DE10309652A1

DE10309652A1 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE10309652A1
Application number: DE2003109652
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr.-Ing. Bertsch; Helmut Dipl.-Ing.(FH) Scheffel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: DE10309652B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit folgenden Merkmalen: DOLLAR A - ein Kolben steht über ein Pleuel (7) und dessen großes Pleuelauge mit dem Hubzapfen (4) einer Kurbelwelle (1) in Verbindung, DOLLAR A - zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge ist ein Exzenter (6) drehbar angeordnet, um dadurch einen Hub des Kolbens zu verändern und DOLLAR A - der Exzenter ist drehfest mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verriegelbar und DOLLAR A - die Vorrichtung (9) zur drehfesten Verriegelung des Exzenters ist an dem Exzenter angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 10.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 16 719 A1 ist eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Hubkolben mittels eines Pleuels mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle in beweglicher Verbindung steht und bei der ein zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge drehbar angeordneter Exzenter durch eine Hubveränderung ein änderbares Verdichtungsverhältnis ermöglicht. Der Exzenter wird mittels der Triebwerkskräfte bzw. eines sogenannten Kulissenschiebers in Extremstellungen bewegt, die eine Hubveränderung bewirken. Der Exzenter wird in seinen Extremstellungen mit der Kurbelwange durch einen Sperrbolzen drehfest verbunden. Während des verstellvorganges befindet sich der Exzenter in einem labilen Gleichgewichtszustand, der von den drehzahlabhängigen Triebwerkskräften und aktuellen Reibbedingungen zwischen Exzenter und Hubzapfen bzw. Pleuelauge abhängt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber eine Hubverstellung einer Hubkolbenmaschine mittels eines Exzenters auf dem Hubzapfen einer Kurbelwelle bereitzustellen, die einfach und betriebssicher bei beliebigen Drehzahlen und Reibbedingungen im Triebwerk funktioniert.

Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich durch einen Exzenter aus, der auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle angeordnet und vom großen Pleuelauge umschlossen ist. Dieser Exzenter ist mittels eines Vorrichtung, die an dem Exzenter angeordnet ist, drehfest mit der Kurbelwelle verriegelbar. Im Falle der Verriegelung greift das Verriegelelement in eine Wange der Kurbelwelle ein und verbindet den Exzenter, an dem das Verriegelelement angeordnet ist, mit der Kurbelwelle. Im Falle der Entriegelung lässt sich der Exzenter auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehen. Durch Drehen des Exzenters auf dem Hubzapfen lässt sich der Hub des Kolbens verändern, der über das Pleuel mit dem Exzenter verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich eine Hubkolbenmaschine mit variabler Verdichtung verwirklichen. Eine variable Verdichtung ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit stark unterschiedlichen Betriebspunkten von Vorteil, weil zum Beispiel bei Teillast und niedrigen Drehzahlen eine hohe Verdichtung von Vorteil ist, jedoch bei Volllast diese hohe Verdichtung von Nachteil ist und die Brennkraftmaschine entsprechend von Anfang an mit einer niedrigeren Verdichtung ausgelegt wird. Bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung kann die Verdichtung entweder bei Teillast vergrößert, bei Volllast verringert werden, oder aber bei jedem beliebigen Betriebspunkt kann eine beliebig wählbare Verdichtung eingestellt werden. Eine variable Verdichtung bei einer Brennkraftmaschine ist mit einem Exzenter auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle einfach darzustellen. Um ein unbeabsichtigtes Verstellen bzw. Verdrehen des Exzenters zu verhindern, ist im Exzenter ein Verriegelelement angeordnet. Das Verriegelelement ist beispielsweise ein Stift, eine Kugel oder ein Kolben, die vom Exzenter aus in die Kurbelwange oder den Hubzapfen verschoben werden können. Das Verriegelelement kann direkt auf dem Exzenter angeordnet sein und radial in Richtung Hubzapfenmitte in den Hubzapfen eingreifen oder es ist seitlich angebracht und greift in axialer Richtung in die Kurbelwange ein. Mittels dieses Verriegelelements kann der Exzenter auf einfache Weise drehfest mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle verbunden werden und eine unbeabsichtigte Veränderung der Stellung des Exzenters und damit der Verdichtung wird verhindert. Durch Lösen des Verriegelelements wird die Drehung des Exzenters freigegeben und eine Hubverstellung und damit eine veränderte Verdichtung ermöglicht. Während des Verstellvorganges wird der Exzenter drehfest mit dem Pleuel verbunden und führt damit eine Drehung um den Hubzapfen aus. D.h. nach einer Umdrehung der Kurbelwelle hat sich der mit dem Pleuel drehfest verbundene Exzenter einmal um den Hubzapfen gedreht. Um ein Feststellen des Exzenters auf der Kurbelwelle zu bewirken, um damit eine beliebige Einstellung des Kolbenhubes zu erreichen, wird das Verriegelelement am Exzenter mit der Kurbelwelle verbunden und die drehfeste Verbindung des Exzenters zum Pleuel wird gelöst. Dies ist bei jedem beliebigen, durch die konstruktive Lage der Verriegelelemente auf dem Exzenter und im Pleuel und an der Kurbelwange festgelegten Winkel möglich.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Exzenter mittels eines hydraulisch ansteuerbaren Verriegelelements mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehfest verbindbar. Dies geschieht wahlweise in einer Stellung für großen oder einer Stellung für kleinen Hub, um damit eine hohe oder niedrige Verdichtung der Brennkraftmaschine zu erreichen. Bei einer Verstellung, die nur zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert gewählt werden kann, ist eine einfache Ansteuerung ausreichend, die sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb wenig Aufwand erfordert. Dies wird durch ein hydraulisch angesteuertes Verriegelelement erreicht, das Exzenter angeordnet ist. Dieses Verriegelelement wird durch eine hydraulische Flüssigkeit mit einem von zwei dem Umfang des Exzenters gegenüberliegenden Gegenstücken verriegelt und verbindet auf diese Weise den Exzenter mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle. Zum Umschal ten von großem auf kleinen Hub des Kurbeltriebes bzw. umgekehrt wird das Verriegelelement vom hydraulischen Druck entlastet und wird zum Beispiel durch Federkraft oder eine zweite hydraulische Flüssigkeit aus den Gegenstücken in der Kurbelwelle herausbewegt und gibt damit den Exzenter zur Drehung auf dem Hubzapfen frei. Der Exzenter ist während des Verstellvorganges mit dem Pleuel drehfest verbunden. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle ist der Exzenter von seiner maximalen Stellung auf seine minimale Stellung bzw. genau umgekehrt gedreht worauf das Verriegelelement im Hubzapfen den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen verriegelt und gleichzeitig die Verriegelung des Exzenters mit dem Pleuel gelöst wird. Auf diese Weise ist die Verstellung des Hubes sicher und unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb einer halben Kurbelwellenumdrehung erreichbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur drehfesten Verriegelung aus einem hydraulisch ansteuerbaren Kolben, der innerhalb des Exzenters gelagert und an einer Wange am Hubzapfen der Kurbelwelle in eine Vertiefung einrastbar ist. Eine einfache Ausführungsart des Verriegelelements besteht aus einem Kolben, der im Exzenter gelagert ist, bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck sich verschiebt und in eine Bohrung, bzw. Vertiefung in einer Wange der Kurbelwelle einrückt bzw. einfährt oder aber bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck aus der Vertiefung ausrückt bzw. ausfährt. Der Kolben kann in radialer Richtung oder in axialer Richtung – jeweils bezogen auf den Hubzapfen – beweglich angeordnet sein und entsprechend vom Exzenter aus in den Hubzapfen oder seitlich in die Wange der Kurbelwelle einrücken und damit den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle verbinden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verbindet der hydraulisch ansteuerbare Kolben den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle wahlweise in einer Stellung für großen Hub oder einer Stellung für kleinen Hub. In einer einfachen Ausführung der Hubverstellung bzw. Verstellung der Verdichtung kann zwischen zwei Extrema umgeschalten werden, nämlich zwischen einer Stellung für großen Hub, entsprechend einer hohen Verdichtung, und einer Stellung für kleinen Hub, was einer niedrigen Verdichtung bei sonst gleichen Maschinenparametern entspricht. Auf diese Weise kann mit einer einfachen Steuerung – es muss nur zwischen zwei Werten umgeschalten werden – und einem einfachen Aufbau innerhalb der Kurbelwelle ein Großteil der Anforderungen an eine variable Verdichtung erfüllt werden.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung liegt bei zu niedrigem oder fehlendem Druck zur Ansteuerung der hydraulisch ansteuerbare Kolben mittels einer Feder in einer verriegelnden Endstellung an. Beim Start der Maschine, wenn noch kein hydraulischer Druck aufgebaut ist, oder bei einer Unterbrechung oder Schwankung der Druckversorgung ist es erforderlich, dass der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist und ein gleichmäßiger Betrieb gewährleistet ist. Deshalb ist es von Vorteil, wenn der Exzenter unabhängig vom Zustand der hydraulischen Versorgung durch ein Verbindungselement und eine Feder, die den Kolben in den Hubzapfen, bzw. in die Wange einrastet, mechanisch fest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Da der Verstellvorgang im Verhältnis zur gesamten Betriebszeit nur einen kurzen Zeitraum beansprucht, ist es vom Energieverbrauch und der Betriebssicherheit her betrachtet von Vorteil nur während des Verstellvorganges den Kolben mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen und während des wesentlich größeren restlichen Zeitanteils den Kolben durch eine Feder in einer verriegelnden Endstellung zu halten.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist der Exzenter zwischen dem großen Pleuelauge und einer Wange eines Hubzapfens einen seitlichen Flansch zur Aufnahme des ansteuerbaren Kolbens auf. Bei einer Ausführung mit einem seitlichen Flansch am Exzenter zur Aufnahme zur Aufnahme des ansteuerbaren Kolbens kann der Exzenter um den Hubzapfen in seinem Durchmesser sehr klein gewählt werden, so dass das den Exzenter umgreifende große Pleuelauge nicht übermäßig groß in seinem Durchmesser ausgeführt werden muss. Dies ist von Vorteil, da dadurch der Bauraum der Hubkolbenmaschine und die durchmesserabhängige Reibung in der Gleitlagerung des großen Pleuelauges sich nicht vergrößern. Bei einer seitlichen Anordnung des Verstellelements ist dieses weiterhin nicht durch Gas- und Massenkräfte aus dem Kurbeltrieb belastet und somit leichter und einfacher zu gestalten, da bei einer Anordnung im eigentlichen Exzenter die Gas- und Massenkräfte den Exzenter mit den darin enthaltenen Bauelementen wie Kolben und Feder stark belasten und verformen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die hydraulische Flüssigkeit dm Schmieröl der Hubkolbenmaschine entnommen. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Versorgung mit hydraulischer Flüssigkeit möglich und etwaige Leckagen der Flüssigkeit im Verstellsystem werden einfach dem ohnehin im Triebwerksraum enthaltenen Schmieröl zugeführt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verriegelung vom Hubzapfen der Kurbelwelle mit Schmieröl steuerbar. In der Kurbelwelle ist meist eine Schmierölversorgung der Hubzapfen über Ölkanäle von den Grundlagern aus vorgesehen. Diese Ölversorgung dient erfindungsgemäß zur Ölversorgung der Vorrichtung zur Verriegelung des Exzenters mit dem Hubzapfen. Eine Steuerung erfolgt zum Beispiel über einen kurzzeitig erhöhten Öldruck in der Versorgungsleitung.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist während des Verstellvorganges bei entriegeltem Kolben der Exzenter mittels eines federbelasteten Verriegelelementes drehfest mit dem Pleuel verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Exzenter während des Verstellvorganges bei entriegeltem Verriegelelement mittels einer federbelasteten Kugel drehfest mit dem Pleuel verbunden. Während des Ver stellvorganges ist das Verriegelelement zwischen Hubzapfen und Exzenter gelöst, so dass sich der Exzenter auf dem Hubzapfen drehen kann. Um jedoch ein schnelles und eindeutiges Drehen des Exzenters zu erreichen, ist eine drehfeste Verbindung des Exzenters mit dem Pleuel für den Zeitraum bzw. Winkelbereich einer halben Umdrehung der Kurbelwelle vonnöten. Dies ist mittels einer Kugel, die vom Exzenter aus in eine Ausnehmung im Pleuel fällt und dabei das Pleuel mit dem Exzenter drehfest verbindet, einfach zu gewährleisten. Die Kugel wird dabei von einer Feder in die Ausnehmung im Pleuel gedrückt. Die Feder ist eine Stahlfeder (z.B. Spiralfeder), kann aber auch eine hydraulische oder pneumatische Feder sein. D.h. zum Beispiel mittels des Öldrucks in der Schmierölversorgung aus der Kurbelwelle wird die Feder vom Pleuel aus in die Ausnehmung im Exzenter gedrückt. Wenn die Verriegelung zwischen dem Hubzapfen und dem Exzenter geschlossen ist, d.h. nach Beenden des Verstellvorganges, wird die federbelastete Kugel überdrückt und aus der Ausnehmung herausbewegt. Es ist ebenfalls möglich den Kolben, der den Exzenter mit dem Hubzapfen verbindet, auf seiner Rückseite so zu gestalten, dass er in seiner entriegelten Stellung mit einem Stift, Zapfen oder einem kugelförmigen Endstück in das Pleuel eingreift und dieses mit dem Exzenter solange drehfest verbindet, wie die hydraulische Steuerdruck am Kolben anliegt, d.h. im kürzest möglichen Fall die Dauer einer halben Umdrehung der Kurbelwelle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass zur Hubverstellung ein Kolben im Exzenter hydraulisch in eine Entriegelungsstellung bewegt wird, der Exzenter aufgrund der Verriegelung mit einem federbelasteten Verriegelelement sich mit dem Pleuel mitdreht und nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle der Kolben im Exzenter hydraulisch in Verriegelungsstellung bewegt wird. Nach einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwelle wird das Verriegelelement im Hubzapfen der Kurbelwelle hydraulisch in Verriegelungsstellung bewegt. Das Verfahren zur Hubverstel lung einer Hubkolbenmaschine mittels eines Exzenters, der auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und drehfest mit der Kurbelwelle oder dem auf dem Exzenter gelagerten Pleuel verbunden ist, lässt sich in folgende Einzelschritte gliedern:

– in einer ersten Stellung der Kurbelwelle und des mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Exzenters wird der Exzenter mittels einer federbelasteten Kugel drehfest mit dem Pleuel verbunden und gleichzeitig wird das Verriegelelement, das den Exzenter mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verbindet, hydraulisch in eine Entriegelstellung bewegt,
– die Kurbelwelle dreht sich weiter
– der Exzenter ist drehfest mit dem Pleuel verbunden und dreht sich auf der Kurbelwelle
– in einer zweiten Stellung der Kurbelwelle, die einem vorgegebenen Drehwinkel entspricht, wird das Verriegelelement, das den Exzenter mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verbindet in den Hubzapfen bewegt und damit der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und
– die federbelastete Kugel wird beim Weiterdrehen der Kurbelwelle überdrückt, wodurch die feste Verbindung zwischen dem Exzenter und dem Pleuel gelöst wird.

Die vorgegebenen Drehwinkelstellungen, in denen der Exzenter gehalten wird, entsprechen zum Beispiel einer Stellung mit maximalem Hub und einer um 180° gedrehten Stellung mit minimalem Hub.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Feder des federbelasteten Verriegelelementes in verriegeltem Zustand des Kolbens entlastet. Dies ist zum Beispiel dadurch möglich, dass sich die Feder am Kolben abstützt und dadurch nur dann eine Kraft auf die Kugel ausüben kann, wenn der Kolben sich in einer Entriegelstellung befindet. Wenn der Kolben sich in der verriegelten Stellung befindet, ist er verschoben und die Feder entlastet. Auf diese Weise tritt zwischen der Kugel und dem Pleuel kein hoher Verschleiß auf.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipskizze einer Hubverstellung einer Hubkolbenmaschine mittels eines verriegelbaren Exzenters.
In der Figur ist eine Kurbelwelle 1 gezeigt, bestehend aus Grundlager 2, Kurbelwangen 3 und Hubzapfen 4. Auf dem Hubzapfen 4 ist über eine Lagerschale 5 eine drehbarer Exzenter 6 gelagert, der seinerseits von einem Pleuel 7 umfasst ist. In einem Flansch 8, der seitlich am Exzenter 6 angeordnet ist, ist die Vorrichtung 9 zum Verriegeln des Exzenters untergebracht. Durch Drehen des Exzenters 6 auf dem Hubzapfen 4 verändert sich der Hub des Kurbeltriebes, der aus der Kurbelwelle 1, dem Exzenter und dem Pleuel 7 besteht. In der gezeigten Stellung ist der Exzenter 6 für einen großen Hub eingestellt, bei einer Drehung um 180° um die Längsachse 10 des Hubzapfens 4 stünde der Exzenter in einer Stellung für kleinen Hub. Ein Verdrehen des Exzenters 6 um 180° entspricht einer maximal möglichen Hubverstellung. Bei einer Verdrehung um einen anderen Winkel als 180° wird der Hub entsprechend weniger verstellt. Auf diese Weise können somit auch Zwischenwerte eingestellt werden, was jedoch ein aufwändigeres Verfahren zum Verdrehen erfordert, als ein Verdrehen um 180°. Durch Verdrehen des Exzenters 6 ist somit eine Hubverstellung und damit eine Veränderung der Verdichtung der Hubkolbenmaschine möglich, wie es zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen bei verschiedenen Betriebsbereichen von Vorteil ist. Dazu ist jedoch ein gezieltes Verstellen und Festhalten in einer gewünschten Lage notwendig.
Der Exzenter 6 wird durch die Vorrichtung 9 in seinen Stellungen für großen bzw. kleinen Hub bzw. Verdichtung dadurch gehalten, dass er drehfest mit der Wange 3 der Kurbelwelle 1 verbunden ist. Während des Verstellvorganges von großem zu kleinem Hub bzw. umgekehrt wird der Exzenter durch die Vorrichtung 9 drehfest mit dem Pleuel verbunden, wodurch er sich durch die Rotation der Kurbelwelle 1 um den Hubzapfen 4 dreht. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 hat sich der Exzenter 6 somit um eine halbe Umdrehung um den Hubzapfen gedreht, was einer Verstellung von großem zu kleinem Hub bzw. umgekehrt entspricht. Auf diese Weise genügt eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 1 um den Hub des Kurbeltriebes zu verstellen. D.h. der Exzenter 6 muss nur eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 1 mit dem Pleuel 7 verbunden sein um den Hub zu verstellen, die übrige Zeit mit einem fest eingestellten Hub ist der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden.
Die Vorrichtung 9 in einem seitlichen Flansch 8 des Exzenters 6 besteht aus einem Stift 11, der von einem Kolben 12 betätigt und im Exzenter geführt in eine erste Bohrung 13 in der Wange 3 einrasten kann und damit den Exzenter drehfest mit der Wange verbindet. In der Figur ist der Stift 11 in einer zurückgezogenen Lage gezeigt, in der keine drehfeste Verbindung zwischen Exzenter 6 und der Wange 3 besteht, d.h. in einer Lage, die dem kurzen Zeitabschnitt des Hubverstellens während einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 entspricht. Auf der der Wange 3 abgewandten Seite des Kolbens 12 ist eine Feder 14 angeordnet, die auf eine Kugel 15 drückt. Die Kugel 15 gleitet am Pleuel 7 entlang und fällt in eine der Ausnehmungen 16 im Pleuel. Damit ist der Exzenter 6 in der gezeigten Lage drehfest mit dem Pleuel 7 verbunden. Damit sich der Kolben 12 entgegen der Kraft der Feder 14 aus der Bohrung 13 der Wange 3 bewegt, wird er mit Öldruck beaufschlagt. Dieses Öl wird durch die Kurbelwelle 1 in den Hubzapfen 4 geleitet und von dort über eine Zuführbohrung 17 im Exzenter 6 zum Kolben 12 geführt. Auf der dem Pleuel zugewandten Seite des Kolbens 12 fließt das Öl teilweise an der Feder 14 vorbei in den Zwischenraum zwischen Exzenter 6 und dem Pleuel 7, der Rest des verdrängten Öls fließt über eine Rückführbohrung 18 in die Wange 4 und wird von dort dem Schmieröl der Kolbenmaschine zugeführt. Außer der Kugel 15 ist auch eine andere Form eines Verriegelelementes möglich, z.B. ein Stift, Kolben oder Bolzen, der im Exzenter 6 gelagert ist und in das Pleuel 7 eingreift. Es ist z.B. auch eine im radialen Spalt zwischen Pleuel 7 und Exzenter 6 angeordnete Blattfeder mit einem Einrastelement als Halteelement möglich. Zur drehfesten Verbindung von Pleuel 7 und Exzenter 6 ist es unerheblich ob das Halteelement am Exzenter – wie gezeigt – oder am Pleuel gelagert bzw. befestigt ist.
Ein Verstellen des Hubes des Kurbeltriebes, bestehend aus der Kurbelwelle 1, dem Exzenter 6 und dem Pleuel 7 geschieht in folgenden Verfahrensschritten:
Ausgangslage: Der Exzenter 6 steht z.B. in der Stellung für großen Hub, der Kolben 12 wird durch die Feder 14 in Richtung der Wange 3 gedrückt und der Stift 11 ist in der Bohrung 13 eingeschoben. Aufgrund der Reibung zwischen dem sich um den Exzenter 6 drehenden Pleuel 7 und dem Exzenter und der daraus entstehenden Drehkraft ist der Stift 11 in der Bohrung verklemmt, so dass keine große Haltekraft für den Stift in Richtung der Bewegung des Kolbens 12 notwendig ist. Exzenter 6 und Kurbelwelle 1 sind drehfest verbunden.
Einleitung der Verstellphase: Mittels Öldrucks, der gesteuert durch die Zuführbohrung 17 auf den Kolben 12 aufgebracht wird, verschiebt sich der Kolben in Richtung Pleuel 7 und der Stift 11 rückt aus der Bohrung 13. Gleichzeitig wird die Feder 14 durch den Kolben 12 vorgespannt und stützt sich mit einer großen Kraft auf der Kugel 15 ab. Der Exzenter 6 ist weder mit der Kurbelwelle 1 noch mit dem Pleuel 7 verbunden.
Verstellphase: Die Kugel 15 fällt in eine Ausnehmung 16 und verbindet den Exzenter 6 mit dem Pleuel 7 drehfest. Durch die Drehung der Kurbelwelle 1 dreht sich der Exzenter 6 und das damit drehfest verbundene Pleuel 7 um den Hubzapfen. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 hat sich der Exzenter 6 um 180° um den Hubzapfen 4 gedreht. Durch Absenken des Öldruckes in der Zuführleitung 17 nach Beginn der Verstellphase wird der Kolben 12 durch die Feder 14 in Richtung Wange 3 gedrückt. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1, bewegt sich aufgrund der Federkraft auf den Kolben 12 der Stift 13 in eine zweite Bohrung 19 in der Wange. Die zweite Bohrung 19 sitzt zur Bohrung 13 um die Achse 10 um 180° gedreht gegenüber in der Wange 3. Nach dem Einrasten des Stiftes 13 in der zweiten Bohrung 19 ist der Exzenter 6 in einer Stellung für kleinen Hub drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Aufgrund der geringen Restfederkraft der Feder 14 und der Drehung des Pleuels 7 um den Exzenter wird die Kugel 15 aus der Ausnehmung 16 herausgedrückt. Der Exzenter 6 befindet sich jetzt in einer der Ausgangslage entsprechenden Lage, mit der Ausnahme, dass er um 180° auf dem Hubzapfen 4 gedreht und damit der Hub verstellt ist.
Anstelle der Feder 14 ist es ebenfalls möglich den Kolben 12 durch Öldruck, der durch die Rückführbohrung 18 bereitgestellt wird, in Richtung der Wange 3 zu verschieben, jedoch erfordert eine derartige Lösung einen etwas höheren Aufwand in der Fertigung und in der hydraulischen Steuerung.
Eine Verstellung von niedrigem Hub in eine Stellung des Exzenters 6 für großen Hub erfolgt in gleicher Weise.

Claims

Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit folgenden Merkmalen: – ein Kolben steht über ein Pleuel und dessen großes Pleuelauge mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle in Verbindung, – zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge ist ein Exzenter drehbar angeordnet, um dadurch einen Hub des Kolbens zu verändern und – der Exzenter ist drehfest mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verriegelbar, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur drehfesten Verriegelung des Exzenters (6) an dem Exzenter angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur drehfesten Verriegelung des Exzenters (6) hydraulisch ansteuerbar ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur drehfesten Verriegelung aus einem hydraulisch ansteuerbaren, innerhalb des Exzenters (6) gelagerten Kolben (12) besteht, der an einer Wange (3) am Hubzapfen (4) der Kurbelwelle (1) in eine Vertiefung (13) einrastbar ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulisch ansteuerbare Kolben (12) den Exzenter (6) mit dem Hubzapfen (4) der Kurbelwelle (1) wahlweise in einer Stellung für großen Hub oder einer Stellung für kleinen Hub drehfest verbindet.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu niedrigem oder fehlendem Druck zur Ansteuerung der hydraulisch ansteuerbare Kolben (12) mittels einer Feder (14) in einer verriegelnden Endstellung anliegt.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (6) zwischen dem großen Pleuelauge und einer Wange (3) eines Hubzapfens (4) einen seitlichen Flansch (8) aufweist zur Aufnahme des ansteuerbaren Kolbens (12) .
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Flüssigkeit dem Schmieröl der Hubkolbenmaschine entnommen ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Verriegelung vom Hubzapfen (4) der Kurbelwelle (1) mit Schmieröl steuerbar ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verstellvorganges bei entriegeltem Kolben (12) der Exzenter (6) mittels eines federbelasteten Verriegelelementes drehfest mit dem Pleuel (7) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem mittels eines verriegelbaren Exzenters, der von einem großen Pleuelauge umschlossen und auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle angeordnet ist, der Hub eines dadurch gebildeten Kurbeltriebes veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Hubverstellung ein Kolben (12) im Exzenter (6) hydraulisch in eine Entriegelungsstellung bewegt wird, der Exzenter aufgrund der Verriegelung mit einem federbelasteten Verriegelelement sich mit dem Pleuel (7) mitdreht und nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle (1) der Kolben im Exzenter hydraulisch in Verriegelungsstellung bewegt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (14) des federbelasteten Verriegelelementes in verriegeltem Zustand des Kolbens (12) entlastet wird.