DE102020003107A1

DE102020003107A1 - Abbremsvorrichtung für verstellbare Pleuel

Info

Publication number: DE102020003107A1
Application number: DE102020003107.2A
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit einem verstellbaren Verdichtungsverhältnis durch ein längenverstellbares Pleuel. Hierzu sind ein Pleueloberteil und ein Pleuelunterteil über eine dreh- und verriegelbare Gewindebuchse verbunden, die zwei entgegengesetzt ausgerichtete Steilgewinde aufweist. Am Ende der Verstellung der Pleuellänge verzögert jeweils eine sich spannende Bremsfeder die Verstellgeschwindigkeit der sich drehenden Gewindebuchse.

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis. Mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis steigt der Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen, wodurch Kraftstoffverbrauchs- und CO₂-Vorteile erzielt werden können. Die nutzbare Höhe des Verdichtungsverhältnisses ist jedoch begrenzt. Bei Ottomotoren führt beispielsweise ein zu hoch gewähltes Verdichtungsverhältnis bei Volllastbetrieb zu einer unkontrollierten Verbrennung durch Selbstentzündung infolge zu hoher Frischgasverdichtung, während bei Teillastbetrieb jedoch Verbrauchsvorteile nutzbar wären. Ein verstellbares Verdichtungsverhältnis mit abhängig vom wechselnden Motorbetrieb variabler Verstellung wäre daher vorteilhaft. Eine zweistufige Verdichtungsverstellung zwischen einem hohen und einem niedrigen Verdichtungsverhältnis ist jedoch deutlich einfacher realisierbar und kann das theoretische Verbesserungspotenzial einer variablen Verdichtungsverstellung bereits um ca. 70% ausschöpfen.
Unter mehreren unterschiedlichen Lösungen für eine Verdichtungsverstellung an Brennkraftmaschinen sind Ausführungen bekannt, die die effektive Länge eines Pleuels verändern. Beispielsweise kann hierfür zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuel ein schwenkbarer Exzenter angeordnet sein. Weiterhin sind auch Lösungen mit einem mehrteiligen Pleuel bekannt, bei denen ein Pleueloberteil und ein Pleuelunterteil hydraulisch oder mechanisch zueinander verstellbar ausgebildet sind.
Allen bekannten Lösungen ist weitgehend gemeinsam, dass für die Verstellung der Verdichtung die vom Hubkolben übertragenen, periodische wechselnden Pleueldruck- und Pleuelzugkräfte genutzt werden. Fast alle mechanisch ausgebildeten Verstellsysteme benötigen einen Verriegelungsmechanismus, der nur während des Verstellvorgangs entriegelt ist. Für die am Ende eines Verstellvorgangs erfolgende Verriegelung sind die beteiligten Bauteile hydraulisch oder mechanisch abzubremsen, um eine schadlose Verriegelung sicherzustellen.
Die DE102020001743A1 zeigt für eine Brennkraftmaschine eine Lösung, bei der ein zwischen einem Kolbenbolzen und einem Pleuelkopf angeordneter Exzenter von einer Rückstellfeder vorgespannt ist. Während die Verstellung zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen durch Kolbengaskräfte erfolgt, unterstützt die Rückstellfeder die Rückverstellung zu einem hohen Verdichtungsverhältnis. Durch eine Bremsfeder wird am Ende einer jeweiligen Verdichtungsverstellung eine verschleißarme Verriegelung des Exzenters ermöglicht.
Aus der DE102019102413A1 geht eine Lösung für ein in seiner Länge verstellbares Pleuel hervor, bei der ein Pleuelunterteil mit einem Pleueloberteil über ein verdrehbares Gewindeelement mit zwei gegenläufig ausgebildeten Gewinden verbunden ist. Die Verdrehung des Gewindeelements erfolgt über mechanisch aktivierbare Betätigungskontakte, die die im Betrieb rotatorisch-translatorisch ablaufende Pleuelbewegung nutzen.
Die DE102020002316A1 zeigt eine weitere Lösung mit einem verdrehbaren Gewindeelement für eine verstellbare Pleuellänge. Hierbei weist das Gewindeelement zwei gegenläufig ausgebildete Steilgewinde für die Verbindung eines Pleuelunterteils mit einem Pleueloberteil auf. Bei Entriegelung des Gewindeelements verursachen die im Pleuel wechselnd wirkenden Druck- und Zugkräfte eine Verdrehung des Gewindeelements mit dadurch sich verstellender Pleuellänge. Bei einer Verdichtungsabsenkung bremst eine Tellerfeder das Gewindeelement ab.
Es ist Aufgabe der Erfindung, auf Basis der DE102020002316A1 für eine Verdichtungsverstellung durch ein Gewindeelement eine Vorrichtung für eine wirksame Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit zu schaffen, um eine verschleißarme und betriebssichere Verriegelung in den Endpositionen der Verstellung zu erzielen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Hauptanspruch, weitere Unteransprüche beschreiben die Ausgestaltung der Erfindung.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung für eine Verdichtungsverstellung ist die Brennkraftmaschine als Ottomotor mit zumindest einem Zylinder ausgebildet. In bekannter Weise erzeugt ein periodisch mit Verbrennungsdruck beaufschlagter Hubkolben über ein Pleuel ein an einer Kurbelwelle nutzbares Drehmoment. Das Pleuel ist mehrteilig mit einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil ausgebildet, wobei über eine diese verbindende Gewindebuchse die Länge des Pleuels verstellbar ist. Die Gewindeverbindung besteht aus zwei gegenläufigen Steilgewinden, die durch im Betrieb periodisch wechselnde Druck- und Zugkräfte des Pleuels an der konzentrisch zu einer Pleuellängsachse drehbaren Gewindebuchse ein entsprechendes Verstellmoment erzeugen. Eine an der Gewindebuchse angreifende Rückstellfeder unterstützt eine Pleuelverlängerung für eine Verdichtungserhöhung. Über zwei die Gewindebuchse wechselseitig hydraulisch verriegelnde Kolben ist das in einer Verstellposition V1 bzw. einer Verstellposition V2 jeweils eingestellte Verdichtungsverhältnis zu sichern. Für einen Wechsel des Verdichtungsverhältnisse schaltet ein Umschaltventil die Verriegelung der Kolben um, wobei dann bei zwischenzeitlicher Entriegelung der Gewindebuchse die Pleuelkräfte wie auch die Rückstellfeder eine Verdichtungsverstellung bewirken. Die dabei sich verdrehende Gewindebuchse muss vor der erneuten Verriegelung in der gewechselten Verstellposition ausreichend abgebremst sein, um die verriegelnden Kolben bzw. die Gewindebuchse nicht zu schädigen. Es ist vorteilhaft, die zwischen den Kolben und der Gewindebuchse vorzunehmende Verriegelung durch konisch zunehmenden Formschluss ablaufen zu lassen.
Die erforderliche Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit der Gewindebuchse kann bei einer im Wesentlichen durch Verbrennungsdruck und resultierender Pleueldruckkraft erfolgenden Verdichtungsabsenkung in die Verstellposition V2 in bekannter Weise durch eine Tellerfeder erfolgen, die sich bei verkürzendem Pleuel an die Gewindebuchse anlegt und diese bis zum Stillstand abbremst.
Bei einer Verdichtungserhöhung durch Pleuelverlängerung in die Verstellposition VI, infolge periodisch wirkender Pleuelzugkräfte und durch die vorgespannte Torsionsfeder, entfernt sich die Gewindebuchse von der Tellerfeder, die dadurch nicht abbremsend wirken kann. Aber auch hierbei ist vor einer abschließenden Verriegelung die Verstellgeschwindigkeit abzubremsen, wenn auch bei geringerem Bremskraftniveau als bei einer durch Verbrennungsdruck verursachten Pleuelverkürzung. Hier wäre beispielsweise eine hydraulische Abbremsung der Verstellung denkbar, die bei sich verlängerndem Pleuel jedoch nicht einfach zu realisieren ist.
Neben der Tellerfeder ist zur mechanischen Abbremsung der Verdichtungsverstellung erfindungsgemäß eine weitere Bremsfeder vorgesehen. Sie ist so ausgebildet, dass die Gewindebuchse in beiden Verstellrichtungen bei Erreichen einer Drehposition D1 bzw. D2 entsprechend der Verstellposition V1 bzw. V2 abgebremst wird.
In einer ersten Ausführung ist die Bremsfeder als Torsionsfeder ausgebildet. Sie stützt sich am Pleuelunterteil und einem Drehanschlag ab, der zwischen ihr und der Gewindebuchse angeordnet ist. Der Drehanschlag weist vorzugsweise zwei Nuten auf, in die mit Drehspiel zwei Nasen der bei Verstellung drehenden Gewindebuchse eintauchen. Die Breite der Nuten ist so gewählt, dass sich bei einer Verdichtungsverstellung die Nasen der Gewindebuchse erst nahe der jeweiligen Drehpositionen D1 bzw. D2 an den Drehanschlag anlegen. Bei in gewissen Grenzen zugelassenem Überdrehen der Drehpositionen D1 bzw. D2 nehmen die Nase den Drehanschlag mit, so dass die sich dadurch zunehmend verspannende Torsionsfeder die Verstellung bis zum Stillstand abbremst. Danach dreht die Torsionsfeder bei sich reduzierenden oder umkehrenden Pleuelkräften die Gewindebuchse in die zu verriegelnde Drehposition D1 bzw. D2 zurück. Für den Abbremsvorgang der Gewindebuchse ist der bei erfolgender Verriegelung konisch zunehmendem Formschluss der verriegelnden Kolben relevant, wodurch erst das für die Abbremsung erforderliche Überdrehen der jeweiligen Drehposition D1 bzw. D2 möglich ist. Es versteht sich von selbst, dass die Auslegung aller an der Abbremsung beteiligten Bauteile entsprechend den gegebenen Randbedingungen sorgfältig für eine gute und betriebssichere Funktion der Verdichtungsverstellung vorzunehmen ist.
Bei einer zweiten Ausführung ist die Bremsfeder als U-förmige Drahtfeder ausgebildet. Sie ist in einer Nut des Pleuelunterteils fixiert und ragt mit ihren beiden Enden in zweiten Nuten einer entsprechend ausgebildeten Gewindebuchse. Ähnlich wie der Drehanschlag der ersten Ausführung weisen auch diese Nuten ein bestimmtes Drehspiel zu den Enden der Drahtfeder auf. Mit Erreichen der Drehposition D1 bzw. D2 legen sich jeweils die Enden der Nuten an die Drahtfeder an. Bei wiederum zugelassenem Überdrehen der Drehposition D1 bzw. D2 verspannt sich die Drahtfeder zur Abbremsung der Gewindebuchse bis zu deren Stillstand. Nach anschließendem Rückdrehen erfolgt dann die Verriegelung der Gewindebuchse.
Während die erfindungsgemäße Bremswirkung mittels Bremsfedern in erster Linie für die Abbremsung bei hohem Verdichtungsverhältnis für die Verstellposition V1 relevant ist, wirken die Bremsfedern ebenso nach einer Verdichtungsabsenkung in der Verstellposition V2 bei nun entgegengesetzt sich verdrehender Gewindebuchse. Hier findet jedoch die Kolbengaskräfte nutzende Verdichtungsverstellung bei erhöhtem Kraftniveau statt, so dass zusätzlich die bereits erwähnte Tellerfeder für eine wirksame Abbremsung der Gewindebuchse erforderlich ist. Gegebenenfalls ist ergänzend auch noch eine hydraulisch erzeugte Bedämpfung hilfreich, um in der Verstellposition V2 eine bauteilschonende Abbremsung der Verstellung zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine zwischen dem Pleueloberteil und dem Pleuelunterteil befindliche Kammer zur hydraulischen Bedämpfung der Verstellung genutzt. Sie ist durch die Pleueloberteil und Pleuelunterteil verbindende Gewindebuchse nahezu geschlossen. Die bei hohem Verdichtungsverhältnis und dann langem Pleuel großvolumige Kammer füllt sich aus dem Pleuelunterteil über eine Ölzuleitung mit Öl, die vorzugsweise eine Drossel und ein Rückschlagventil aufweist. Bei einer Verdichtungsabsenkung verkleinert sich die Kammer, wodurch ihr Druck ansteigt und das in ihr befindliche Öl als Leckage im Wesentlichen über das Steilgewinde der Gewindebuchse in die Umgebung entweicht. Das Leckagespiel der Steilgewinde ist zu auszulegen, dass bei allen für die Verdichtungsverstellung relevanten Betriebsumständen eine Verdichtungsverstellung betriebssicher gewährleistet ist. Erfindungsgemäß wird die Leckage der Kammer abrupt beendet, wenn gegen Ende der Verdichtungsverstellung in der Verstellposition V2 die Gewindebuchse sich an die sie abbremsende Tellerfeder anlegt. Hierdurch kann dann keine nennenswerte Leckage mehr entweichen, so dass sich der Druck der Kammer schlagartig mit dann hoher Abbremsung der Verdichtungsabsenkung erhöht.
Die für eine betriebssichere und verschleißarme Verriegelung der Gewindebuchse bei Erreichen der Verstellpositionen V1 und V2 erforderliche Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit wird zusammengefasst also durch die drei nachfolgend aufgeführten Mittel bewirkt:

a) Bremsfeder, moderat wirksam bei Verdichtungserhöhung ab Verstellposition V1 und auch bei Verdichtungsabsenkung ab Verstellposition V2
b) Tellerfeder, stark wirksam nur bei Verdichtungsabsenkung ab Verstellposition V2
c) hydraulisch drosselnde Kammer, moderat wirksam während der Verdichtungsabsenkung und stark wirksam ab Verstellposition V2

Eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses bei einem Kraftfahrzeug-Ottomotor wird im Wesentlichen durch den Fahrer ausgelöst, der über das Fahrpedal wie auch gegebenenfalls durch eine Betätigung der Getriebeschaltung auf das Motorsteuergerät Einfluss nimmt. Das Motorsteuergerät kann aber auch den Betriebsbereich für eine Verdichtungsverstellung einschränken. So könnte beispielsweise ein kalter Ottomotor generell nur bei hohem Verdichtungsverhältnis mit dann gutem Startverhalten und erhöhtem Wirkungsgrad betrieben werden. Eine Umschaltung auf ein geringes Verdichtungsverhältnis würde dann erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur von beispielsweise 30°C erfolgen, da nur bei höheren Betriebstemperaturen und erhöhter Motorlast eine Selbstentzündung der Frischgasfüllung auftreten kann. Eine erst bei erhöhter Betriebstemperatur ermöglichte Verdichtungsverstellung verhindert auch bei Kaltbetrieb und dann hochviskosem Öl mögliche Funktionsprobleme am längenverstellbaren Pleuel mit seinen hydraulisch beaufschlagten Bauteilen.
Anhand der nachfolgend beschriebenen 1 bis 12 wird die Erfindung näher erläutert.

Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Torsionsfeder zur Abbremsung eines längenverstellbaren Pleuels.
Die 2 zeigt das Pleuel bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
Die 3 zeigt eine Verriegelungseinheit des Pleuels bei hohem Verdichtungsverhältnis.
Die 4 zeigt eine Schnittansicht zu 3.
Die 5 zeigt die Schnittansicht von 4 bei Abbremsung der Verdichtungsverstellung.
Die 6 zeigt die Verriegelungseinheit bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
Die 7 zeigt eine Schnittansicht zu 6.
Die 8 zeigt die Schnittansicht von 7 bei Abbremsung der Verdichtungsverstellung.
Die 9 und 10 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Drahtfeder bei hohem Verdichtungsverhältnis.
Die 11 zeigt das zweites Ausführungsbeispiel bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
Die 12 zeigt die Drahtfeder bei Abbremsung der Verdichtungsverstellung

In der 1 ist ein erstes Ausbildungsbeispiel der Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit verstellbarer Verdichtung durch ein in der Länge verstellbares Pleuel 1 dargestellt. In einem Zylinder 2 ist ein Hubkolben 3 angeordnet, der in bekannter Weise durch Verbrennungsdruck in einem Brennraum 4 über einen Kolbenbolzen 5 und das mehrteilig ausgebildete Pleuel 1 an einer Kurbelwelle 6 ein Drehmoment erzeugt.
Das Pleuel 1 weist ein den Kolbenbolzen 5 umschließendes Pleueloberteil 7 und ein Pleuelunterteil 8 auf, das mit einem Pleueldeckel 9 verschraubt ist und sich auf einem Hubzapfen 10 der Kurbelwelle 6 abstützt. Das Pleueloberteil 7 ist über eine konzentrisch zu einer Pleuelachse 11 angeordnete Gewindebuchse 12, die zwei gegenläufig ausgerichtete Steilgewinde aufweist, mit dem Pleuelunterteil 8 formschlüssig verbunden. Durch eine von periodisch wechselnden Pleuelkräften über die Steilgewinde verursachte Verdrehung der Gewindebuchse 12 um die Pleuelachse 11 ist die Länge des Pleuels 1 verstellbar. Eine vorgespannte erste Torsionsfeder 13 unterstützt die Verdrehung der Gewindebuchse 12 bei wirkenden Pleuelzugkräften, wodurch bei vergrößerter Pleuellänge ein hohes Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Bei im Wesentlichen infolge Verbrennungsdruck durch den Hubkolben 3 bewirkter Pleueldruckkraft wird über die gegenläufigen Steilgewinde eine Verdrehung der Gewindebuchse 12 im Sinne einer Verkürzung des Pleuels 1 für ein niedriges Verdichtungsverhältnis verursacht. In den jeweiligen Verstellpositionen V1 bei hoch bzw. V2 bei niedrig eingestelltem Verdichtungsverhältnis ist die Gewindebuchse 12 durch hydraulisch über ein Umschaltventil 36 wechselweise mit Öldruck beaufschlagbare Kolben verriegelt. Vor jeder Verriegelung der Gewindebuchse 12 muss die Verstellgeschwindigkeit abgebremst werden, um Schäden zu vermeiden. Hierzu weist Die Gewindebuchse 12 eine Nase 14 auf, die mit Verdrehspiel in eine Nut 16 eines Drehanschlags 18 eintaucht. Der Drehanschlag 18 ist um die Pleuelachse 11 drehbar und stützt sich erfindungsgemäß über eine Bremsfeder ab, die als zweite Torsionsfeder 19 ausgebildet ist. Bei Erreichen der jeweiligen Verstellposition V1 oder V2 legt sich die Nase 14 an den Drehanschlag 18 an, wodurch dann bei noch geringem Weiterdrehen der Gewindebuchse 12 die sich zunehmend spannende Torsionsfeder 19 die Gewindebuchse 12 abbremst.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht des mehrteiligen Pleuels 1, dessen Länge zwischen einer ersten Verstellposition V1 und einer zweiten Verstellposition V2 verstellbar ist. Es ist bei minimaler Länge L2 in der Verstellposition V2 für ein niedriges Verdichtungsverhältnis dargestellt. Das Pleueloberteil 7 weist ein linksgängiges Trapezgewinde 20 und das Pleuelunterteil 8 ein rechtsgängiges Trapezgewinde 21 auf, mit denen die entsprechend ausgebildete Gewindebuchse 12 in Formschluss steht. Das Pleuelunterteil 8 ist mit einem Führungsdorn 22 in einer Führungsbohrung 23 des Pleueloberteils 7 entlang der Pleuelachse 11 beweglich geführt. Ein im Pleueloberteil 7 fixierter Bolzen 24 ragt in ein Langloch 25 des Führungsdorns 22, wodurch das Pleueloberteil 7 gegenüber dem Pleuelunterteil 8 drehgesichert und der Verstellbereich des Pleuels 1 begrenzt ist. Die sich am Pleueloberteil 7 abstützende Torsionsfeder 13 übt ein im Sinne einer Verlängerung des Pleuels 1 wirkendes Vorspannmoment auf die Gewindebuchse 12 aus. Eine am Pleueloberteil 7 angeordnete Tellerfeder 26 dient zur Abbremsung der Gewindebuchse 12 bei einer Verdichtungsverstellung zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis ab der Verstellposition V2.
Zur Bestimmung der Drehposition der Gewindebuchse 12 sind auf dem Pleuelunterteil 8 zwei Markierungen für die Drehpositionen D1 und D2 angebracht. In der gezeigten Verstellposition V2 bei geringer Länge L2 des Pleuels 1 steht die Gewindebuchse 12 in der Drehposition D2, wobei ein auf ihrer Nase 14 angebrachter Markierungspunkt der D2-Markierung auf dem Pleuelunterteil 8 gegenübersteht. In der Drehposition D2 ist die Gewindebuchse 12 formschlüssig von einer im Pleuelunterteil 8 angeordneten Verriegelungseinheit 30 gesichert.
Für eine Verdichtungsumschaltung wird die Verriegelungseinheit 30 vom im Pleueldeckel 9 angeordneten Umschaltventil 36 wechselseitig mit Öldruck beaufschlagt, der über ein Rückschlagventil 31 aus dem Hubzapfen 10 der Brennkraftmaschine zugeleitet wird. Das an der Verriegelungseinheit 30 unter Öldruck befindliche Öl wird über eine Bohrung 27 und eine Drosselbohrung 28 in eine zwischen den beiden Trapezgewinden 20 und 21 befindliche Kammer 29 weitergeleitet. Die Kammer 29 dient bei einer Verdichtungsabsenkung zur hydraulischen Bedämpfung der Verstellgeschwindigkeit des sich dem Pleuelunterteil 8 dann annähernden Pleueloberteils 7. Die bei dann erhöhtem Druck auftretenden Ölleckagen der Kammer 29 können infolge des Rückschlagventils 31 im Wesentlichen nur über ein definiert gewähltes Gewindespiel zwischen der Gewindebuchse 12 und dem Trapezgewinde 20 in die Umgebung entweichen. Bei Erreichen der Verstellposition V2 entsprechend der Drehposition D2 legt sich die nach oben drehende Gewindebuchse 12 an die Tellerfeder 26 an. Hierdurch wird erfindungsgemäß der Abfluss der Ölleckage aus der Kammer 29 gestoppt, so dass bei noch geringem Weiterdrehen der Gewindebuchse 12 über die Drehposition D2 hinaus durch die dann plötzliche Druckerhöhung in der Kammer 29 die Verstellung des Pleuels 1 abrupt abgebremst wird. Parallel hierzu verspannt sich auch die Tellerfeder 26 mit abbremsender Wirkung der Verstellung bis zum Stillstand. Bei sich danach abbauenden Pleueldruckkräften drückt dann die verspannte Tellerfeder 26 die Gewindebuchse 12 zur Verriegelung zurück in die Drehposition D2.
Bei einer Verdichtungsabsenkung mit nach links drehender Gewindebuchse 12, die vorzugsweise mit zwei Nasen 14 und 15 ausgebildet ist, kommen in der Drehposition D2 deren Nasen 14 und 15 am Drehanschlag 18 zur Anlage. Beim zuvor beschriebenen Überdrehen der Drehposition D2 nehmen die Nasen 14 und 15 den Drehanschlag 18 mit, wodurch sich die an ihm angreifende Torsionsfeder 19 verspannt und die Verstellung abbremst. Hiermit wird also bei einer Verdichtungsabsenkung die Verdichtungsverstellung dreifach abgebremst, nämlich durch die Torsionsfeder 19, die Tellerfeder 26 und die hydraulische Bedämpfung durch den Druck in der Kammer 29.
Die Tellerfeder 26 und die Kammer 29 können nur bei sich verkürzendem Pleuel 1 eine Abbremsung der Verdichtungsverstellung bewirken. Dagegen ist die Torsionsfeder 19 über den Drehanschlag 18 für beide Verstellrichtungen abbremsend wirksam, wodurch sie alleinig bei einer Verdichtungserhöhung ab der Verstellposition V1 die Verstell-Abbremsung übernimmt. Da bei einer Verdichtungserhöhung eine wesentliche geringere Verstell-Abbremsung als bei einer Verdichtungsabsenkung erforderlich ist, reicht hierfür die abbremsende Wirkung der Torsionsfeder 19 völlig aus.
Eine detaillierte Beschreibung der Abbremsung der Gewindebuchse 12 durch die Torsionsfeder 19 mit nachfolgender Sicherung durch die Verriegelungseinheit 30 wird anhand der 3 bis 8 vorgenommen.
Die 3 zeigt das Pleuelunterteil 8 in einer vergrößerten Schnittansicht der 2 von rechts. Die Gewindebuchse 12 ist hier jedoch abweichend zu 2 für ein hoch eingestelltes Verdichtungsverhältnis nach oben verdreht. Die im zylindrisch ausgebildeten Bereich des Pleuelunterteils 8 angeordnete Verriegelungseinheit 30 weist eine Bohrung 32 auf, in der ein erster Kolben 33, ein zweiter Kolben 34 und eine zwischen ihnen befindlichen Feder 35 angeordnet sind. Die Bohrung 32 ist am Kolben 34 über den im Pleueldeckel 9 befindlichen Schaltkolben 37 mit Öldruck beaufschlagt, wodurch der Kolben 33 mit konischem Formschluss die Gewindebuchse 12 in der Drehposition D1 verriegelt. Der von der ungespannten Torsionsfeder 19 positionierte Drehanschlag 18 liegt an der vorderen Nasen 14 und gegenüberliegend an der hinteren Nase 15 der Gewindebuche 12 an. Die Schnittansicht A-A zeigt in 4 die ortsfest dem Pleuelunterteil 8 zugeordneten Drehpositionen D1 und D2 als gestrichelte Linien. In der Drehposition D1 stehen die Nasen 14 und 15 mittig zur Dl-Linie und in Kontakt zum Drehanschlag 18. Bei einer Verdichtungsverstellung verschwenkt die Gewindebuchse 12 mit ihren Nasen 14 und 15 um den Schwenkwinkel α zwischen den Drehpositionen D1 und D2. Die 5 zeigt eine über die Drehposition D1 um einen Bremswinkel β1 hinaus verschwenkte Position der Nasen 14 und 15, in die der Drehanschlag 18 bei zunehmendem Torsionsmoment der Torsionsfeder 19 zur Abbremsung der vorausgegangenen Verdichtungsverstellung mitgenommen wurde. Die gemäß 3 nach der Verdichtungsverstellung erfolgende Verriegelung mit zunehmend konischem Formschluss des Kolbens 33 mit der Gewindebuchse 12 ermöglicht erst das geringe Überschwenken um den Bremswinkel β1 für die Abbremsung der Verstellgeschwindigkeit.
Die 6 zeigt das Pleuelunterteils 8 der 2 in einer vergrößerten Schnittansicht von rechts. Der bei erhöhtem Öldruck nach rechts verschobene Schaltkolben 37 hat den Öldruck rechtsseitig in die Bohrung 32 der Verriegelungseinheit 30 umgeschaltet, wodurch nun die Gewindebuchse 12 durch den Kolben 34 in der Drehposition D2 gesichert ist. Die Schnittansicht B-B zeigt in 7 die Nasen 14 und 15 der Gewindebuchse 12 in der Drehposition D2. Das zur Abbremsung der Gewindebuchse 12 erforderliche Überdrehen der Drehposition D2 um den Bremswinkel β2 ist in der 8 dargestellt. Da ab der Drehposition D2 neben der Torsionsfeder 19 für die Abbremsung der Gewindebuchse 12 auch die Tellerfeder 26 und die Kammer 29 durch Verstellbedämpfung wirken, kann der Bremswinkel β2 bis zum erreichten Stillstand der der Gewindebuchse 12 auch kleiner als gezeigt ausfallen.
Die 9 zeigt alternativ zur in 2 verwendeten Torsionsfeder 19 eine Bremsfeder für die Verdichtungsverstellung, die als U-förmig ausgebildete Drahtfeder 40 in einem mit einer Nut 41 ausgebildeten Pleuelunterteil 42 angeordnet ist. Die von unten in das Pleuelunterteil 42 eingeschobene Drahtfeder 40 wird von einer oberen Lagerhalbschale 43 des Hubzapfens 10 fixiert. Zwei nach oben gerichtete Enden 44 und 45 der Drahtfeder 40 dienen zur Abbremsung einer entsprechend modifizierten Gewindebuchse 46, die sich in der Drehposition D1 befindet. Sie ist mit einer umlaufenden Wulst 47 ausgebildet, die zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 48 und 49 für die Federenden 44 und 45 aufweist. Die Ausnehmungen 48 und 49 sind so breit ausgeführt, dass die Federenden 44 und 45 in den jeweiligen Drehpositionen D1 bzw. D2 der Gewindebuchse 46 an der Wulst 47 kraftlos anliegen. Die 10 zeigt hierzu eine Seitenansicht von links auf die Gewindebuchse 46 von 9. In der erreichten Drehposition D1 liegt das Federende 44 ohne Kontaktkraft an der Wulst 47 an.
In 11 befindet sich gegenüber 9 die Gewindebuchse 46 in der Drehposition D2 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis. Sie hat sich während der vorausgegangenen Verdichtungsverstellung linksdrehend bis zur Anlage der Wulst 47 an die Federenden 44 und 45 nach unten bewegt. Die 12 zeigt eine Seitenansicht der 11 von links auf die Gewindebuchse 46, die hier jedoch bei einer Abbremsung über die Drehposition D2 hinaus verdreht ist. Deren Wulst 47 hat dabei das Federende 44 nach links und hinten liegend das Federende 45 nach rechts verspannt, wodurch ein rückstellendes Bremsmoment auf die Gewindebuchse 46 ausgeübt wird.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Zylinder
3: Hubkolben
4: Brennraum
5: Kolbenbolzen
6: Kurbelwelle
7: Pleueloberteil
8: erstes Pleuelunterteil
9: Pleueldeckel
10: Hubzapfen
11: Pleuelachse
12: erste Gewindebuchse
13: erste Torsionsfeder
14: erste Nase
15: zweite Nase
16: erste Nut
17: zweite Nut
18: Drehanschlag
19: zweite Torsionsfeder
20: linksgängiges Trapezgewinde
21: rechtsgängiges Trapezgewinde
22: Führungsdorn
23: Führungsbohrung
24: Stift
25: Langloch
26: Tellerfeder
27: Bohrung
28: Drosselbohrung
29: Kammer
30: Verriegelungseinheit
31: Rückschlagventil
32: Bohrung
33: erster Verriegelungskolben
34: zweiter Verriegelungskolben
35: Feder
36: Umschaltventil
37: Schaltkolben
40: Drahtfeder
41: Nut
42: obere Lagerhalbschale
43: zweites Pleuelunterteil
44: erstes Federende
45: zweites Federende
46: zweite Gewindebuchse
47: Wulst
48: erste Ausnehmung
49: zweite Ausnehmung
L1: maximale Pleuellänge
L2: minimale Pleuellänge
V1: Verstellposition 1
V2: Verstellposition 2
D1: Drehposition 1
D2: Drehposition 2
α: Verstellwinkel
β1: Bremswinkel 1
β2: Bremswinkel 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020001743 A1 [0004]
DE 102019102413 A1 [0005]
DE 102020002316 A1 [0006, 0007]

Claims

Vorrichtung zur Verstellung der Verdichtung einer Brennkraftmaschine zwischen einem niedrigen und einem hohen Verdichtungsverhältnis, umfassend mindestens einen Zylinder (2) mit einem Hubkolben (3), ein Pleuel (1) mit einem Pleueloberteil (7) und einem Pleuelunterteil (8, 42), dessen Länge zwischen zwei Verstellpositionen V1 und V2 verstellbar ist, eine konzentrisch zu einer Pleuelachse (11) drehbar angeordnete Gewindebuchse (12, 46), die das Pleueloberteil (7) und das Pleuelunterteil (8, 42) über zwei entgegengesetzt ausgerichtete Steilgewinde (20, 21) verbindet, eine erste Torsionsfeder (13) zur Vorspannung der Gewindebuchse (12, 46), zwei im Pleuelunterteil (8, 42) angeordnete Kolben (33, 34) zur Verriegelung der Gewindebuchse (12, 46) in zwei Drehpositionen D1 und D2, ein Umschaltventil (36) zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses, eine Tellerfeder (26) als Bremsfeder für die Gewindebuchse (12, 46), eine Kammer (29) zur hydraulischen Bedämpfung der Verstellung, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlage der Gewindebuchse (12, 46) an die Tellerfeder (26) ein Leckageabfluss aus der Kammer (29) versperrt wird und/oder eine weitere Bremsfeder (19, 40) für die Abbremsung der Gewindebuchse (12, 46) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ölleitung zur Kammer (29) eine Drosselbohrung (28) und ein Rückschlagventil (31) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfeder als zweite Torsionsfeder (19) ausgebildet ist, die sich am Pleuelunterteil (8) abstützt und die Gewindebuchse (12) bei Erreichen der Drehpositionen D1 bzw. D2 abbremst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Torsionsfeder (19) und der Gewindebuchse (12) ein Drehanschlag (18) angeordnet ist, der über mindestens eine Nut (16, 17) und mindestens eine Nase (14, 15) in spielbehaftetem Drehkontakt zur Gewindebuchse (12) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfeder als Drahtfeder (40) ausgebildet ist, die sich am Pleuelunterteil (42) abstützt und die Gewindebuchse (46) bei Erreichen der Drehpositionen D1 bzw. D2 abbremst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfeder (40) in einer Nut (41) des Pleuelunterteils (42) geführt und von einer Lagerhalbschale (43) fixiert ist.