DE102018111440A1

DE102018111440A1 - Hubkolbenmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE102018111440A1
Application number: DE102018111440.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Podworny
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2018-07-26
Also published as: DE102019112296A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine (10), insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, und einen Pleuel (18) für eine solche Hubkolbenmaschine (10). Die Hubkolbenmaschine umfasst eine Kurbelwelle (14), mindestens einen von der Kurbelwelle (14) bewegbaren Pleuel (18), der einen Pleuelschaft (26) aufweist, einen von dem Pleuel (18) getragenen Verdichtungskolben (34), vorzugsweise einem Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters (38) und eines Verstellmechanismus (42) verstellbar ist, wobei der Verstellmechanismus (42) mindestens einen in einem Stützzylinder (46, 48) des Pleuels (18) verfahrbaren Stützkolben (50, 52) aufweist, der in einem in dem Pleuelshaft (26) befindlichen Stützzylinder (46, 48) angeordnet ist, und ein mechanisches Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) mit welchem eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels (18) vor Erreichen einer Endlage reduzierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderlichen Verdichtungsverhältnis und einen Pleuel für eine solche Hubkolbenmaschine.
Aus der US 2017/0082021 A1 ist eine Hubkolbenmaschine bekannt, bei welcher mittels eines Exzenters der Verdichtungskolben über zwei in einem Pleuel verfahrbaren Stützkolben verstellbar ist, so dass ein Verdichtungsverhältnis veränderbar ist.
Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, umfassend eine Kurbelwelle, mindestens einen von der Kurbelwelle bewegbaren Pleuel, der einen Pleuelschaft aufweist, einen von dem Pleuel getragenen Verdichtungskolben, vorzugsweise einem Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters und eines Verstellmechanismus verstellbar ist, wobei der Verstellmechanismus mindestens einen in einem Stützzylinder des Pleuels verfahrbaren Stützkolben aufweist, der in einem in dem Pleuelshaft befindlichen Stützzylinder angeordnet ist, und ein mechanisches Mittel mit welchem eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels vor Erreichen einer Endlage reduzierbar ist.
Dadurch wird die Geschwindigkeit des Kolbens kurz vor dem Auftreffen auf den Boden des Stützzylinders, durch welchen die Verstellbewegung des Kolbens in der Regel durch einen „harten“ metallischen Endanschlag begrenzt wird reduziert, so dass eine mechanische Belastung im System weiter minimiert werden kann. Dadurch können im Gegenzug die Verstellzeiten weiter verkürzt und damit die Verstell- und Auftreffgeschwindigkeiten weiter gesteigert werden, ohne das System derart mechanisch zu belasten, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit signifikant erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mittel eine Feder. Als Feder wird dabei ein Bauteil verstanden, bei welchem durch elastische Verformung eine Energie speicherbar ist. Eine Feder hat den Vorteil, dass sie ein einfaches Bauteil ist, welches kostengünstig herstellbar ist. Dadurch kann auf einfache und wirtschaftliche Weise die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Feder eine lineare, progressive oder degressive Federkennlinie auf. Dadurch kann entsprechend der gewünschten Anwendung eine passende Feder gewählt werden, so dass ein optimales Ergebnis erzielt wird.
Alternativ ist das Mittel ein Elastomer. Elastomere sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, welche durch eine elastische Verformung Energie speichern können. Elastomere haben den Vorteil, dass diese mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Elastizitäten und Materialien verfügbar sind. Dadurch können die Eigenschaften der Elastomere optimal auf den benötigten Einsatz abgestimmt werden. Zudem können Elastomere temperaturabhängige Eigenschaften haben, welche für den Einsatz von Vorteil sein können. Darüber hinaus sind Elastomere kostengünstig, so dass eine wirtschaftliche Herstellung einer solchen Hubkolbenmaschine möglich ist.
In einer weiteren Alternative ist das Mittel ein Balg. Dieser Balg ist vorzugsweise als Balgfeder ausgebildet. Der Vorteil eines Balges oder einer Balgfeder ist, dass zusätzlich zu eine Reduzierung der Verstellgeschwindigkeit des Pleuels eine Dämpfung erzielt wird. Darüber hinaus weist ein solcher Balg bei einer hohen axialen Tragfähigkeit eine gute radiale Formstabilität auf.
Vorzugsweise ist das Mittel in wenigstens einem Stützzylinder angeordnet. Eine Anordnung des Mittels ist dadurch ohne konstruktive Änderungen des Gesamtsystems möglich, so dass das Mittel kostengünstig eingebaut werden kann und in bestehende System nachrüstbar ist.
Vorteilhafterweise ist das Mittel zwischen dem Verdichtungskolben und dem Verstellmechanismus angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Mittel leichter und damit kostengünstiger einbaubar und wartbar ist.
Besonders bevorzugt ist das Mittel zwischen dem Verdichtungskolben und dem Exzenter angeordnet. Dabei kann das Mittel vorzugsweise direkt an dem Exzenter oder alternativ an einem formschlüssig mit dem Exzenter verbundenen Exzenterhebel angreifen. Dies hat den Vorteil, dass ein Drehmoment, das auf den Exzenter wirkt noch genauer einstellbar ist.
Die Erfindung umfasst zusätzlich einen Pleuel mit einem Stützzylinder und einem mechanischen Mittel für eine Hubkolbenmaschine. Mittels eines solchen Pleuels können die zu der Hubkolbenmaschine genannten Vorteile erzielt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt

1 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
4 Eine Hubkolbenmaschine mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine Hubkolbenmaschine 10 mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hubkolbenmaschine 10 umfasst eine Kurbelwelle 14 und einen von der Kurbelwelle 14 bewegbaren Pleuel 18. Der Pleuel 18, welcher an einem Pleuelfuß 22 an der Kurbelwelle 14 befestigt ist, weist einen Pleuelshaft 26 auf. An einem Pleuelkopf 30 trägt der Pleuel 18 einen Verdichtungs- beziehungsweise Brennkammerkolben 34, mit welchem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer Brennkammer (nicht gezeigt) für einen Brennvorgang komprimiert werden kann. Die Hubkolbenmaschine 10 weist zusätzlich einen Exzenter 38 auf, welcher an dem Pleuelkopf 30 über einen Kolbenbolzen 40 mit dem Verdichtungskolben 34 verbunden ist. Mittels des Exzenters 38 und eines Verstellmechanismus 42 ist ein Verdichtungsverhältnis des Verdichtungskolbens 34 verstellbar. Der Verstellmechanismus 42 weist zwei Stützzylinder 46, 48 auf, welche in dem Pleuelshaft 26 angeordnet sind. Die Stützzylinder 46, 48 können dabei einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser D₁, D₂ aufweisen. In jedem Stützzylinder 46, 48 ist ein Stützkolben 50, 52 verschiebbar angeordnet. Die Stützkolben 50, 52 sind über Stützstangen 54, 58 außermittig mit einem Exzenterhebel 62 verbunden, welcher formschlüssig über eine Verzahnung 64 mit dem Exzenter 38 verbunden ist. Dadurch wird der Exzenterhebel 62 und damit der Exzenter 38 bei einer Verschiebung der Stützkolben 50, 52 rotiert. In den Stützzylindern 46, 48 sind Federn 66, 68 angeordnet, welche vor Erreichen einer Endlage des Stützkolbens 50, 52 in Kontakt mit diesen kommen und eine Kraft entgegen einer Bewegungsrichtung des Stützkolbens 50, 52 aufbringen, so dass eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels 18 vor Erreichen einer Endlage reduziert wird. Die Federn 66, 68 können dabei lineare, progressive oder degressive Federkennlinie aufweisen. Dadurch hinsichtlich des zu erzielenden Effektes eine Feder 66, 68 gewählt werden mit welcher ein optimales Ergebnis erzielt wird.
2 zeigt eine Hubkolbenmaschine 10 mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle der Federn 66, 68, Elastomere 70, 72 in den Stützzylindern 46, 48 angeordnet sind. Die Stützkolben 50, 52 kommen dabei kurz vor Erreichen einer Endlage mit diesen Elastomeren 70, 72 in Kontakt. Durch eine elastisch Kompression der Elastomere 70, 72 wird eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels 18 vor Erreichen einer Endlage reduziert.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine 10 mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle von Federn 66, 68, Balge 74, 76 in den Stützzylindern 46, 48 angeordnet sind. Vor Erreichen einer Endlage kommen die Stützkolben 50, 52 mit dem entsprechenden Balg 74, 76 in Kontakt. Durch eine elastische Kompression des Balges 74, 76 wird die Verstellgeschwindigkeit des Pleuels 18 vor Erreichen einer Endlage reduziert. Die Bewegung der Stützkolben 50, 52 wird dabei gleichzeitig gedämpft.
4 zeigt eine Hubkolbenmaschine 10 mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass das Mittel 78, 80, welches hier in Form eines Elastomers dargestellt ist, zwischen dem Verdichtungskolben 34 und dem Exzenter 38 angeordnet ist. Kurz vor Erreichen einer Endlage kommt der Exzenterhebel 62 in Kontakt mit dem entsprechenden Elastomer 78, 80, welcher an einer Unterseite 84 des Verdichtungskolbens 34 angeordnet ist. Dadurch wird eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels 18 vor Erreichen einer Endlage reduziert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0082021 A1 [0002]

Claims

Hubkolbenmaschine (10), insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, umfassend -eine Kurbelwelle (14), -mindestens einen von der Kurbelwelle (14) bewegbaren Pleuel (18), der einen Pleuelschaft (26) aufweist, -einen von dem Pleuel (18) getragenen Verdichtungskolben (34), vorzugsweise einem Brennkammerkolben, der mittels eines Exzenters (38) und eines Verstellmechanismus (42) verstellbar ist, -wobei der Verstellmechanismus (42) mindestens einen in einem Stützzylinder (46, 48) des Pleuels (18) verfahrbaren Stützkolben (50, 52) aufweist, der in einem in dem Pleuelshaft (26) befindlichen Stützzylinder (46, 48) angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein mechanisches Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) mit welchem eine Verstellgeschwindigkeit des Pleuels (18) vor Erreichen einer Endlage reduzierbar ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Feder (66, 68) ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (66, 68) eine lineare, progressive oder degressive Federkennlinie aufweist.
Hubkolbenmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Elastomer (70, 72) ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Balg (74, 76) ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) in wenigstens einem Stützzylinder (46, 48) angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) zwischen dem Verdichtungskolben (34) und dem Verstellmechanismus (42) angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) zwischen dem Verdichtungskolben (34) und dem Exzenter (38) angeordnet ist.
Pleuel (18) mit einem Stützzylinder (46, 48) und einem mechanischen Mittel (66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche.