DE19503425A1

DE19503425A1 - Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung bei Kolbenmaschinen

Info

Publication number: DE19503425A1
Application number: DE19503425A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Boehme; Werner Dr Ing Hoffmann
Original assignee: IAV Motor GmbH
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1996-08-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung bei Kolbenmaschinen mit einer durch die an ihr wirkenden Kräfte verstellbaren, exzen trischen Lagerbüchse für den Kolbenbolzen im Auge eines Pleuels.

Vorbekannt sind gattungsgemäße Anordnungen zum Verstellen und Arretieren der Kolbenbolzenlagerung durch die Offenlegungsschrift DE 38 18 357 A1. Bei der durch die an ihr wirkenden Kräfte verstellbaren, exzentrischen Lagerbüchse für den Kolben bolzen im Pleuel erfolgt die Arretierung über hydraulisch in den Eingriff bringbare Sperrbolzen, die im Pleuel geführt sind. Einer dieser Sperrbolzen ist für die obere und einer für die untere Exzenterstellung im Pleuel wirksam.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Notwendigkeit von zwei im Pleuel vom unteren zum oberen Pleuelauge reichenden Ölkanälen und zwei gesonderten Kanalsystemen in der Kurbelwelle zum getrennten Beaufschlagen der Sperrbolzen.

Gemäß der Offenlegungsschrift DE 31 08 486 A1 ist eine vorbeschriebene exzen trische Lagerbüchse im Kolben axial geführt und weist eine spiralförmige Nut auf, in welche ein im oberen Pleuelkopf befestigter Stift hineinreicht. Durch eine axiale Ver lagerung des Kurbeltriebs, an der auch das Pleuel mit dem Stift teilnimmt, erfolgt die Verdrehung der exzentrischen Lagerbüchse. Mit dieser Anordnung ist gleichfalls eine Veränderung der wirksamen Länge des Pleuels und des Verdichtungsverhältnisses einstellbar.

Der Nachteil dieser Anordnung ist, daß der gesamte Kurbeltrieb für eine Verstellung axial zu verlagern ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Anordnung zum Verstellen und Arretieren einer exzentrischen Kolbenbolzenlagerung eine Arretierung zu schaffen, die aufwendige Kanalführungen in Pleuel und Kurbelwelle sowie negative Einflüsse auf die Gestaltung der exzentrischen Pleuelbüchse vermeidet und geringe zu stellende Massen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die exzentrische Lager büchse mit beidseits das Pleuelauge überragenden drehfestgekoppelten Anschlag scheiben ausgestattet ist, die jeweils über ein Sperrglied am Pleuel abstützbar sind.

Dabei ist eine der Anschlagscheiben für eine obere und die andere für eine untere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse wirksam.

Durch diese Lösung wird eine ungeschwächte exzentrische Lagerbüchse und das Entfallen von aufwendigen Kanalführungen in Pleuel und Kurbelwelle möglich.

Vorzugsweise ist das Sperrglied am Pleuel in Richtung der Kolbenbolzenachse schieb bar abgestützt. Es wird eine einfache, das Pleuel nur unwesentlich beeinflussende An lenkung erreicht.

Vorteilhaft ist eine am Zylinder oder dem Kurbelgehäuse in Richtung der Kolbenbolzen achse schiebbar gelagerte Schaltführung neben dem Durchlaufbereich des Pleuels angeordnet, die das Sperrglied in Richtung der Kolbenbolzenachse umfaßt und mit diesem beim Durchlaufen des Bereiches um den unteren Totpunkt im Eingriff steht. Diese Anordnung gestattet den Einbau der erfindungsgemäßen Lösung in übliche Zylinder- und Kurbelgehäuse-Proportionen.

Vorteilhaft ist das Lager für die exzentrische Lagerbüchse im Pleuel zum Unterstützen des Verstellens bei nicht wirksamen Sperrglied auf seiner Anlageseite mit Schmieröl besonders beaufschlagt. Damit werden die dem Verstellen entgegenwirkenden Reib kräfte im Pleuellager herabgesetzt.

Die weiteren Merkmale der Unteransprüche werden im Zusammenhang der nach folgenden Beschreibung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf den Pleuelkopf mit dem Sperrglied am Pleuel;

Fig. 2 eine Ansicht des Pleuelkopfes mit dem Sperrglied bei einem Längsschnitt des Kolbens in der Ebene der Kolbenbolzenachse;

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit schematisierter Darstellung der am Zylinder oder Kurbelgehäuse gelagerten Schaltführung, die das Sperrglied umfaßt.

In Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung zum Verstellen und Arretieren der Kolbenbolzenlagerung schematisch dargestellt.

Ein Kolben 1 ist über den Kolbenbolzen 2 unter Zwischenschaltung einer exzentrischen Lagerbüchse 3 im oberen Pleuelauge 41 des Pleuels 4 mit diesem zur Kraftübertra gung verbunden. Durch die Exzentrizität des Kolbenbolzens 2 zum Lager 43 der Lager büchse 3 und die an dem Kolbenbolzen 2 wirkenden Massenkräfte entsteht ein Dreh moment an der exzentrischen Lagerbüchse 3 sowohl durch die Querkraft des Pleuels als auch durch die Massenkräfte des Kolbens. Dieses bewirkt eine Drehung der Lager büchse 3 im Pleuelauge 41 in Drehrichtung der Kurbelwelle.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Pleuelkopfes 41 mit dem Sperrglied 5 am Pleuel 4 gezeigt.

Die exzentrische Lagerbüchse 3 ist, mit das Pleuelauge 41 beidseits seitlich über ragenden, drehfestgekoppelten Anschlagscheiben 31; 32 ausgestattet. Diese An schlagscheiben 31; 32 sind einzeln, jeweils über ihre Anschläge 311 bzw. 321, alter nativ über das Sperrglied 5 am Pleuel 4 gegen Verdrehen abstützbar. Damit ist bei der in Fig. 1 angegebenen Drehrichtung der Kurbelwelle über die Anschlagscheibe 31 eine obere und die Anschlagscheiben 32 eine untere Stellung der exzentrischen Lager büchse 30 einstellbar.

In Fig. 3 ist ein Längsschnitt des Kolbens 1 in der Ebene der Kolbenbolzenachse KbA mit der Seitenansicht von Pleuel 4 und Sperrglied 5 sowie der Schaltführung 6 gezeigt. Das Sperrglied 5 ist am Pleuel 4 vorzugsweise auf einem Führungsbolzen 42 in Rich tung der Achse KbA des Kolbenbolzens 2 schiebbar gelagert. Das Sperrglied 5 stützt die über die Anschlagflächen 51 bzw. 52 eingeleiteten Kräfte an der anderen Seite vom Führungsbolzen 42 am Pleuel 4 ab.

Mittels einer in Richtung der Achse KbA des Kolbenbolzens 2 am Zylinder oder Kurbel gehäuse in Führungen 61 schiebbar gelagerten Schaltführung 6 ist das Sperrglied 5 verlagerbar - siehe Fig. 3 -. Die Schaltführung 6 ist U-förmig ausgeführt und steht mit dem Sperrglied 5 in der genannten Schubrichtung im Eingriff, weist aber hinsichtlich dessen Bewegungen mit dem Pleuel 4 einen Freiheitsgrad auf.

Weiterhin weist die Schaltführung 6 eine vor dem Bereich des unteren Totpunktes im Eingriff gelangende Einlaufpartie 65 für das Sperrglied 5 auf. Diese Einlaufpartie ist in Richtung des oberen Totpunktes konisch erweitert.

Zum alternativen Verlagern der Schaltführung 6 zwischen Anschlägen 62 ist ein am Motorengehäuse gegengelagerter Stellmotor 7 vorhanden, der beispielsweise wechsel seitig über ein Wegeventil 8 hydraulisch beaufschlagbar ist.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Bei Wirksamkeit der Anschlagscheibe 31 mit dem Anschlag 311 für die obere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse 3 im Pleuelauge 41 ergibt sich ein großer Pleuelaugen abstand - "langes" Pleuel - und folglich bei kleinem Verdichtungsraum ein hohes Verdichtungsverhältnis.

Ist hingegen die Anschlagscheibe 32 mit dem Anschlag 321 für eine untere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse 3 im Pleuelauge 41 wirksam, so ergibt sich ein ge ringerer Pleuelaugenabstand - "kurzes" Pleuel - und folglich bei größerem Verdich tungsraum ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis.

Bei nicht wirksamem Sperrelement 5 befindet sich die exzentrische Lagerbüchse 3 in einem Zustand, in dem sie durch die an der Exzentrizität der Lagerbüchse 3 drehend wirkenden Massenkräfte des Pleuels 4 und des Kolbens 1 verdreht wird. Die Drehung der Lagerbüchse 3 erfolgt im Drehsinn des Kurbeltriebes, demgemäß müssen die Anschläge 311 bzw. 321 der Anschlagscheiben 31, 32 in dieser Richtung am Sperr glied 5 abstützbar sein.

Bei entlastetem Sperrglied 5 im unteren Totpunkt, wird durch alternatives axiales Verschieben des Sperrgliedes 5 der jeweils wirkende Anschlag 311 bzw. 321 der Anschlagscheiben 31 bzw. 32 freigegeben. Danach erfolgt das Verdrehen der Lager büchse 3 je nach ihrer Ausgangsstellung im angegebenen Drehsinn bis der vorher nicht wirksame Anschlag 311 oder 321 an der vorher nicht wirksamen Anschlag fläche 51 oder 52 des Sperrgliedes 5 an liegt.

Prinzipiell erfolgt das Verdrehen der Lagerbüchse 3

- aus ihrer unteren Lage - die Exzentrizität e ist zum unteren Totpunkt gerichtet - beim Aufwärtsgang des Pleuels 4 bis die Exzentrizität e zum oberen Totpunkt gerichtet ist und der Anschlag 311 der Anschlagscheibe 31 an der Anschlag fläche 51 des Sperrgliedes 5 an liegt
- aus ihrer oberen Lage - die Exzentrizität e ist zum oberen Totpunkt gerichtet - beim Abwärtsgang des Pleuels 4 bis die Exzentrizität e zum unteren Totpunkt gerichtet ist und der Anschlag 321 der Anschlagscheibe 32 an der Anschlag fläche 52 des Sperrgliedes 5 anliegt.

Die vorbeschriebenen Änderungen laufen vorzugsweise während der beiden Ladungs wechseltakte - Ausschieben und Verdichten - ab.

Zur Reibungsminderung wird bei nicht wirksamer Arretierung das Lager für die exzentrische Lagerbüchse 31 im Pleuelauge 41 auf seiner Anlageseite mit Schmieröl besonders beaufschlagt.

Bezugszeichenliste

1 Kolben
2 Kolbenbolzen
3 Lagerbüchse, exzentrisch für 2, gelagert in 43
31 Anschlagscheibe für eine obere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse 3 im Pleuelauge 41
311 Anschlag an 31, für obere Stellung der Exzentrizität e in 3, - "langes" Pleuel -
32 Anschlagscheibe für eine untere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse 3 im Pleuelauge 41
321 Anschlag an 32, für untere Stellung der Exzentrizität e in 3, - "kurzes" Pleuel -
4 Pleuel
41 Pleuelauge
42 Führungsbolzen für 5
43 Lager
5 Sperrglied
51 Anschlagfläche für "langes" Pleuel
52 Anschlagfläche für "kurzes" Pleuel
6 Schaltführung, die das Sperrglied 5 in Richtung der Kolbenbolzenachse umfaßt
61 Führung am Zylinder oder Kurbelgehäuse für die Schaltführung 6
62 Anschläge
65 Einlaufpartie
7 Stellmotor für die Schaltführung 6 und das Sperrglied 5
8 Wegeventil
9 Wange der Kurbelwelle
KbA Kolbenbolzenachse
e Exzentrizität zwischen Mittelachse von 2 u. 3
a aufgebrochener Bereich in der Anschlagscheibe 32 zur vollständigen Darstellung des Sperrgliedes 5 in Fig. 1

Claims

1. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung bei Kolbenmaschinen folgender Bauart,

- der Kolben (1) ist im Zylinder geführt und weist eine Kolbenbolzen lagerung auf,
- im Pleuelauge (41) eines Pleuels (4) ist eine frei verstellbare, exzentrische Lagerbüchse (3) für den Kolbenbolzen (2) angeordnet,
- die exzentrische Lagerbüchse (3) ist alternativ in ihrer oberen und unteren Stellung arretierbar

dadurch gekennzeichnet,
daß die exzentrische Lagerbüchse (3) mit beidseits das Pleuelauge (41) überragenden, drehfestgekoppelten Anschlagscheiben (31; 32) ausgestattet ist, die jeweils über ein Sperrglied (5) am Pleuel (4) abstützbar sind, wobei eine der Anschlagscheiben (31) für eine obere und die andere (32) für eine untere Stellung der exzentrischen Lagerbüchse (3) wirksam ist.

2. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (5) am Pleuel (4) vorzugsweise in Richtung der Kolben bolzenachse (KbA) schiebbar abgestützt ist.

3. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Zylinder oder dem Kurbelgehäuse in Richtung der Kolben bolzenachse (KbA) schiebbar gelagerte Schaltführung (6) neben dem Durchlaufbereich des Pleuels (4) angeordnet ist, die das Sperrglied (5) in Richtung der Kolbenbolzenachse (KbA) umfaßt und mit diesem beim Durchlaufen des Bereiches um den unteren Totpunkt im Eingriff steht.

4. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltführung (6) eine vor dem Bereich des unteren Totpunktes im Eingriff gelangende, in Richtung der Kolbenbolzenachse (KbA) konisch erweiterte Einlaufpartie (65) für das Sperrglied (5) aufweist.

5. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht wirksamen Sperrglied (5) das Lager (43) für die exzentrische Lagerbüchse (3) im Pleuelauge (41) auf seiner Anlageseite mit Schmieröl besonders beaufschlagt ist.

6. Anordnung zum Verstellen einer Kolbenbolzenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (43) für die exzentrische Lagerbüchse (3) im Pleuelauge (41) vorzugsweise bei zum Verlagern angesteuertem Stellmotor (7) auf seiner Anlageseite mit Schmieröl (7) besonders beaufschlagt ist.