WO2012139615A1 - Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2012139615A1
WO2012139615A1 PCT/EP2011/006165 EP2011006165W WO2012139615A1 WO 2012139615 A1 WO2012139615 A1 WO 2012139615A1 EP 2011006165 W EP2011006165 W EP 2011006165W WO 2012139615 A1 WO2012139615 A1 WO 2012139615A1
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WO
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adjusting
transmission
adjusting device
game
compression ratio
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PCT/EP2011/006165
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Fieweger
Hansjörg FINKBEINER
Gernot Kurtzer
Markus Lengfeld
Dietmar Schröer
Georg Seidel
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine specified in the preamble of claim 1.
  • the planetary gear further includes stepped planetary geared planetary gears mounted in a planetary carrier in such a manner as to be in constant mesh with the sun gear and the ring gears. It is envisaged that the inclination angle of the teeth of the step wheels and the ring gears are opposite to each other.
  • EP 1 307 642 B1 discloses a reciprocating internal combustion engine as known.
  • the reciprocating internal combustion engine comprises a displaceably arranged in a cylinder piston which is pivotally coupled to a connecting rod, the movement of which is transferable to a crank of a crankshaft.
  • a transmission member is provided, the movement of which can be manipulated via a control lever, with the aim of ensuring a controllable movement of the piston, in particular to allow a variation of the compression ratio and the piston stroke.
  • the transmission member is designed as a pivot lever which is coupled via a hinge to the crank, wherein this joint lies in the intermediate region between a bearing point of the transverse lever to the control lever and a bearing point of the transverse lever to the connecting rod.
  • the joint is between the cross lever and crank at a distance from
  • Connecting line between the two bearing points of the cross lever to the control lever or to the connecting rod arranged. It is envisaged that the side length between the control lever bearing point and the connecting rod bearing point and the side length between the control lever bearing point and the crank pivot point and the side length between the connecting rod bearing point and the crank pivot point are dimensioned in a specific manner with respect to the crank radius.
  • Compression ratio of an internal combustion engine in particular a reciprocating internal combustion engine, comprises at least one
  • Transmission device for transmitting forces and / or torques over which the compression ratio is variably adjustable.
  • forces and / or torques are to be applied and supported by the actuating device, which are transmitted via the transmission device.
  • At least one clearance adjustment device is provided with at least one actuator, by means of which a play of the transmission device is adjustable.
  • at least one first transmission element of the transmission device is movable relative to at least one second transmission element of the transmission device and thus adjustable. The first and the second transmission element thereby fulfill the task of the forces and / or torques for adjusting the
  • Transfer compression ratio At least for setting the Compression ratio is between the first and the second
  • Transmission element can be formed a corresponding operative connection, so that the forces and / or torques for adjusting the compression ratio via the first and the second transmission element of the transmission device are transmitted.
  • the Pandainstell spurked the adjusting device according to the invention makes it possible, an undesirable game or an undesirable value of the game between the transmission elements of the transmission device by adjusting
  • an undesirably large game that is to say an undesirably large value of the game, is compensated for and adjusted to a value which is comparatively low. It is equally possible to set the transmission elements at least substantially free of play, wherein the game is at least substantially reduced to the value zero.
  • Internal combustion engine and the adjusting device does not acoustically perceive the operation of the adjusting device and in particular adjusting operations for adjusting the compression ratio.
  • the noise level of the occupants can be kept very low, which in particular benefits the travel comfort of the motor vehicle. This advantage is particularly useful for long trips.
  • Another advantage of the need-based adjustability of the game is that it can keep low loads of the transmission device and thus the actuator. This benefits a long life of the actuator.
  • Adjusting device thus has a high functional performance safety and can the compression ratio at least substantially over the entire life efficiently and precisely adjust and adapt to thermodynamic requirements of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can be operated very efficiently over its at least almost its entire life, which keeps their fuel consumption and their C0 2 emissions in a small frame.
  • the game is in particular a production-related and / or application-related freedom of movement between the transmission elements.
  • the transmission elements During operation over a certain lifetime or period of time have on the transmission device and thus the transmission elements different influences and loads, which can cause a change in the game, for example, during production and initial assembly of the adjusting game. It may happen that the game (the freedom of movement) increases between the transmission elements, in particular due to wear of the actuator. As a result of this increased game, the transmission elements can undesirably strong, that move over an undesirably large path relative to each other. This can result in rattling, rattling or the like noise. This is due to the needs-based setting of the game by means of
  • Game adjustment device in the adjusting device according to the invention can be realized.
  • the game can be increased while avoiding the formation of unwanted noise, so that, for example, the internal friction of the
  • Transmission device can be kept low. This allows the
  • Game setting device is virtually compensated in both directions.
  • the game can be set to a lesser game and corrected. If there is an undesirably low level of play, that is an undesirably low value of the game, then the game can be corrected and readjusted to an advantageous, larger game. As a result, both unwanted and unpleasant noise can be avoided, and a particularly high efficiency of
  • the actuator of the Petruinstellinnate allows an at least almost continuous or arbitrarily often repeatable setting and adjusting the game automatically over the life of the actuator away. This means that the game can be adjusted not only during manufacture and initial assembly of the actuator and, where appropriate, in the context of maintenance and repair of the actuator, but also during operation or during the life between two maintenance intervals without the intervention of a person. Thus, a permanent, efficient operation of the actuator without the generation of unwanted noise can be realized.
  • This at least substantially continuous adjustment, that is setting, of the clearance during the operation of the transmission device, that is also after the initial assembly and between maintenance or repair intervals, has both advantages over force-defined spring mechanisms for adjusting the game and against path-defined adjustment mechanisms for setting of the game.
  • the force-defined spring mechanisms, wherein the transmission elements are subjected to force relative to each other, whereby the game is kept at a substantially predetermined value at least substantially, in particular have the disadvantage that the efficiency of the transmission device can be adversely affected. This results from relatively high, permanently acting forces, which act on the transmission elements and which cause unfavorable and permanent contact of the transmission elements.
  • the path-defined adjustment mechanisms in which the transmission elements are moved relative to one another during the initial assembly and, if necessary, during maintenance or repair work of the setting device, whereby the clearance is adjusted, have the disadvantage, in particular, that there is a disadvantageous change,
  • Actuator the game is automatically adjusted and readjusted over the life and operation away, so that, for example, the described smoothing effects and otherwise, the game changing influences automatically, that is automatically, without the intervention of a person can be compensated.
  • the transmission elements are designed as gears, in particular a gear, the transmission device.
  • the gears are engaged with each other via respective toothings.
  • the gears allow a particularly efficient and low-efficiency transmission of forces and / or torques for adjusting the compression ratio. Assign the gears to a translation, which is different from one, so it can, for example, by an actuator of the
  • Adjusting force expended forces and / or torques for adjusting the compression ratio can be kept low in amount.
  • the Pandainstell insightful the adjusting device according to the invention allows the at least substantially continuous or arbitrarily often repeatable setting of the game between the teeth, so that in particular undesirable
  • Adjusting device has a particularly advantageous noise behavior.
  • the axial distance between the gears by moving at least one of the gears relative to the other gear adjustable.
  • the gears are at least substantially conical, in particular as bevel gears formed.
  • Adjustment be kept low, which leads to the solution and / or to avoid package problems, especially in a space-critical area such as an engine compartment of the motor vehicle.
  • At least one of the gears is movable relative to the other gear in the axial direction thereof for adjusting the play.
  • the clearance adjustment device comprises a fixing device.
  • the fixing is a by moving the fixing
  • Transmission elements in particular the gears, relative to each other adjusted relative position of the transmission elements fixed.
  • the actuator moves to adjust the game, the transmission elements relative to each other, whereby they are moved to the mutual relative position.
  • the fixing device can fix this relative position, so that the set game is held at least substantially and at least temporarily.
  • the fixing device can be designed as additional to the actuator and / or separately formed by this fixing.
  • the fixing device is a different fixing device from the actuator.
  • the fixing device and the actuator in at least one common
  • the provision of the fixing device has the advantage that the actuator only has to apply forces and / or torques to the
  • Actuator also applies a fixing force for fixing the transmission elements relative to each other. This fixing force is applied by means of the fixing and
  • the applied for adjusting the game forces and / or torques which are referred to as adjusting, are small compared to the necessary fixing force and / or a necessary fixing torque for fixing the
  • Relative position which are referred to as a supporting force or supporting forces.
  • This separation of functions thus enables the representation of a particularly high efficiency of the transmission device, in particular of the transmission.
  • the fixing device is actuated such that it allows a relative movement of the transmission elements.
  • the fixing device is again actuated such that the relative position between the transmission elements is fixed.
  • the fixation by means of fixing device also has the advantage that a contact force for adjusting the game can be kept particularly low, since the contact force does not support reaction forces from the teeth of the gears, but only has to spend the relative movement of the gears to each other.
  • the adjusting device performed.
  • the game for example, particularly low loads prevail in the transmission. If the forces acting on the toothing, which are to be supported, are greater than the setting force, depending on the load condition of the gear during the clearance adjustment process, an increase in play can also be achieved.
  • the relatively high reaction forces from the teeth of the gears at high load conditions of the transmission are at least substantially wegloslos by means of Fixing device supported. This is done on demand and only if the
  • a setting force for adjusting the clearance can be applied at least substantially centrally to the first transmission element.
  • the actuating force is at least substantially eccentric to the first
  • the actuating force can be applied, for example, via a spring element to at least the first transmission element and introduced into this.
  • a frictional engagement and / or a positive connection can be formed.
  • the relative position can be fixed with a particularly high holding force with a low actuating force.
  • a screening with a plurality of latching steps is provided.
  • a fixing force for fixing the relative position is switchable and in terms of magnitude large enough to counteract the fixation forces and / or
  • At least one elastic element in particular a spring element, is provided, via which the adjusting force for adjusting the clearance of the actuator to the corresponding
  • Transmission element in particular on the first transmission element, can be applied.
  • the elastic member is a predetermined compliance or the like, advantageously with a predetermined force-displacement characteristic and / or stiffness, between the actuator and the transmission element to be moved. Since the force can be much lower than reaction forces when transmitting forces and / or torques for adjusting the compression ratio, which act on and against the fixing, is given in the fixed state, only a very small static bias by the amount of force, which now the elastic element acts. Nevertheless, relative movements between the
  • Transmission elements for example, resulting from irregularities of the gears of the gears, due to the elastic design of the element allows what avoids jamming, a blockage or similar malfunction of the transmission device and inadmissible high tension and contact forces.
  • the elastic element can also be used to a desired and defined game magnification by, preferably, at a low load state of the transmission or substantially load-free transmission, without
  • FIG. 1 shows a detail of a schematic sectional view of an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of a Reciprocating internal combustion engine comprising a Duninstell Stein, by means of which a game between two gears of a transmission of a transmission device of the adjusting device is adjustable;
  • Embodiment of the adjusting device according to FIG. 1 Embodiment of the adjusting device according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a section of an adjusting device 10 for variably setting at least one compression ratio of a reciprocating internal combustion engine.
  • the reciprocating internal combustion engine comprises at least one combustion chamber in the form of a cylinder, in which a piston
  • the piston is arranged translationally displaceable relative to the cylinder.
  • the piston is pivotally coupled via a connecting rod with a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine, so that translational movements of the piston in the cylinder relative to this can be converted into a rotational movement of the crankshaft.
  • the connecting rod on the one hand articulated to the piston.
  • a lever element for coupling the piston to the crankshaft is provided.
  • the lever element is rotatably mounted on a crank pin of the crankshaft relative to the crank pin.
  • the lever element is connected on the one hand articulated to the connecting rod.
  • the lever element is at least indirectly coupled to an adjusting shaft 12 of the adjusting device 10.
  • the adjusting shaft 12 of the adjusting device 10 is assigned to a transmission device 14 of the adjusting device 10.
  • the transmission device 14 serves to transmit forces and / or torques for setting or adjusting the compression ratio. These necessary forces and / or torques, which are referred to below as adjusting forces or actuating force, are thereby expended by a motor of the adjusting device 10.
  • This motor is, for example, an electric motor, which is at least indirectly rotatably coupled or coupled to the adjusting shaft 12.
  • the adjusting shaft 12 is formed for example as an eccentric shaft and has at least one eccentric pin, with which the lever element on the other articulated is connected.
  • the adjusting shaft 12 is rotatably mounted on this component about an axis of rotation 17 relative to a component, in particular a housing part, the reciprocating internal combustion engine and / or the adjusting device 10. It can be seen that a rotation of the adjusting shaft 12 to the
  • Rotation axis 17 causes the lever member to rotate about the crank pin, resulting in a translational movement of the piston in the cylinder relative to this results.
  • the compression ratio can be variably adjusted and adapted to thermodynamic requirements of the reciprocating internal combustion engine.
  • the transmission device 14 comprises a transmission 16, which is a first
  • Bevel gear 18 and a second bevel gear 20 includes.
  • the bevel gears 18 and 20 are connected via respective teeth 22 with each other. So can
  • Torques from the pinion acting as a bevel gear 18 are transmitted to the bevel gear 20.
  • the bevel gear 20 is rotatably connected to the adjusting shaft 12 rotatably connected about the rotation axis 17, so that a driving, that is rotating, the bevel gear 20 causes rotation of the adjusting shaft 12. This means that the adjusting shaft 12 acts as the output shaft of the transmission 16.
  • the bevel gear 18 of the gear 16 is rotatably mounted on the and / or on another component, in particular housing part, the reciprocating internal combustion engine and / or the adjusting device 10 about a rotational axis 23 relative to this component.
  • the bevel gear 18 is rotatably connected, for example, with a bearing shaft, not shown in FIG.
  • Bevel gears 18 and 20 at least substantially parallel to each other.
  • the axes of rotation 23 and 17 run obliquely or skewed, in particular at least substantially perpendicular to one another.
  • a flow of the actuating force is deflected by the transmission device 14 and diverted.
  • Adjusting device 10 are kept in a small frame.
  • the adjusting device 10 comprises a clearance adjustment device 24, by means of which a clearance between the teeth 22 of the bevel gears 18 and 20 is adjustable.
  • the Huaweiinstell disturbing 24 comprises a not shown in FIG. 1 actuator, in particular a spring, by means of which the bevel gear 18 relative to
  • Bevel gear 20 at least substantially in the axial direction of the bevel gear 18th is movable according to a directional arrow 26.
  • a defined contact force indicated in FIG. 1 by directional arrows 29 is introduced at least indirectly into the bevel gearwheel 18.
  • the gear 18 is moved by means of the actuator of the Duninstell Road 24 in a direction indicated by the directional arrows 29 direction. This is called hiring.
  • the Duninstell shark 24 comprises a
  • FIG. 1 shows an optional spring element 32 of the clearance adjustment device 24, by means of which the contact force is introduced into the bevel gearwheel 18.
  • Game setting device 24 is provided.
  • the fixing device 34 comprises a fixing body 38, which can be moved at least substantially in the radial direction of the bevel gear 18 in accordance with a directional arrow 36, which is guided in the radial direction by a guide 40.
  • the guide 40 restricts the freedom of movement of the fixing body 38 in the axial direction according to the directional arrow 26.
  • an actuator of the fixing device 34 is provided which for fixing the relative position of the bevel gears 18 and 20 to each other initiates a switchable and in Fig. 1 indicated by a directional arrow 42 fixing force in the fixing body 38.
  • the fixing force can be applied distributed in the circumferential direction of the Anstell stressess 28 over its entire circumference. As can be seen from FIG. 1, however, provision may also be made for the fixing force to be applied only on one side to the positioning body 28 above the fixing body 38. This can be the
  • a component 48 is shown, on which the Anstellmaschine 28 can be supported.
  • the component 48 is, for example, a housing part of the adjusting device 0, to which the positioning body 28 can relatively move in the axial direction.
  • Anstell crusher 28 and between the Anstell redesign 28 and the component 48 is formed.
  • the positioning body 28 can be fixed relative to the component 48 via respective fixing surfaces 52 and 54.
  • the bevel gears 18 and 20 In order to realize a relative movement of the bevel gears 18 and 20 relative to each other relatively low friction and so the game between the
  • the switchable fixing force is canceled. Due to elasticities can be provided that the contact between the fixing body 38 and the Anstelloasa 28 and / or between the
  • Anstell redesign 28 is movable at least in a small frame in the relative direction according to the direction arrow 36 to fix the relative position about this
  • the bearing shaft via which the bevel gear 18 is rotatably mounted about the rotation axis 23 can be passed through the positioning body 28 via a passage opening 50. Since this is movable in the radial direction of the bearing shaft, a radial play between the bearing shaft and the Anstellianu 28 or between the bearing shaft and the passage opening 50 bounding walls of the Anstell stressess 28 is provided so that there is no contact between the bearing shaft and the Anstell stresses 28 ,
  • Anstelltage 28 may be provided at least one friction lining, which between the Anstellianu 28 and the fixing body 38 and the fixing surfaces 44 and 46 and / or between the Anstellianu 28 and the component 48 is provided.
  • the switchable fixing force must advantageously be large enough to support the axial forces acting on the Anstellenia via a frictional and / or positive connection to the respective fixing surfaces 44, 46, 52 and 54.
  • the axial forces occur during operation of the adjusting device 10 as a result of toothing geometries of the toothings 22.
  • the fixation of the relative position can be designed to be de-energized active or de-energized deactivated.
  • the optional spring element 32 has, for example, a defined compliance and / or a defined force-displacement characteristic and a defined or definable
  • Adjustment device 26 Directional arrow

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung (10) zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Übertragungseinrichtung (14), über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist, wobei zumindest eine Spieleinstelleinrichtung (24) mit wenigstens einem Stellglied vorgesehen ist, mittels welchem ein Spiel der Übertragungseinrichtung (14) durch Bewegen wenigstens eines ersten Übertragungselements (18) relativ zu mindestens einem zweiten, zumindest zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses mit dem ersten Übertragungselement (18) eine Wirkverbindung ausbildenden Übertragungselement (20) der Übertragungseinrichtung (14) einstellbar und fixierbar ist.

Description

Stelleinrichtung zum variablen Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses
Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Die DE 195 25 831 A1 offenbart ein Planetengetriebe mit einem angetriebenen
Sonnenrad und mit einem ersten und einem zweiten, jeweils innen- und konisch verzahnten Hohlrad, von denen das erste feststeht und das zweite drehantreibbar gelagert ist und den Abtrieb bildet. Das Planetengetriebe umfasst ferner Stufenplaneten mit konisch verzahnten Stufenrädern, die in einem Planetenträger in der Weise gelagert sind, dass sie in ständigem Zahneingriff mit dem Sonnenrad und den Hohlrädern stehen. Es ist vorgesehen, dass die Neigungswinkel der Verzahnungen der Stufenräder sowie der Hohlräder zueinander entgegengesetzt verlaufen.
Der EP 1 307 642 B1 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine umfasst einen in einem Zylinder verschieblich angeordneten Kolben, der mit einem Pleuel gelenkig gekoppelt ist, dessen Bewegung auf eine Kurbel einer Kurbelwelle übertragbar ist. Zwischen dem Pleuel und der Kurbel ist ein Übertragungsglied vorgesehen, dessen Bewegung über einen Steuerhebel manipulierbar ist, mit dem Ziel, eine steuerbare Bewegung des Kolbens zu gewährleisten, insbesondere um eine Variierung des Verdichtungsverhältnisses und des Kolbenhubs zu ermöglichen. Das Übertragungsglied ist als Schwenkhebel ausgebildet, der über ein Gelenk mit der Kurbel gekoppelt ist, wobei dieses Gelenk im zwischenliegenden Bereich zwischen einem Lagerpunkt des Querhebels zum Steuerhebel und einem Lagerpunkt des Querhebels zum Pleuel liegt. Das Gelenk ist zwischen Querhebel und Kurbel mit Abstand zur
Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten des Querhebels zum Steuerhebel beziehungsweise zum Pleuel angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Pleuel-Lagerpunkt und die Seitenlänge zwischen dem Steuerhebel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt und die Seitenlänge zwischen dem Pleuel-Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt sich bezogen auf den Kurbelradius auf bestimmte Weise bemessen.
Bei dieser sowie bei anderweitigen, aus der Entwicklung von
Verbrennungskraftmaschinen bekannten Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses der entsprechenden
Verbrennungskraftmaschine wird jeweils wenigstens eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen des Verdichtungsverhältnisses eingesetzt. Dabei hat es sich gezeigt, dass es zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche ein verbessertes Geräuschverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Eine solche Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines
Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfasst wenigstens eine
Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Kräften und/oder Drehmomenten, über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Mit anderen Worten, zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses sind von der Stelleinrichtung Kräfte und/oder Drehmomente aufzuwenden und abzustützen, welche über die Übertragungseinrichtung übertragen werden.
Erfindungsgemäß ist zumindest eine Spieleinstelleinrichtung mit wenigstens einem Stellglied vorgesehen, mittels welchem ein Spiel der Übertragungseinrichtung einstellbar ist. Dazu ist wenigstens ein erstes Übertragungselement der Übertragungseinrichtung relativ zu mindestens einem zweiten Übertragungselement der Übertragungseinrichtung bewegbar und so einstellbar. Das erste und das zweite Übertragungselement erfüllen dabei die Aufgabe, die Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des
Verdichtungsverhältnisses zu übertragen. Zumindest zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ist zwischen dem ersten und dem zweiten
Übertragungselement eine entsprechende Wirkverbindung ausbildbar, so dass die Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses über das erste und das zweite Übertragungselement der Übertragungseinrichtung übertragen werden.
Die Spieleinstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ermöglicht es dabei, ein unerwünschtes Spiel beziehungsweise einen unerwünschten Wert des Spiel zwischen den Übertragungselementen der Übertragungseinrichtung durch Einstellen
beziehungsweise Nacheinstellen des Spiels auf einen gewünschten Wert zu korrigieren. Dadurch wird insbesondere ein unerwünscht großes Spiel, das heißt ein unerwünscht großer Wert des Spiels, kompensiert und auf einen demgegenüber geringeren Wert eingestellt. Ebenso möglich ist es, die Übertragungselemente zumindest im Wesentlichen spielfrei einzustellen, wobei das Spiel zumindest im Wesentlichen auf den Wert Null reduziert wird.
Darüber hinaus ist es möglich, ein unerwünscht geringes Spiel, das heißt einen unerwünscht geringen Wert des Spiels, zu vergrößern beziehungsweise auf einen demgegenüber größeren Wert einzustellen. Dies kann einem effizienten Betrieb der Übertragungseinrichtung und damit der gesamten Stelleinrichtung zugute kommen, so sodass diese einen nur sehr geringen Energiebedarf aufweist.
Durch diese bedarfsgerechte Einstellung des Spiels und die Kompensation
unerwünschter Werte des Spiels kann die Entstehung von unerwünschten Geräuschen während des Betriebs der Stelleinrichtung und der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden. Dadurch können beispielsweise Insassen eines Fahrgastraums eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der
Verbrennungskraftmaschine und der Stelleinrichtung den Betrieb der Stelleinrichtung und insbesondere Stellvorgänge zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses nicht akustisch wahrnehmen. Dadurch kann die Geräuschbelastung der Insassen sehr gering gehalten werden, was insbesondere dem Reisekomfort des Kraftwagens zugute kommt. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei langen Reisen zum Tragen.
Ein weiterer Vorteil der bedarfsgerechten Einstellbarkeit des Spiels ist, dass sich dadurch Belastungen der Übertragungseinrichtung und damit der Stelleinrichtung gering halten lassen. Dies kommt einer hohen Lebensdauer der Stelleinrichtung zugute. Die
Stelleinrichtung weist somit eine hohe Funktionserfüllungssicherheit auf und kann das Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen über die gesamte Lebensdauer hinweg effizient und präzise einstellen und an thermodynamische Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine anpassen. So kann die Verbrennungskraftmaschine über ihre zumindest nahezu gesamte Lebensdauer hinweg besonders effizient betrieben werden, was ihren Kraftstoffverbrauch sowie ihre C02-Emissionen in einem geringen Rahmen hält.
Bei dem Spiel handelt es sich insbesondere um eine fertigungsbedingte und/oder anwendungsbedingte Bewegungsfreiheit zwischen den Übertragungselementen.
Während des Betriebs über eine bestimmte Lebensdauer beziehungsweise Zeitspanne hinweg wirken auf die Übertragungseinrichtung und damit die Übertragungselemente unterschiedliche Einflüsse und Belastungen, welche eine Veränderung des beispielsweise bei der Fertigung und der Erstmontage der Stelleinrichtung eingestellten Spiels bewirken können. Dabei kann es vorkommen, dass das Spiel (die Bewegungsfreiheit) zwischen den Übertragungselementen insbesondere infolge eines Verschleißes der Stelleinrichtung zunimmt. Infolge dieses erhöhten Spiels können sich die Übertragungselemente unerwünscht stark, das heißt über einen unerwünscht großen Weg, relativ zueinander bewegen. Daraus kann ein Klappern, Rasseln oder dergleichen Geräuschentwicklung resultieren. Dies ist durch das bedarfsgerechte Einstellen des Spiels mittels der
Spieleinstelleinrichtung vermieden.
Ebenso möglich ist es, dass sich das Spiel (die Bewegungsfreiheit) infolge des Betriebs verringert. Dann ist eine Erhöhung des Spiels wünschenswert, was mittels der
Spieleinstelleinrichtung bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung realisierbar ist. Dabei kann das Spiel unter Vermeidung der Entstehung der unerwünschten Geräusche vergrößert werden, so dass beispielsweise die innere Reibung der
Übertragungseinrichtung gering gehalten werden kann. Dadurch kann die
Übertragungseinrichtung und damit die gesamte Stelleinrichtung besonders effizient betrieben werden. Daraus ist ersichtlich, dass das Spiel mittels der
Spieleinstelleinrichtung quasi in beide Richtungen kompensierbar ist.
Liegt ein unerwünscht großes Spiel beziehungsweise ein unerwünscht großer Wert des Spiels vor, so kann das Spiel hin zu einem geringeren Spiel eingestellt und korrigiert werden. Liegt ein unerwünscht geringes Spiel, das heißt ein unerwünscht geringer Wert des Spiels, vor, so kann das Spiel hin zu einem vorteilhaften, größeren Spiel korrigiert und nachjustiert werden. Dadurch können sowohl unerwünschte und unangenehme Geräusche vermieden, sowie ein besonders hoher Wirkungsgrad der
Übertragungseinrichtung und damit der gesamten Stelleinrichtung verwirklicht werden. Das Stellglied der Spieleinstelleinrichtung ermöglicht dabei ein zumindest nahezu kontinuierliches bzw. beliebig oft wiederholbares Einstellen und Justieren des Spiels automatisch über die Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg. Das bedeutet, dass das Spiel nicht nur bei der Fertigung und der Erstmontage der Stelleinrichtung sowie gegebenenfalls im Rahmen von Wartungs- und Reparaturarbeiten der Stelleinrichtung, sondern auch während des Betriebs beziehungsweise während der Lebensdauer zwischen zwei Wartungsintervallen ohne das Zutun einer Person eingestellt werden kann. So kann ein dauerhafter, effizienter Betrieb der Stelleinrichtung ohne die Entstehung von unerwünschten Geräuschen realisiert werden.
Dieses zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Justieren, das heißt Einstellen, des Spiels während des Betriebs der Übertragungseinrichtung, das heißt auch nach der Erstmontage sowie zwischen Wartungs- beziehungsweise Reparaturintervallen, birgt dabei sowohl Vorteile gegenüber kraftdefinierten Anfedermechanismen zum Einstellen des Spiels als auch gegenüber wegdefinierten Einstellmechanismen zum Einstellen des Spiels. Die kraftdefinierten Anfedermechanismen, wobei die Übertragungselemente relativ zueinander kraftbeaufschlagt werden, wodurch das Spiel auf einem vorgebbaren Wert zumindest im Wesentlichen konstant gehalten wird, weisen insbesondere den Nachteil auf, dass der Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung negativ beeinflusst werden kann. Dies resultiert aus relativ hohen, permanent wirkenden Kräften, welche auf die Übertragungselemente wirken und welche einen unvorteilhaften und permanenten Kontakt der Übertragungselemente bewirken.
Die wegdefinierten Einstellmechanismen, bei welchen die Übertragungselemente einmalig bei der Erstmontage und gegebenenfalls bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten der Stelleinrichtung relativ zueinander bewegt, wodurch das Spiel eingestellt wird, weisen insbesondere den Nachteil auf, dass es zu einer unvorteilhaften Veränderung,
insbesondere Vergrößerung, des Spiels über die Lebensdauer und des Betriebs der Stelleinrichtung hinweg kommt, da beispielsweise Glättungseffekte zwischen den
Übertragungselementen auftreten.
Diese Problematiken sind durch die Spieleinstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung vermieden, da das Spiel automatisch mittels des Stellglieds auch nach der Erstmontage und zwischen Wartungsintervallen nachjustiert und auf bedarfsgerechte Werte einstellt. Die Einstellung des Spiels zwischen den Übertragungselementen bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung erfolgt dabei wegdefiniert. Jedoch ist der bezüglich der wegdefinierten Einstellmechanismen geschilderte Nachteil verhindert, da das
Stellglied das Spiel automatisch über die Lebensdauer und den Betrieb hinweg eingestellt und nachjustiert wird, so dass beispielsweise die geschilderten Glättungseffekte sowie anderweitige, das Spiel verändernde Einflüsse selbsttätig, das heißt automatisch, ohne das Zutun einer Person kompensiert werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Übertragungselemente als Zahnräder, insbesondere eines Getriebes, der Übertragungseinrichtung ausgebildet. Zum Ausbilden der Wirkverbindung stehen die Zahnräder über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff. Die Zahnräder erlauben dabei eine besonders effiziente und wirkungsgradgünstige Übertragung der Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses. Weisen die Zahnräder eine Übersetzung auf, welche von Eins unterschiedlich ist, so können dadurch die beispielsweise von einem Aktor der
Stelleinrichtung aufzuwendende Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses betragsmäßig gering gehalten werden.
Die Spieleinstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ermöglicht dabei das zumindest im Wesentlichen kontinuierliche bzw. beliebig oft wiederholbare Einstellen des Spiels zwischen den Verzahnungen, so dass insbesondere unerwünschte
Zahnflankenspiele der Verzahnungen verhindert werden können. Dadurch können auch Geräusche infolge eines Zahnflankenwechsels vermieden werden, so dass die
Stelleinrichtung ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten aufweist.
Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform möglich, ein zu geringes Spiel zwischen den Verzahnungen ebenso zu vermeiden. Ein zu geringes Spiel würde gegebenenfalls zu einer unerwünscht hohen Reibung des Getriebes beziehungsweise der Zahnräder führen, was den Wirkungsgrad des Getriebes negativ beeinträchtigen kann. Dies ist durch die Spieleinstelleinrichtung vermieden, da das Spiel bedarfsgerecht auf einen gewünschten und vorteilhaften Wert eingestellt kann. Insbesondere bei dieser Ausführungsform weist die Einstellung des Spiels mittels des Stellglieds den zuvor geschilderten Vorteil auf, dass Glättungseffekte zwischen Oberflächen der Verzahnungen kompensiert werden können, so dass das Spiel nachjustiert werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Achsabstand zwischen den Zahnrädern durch Bewegen wenigstens eines der Zahnräder relativ zu dem anderen Zahnrad einstellbar. Dadurch kann das Spiel besonders einfach und in einer besonders kurzen Zeit eingestellt werden. Dies kommt dem effizienten Betrieb der gesamten Stelleinrichtung zugute.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Zahnräder zumindest im Wesentlichen konisch, insbesondere als Kegelzahnräder, ausgebildet. Dadurch ist ein besonders hoher Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung realisierbar, was dem effizienten Betrieb der Übertragungseinrichtung und damit der gesamten Stelleinrichtung zugute kommt. Ferner kann dadurch der Bauraumbedarf der
Stelleinrichtung gering gehalten werden, was zur Lösung und/oder zur Vermeidung von Package-Problemen insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum des Kraftwagens führt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zum Einstellen des Spiels wenigstens eines der Zahnräder in dessen axialer Richtung relativ zu dem anderen Zahnrad bewegbar. Dadurch ist eine besonders einfache, kostengünstige und
bauraumgünstige Einstellbarkeit des Spiels geschaffen, wodurch sich die unerwünschten Geräusche vermeiden lassen, sowie ein besonders hoher Wirkungsgrad des Getriebes realisieren lässt.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Spieleinstelleinrichtung eine Fixiereinrichtung. Mittels der Fixiereinrichtung ist eine durch das Bewegen der
Übertragungselemente, insbesondere der Zahnräder, relativ zueinander eingestellte Relativposition der Übertragungselemente fixierbar. Mit anderen Worten, das Stellglied bewegt zum Einstellen des Spiels die Übertragungselemente relativ zueinander, wodurch diese in die gegenseitige Relativposition bewegt werden. Nach erfolgter Bewegung der Übertragungselemente relativ zueinander kann die Fixiereinrichtung diese Relativposition fixieren, so dass das eingestellte Spiel zumindest im Wesentlichen und wenigstens vorübergehend gehalten wird.
Die Fixiereinrichtung kann dabei als zu dem Stellglied zusätzliche und/oder separat von diesem ausgebildete Fixiereinrichtung ausgebildet sein. Dabei ist die Fixiereinrichtung eine von dem Stellglied unterschiedliche Fixiereinrichtung. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Fixiereinrichtung und das Stellglied in wenigstens einem gemeinsamen
Gehäuseteil integriert sind. Das Vorsehen der Fixiereinrichtung birgt den Vorteil, dass das Stellglied lediglich Kräfte und/oder Drehmomente aufbringen muss, um die
Übertragungselemente relativ zueinander zu bewegen. Es ist nicht vonnöten, dass das Stellglied auch eine Fixierkraft zum Fixieren der Übertragungselemente relativ zueinander aufbringt. Diese Fixierkraft wird mittels der Fixiereinrichtung aufgebracht und
aufgewendet. Diese Funktionstrennung birgt den Vorteil, dass dadurch das Stellglied und die Fixiereinrichtung besonders effizient und bedarfsgerecht auf ihre jeweilige Funktion hin ausgestaltet und ausgelegt werden können.
Die zum Einstellen des Spiels aufzubringenden Kräfte und/oder Drehmomente, welche als Einstellkraft bezeichnet werden, sind dabei gering im Vergleich zu der notwendigen Fixierkraft und/oder zu einem notwendigen Fixiermoment zum Fixieren der
Relativposition, welche als Abstützkraft beziehungsweise Abstützkräfte bezeichnet werden. Diese Funktionstrennung ermöglicht somit die Darstellung eines besonders hohen Wirkungsgrads der Übertragungseinrichtung, insbesondere des Getriebes. Zum Einstellen beziehungsweise zum Nachjustieren des Spiels wird die Fixiereinrichtung derart betätigt, dass sie eine Relativbewegung der Übertragungselemente zulässt. Nach erfolgter Relativbewegung der Übertragungselemente zueinander zum Einstellen des Spiels wird die Fixiereinrichtung wieder derart betätigt, dass die Relativposition zwischen den Übertragungselementen fixiert ist. Durch dieses Fixieren beziehungsweise Lösen und Einstellen des Spiels durch Einstellen der Relativposition kann eine Veränderung des Spiels, insbesondere eine Vergrößerung desselbigen, zumindest im Wesentlichen über die gesamte Lebensdauer hinweg kompensiert werden.
Die Fixierung mittels der Fixiereinrichtung birgt ferner den Vorteil, dass eine Anstellkraft zum Einstellen des Spiels besonders gering gehalten werden kann, da die Anstellkraft nicht Reaktionskräfte aus den Verzahnungen der Zahnräder abzustützen, sondern lediglich die Relativbewegung der Zahnräder zueinander aufzuwenden hat.
Das Einstellen des Spiels durch Bewegen der Übertragungselemente, insbesondere der Zahnräder, relativ zueinander, wird insbesondere in vorgebbaren Zuständen,
insbesondere Betriebszuständen, der Stelleinrichtung durchgeführt. Bei einem solchen vorteilhaften Zustand, in welchem das Spiel vorteilhafterweise eingestellt wird, herrschen beispielsweise besonders niedrige Lasten in dem Getriebe. Wenn die abzustützenden, aus der Verzahnung wirkenden Kräfte, je nach Lastzustand des Getriebes während des Spieleinstellvorgangs, größer als die Anstellkraft sind, kann auch eine Spielvergrößerung erreicht werden.
Die relativ hohen Reaktionskräfte aus den Verzahnungen der Zahnräder bei hohen Lastzuständen des Getriebes werden zumindest im Wesentlichen weglos mittels der Fixiereinrichtung abgestützt. Dies erfolgt bedarfsgerecht und nur dann, wenn die
Reaktionskräfte auch tatsächlich auftreten. So ist keine statische Vorspannung mit einer entsprechend unvorteilhaften Auswirkung auf den Wirkungsgrad der
Übertragungseinrichtung vorgesehen und vonnöten.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Stellkraft zum Einstellen des Spiels, das heißt zum Bewegen der Übertragungselemente relativ zueinander, zumindest im Wesentlichen zentrisch auf das erste Übertragungselement aufbringbar ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Stellkraft zumindest im Wesentlichen exzentrisch auf das erste
Übertragungselement aufgebracht und in dieses eingeleitet wird. Dabei kann die Stellkraft beispielsweise über ein Federelement auf zumindest das erste Übertragungselement aufgebracht und in dieses eingeleitet werden.
Im Falle der Zahnräder als die Übertragungselemente kann es von Vorteil sein, die Stellkraft exzentrisch in zumindest eines der Zahnräder einzuleiten und auf dieses aufzubringen, und zwar in der Weise, dass ein durch Verzahnungskräfte auf das Zahnrad wirkende Kippmoment verringert wird. Daraus resultiert ein tieferes Zustellen, woraus wiederum ein minimales Spiel resultiert. Ebenso möglich ist es, dass infolge der exzentrischen Einleitung der Stellkraft das durch die Verzahnungskräfte auf das Zahnrad wirkende Kippmoment vergrößert wird. Daraus resultiert ein weniger tiefes Zustellen, woraus wiederum ein definiertes Restspiel resultiert. Dies kommt der Leichtgängigkeit des Getriebes zugute, so dass diese mit einer besonders geringen Reibung und damit besonders effizient betrieben werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Fixieren der Relativposition der Übertragungselemente zueinander ein Reibschluss und/oder ein Formschluss ausbildbar ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass zum Fixieren der Relativposition zumindest eines, insbesondere des ersten, der Übertragungselemente durch den Reibschluss und/oder den Formschluss relativ zu dem anderen, insbesondere dem zweiten, Übertragungselement fixierbar ist. Dadurch kann die Relativposition mit einer besonders hohen Haltekraft bei geringer Betätigungskraft fixiert werden. Im Falle der formschlüssigen Fixierung ist beispielsweise eine Rasterung mit einer Mehrzahl an Raststufen vorgesehen.
Zur Darstellung einer besonders festen Fixierung durch den Reibschluss ist
beispielsweise wenigstens ein Reibbelag vorgesehen, über welchen das entsprechende Übertragungselement relativ zu dem anderen Übertragungselement fixiert werden kann. Vorteilhafterweise ist eine Fixierkraft zum Fixieren der Relativposition schaltbar und betragsmäßig groß genug, um entgegen der Fixierung wirkende Kräfte und/oder
Drehmomente über den Reibschluss und/oder den Formschluss abstützen zu können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein elastisches Element, insbesondere ein Federelement, vorgesehen, über welches die Stellkraft zum Einstellen des Spiels von dem Stellglied auf das entsprechende
Übertragungselement, insbesondere auf das erste Übertragungselement, aufbringbar ist. Durch das elastische Element ist eine vorgebbare Nachgiebigkeit oder dergleichen, vorteilhafterweise mit einer vorgebbaren Kraft-Weg-Kennlinie und/oder Steifigkeit, zwischen dem Stellglied und dem zu bewegenden Übertragungselement dargestellt. Da die Stellkraft wesentlich geringer sein kann als Reaktionskräfte beim Übertragen von Kräften und/oder Drehmomenten zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses, welche auf und gegen die Fixiereinrichtung wirken, ist im fixierten Zustand nur eine sehr geringe statische Vorspannung durch den Betrag der Stellkraft gegeben, der nun durch das elastische Element wirkt. Dennoch werden Relativbewegungen zwischen den
Übertragungselementen, beispielsweise resultierend aus Ungleichmäßigkeiten der Verzahnungen der Zahnräder, infolge der elastischen Ausbildung des Elements ermöglicht, was ein Verklemmen, eine Blockade oder eine ähnliche Fehlfunktion der Übertragungseinrichtung sowie unzulässig hohe Verspannung und Kontaktkräfte vermeidet. Das elastische Element kann auch zu einer gewünschten und definierten Spielvergrößerung herangezogen werden, indem, vorzugsweise bei einem niedrigem Lastzustand des Getriebes oder bei im Wesentlichen lastfreiem Getriebe, ohne
Aufbringen einer Anstellkraft die Fixierung gelöst wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dies vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, welche eine Spieleinstelleinrichtung umfasst, mittels welcher ein Spiel zwischen zwei Zahnrädern eines Getriebes einer Übertragungseinrichtung der Stelleinrichtung einstellbar ist; und
Fig. 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Stelleinrichtung gemäß Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Stelleinrichtung 10 zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders, in welchem ein Kolben
translatorisch relativ zu dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben ist dabei über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gelenkig gekoppelt, so dass translatorische Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandet werden können.
Zur Kopplung des Kolbens mit dem Pleuel vorgesehen ist das Pleuel einerseits mit dem Kolben gelenkig verbunden ist. Ferner ist ein Hebelelement zur Kopplung des Kolbens mit der Kurbelwelle vorgesehen. Das Hebelelement ist dabei an einem Hubzapfen der Kurbelwelle relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert. Ferner ist das Hebelelement einerseits gelenkig mit dem Pleuel verbunden. Andererseits ist das Hebelelement zumindest mittelbar mit einer Verstellwelle 12 der Stelleinrichtung 10 gekoppelt.
Die Verstellwelle 12 der Stelleinrichtung 10 ist dabei einer Übertragungseinrichtung 14 der Stelleinrichtung 10 zugeordnet. Die Übertragungseinrichtung 14 dient dazu, zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses aufzuwendende Kräfte und/oder Drehmomente zu übertragen. Diese notwendigen Kräfte und/oder Drehmomente, welche im Folgenden als Stellkräfte oder Stellkraft bezeichnet werden, werden dabei von einem Motor der Stelleinrichtung 10 aufgewendet. Bei diesem Motor handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor, welcher mit der Verstellwelle 12 zumindest mittelbar drehfest gekoppelt oder koppelbar ist. Ausgehend von dem
Elektromotor werden die Stellkräfte in die Übertragungseinrichtung 14 eingeleitet und von dieser auf den Kolben in dem Zylinder übertragen.
Die Verstellwelle 12 ist dabei beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet und weist wenigstens einen exzentrischen Zapfen auf, mit welchem das Hebelelement andererseits gelenkig verbunden ist. Die Verstellwelle 12 ist dabei um eine Drehachse 17 relativ zu einem Bauteil, insbesondere einem Gehäuseteil, der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung 10 drehbar an diesem Bauteil gelagert. Daraus ist es ersichtlich, dass ein Drehen der Verstellwelle 12 um die
Drehachse 17 ein Drehen des Hebelelements um den Hubzapfen bewirkt, woraus eine translatorische Bewegung des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem resultiert.
Dadurch kann das Verdichtungsverhältnis variabel eingestellt und an thermodynamische Erfordernisse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine angepasst werden.
Die Übertragungseinrichtung 14 umfasst ein Getriebe 16, welches ein erstes
Kegelzahnrad 18 und ein zweites Kegelzahnrad 20 umfasst. Die Kegelzahnräder 18 und 20 stehen über jeweilige Verzahnungen 22 miteinander im Eingriff. So können
Drehmomente von dem als Ritzel fungierenden Kegelzahnrad 18 auf das Kegelzahnrad 20 übertragen werden. Das Kegelzahnrad 20 ist dabei drehfest mit der Verstellwelle 12 um die Drehachse 17 drehbar verbunden, so dass ein Antreiben, das heißt Drehen, des Kegelzahnrads 20 ein Drehen der Verstellwelle 12 bewirkt. Dies bedeutet, dass die Verstellwelle 12 als Abtriebswelle des Getriebes 16 fungiert.
Das Kegelzahnrad 18 des Getriebes 16 ist dabei an dem und/oder an einem weiteren Bauteil, insbesondere Gehäuseteil, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung 10 um eine Drehachse 23 relativ zu diesem Bauteil drehbar gelagert. Dazu ist das Kegelzahnrad 18 beispielsweise mit einer in der Fig. 1 nicht gezeigten Lagerwelle drehfest verbunden.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, verlaufen die Drehachsen 23 und 17 der
Kegelzahnräder 18 und 20 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander. Wie anhand der Fig. 2 ersichtlich ist, kann auch vorgesehen sein, dass die Drehachsen 23 und 17 schräg oder windschief, insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht, zueinander verlaufen. Dadurch wird ein Fluss der Stellkraft durch die Übertragungseinrichtung 14 abgelenkt und umgeleitet. Dadurch kann beispielsweise der Bauraumbedarf der
Stelleinrichtung 10 in einem geringen Rahmen gehalten werden.
Die Stelleinrichtung 10 umfasst eine Spieleinstelleinrichtung 24, mittels welcher ein Spiel zwischen den Verzahnungen 22 der Kegelzahnräder 18 und 20 einstellbar ist. Dazu umfasst die Spieleinstelleinrichtung 24 ein in der Fig. 1 nicht gezeigtes Stellglied, insbesondere eine Feder, mittels welchem das Kegelzahnrad 18 relativ zum
Kegelzahnrad 20 zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung des Kegelzahnrads 18 gemäß einem Richtungspfeil 26 bewegbar ist. Dazu wird beispielsweise eine in der Fig. 1 durch Richtungspfeile 29 angedeutete, definierte Anstellkraft zumindest mittelbar in das Kegelzahnrad 18 eingeleitet.
Um das Spiel zwischen den Verzahnungen 22 zu reduzieren und beispielsweise ausgehend von einem ersten, relativ hohen Wert auf einen dazu geringeren, zweiten Wert einzustellen, wird das Zahnrad 18 mittels des Stellglieds der Spieleinstelleinrichtung 24 in eine durch die Richtungspfeile 29 angedeutete Richtung bewegt. Dies wird als Anstellen bezeichnet.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, umfasst die Spieleinstelleinrichtung 24 einen
Anstellkörper 28, unter dessen Vermittlung eine durch die Richtungspfeile 29
angedeutete Anstellkraft zum Anstellen in das Kegelzahnrad 18 eingeleitet wird. Dem Kegelzahnrad 18 ist ferner ein Axiallager 30 der Spieleinstelleinrichtung 24 zugeordnet, unter Vermittlung dessen die Anstellkraft in das Kegelzahnrad 18 eingeleitet wird. Ferner ist in der Fig. 1 ein optionales Federelement 32 der Spieleinstelleinrichtung 24 dargestellt, unter dessen Vermittlung die Anstellkraft in das Kegelzahnrad 18 eingeleitet wird.
Bei der Spieleinstelleinrichtung 24 der Stelleinrichtung 10 ist dabei eine
Funktionstrennung realisiert, bei welcher die Funktion des Einstellens des Spiels von der Funktion einer Fixierung einer Relativposition zwischen dem Kegelzahnrad 18 und dem Kegelzahnrad 20 getrennt ist.
Durch Einstellen des Spiels durch das Bewegen des Kegelzahnrads 18 relativ zum Kegelzahnrad 20 wird eine Relativposition der Kegelzahnräder 18 und 20 zueinander eingestellt. Zum Fixieren dieser Relativposition ist eine Fixiereinrichtung 34 der
Spieleinstelleinrichtung 24 vorgesehen. Die Fixiereinrichtung 34 umfasst einen zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung des Kegelzahnrads 18 gemäß einem Richtungspfeil 36 bewegbaren Fixierkörper 38, welcher durch eine Führung 40 in radialer Richtung geführt ist. Die Führung 40 schränkt dabei die Bewegungsfreiheit des Fixierkörpers 38 in axialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 26 ein.
Zum Bewegen des Fixierkörpers 38 ist beispielsweise ein Stellglied der Fixiereinrichtung 34 vorgesehen, welches zum Fixieren der Relativposition der Kegelzahnräder 18 und 20 zueinander eine schaltbare und in der Fig. 1 durch einen Richtungspfeil 42 angedeutete Fixierkraft in den Fixierkörper 38 einleitet. Zum Fixieren der Relativposition wirkt der Fixierkörper 38 mit dem Anstellkörper 28 über jeweilige Fixierflächen 44 und 46 zusammen.
Die Fixierkraft kann dabei in Umfangsrichtung des Anstellkörpers 28 über dessen gesamten Umfang verteilt aufgebracht werden. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Fixierkraft lediglich von einer Seite her auf den Anstellkörper 28 über dem Fixierkörper 38 aufgebracht wird. Dabei kann sich der
Anstellkörper 28 auf einer weiteren, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite abstützen. In der Fig. 1 ist ein Bauteil 48 dargestellt, an welchem sich der Anstellkörper 28 abstützen kann. Bei dem Bauteil 48 handelt es sich beispielsweise um ein Gehäuseteil der Stelleinrichtung 0, zu welchem sich der Anstellkörper 28 in axialer Richtung relativ bewegen kann.
Daraus ist es ersichtlich, dass zum Fixieren der Relativposition in radialer Richtung des Anstellkörpers 28 sowohl ein Kontakt zwischen dem Fixierkörper 38 und dem
Anstellkörper 28 als auch zwischen dem Anstellkörper 28 und dem Bauteil 48 ausgebildet ist. Dadurch ist der Anstellkörper 28 relativ zu dem Bauteil 48 über jeweilige Fixierflächen 52 und 54 fixierbar. Um eine Relativbewegung der Kegelzahnräder 18 und 20 relativ zueinander relativ reibungsarm zu realisieren und um so das Spiel zwischen den
Verzahnungen 22 vorteilhaft einstellen zu können, wird die schaltbare Fixierkraft aufgehoben. Aufgrund von Elastizitäten kann dabei vorgesehen sein, dass der Kontakt zwischen dem Fixierkörper 38 und dem Anstellkörper 28 und/oder zwischen dem
Anstellkörper 28 und dem Bauteil 48 aufgehoben wird. Dies bedeutet, dass der
Anstellkörper 28 zumindest in einem geringen Rahmen in relativer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 36 bewegbar ist, um über diesen die Relativposition zu fixieren
beziehungsweise diese Fixierung freizugeben.
Wie anhand der Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Lagerwelle, über welche das Kegelzahnrad 18 um die Drehachse 23 drehbar gelagert ist, über eine Durchtrittsöffnung 50 durch den Anstellkörper 28 hindurchgeführt sein. Da dieser auch in radialer Richtung der Lagerwelle bewegbar ist, ist ein Radialspiel zwischen der Lagerwelle und dem Anstellkörper 28 beziehungsweise zwischen der Lagerwelle und die Durchtrittsöffnung 50 begrenzenden Wandungen des Anstellkörpers 28 vorgesehen, so dass es zu keiner Berührung zwischen der Lagerwelle und dem Anstellkörper 28 kommt.
Zur Darstellung einer besonders festen Fixierung der Relativposition über den
Anstellkörper 28 kann wenigstens ein Reibbelag vorgesehen sein, welcher zwischen dem Anstellkörper 28 und dem Fixierkörper 38 beziehungsweise den Fixierflächen 44 und 46 und/oder zwischen dem Anstellkörper 28 und dem Bauteil 48 vorgesehen ist.
Die schaltbare Fixierkraft muss dabei vorteilhafterweise groß genug sein, um auf den Anstellkörper wirkende Axialkräfte über einen Reib- und/oder Formschluss an den jeweiligen Fixierflächen 44, 46, 52 und 54 abzustützen. Zu den Axialkräften kommt es dabei bei einem Betrieb der Stelleinrichtung 10 resultierend aus Verzahnungsgeometrien der Verzahnungen 22.
Die Fixierung der Relativposition kann stromlos aktiv oder stromlos deaktiviert ausgebildet sein. Im ersten Fall bedeutet dies, dass die Fixiereinrichtung 34 ohne mit Energie, insbesondere elektrischem Strom, versorgt zu werden, die Relativposition fixiert. Der zweite Fall bedeutet, dass zum Fixieren der Relativposition die Versorgung der
Fixiereinrichtung 34 mit Energie, insbesondere mit elektrischem Strom, vonnöten ist.
Das optionale Federelement 32 weist beispielsweise eine definierte Nachgiebigkeit und/oder eine definierte Kraft-Weg-Kennlinie und eine definierte oder definierbare
Steifigkeit auf. Ebenso können Nachgiebigkeiten zwischen den Fixierflächen 44, 46, 52 und 54 vorgesehen sein. Da die Anstellkraft wesentlich geringer sein kann als die
Axialkräfte, welche axiale Reaktionskräfte aus den Verzahnungen 22 sind, ergibt sich im fixierten Zustand nur eine minimale statische Vorspannung durch den Betrag der
Anstellkraft. Der Betrag wirkt nun durch das optionale Federelement 32. Trotzdem sind Axialbewegungen resultierend aus Ungleichmäßigkeiten der Verzahnungen 22 über dem Umfang zumindest eines der Kegelzahnräder 18 und/oder 20 dadurch ermöglicht, was eine Blockade des Betriebs 16 und/oder unzulässige Verspannungen und Kontaktkräfte verhindert.
Bezugszeichenliste
10 Stelleinrichtung
12 Verstellwelle
14 Übertragungseinrichtung
16 Getriebe
17 Drehachse
18 Kegelzahnrad
20 Kegelzahnrad
22 Verzahnung
23 Drehachse
24 Spieleinstelleinrichtung 26 Richtungspfeil
28 Anstellkörper
29 Richtungspfeil
30 Axiallager
32 Optionales Federelement
34 Fixiereinrichtung
36 Richtungspfeil
38 Fixierkörper
40 Führung
42 Richtungspfeil
44 Fixierfläche
46 Fixierfläche
48 Bauteil
50 Durchtrittsöffnung
52 Fixierfläche
54 Fixierfläche

Claims

Patentansprüche
1. Stelleinrichtung (10) zum variablen Einstellen wenigstens eines
Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer
Übertragungseinrichtung (14), über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Spieleinstelleinrichtung (24) mit wenigstens einem Stellglied vorgesehen ist, mittels welchem ein Spiel der Übertragungseinrichtung (14) durch Bewegen wenigstens eines ersten Übertragungselements (18) relativ zu mindestens einem zweiten, zumindest zum Einstellen des
Verdichtungsverhältnisses mit dem ersten Übertragungselement (18) eine Wirkverbindung ausbildenden Übertragungselement (20) der
Übertragungseinrichtung (14) einstellbar ist.
2. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Übertragungselemente (18, 20) als Zahnräder (18, 20), insbesondere eines Getriebes (16), der Übertragungseinrichtung (14) ausgebildet sind, welche zum Ausbilden der Wirkverbindung über jeweiligen Verzahnungen (22) miteinander im Eingriff stehen.
3. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Einstellen des Spiels der Achsabstand zwischen den Zahnrädern (18, 20) durch Bewegen wenigstens eines der Zahnräder (18, 20) relativ zu dem anderen Zahnrad (18, 20) einstellbar ist.
4. Stelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zahnräder (18, 20) als Kegelzahnräder (18, 20) ausgebildet sind.
5. Stelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Einstellen des Spiels wenigstens eines der Zahnräder (18, 20) in dessen axialer Richtung (26) relativ zu dem anderen Zahnrad (18, 20) bewegbar ist.
6. Stelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spieleinstelleinrichtung (24) eine Fixiereinrichtung (34) umfasst, mittels welcher eine durch das Bewegen der Übertragungselemente (18, 20) eingestellte
Relativposition dieser zueinander fixierbar ist.
7. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Fixieren der Relativposition zumindest eines, insbesondere des ersten, der Übertragungselemente (18, 20) durch einen Reibschluss und/oder einen
Formschluss relativ zu dem anderen, insbesondere dem zweiten,
Übertragungselement (18, 20) fixierbar ist.
8. Stelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Stellkraft zum Einstellen des Spiels zumindest im Wesentlichen exzentrisch von dem Stellglied auf das erste Übertragungselement (18, 20) aufbringbar ist.
9. Stelleinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein elastisches Element (32), insbesondere ein Federelement (32), vorgesehen ist, über welches eine Stellkraft zum Einstellen des Spiels von dem Stellglied auf das erste Übertragungselement (18, 20) aufbringbar ist.
PCT/EP2011/006165 2011-04-15 2011-12-08 Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine Ceased WO2012139615A1 (de)

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