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Die Erfindung betrifft eine Exzenterlagerung für eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis. Eine Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine ist aus der
DE 10 2011 018 166 A1 bekannt.
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Zum Verändern des Kompressionsverhältnisses der in der
DE 10 2011 018 166 A1 vorgeschlagenen Brennkraftmaschine ist ein auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelagerter Exzenter vorgesehen. Der Lagerung dieses Exzenters kommt bezüglich Haltbarkeit und Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine große Bedeutung zu. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Exzenterlagerung mit verbesserten Betriebseigenschaften anzugeben. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem ersten Anspruch gelöst, sowie durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 mit einer solchen Exzenterlagerung. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis eine Hubkolben-Brennkraftmaschine zu verstehen, bei welcher im laufenden Betrieb das Kompressionsverhältnis, insbesondere also durch eine geometrische Veränderung der Brennraumverhältnisse, veränderbar ist. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise ist wenigstens ein Kolben in wenigstens einem Zylinder angeordnet, kinematisch ist der Kolben über ein sogenanntes Pleuel mit einem Hubzapfen auf einer Kurbelwelle gekoppelt. Eine derartige Hubkolben-Brennkraftmaschine ist allgemein als Diesel- oder Ottomotor aus dem Stand der Technik bekannt.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Ausführungsformen für eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses bekannt, die Erfindung bezieht sich auf eine Ausführungsform mit einem VCR-Exzenter welcher, als vorzugsweise mehrteiliger Exzenterring, auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle angeordnet ist, wobei eine Veränderung der Position des VCR-Exzenters auf dem Hubzapfen zu einer Veränderung des Kompressionsverhältnisses der Hubkolben-Brennkraftmaschine führt. Aufgrund der allgemeinen Anforderung eine hohe Leistungsdichte für die Brennkraftmaschine zu erzielen, ist erkennbar, dass der zur Verfügung stehende Bauraum zur Anordnung des VCR-Exzenters gegenüber dem Hubzapfen der Kurbelwelle und gegenüber dem Pleuel knapp bemessen ist.
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Der VCR-Exzenter ist als im Wesentlichen ringförmige Einrichtung mit einer Innenlagerfläche und einer Außenlagerfläche zu verstehen, wobei diese beiden Lagerflächen exzentrisch zu einander angeordnet sind. Mit der Innenlagerfläche ist der VCR-Exzenter drehbar auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert. Die Außenlagerfläche des VCR-Exzenters ist zur Lagerung des Pleuels, über welches die Kurbelwelle mit einem Kolben in einem Brennraum gekoppelt ist, gegenüber dem VCR-Exzenter eingerichtet. In der Regel weist ein derartiges Pleuel einen radial getrennten Lagersitz auf, welcher zur Montage auf dem VCR-Exzenter getrennt wird, weiter sind diese beiden Lagerhälften des Pleuels mit einer Verbindungseinrichtung, vorzugsweise einer oder mehrerer Schraubverbindungen, im monierten Zustand gegeneinander verspannt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgeschlagen, wenigstens eine der beiden Lagerflächen des VCR-Exzenters (Innenlagerfläche, Außenlagerfläche) mit einer Lager-Beschichtung zu versehen, wobei insbesondere eine derartige Lager-Beschichtung zu einer Verbesserung der Gleiteigenschaften des VCR-Exzenters gegenüber dem Hubzapfen der Kurbelwelle oder gegenüber dem Pleuel oder gegenüber beiden führt. Insbesondere eine Verbesserung der Gleiteigenschaften führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine mit VCR-Exzenter.
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Anders gewendet ist der radiale Bauraum um den Hubzapfen der Kurbelwelle, insbesondere Aufgrund der Pleuelschrauben (Schraubverbindung zum Verspannen Lagerhälften des Pleuels), Zylinderbohrung und Festigkeitsanforderungen, knapp bemessen. Insbesondere bei einer Ausführungsform, welche durch die Erfindung verbessert werden soll, in welcher also der VCR-Exzenter mehrteilig ausgebildet ist und zur Lagerung des VCR-Exzenters auf dem Hubzapfen eine zusätzliche mehrteilige Lagerbuchse (insbesondere zwei Lagerschalen aufweisend) vorgesehen ist, besteht die Notwendigkeit, eine Vorspannung beim Verbinden der mehreren Teile des VCR-Exzenters aufzubringen, insbesondere um die mehrteilige Lagerbuchse sicher zu halten. Diese Vorspannung zum Halten der Lagerbuchse im mehrteiligen VCR-Exzenter kann die Fügeverbindung der mehreren Teile des VCR-Exzenters zusätzlich belasten und die mehrteilige Lagerbuchse erfordert zusätzlichen Bauraum. Demgegenüber schlägt die Erfindung die Lager-Beschichtung vor und demzufolge den Entfall der mehrteiligen Lagerbuchse, wie diese oben beschrieben ist. Ein Aspekt der Erfindung ist demzufolge, dass das Pleuel unmittelbar auf dem VCR-Exzenter angeordnet ist, insbesondere also ohne dass zwischen diesen in radialer Richtung eine Lagerbuchse angeordnet ist, oder das der VCR-Exzenter unmittelbar auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle angeordnet ist, insbesondere also ohne dass zwischen diesen in radialer Richtung eine Lagerbuchse angeordnet ist.
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Insbesondere durch den Entfall der, insbesondere mehrteiligen, Lagerbuchse zwischen Pleuel und VCR-Exzenter kann auch das Pleuel und seine Verschraubung kompakter ausgeführt werden. Insbesondere wenn wenigstens eine der, insbesondere mehrteiligen, Lagerbuchse (VCR-Exzenter gegenüber Hubzapfen oder Pleuel gegenüber VCR-Exzenter) durch eine Lager-Beschichtung im Sinn der Erfindung ersetzt wird, ist ein kompakterer Aufbau der Anordnung ermöglicht.
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Eine mehrteilige Lagerbuchse, deren Vermeidung durch die Erfindung vorgeschlagen ist, kann demnach zu einer Schwächung des Hubzapfens beziehungsweise einer Funktionseinschränkung des VCR-Systems führen, diese Einschränkungen werden durch die Erfindung also verringert oder sogar vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei der Exzenterlagerung des VCR-Exzenters sowohl auf die Innenlagerfläche als auch auf die Außenlagerfläche des VCR-Exzenters eine Lagerbeschichtung aufgebracht, so dass der VCR-Exzenter mittels dieser Lagerbeschichtungen sowohl den Hubzapfen als auch das Pleuel unmittelbar kontaktiert. Alternativ kann die Lagerbeschichtung auf dem Pleuel und auf dem Hubzapfen aufgebracht sein, jedenfalls kontaktiert der VCR-Exzenter sowohl das Pleuel als auch den Hubzapfen in dieser Ausführungsform in radialer Richtung unmittelbar, also ohne separate und insbesondere mehrteilige Lagerbuchse. Insbesondere mittels einer solchen Ausführungsform in welcher beide Lagerstellten (VCR-Exzenter gegenüber Hubzapfen und VCR-Exzenter gegenüber Pleuel) ohne, insbesondere mehrteilige, Lagerbuche gelagert ist, ist ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der VCR-Exzenter als mehrteiliger VCR-Exzenter ausgebildet und weist eine erste Halbschale und wenigstens eine zweite Halbschale auf, wobei diese wenigstens zwei Halbschalen im auf den Hubzapfen montierten Zustand des VCR-Exzenters, diesen Hubzapfen radial wenigstens im Wesentlichen vollständig umschließen. Dabei ist in diesem Sinn als wenigstens im Wesentlichen vollständig umschließen zu verstehen, wenn ein Fügespalt zwischen den beiden Halbschalen von 5mm oder weniger in gefügtem Zustand bestehen bleibt und weiter vorzugsweise umschließen die wenigstens zwei Halbschalen den Hubzapfen in radialer Richtung vollständig. Weiter vorzugsweise weist der VCR-Exzenter wenigstens eine radial umlaufende Verzahnung auf, insbesondere um eine Verstellung des VCR-Exzenters gegenüber dem Hubzapfen zu ermöglichen und insbesondere in einer solchen Ausführungsform umschließt der VCR-Exzenter den Hubzapfen vollständig. Insbesondere bei einer einteilig ausgebildeten Kurbelwelle, wobei einteilig in diesem Sinn auf die Gestaltung des Hubzapfens und die beiden diesen benachbarten Kurbelwangen zu verstehen ist, vorzugsweise ist dabei also der Hubzapfen mit diesen Kurbelwangen einteilig ausgebildet, ist der VCR-Exzenter mehrteilig ausgebildet, weist also wenigstens zwei Halbschalen auf. Insbesondere bei einer einteiligen Gestaltung von Hupzapfen mit Kurbelwangen ermöglicht ein mehrteiliger VCR-Exzenter eine einfache Montage des VCR-Exzenters auf der Kurbelwelle, insbesondere auf deren Hubzapfen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine der Lager-Beschichtung und vorzugsweise sind beide Lager-Beschichtungen als laseraufgeschmolzene Einbettschicht mit Gleitlack ausgebildet. Insbesondere eine derartige Lager-Beschichtung weist eine gute Beständigkeit auf und ermöglicht einen hohen Wirkungsgrad.
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Weiter ist eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise mit veränderbarem Kompressionsverhältnis vorgeschlagen, wobei das Kompressionsverhältnis mittels eines VCR-Systems mit wenigstens einem oder mehreren VCR-Exzentern ausgestattet ist. Weiter weist wenigstens ein VCR-Exzenter dieser Brennkraftmaschine eine Exzenterlagerung nach einer der zuvor beschriebenen Arten auf.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: Teilschnittdarstellung des VCR-Exzenters auf dem Hupzapfen einer Kurbelwelle,
- 2: eine perspektivische Darstellung einer ersten Halbschale des VCR-Exzenters.
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In 1 ist eine Teilschnittdarstellung eines VCR-Exzenters 1 auf dem Hubzapfen 4 einer Kurbelwelle 2 einer Hubkolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Der Hubzapfen 4 ist einstückig mit den Kurbelwangen 3 der Kurbelwelle 2 ausgebildet. Die Kurbelwelle 2 ist drehbar um die Rotationsachse 9 in der Hubkolben-Brennkraftmaschine gelagert. Über einen nicht dargestellten Verstellmechanismus ist auf den VCR-Exzenter 1 eine Verstellbewegung aufbringbar um das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine zu verändern.
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Der VCR-Exzenter 1 weist eine Außenlagerfläche 7 auf, welche mit einer Lager-Beschichtung versehen ist und auf welcher das Pleuel 5 drehbar gelagert ist. Die Lager-Beschichtung auf der Außenlagerfläche 7 führt, gegenüber der durch diese nicht mehr notwendige Lagerbusche, zu einem kompakteren Aufbau der Anordnung. Weiter weist der VCR-Exzenter 1 auch eine Innenlagerfläche 8 auf, mit welcher der VCR-Exzenter 1 auf dem Hubzapfen 4 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Der VCR-Exzenter 1 ist unmittelbar auf dem Hubzapfen 4 gelagert, also insbesondere ohne eine zwischen dem VCR-Exzenter 1 und dem Hubzapfen 4 angeordnete Lagerbuchse. Die Lagerinnenfläche 8 weist eine Lager-Beschichtung auf. Die Lager-Beschichtung auf der Innenlagerfläche 8 führt, gegenüber der durch die Lager-Beschichtung nicht mehr notwendigen Lagerbuchse, zu einem kompakteren Aufbau der Anordnung.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Halbschale 1a dargestellt. Der VCR-Exzenter 1 ist aus dieser ersten Halbschale 1a und einer zweiten Halbschale (nicht dargestellt) zusammengesetzt, wobei die beiden Halbschalen im montierten Zustand den Hubzapfen 4 der Kurbelwelle 2 in radialer Richtung vollständig umschließen.
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Die erste Halbschale 1a weist die Außenlagerfläche 7 auf, welche mit einer Lager-Beschichtung versehen ist und zudem ist die Innenlagerfläche 8 der ersten Halbschale 1a ebenso mit einer Lager-Beschichtung versehen. Wenn der VCR-Exzenter 1 aus der ersten Halbschale 1a und der zweiten Halbschale zusammengesetzt ist, bilden die Verzahnungen 6 auf den ersten Halbschale 1a mit Verzahnungen auf der zweiten Halbschale eine radial um den VCR-Exzenter 1 umlaufende Verzahnung, über welche eine Verstellung des Kompressionsverhältnisses ermöglicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- VCR-Exzenter
- 1a
- Erste Halbschale von 1
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Kurbelwange von 2
- 4
- Hubzapfen von 2
- 5
- Pleuel
- 6
- Verzahnung von 1
- 7
- Außenlagerfläche von 1 mit Lager-Beschichtung
- 8
- Innenlagerfläche von 1 mit Lager-Beschichtung
- 9
- Rotationsachse von 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011018166 A1 [0001, 0002]
