbar sind. Das Ventil kann bevorzugt als ein 4/2-Wegeventil ausgeführt sein. Ein jeweils zwischen einem Lager und der jeweiligen Stirnfläche der Steuerwelle vorgesehener Hohlraum kann als Druckkammer verwendet werden. Zur Verschiebung der Steuerwelle kann durch eine entsprechende Ansteuerung des Ventils wechselweise einer der beiden Hohlräume mit dem Öldruck beaufschlagt werden, während der andere drucklos geschaltet werden kann. In dem drucklos geschalteten Hohlraum kann durch das axiale Verschieben der Steuerwelle das darin befindliche Öl herausgedrückt werden.In this case, a valve can be provided for controlling the hydraulically actuated control shaft, through which end faces of the control shaft can be subjected to pressure alternately. The valve may preferably be designed as a 4/2-way valve. Each provided between a bearing and the respective end face of the control shaft cavity can be used as a pressure chamber. To shift the control shaft can be acted upon by a corresponding control of the valve alternately one of the two cavities with the oil pressure, while the other can be switched without pressure. In the depressurized cavity, the oil contained therein can be pushed out by the axial displacement of the control shaft.

Vorteilhaft ist es, wenn die Steuerwelle durch ein Positioniermittel in eine vorgebare Position überführbar ist. Durch das Positioniermittel kann die Steuerwelle bei nach dem Abstellen der Hubkolbenbrennkraftmaschine drucklosem Ölkreislauf in eine vorgebbare Position verschoben werden. Somit lässt sich ein Verdichtungsverhältnis ε der Hubkolbenbrennkraftmaschine bei einem anschließenden Anlassvorgang vorgeben. Bevorzugt kann das Positioniermittel als eine Druckfeder ausgeführt sein, die sich endseitig an einem der Lager abstützt.It is advantageous if the control shaft can be converted by a positioning in a vorgebare position. By means of the positioning means, the control shaft can be displaced into a predeterminable position when the oil circuit is depressurized after switching off the reciprocating internal combustion engine. Thus, a compression ratio ε of the reciprocating internal combustion engine can be specified in a subsequent starting process. Preferably, the positioning means may be designed as a compression spring, which is supported on one end of the bearing.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zur axialen Verschiebung der Steuerwelle eine elektromechanisch wirkende Aktorik vorgesehen sein. Die beispielsweise als Linearmotor ausgeführte Aktorik vereinfacht die Ausgestaltung der Lagerung der Steuerwelle. Die Steuerwelle kann in stromlosen Zustand in einer definierten Position respektive in ihrer letzten Position gehalten werden. Die Ansteuerung der Steuerwelle kann unabhängig von einem anstehenden Öldruck erfolgen. So kann die Steuerwelle vor einem Anlassvorgang in eine vorgebbare Position verschoben werden, um beim Anlassen der Hubkolbenbrennkraftmaschine ein vorgebbares Verdichtungsverhältnis ε einzustellen. Denkbar ist auch die Verwendung eines Linearaktors, welcher auf einem elektromagnetischen oder magnetostriktiven Wirkprinzip basiert.According to a further embodiment of the invention, an electromechanically acting actuator can be provided for the axial displacement of the control shaft. The example designed as a linear motor actuator simplifies the design of the bearing of the control shaft. The control shaft can be kept in a de-energized state in a defined position or in their last position. The control of the control shaft can be done independently of a pending oil pressure. Thus, the control shaft before a starting process in a predetermined position can be moved to set a specifiable compression ratio ε when starting the reciprocating internal combustion engine. It is also conceivable to use a linear actuator which is based on an electromagnetic or magnetostrictive active principle.

Insbesondere kann bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zwei Zylinderbänken jeder Zylinderbank eine Steuerwelle zugeordnet sein. Für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit V-Anordnung der Zylinderreihen oder einen Boxermotorsind sind folglich zwei Steuerwellen vorgesehen, die auf diesen angeordnete Ausnehmungen aufweisen. Innerhalb einer Baureihe von Hubkolbenbrennkraftmaschinen kann eine entsprechende mit Ausnehmungen versehene Steuerwelle auch für Reihenmotoren verwendet werden. Die Steuerflächen der Ausnehmungen, die jeder Zylindereinheit zugeordnet sind, sind derart beabstandet zueinander angeordnet, dass jeweils nur eine der Steuerflächen den Schieber in seiner Längsrichtung aktuiert, während die andere Steuerfläche den Schieber freigibt.In particular, in reciprocating internal combustion engines with two cylinder banks each cylinder bank may be associated with a control shaft. For a reciprocating internal combustion engine with V-arrangement of the cylinder rows or a Boxermotorsind two control shafts are thus provided, which have arranged on these recesses. Within a series of reciprocating internal combustion engines, a corresponding recessed control shaft can also be used for in-line engines. The control surfaces of the recesses associated with each cylinder unit are spaced apart such that only one of the control surfaces actuates the slider in its longitudinal direction while the other control surface releases the slider.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches 1 und den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.The invention is not limited to the specified combination of the features of the independent patent claim 1 and the claims dependent thereon. In addition, there are further possibilities of combining individual features, in particular if they result from the patent claims, the following description of the exemplary embodiments or directly from the figures. In addition, the reference of the claims to the figures by the use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims to the illustrated embodiment examples.

Figurenlistelist of figures

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Pleuels im Längsschnitt mit einer Verstellvorrichtung, die einem Pleuelauge des Pleuels zugeordnet ist und zwei Stellkolben und einen durch einen Exzenterhebel verdrehbaren Exzenterkörper aufweist,
2 einen Längsschnitt eines Wegeventils, das zur Betätigung der Verstelleinrichtung dient,
3 eine perspektivische Ansicht von einem einer Zylinderbank zugeordneten Pleuel, der gemäß der 1 ausgebildet ist, wobei ein mit der Verstelleinrichtung zusammenwirkender Aktuator als mit Steuerflächen versehene Steuerwelle ausgebildet ist,
4 eine Frontalansicht der Steuerwelle gemäß 3,
5 eine schematische Ansicht einer hydraulisch wirkenden zur Betätigung der Steuerwelle, und
6 eine schematische Ansicht einer elektromechanisch wirkenden Aktorik zur Betätigung der Steuerwelle.

For further explanation of the invention reference is made to the drawings, in which different embodiments are shown simplified. Show it:

1 a schematic view of a connecting rod in longitudinal section with an adjusting device which is associated with a connecting rod eye of the connecting rod and has two actuating pistons and an eccentric rotatable by an eccentric,
2 a longitudinal section of a directional control valve, which serves for actuating the adjusting device,
3 a perspective view of a cylinder bank associated connecting rod, according to the 1 is formed, wherein an actuator cooperating with the adjusting device is designed as a control shaft provided with control surfaces,
4 a frontal view of the control shaft according to 3 .
5 a schematic view of a hydraulically acting to actuate the control shaft, and
6 a schematic view of an electromechanically acting actuator for actuating the control shaft.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

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 durch welches das Pleuel 1 auf einem in der 1 nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 7 versehen, in welchem durch einen Exzenterkörper 8 ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager ein Kolbenbolzen angeordnet ist. Durch den drehbar im Kolbenbolzenlager geführten Kolbenbolzen ist ein 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 ε und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses ε führt.In the 1 1 is a connecting rod for a cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine, which partly consists of a connecting rod shaft 2 trained connecting rod upper part 3 and a connecting rod base 4 consists. The connecting rod upper part 3 and the connecting rod base 4 together form a connecting rod eye 5 that is a longitudinal center axis 6 and through which the connecting rod 1 on one in the 1 Not shown crankpin a crankshaft is mounted. At its other end is the connecting rod top 3 with a connecting rod eye 7 provided in which by an eccentric body 8th a not-shown piston pin bearing a piston pin is arranged. By the rotatably guided in the piston pin bearing piston pin is a working piston of a cylinder unit of the reciprocating internal combustion engine on the eccentric body 8th guided, wherein a rotation of the eccentric body 8th in one direction to set a relatively low compression ratio ε and its rotation in the opposite direction to set a higher compression ratio ε leads.

Der Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 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 ausgebildeter Exzenterhebel 9 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 10 und 11 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen mittels der 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 14 und 15 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.The eccentric body 8th is characterized by in the cylinder unit between the connecting rod 1 on the one hand and the piston pin and the crank pin on the other hand occurring engine forces, ie mass and gas forces adjusted. During the working process of the cylinder unit, the acting forces change continuously. With the eccentric body 8th is designed as a two-armed lever eccentric lever 9 rotatably connected, the diametrically extending tabs 10 and 11 each having piston rods 12 and 13 with single-acting actuator piston 14 and 15 are connected. The adjusting pistons 14 and 15 engage by means of the aforementioned components on the eccentric body 8th in order to allow this twisting or to support it in the respective position. Thus, by the adjusting piston 14 and 15 the rotational movement of the eccentric body 8th supports or its provision, due to different force directions on the eccentric body 8th transmitted forces would be avoided avoided.

Die Stellkolben 14 und 15 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 16 und 17, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 18 und 19, wobei jeder Stützzylinder 18 bzw. 19 einen Druckraum 20 bzw. 21 aufnimmt. In die Druckräume 20 bzw. 21 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5 angeordneten Pleuellager über Ölzulaufleitungen 22 und 23 einströmen, in denen Rückschlagventile 22a und 23a angeordnet sind. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 20 und 21 eine Ölrücklaufleitung 24 bzw. 25 aus, die beide in eine Ventilbohrung 26 für ein als Umschalteinrichtung 27 dienendes Wegeventil 28 einmünden. Diese Ventilbohrung 26 verläuft innerhalb des Pleuellagerauges 5, parallel zu der Längsmittelachse 6.The adjusting pistons 14 and 15 form together with cylinder bores 16 and 17 in which they are guided, support cylinders 18 and 19 , each one supporting cylinders 18 respectively. 19 a pressure room 20 respectively. 21 receives. In the pressure chambers 20 respectively. 21 can serve as a hydraulic medium lubricating oil of the reciprocating internal combustion engine from a in the connecting rod eye 5 arranged connecting rod bearings via oil supply lines 22 and 23 inflow, in which check valves 22a and 23a are arranged. Furthermore, it goes from each of the pressure chambers 20 and 21 an oil return line 24 respectively. 25 out, both in a valve hole 26 for as a switching device 27 serving directional valve 28 open. This valve bore 26 runs inside the connecting rod eye 5 , parallel to the longitudinal central axis 6 ,

In der 2 ist das gemäß der 1 verwendete 3/2-Wegeventil 28 im Längsschnitt dargestellt. Ein Schieber 29, der in diesem Fall als Steuerschieber 30 wirkt, ist dabei unmittelbar längsverschieblich in der im Pleuellagerauge 5 ausgebildeten Ventilbohrung 26 geführt und weist an seinem Umfang eine Steuernut 31 auf. In die Ventilbohrung 26 münden mittig eine Ablaufbohrung 32 sowie beiderseits dieser zwei Arbeitsbohrungen 33 und 34 ein, von denen jede mit einer der in der 1 dargestellten Ölrücklaufleitungen 24 und 25 verbunden ist. In der 2 befindet sich der Steuerschieber 30 in einer Stellung, in der die Ölrücklaufleitung 25 mit der Ablaufbohrung 32 verbindet. Dabei steht der Steuerschieber 30 axial über eine entsprechende Stirnseite 35 des Pleuellagerauges 5 vor. Eine erste Stirnfläche 37 und eine zweite in diesem Fall axial vorstehende Stirnfläche 38 des Steuerschiebers 30 sind jeweils ballig ausgebildet und werden abwechselnd über einen nachfolgend noch erläuterten Aktuator betätigt. Der 2 ist entnehmbar, dass sich in einer zweiten gestrichelt dargestellten Schaltstellung des Steuerschiebers 30, in der die erste Stirnfläche 37 axial über eine Stirnseite 36 des Pleuellagerauges 5 vorsteht, die Ölrücklaufleitung 24 mit der Ablaufbohrung verbunden ist. Die andere Ölrücklaufleitung 25 ist dann durch den Steuerschieber 30 abgesperrt.In the 2 is that according to the 1 used 3/2-way valve 28 shown in longitudinal section. A slider 29 who in this case as a control valve 30 acts, is thereby directly longitudinally displaceable in the conrod eye 5 trained valve bore 26 guided and has at its periphery a control groove 31 on. Into the valve bore 26 open a drain hole in the middle 32 as well as on both sides of these two working bores 33 and 34 one of which each with one of in the 1 illustrated oil return lines 24 and 25 connected is. In the 2 is the spool 30 in a position where the oil return line 25 connects with the drain hole 32. This is the spool 30 axially via a corresponding end face 35 of the connecting rod bearing eye 5 in front. A first face 37 and a second axially projecting end face in this case 38 of the spool 30 are each formed spherical and are operated alternately via an actuator explained below. Of the 2 is removable, that in a second dashed line position shown the control slide 30 in which the first face 37 axially over a front side 36 of the connecting rod bearing eye 5 protrudes, the oil return line 24 connected to the drain hole. The other oil return line 25 is then through the spool 30 shut off.

Die 3 zeigt ein Pleuel 1, das mit einer schematisch teilweise dargestellten Kurbelwelle 39 zusammenwirkt und gemäß den 1 und 2 ausgebildet ist, weshalb die entsprechenden Bauelemente der Verstelleinrichtung mit den in den 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen versehen sind. Mit dem Bezugszeichen DR ist die Drehrichtung der Kurbelwelle 39 bezeichnet, welche die Bewegungsbahn des Pleuels 1 bestimmt. Es ist zu erkennen, dass sich der Exzenterkörper 8 in einer Stellung für ein hohes Verdichtungsverhältnis befindet, in dem dieser durch die Kolbenstange 12 abgestützt wird. Dies geschieht in einer Position des Steuerschiebers 30, in der dessen Stirnfläche 38 axial über die Stirnseite 35 des Pleuellagerauges 5 vorsteht. In diese Schaltstellung werden alle Steuerschieber 30 einer Zylinderbank der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels eines gemeinsamen Aktuators 40 verstellt.The 3 shows a connecting rod 1 that with a partially shown crankshaft 39 interacts and in accordance with the 1 and 2 is formed, which is why the corresponding components of the adjustment with the in the 1 and 2 used reference numerals are provided. With the reference number DR is the direction of rotation of the crankshaft 39 denotes, which determines the trajectory of the connecting rod 1. It can be seen that the eccentric body 8th in a position for a high compression ratio, in which this by the piston rod 12 is supported. This happens in a position of the spool valve 30 in which its frontal area 38 axially over the front side 35 of the connecting rod bearing eye 5 protrudes. In this switching position all spool valves 30 a cylinder bank of the reciprocating internal combustion engine by means of a common actuator 40 adjusted.

Der Aktuator 40 besteht aus einer Steuerwelle 41, welche mit einer oder mehreren Ausnehmungen 42 versehen ist. Die Ausnehmungen 42 sind im Wesentlichen U-förmig ausgebildet. Die Anzahl der Ausnehmungen 42 einer Steuerwelle 41 richtet sich dabei nach der Anzahl der Pleuel 1 einer Zylinderbank der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die jeweilige Ausnehmung 42 ist seitlich durch einander gegenüberliegende Wandabschnitte 43 begrenzt. Die Ausnehmungen 42 erstrecken sich ausgehend von der Mantelfläche der Steuerwelle 41 senkrecht zur Längsachse 45 der Steuerwelle 41. Endseitig der Steuerwelle 41 sind Lager 44a und 44b angeordnet.The actuator 40 consists of a control shaft 41 , which with one or more recesses 42 is provided. The recesses 42 are essentially U-shaped. The number of recesses 42 a control shaft 41 depends on the number of connecting rods 1 a cylinder bank of the reciprocating internal combustion engine. The respective recess 42 is laterally by opposing wall sections 43 limited. The recesses 42 extend from the lateral surface of the control shaft 41 perpendicular to the longitudinal axis 45 the control shaft 41 , End of the control shaft 41 are bearings 44a and 44b arranged.

In der 3 befindet sich das Pleuel 1 gerade in einer Position, bevor die Steuerfläche 43 von der Stirnfläche 38 des Steuerschiebers 30 überfahren wird. Zu diesem Zeitpunkt steht die zweite Stirnflächen 38 axial über das Pleuellagerauge vor.In the 3 is the connecting rod 1 just in a position before the control surface 43 from the frontal area 38 of the spool 30 is run over. At this time stands the second end faces 38 axially above the connecting rod eye.

Die Darstellung in 4 zeigt eine Seitenansicht einer Steuerwelle 41 gemäß 3. An einem äußeren Ende der Steuerwelle 41 ist eine Verdrehsicherung 46 vorgesehen. Die Verdrehsicherung 46 ist als zumindest ein sich in radialer Richtung der Steuerwelle 41 nach außen erstreckendes, zylindrisches Sicherungselement ausgeführt, welches formschlüssig in dem Zylinderblock der Hubkolbenbrennkraftmaschine, beispielsweise in einer Längsnut, geführt ist. Die Wandabschnitte 43 sind als einander gegenüberliegende Steuerflächen 47a, 47b ausgebildet, die sich zwischen einem Einlaufbereich 48 und einem Auslaufbereich 49 der jeweiligen Ausnehmung 42 erstrecken. Die Ausgestaltung der Steuerflächen 47a und 47b ist spielegelbildlich. Die Breite der jeweiligen Ausnehmung 42 bestimmt sich anhand der Abmessungen des Steuerschiebers 30, welcher zwischen den Wandabschnitten 43 der Ausnehmung 42 hindurchgeführt wird. Der Verlauf der einander gegenüberliegenden Steuerflächen 47a, 47b im Einlaufbereich 48 ist in Drehrichtung DR des Pleuels 1 sich verjüngend ausgeführt, das heißt der Abstand zwischen den Wandabschnitten 43 einer Ausnehmung 42 reduziert sich. Der Übergang vom Einlaufbereich 48 in den Auslaufbereich 49 bildet einen Wendepunkt bzw. Scheitel, ab dem sich der Verlauf der Steuerflächen 47 im Auslaufbereich 49 trichterförmig aufweitet.The representation in 4 shows a side view of a control shaft 41 according to 3 , At an outer end of the control shaft 41 is an anti-twist device 46 intended. The anti-twist device 46 is at least one in the radial direction of the control shaft 41 outwardly extending, cylindrical securing element executed, which is positively in the cylinder block of the reciprocating internal combustion engine, for example in a longitudinal groove, out. The wall sections 43 are as opposed control surfaces 47a . 47b formed, extending between an inlet area 48 and a spout area 49 the respective recess 42 extend. The design of the control surfaces 47a and 47b is game-pictorial. The width of the respective recess 42 determined by the dimensions of the spool 30 which is between the wall sections 43 the recess 42 is passed. The course of the opposing control surfaces 47a , 47b in the inlet area 48 is in the direction of rotation DR of the connecting rod 1 running tapered, that is, the distance between the wall sections 43 a recess 42 is reduced. The transition from the inlet area 48 in the outlet area 49 forms a turning point or apex, from which the course of the control surfaces 47 in the outlet area 49 widened funnel-shaped.

5 zeigt eine schematische Ansicht einer hydraulisch wirkenden Aktorik zur Betätigung der Steuerwelle 41. Die Darstellung zeigt die der Lagerung im Zylinderblock dienenden Lager 44a und 44b in einer Schnittansicht. Die Lager 44a, 44b sind hohlzylindrisch ausgeführt und weisen einen U-förmigen Querschnitt auf. Die endseitig der Steuerwelle 41 angeordneten Lager 44a, 44b umschließen diese abschnittsweise in Umfangsrichtung. 5 shows a schematic view of a hydraulically acting actuator for actuating the control shaft 41 , The illustration shows the bearings used in the cylinder block storage 44a and 44b in a sectional view. Camps 44a . 44b are designed as a hollow cylinder and have a U-shaped cross-section. The end of the control shaft 41 arranged bearings 44a . 44b surround these sections in the circumferential direction.

Die Anordnung des jeweiligen Lagers 44a und 44b erfolgt beabstandet zu Stirnflächen 50 der Steuerwelle 41. Zwischen einer jeweiligen Stirnfläche 50a, 50b der Steuerwelle 41 und einem Bodenabschnitt 51a, 51b des Lagers 44a, 44b bildet sich jeweils eine Druckkammer 52a, 52b aus. Die Bodenabschnitt 51a bzw. 51b bilden zugleich jeweils einen Anschlag, durch den der axiale Verschiebeweg der Steuerwelle 42 in beide Richtungen begrenzt wird. The arrangement of the respective camp 44a and 44b is spaced from end faces 50 of the control shaft 41 , Between a respective end face 50a . 50b the control shaft 41 and a bottom portion 51a . 51b of the camp 44a . 44b each forms a pressure chamber 52a . 52b out. The bottom section 51a respectively. 51b at the same time each form a stop, by which the axial displacement of the control shaft 42 is limited in both directions.

Das Volumen der jeweiligen Druckkammer 52a, 52b verändert sich durch das axiale Verschieben der Steuerwelle 41. Die Druckkammern 52a, 52b sind durch Hydraulikleitungen 53 mit einem als 4/2-Wegeventil ausgeführten Ventil 54 verbunden. Mittels des Ventils 54 lässt sich in der dargestellten Schaltstellung die Druckkammer 52b mit einem Öldruck beaufschlagen, was zu einer axialen Verschiebung der Steuerwelle 41 in Richtung des gegenüberliegenden Lagers 44a führt. In die Druckkammern52a bzw. 52b kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine einströmen. Durch die Volumenänderung, die durch das axiale Verschieben der Steuerwelle 41 hervorgerufen wird, wird sich in der anderen Druckkammer 52a befindliches Öl aus dieser herausgepresst und fließt in eine Ölwanne ab.The volume of the respective pressure chamber 52a . 52b changes due to the axial displacement of the control shaft 41 , The pressure chambers 52a . 52b are through hydraulic lines 53 with a valve designed as a 4/2-way valve 54 connected. By means of the valve 54 can be in the illustrated switching position, the pressure chamber 52b apply an oil pressure, resulting in an axial displacement of the control shaft 41 in the direction of the opposite camp 44a leads. In the pressure chambers 52a and 52b may serve as a hydraulic medium serving lubricating oil of the reciprocating internal combustion engine. Due to the volume change caused by the axial displacement of the control shaft 41 is evoked, will be in the other pressure chamber 52a oil is pressed out of this and flows into an oil pan.

Das Verschieben der Steuerwelle 41 in axialer Richtung führt dazu, dass sich der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Steuerflächen 47a und 47b der jeweiligen Ausnehmung 42 und der diesen zugewandten Stirnflächen 37 bzw. 38 des Steuerschiebers 30 beim Durchlaufen der Ausnehmung 42 verändert. Auf diese Weise wird wechselweise die Steuerfläche 47a mit der Stirnfläche 38 oder die Steuerfläche 47b mit der Stirnfläche 37 des Steuerschiebers 30 in Eingriff gebracht. Durch das in Eingriff bringen der jeweiligen Steuerfläche 47a, 47b mit der dieser zugewandten Stirnfläche 37, 38 des Steuerschiebers 30 wird dieser in der Ventilbohrung 26 in Längsrichtung verschoben.The shifting of the control shaft 41 in the axial direction causes the distance between the opposing control surfaces 47a and 47b the respective recess 42 and the facing end faces 37 respectively. 38 of the spool 30 when passing through the recess 42 changed. In this way, the control surface is alternately 47a with the face 38 or the control surface 47b with the face 37 of the spool 30 engaged. By engaging the respective control surface 47a . 47b with this facing end face 37 . 38 of the spool 30 this is in the valve bore 26 moved in the longitudinal direction.

Das axiale Verschieben der Steuerwelle 41 erfolgt dabei während des Umlaufs des Pleuels 1 auf seiner Bewegungsbahn in einer Phase, in der der Steuerschieber30 sich außerhalb der Ausnehmung 42 befindet. Mit dem Eintreten in den Einlaufbereich 48 wird eine der Stirnflächen 37, 38 des Steuerschiebers 30 mit der korrespondierenden Steuerfläche 47a, 47b in Eingriff gebracht, woraus das sich einstellende Verdichtungsverhältnis ε resultiert. Tritt eine Situation auf, in der sich das Pleuel 1 der Hubkolbenbrennkraftmaschine auf einer Bewegungsbahn entgegen der regulären Drehrichtung DR bewegt, wird durch den trichterförmigen Auslaufbereich 49 eine Kollision des Steuerschiebers 30 mit der Mantelfläche der Steuerwelle 42 verhindert. The axial displacement of the control shaft 41 takes place during the circulation of the connecting rod 1 on its trajectory in a phase in which the spool 30 is outside the recess 42 located. By entering the inlet area 48 becomes one of the end faces 37 . 38 of the spool 30 with the corresponding control surface 47a . 47b brought into engagement, resulting in the resulting compression ratio ε results. Occurs a situation in which the connecting rod 1 the reciprocating internal combustion engine on a movement path opposite to the regular direction of rotation DR is moved through the funnel-shaped outlet area 49 a collision of the spool 30 with the lateral surface of the control shaft 42 prevented.

Weiterhin ist in der Druckkammer 52b ein als Druckfeder 55 ausgebildetes Positioniermittel angeordnet. Die Druckfeder 55 stützt sich an der Stirnfläche 50 und dem Bodenabschnitt 51b der des Lagers 44b ab. Mittels der Druckfeder 55 lässt sich die Steuerwelle 41 bei nach dem Abstellen der Hubkolbenbrennkraftmaschine drucklosem Ölkreislauf in eine vorgebbare Position verschieben. Dadurch lässt sich ein Verdichtungsverhältnis ε der Hubkolbenbrennkraftmaschine bei einem anschließenden Anlassvorgang vorgeben.Furthermore, in the pressure chamber 52b as a compression spring 55 trained positioning arranged. The compression spring 55 rests on the end face 50 and the bottom portion 51b that of the camp 44b from. By means of the compression spring 55 can the control shaft 41 Move to a predetermined position after switching off the reciprocating internal combustion engine pressure-free oil circuit. This makes it possible to specify a compression ratio ε of the reciprocating internal combustion engine in a subsequent starting process.

Zur Abdichtung des jeweiligen Lagers 44a, 44b gegenüber der Mantelfläche der Steuerwelle 41 sind Dichtungselemente 56, insbesondere O-Ringe, vorgesehen. Diese sind in entsprechenden Nuten in der Mantelfläche der Steuerwelle 41 angeordnet.For sealing the respective bearing 44a . 44b opposite the lateral surface of the control shaft 41 are sealing elements 56 , in particular O-rings, provided. These are in corresponding grooves in the lateral surface of the control shaft 41 arranged.

In 6 ist eine schematische Ansicht einer elektromechanisch wirkenden Aktorik zur Betätigung der Steuerwelle 41 dargestellt. Hierzu ist die elektromechanisch wirkende Aktorik als Elektromotor 57 ausgeführt, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel durch seinen Läufer 58 mit der Stirnfläche 50b der Steuerwelle 41 verbunden ist. Der axiale Verstellweg eines solchen Elektromotors 57 lässt sich bei einer Ausführung als Linearmotor anhand seines Schrittweges begrenzen. Dadurch könnte auf einen mechanischer Anschlag, welche die Bodenabschnitte 51a und 51b der Lager 44a bzw. 44b bilden, verzichtet werden. Andererseits lässt sich das Anschlagen der jeweiligen Stirnfläche 50a, 50 an den korrespondierenden Bodenabschnitt 51a bzw. 51b heranziehen, um eine erhöhte Motorstromaufnahme des Elektromotor 57 zu detektieren.In 6 is a schematic view of an electromechanically acting actuator for actuating the control shaft 41 shown. For this purpose, the electromechanically acting actuators as electric motor 57 executed, which in the illustrated embodiment by its runner 58 with the face 50b the control shaft 41 connected is. The axial displacement of such an electric motor 57 can be limited in one embodiment as a linear motor based on its step travel. This could result in a mechanical stop which covers the floor sections 51a and 51b the storage 44a respectively. 44b form, be waived. On the other hand, it is possible to strike the respective end face 50a , 50 to the corresponding floor section 51a respectively. 51b In order to increase the motor current consumption of the electric motor 57 to detect.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Pleuelpleuel
22: Pleuelschaftconnecting rod shaft
33: PleueloberteilPleueloberteil
44: PleuelunterteilPleuelunterteil
55: PleuellageraugePleuellagerauge
66: Längsmittelachse von 5Longitudinal central axis of 5
77: Pleuelaugeconnecting rod
88th: Exzenterkörpereccentric
99: ExzenterhebelCam
1010: Lascheflap
1111: Lascheflap
1212: Kolbenstangepiston rod
1313: Kolbenstangepiston rod
1414: Stellkolbenactuating piston
1515: Stellkolbenactuating piston
16 16: Zylinderbohrungbore
1717: Zylinderbohrungbore
1818: Stützzylindersupporting cylinders
1919: Stützzylindersupporting cylinders
2020: Druckraumpressure chamber
2121: Druckraumpressure chamber
2222: ÖlzulaufleitungOil supply line
22a22a: Rückschlagventilcheck valve
2323: ÖlzulaufleitungOil supply line
23a23a: Rückschlagventilcheck valve
2424: ÖlrücklaufleitungOil return line
2525: ÖlrücklaufleitungOil return line
2626: Ventilbohrungvalve bore
2727: Umschalteinrichtungswitchover
2828: Wegeventilway valve
2929: Schieberpusher
3030: Steuerschieberspool
3131: Steuernutcontrol groove
3232: Ablaufbohrungdrain hole
3333: Arbeitsbohrungwork well
3434: Arbeitsbohrungwork well
3535: Stirnseite von 5Front side of 5
3636: Stirnseite von 5Front side of 5
3737: erste Stirnfläche von 30first face of 30
3838: zweite Stirnfläche von 30second face of 30
3939: Kurbelwellecrankshaft
4040: Aktuatoractuator
4141: Steuerwellecontrol shaft
4242: Ausnehmungrecess
4343: Wandabschnittwall section
44a44a: Lagercamp
44b44b: Lagercamp
4545: Längsmittelachse von 41Longitudinal central axis of 41
4646: Verdrehsicherungtwist
47a47a: Steuerflächecontrol surface
47b47b: Steuerflächecontrol surface
4848: Einlaufbereichinlet region
4949: Auslaufbereichdischarge area
50a50a: Stirnfläche von 41Face of 41
50b50b: Stirnfläche von 41Face of 41
51a51a: Bodenabschnittbottom section
51b51b: Bodenabschnittbottom section
52a52a: Druckkammerpressure chamber
52b52b: Druckkammerpressure chamber
5353: Hydraulikleitunghydraulic line
5454: VentilValve
5555: Positioniermittelpositioning
5656: Dichtungselementsealing element
5757: Elektromotorelectric motor
5858: Läuferrunner
DRDR: Drehrichtung der KurbelwelleDirection of rotation of the crankshaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005055199 A1 [0005]

Claims

Device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, wherein each cylinder unit is associated with an adjusting device, by an effective length of a connecting rod (1) of the cylinder unit is variable, wherein the connecting rod (1) on the one hand by means of a connecting rod in a (7) guided piston pin engages a working piston and on the other hand by a Pleuellagerauge (5) on a crank pin of a crankshaft (39) is mounted, wherein the adjusting device has a mechanically movable into two different switching positions switching element (27) which in a parallel to a longitudinal central axis (6) of the connecting rod bearing eye (5) arranged in the connecting rod (1) receiving bore (26) is arranged and a slide (29), and wherein the slide (29) alternately at its two end faces (37, 38) by control surfaces (43) at least one actuator (40 ) acted upon and longitudinally displaceable, thereby marked t , that the at least one actuator (40) as a relative to the connecting rod (1) axially displaceable control shaft (41) is at least one perpendicular to the longitudinal central axis (45) of the control shaft (41) extending recess (42) wherein the recess (42) laterally delimiting wall portions (43) as control surfaces (47a, 47b) are formed, which are alternately engageable with the end faces (37, 38) of the slide (29) into engagement.

Device after Claim 1 , characterized in that for storage in the crankcase of a cylinder bank of the reciprocating internal combustion engine on the control shaft (41) end bearing (44a, 44b) are provided.

Device after Claim 1 , characterized in that in the control shaft (41) an anti-rotation device (46) is integrated.

Device after Claim 1 , characterized in that the respective recess (42) has an inlet region (48) for the end faces (37, 38) of the slide (29), wherein the control surfaces (47a, 47b) in the inlet region (48) are each formed like a ramp.

Device after Claim 1 , characterized in that the control surfaces (47a, 47b) which are formed in the respective recess (42), a ramp-like inlet region (48) and a ramp-like outlet region (49).

Device after Claim 1 , characterized in that for the axial displacement of the control shaft (41) is provided a hydraulically acting actuator.

Device after Claim 6 , characterized in that for controlling the hydraulically actuated control shaft (41), a valve (54) is provided, through which end faces (50a, 50b) of the control shaft (41) are mutually pressurized.

Device after Claim 6 , characterized in that the control shaft (41) can be converted by a positioning means (55) in a vorgebare position.

Device after Claim 1 , characterized in that for the axial displacement of the control shaft (41) an electromechanically acting actuator (57) is provided.

Device after Claim 1 , characterized in that associated with reciprocating internal combustion engines with two cylinder banks each cylinder bank, a control shaft (41).