WO2012139620A1 - Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2012139620A1
WO2012139620A1 PCT/EP2011/006213 EP2011006213W WO2012139620A1 WO 2012139620 A1 WO2012139620 A1 WO 2012139620A1 EP 2011006213 W EP2011006213 W EP 2011006213W WO 2012139620 A1 WO2012139620 A1 WO 2012139620A1
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WO
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compression ratio
adjusting
adjusting device
bearing
component
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PCT/EP2011/006213
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English (en)
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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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    • 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
    • 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
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston internal combustion engine, the type specified in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to such a control device of the
  • JP 2007-239520 discloses such an actuator for variably setting at least one compression ratio of a reciprocating internal combustion engine.
  • DE 195 25 831 A1 discloses a planetary gear with a driven sun gear as known, wherein the transmission comprises a first and a second, each internally and conically toothed ring gear. Of these, the first is fixed and the second is rotatably mounted and forms the output.
  • 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 provided that the inclination angle of the gears of the step wheels and the ring gears are opposite to each other.
  • the known adjusting devices have an undesirably high space requirement and an undesirably high assembly costs.
  • the first aspect of the invention relates to an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine.
  • the adjusting device comprises at least one motor, which serves to apply forces and / or torques for setting or adjusting the compression ratio or
  • the adjusting device further comprises at least one transmission via which the
  • Compression ratio is adjustable.
  • the transmission includes, for example, at least one pair of gears with two gears, which are engaged with each other via respective gears.
  • the adjusting device further comprises at least one braking device, by means of which the set compression ratio is at least substantially maintained.
  • the braking device thus serves to maintain the set compression ratio in particular against forces and / or torques resulting from combustion processes of the internal combustion engine, so that the compression ratio is not adjusted or adjusted undesirably to a different value.
  • the brake device and the transmission are integrated by integrating them into at least one of the brake device and the transmission
  • Actuator according to the first aspect of the invention only a very small
  • the adjusting device has only a very small number of parts and a low weight.
  • the actuator of the first aspect of the invention has a low
  • the effort to ensure a coaxiality of the transmission and the braking device and a cost for tolerance compensation between them can be kept low due to the summary of the corresponding components to the corresponding module.
  • the second aspect of the invention relates to an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, with at least one engine.
  • the motor serves to apply forces and / or torques to thereby adjust the compression ratio.
  • the adjusting device of the second aspect of the invention further comprises at least one braking device by means of which the set compression ratio is at least substantially to be maintained.
  • the set compression ratio can be maintained in particular counter to forces and / or moments resulting from combustion processes of the internal combustion engine and an undesired adjustment of the compression ratio can be avoided.
  • Braking device is integrated in at least one bearing for mutual storage of two relatively movable components for adjusting the compression ratio.
  • at least one of the relatively movable components serves to transmit the forces and / or torques applied by the engine for setting the compression ratio, so that
  • these components can now be fixed relative to each other and secured against relative movement, so that the set compression ratio can no longer change undesirable and independently.
  • the adjusting device of the second aspect of the invention has a particularly low
  • the bearing is designed as a bearing, in particular a plain bearing, an adjusting shaft, in particular an eccentric shaft, wherein the adjusting shaft is one of the components.
  • the adjusting shaft is rotatably supported via the bearing on the second component of the adjusting device about an axis of rotation relative to the second component.
  • the second component is
  • This integration of the braking device in the bearing of the adjusting shaft has the advantage that thereby the forces and / or torques, which against the set
  • Compression ratio act, particularly advantageous and at least substantially absorbed and supported directly.
  • the adjusting shaft has a certain diameter, which makes it possible for the bearing with respect to its
  • the braking device comprises at least one of the components
  • the outer circumference at least partially surrounding bearing part, in particular a bearing ring of the bearing.
  • the bearing part is for holding the one component, in particular the adjusting, relative to the second component in at least indirectly operative connection with the one component relative to this movable.
  • the bearing part is movable both relative to the one and relative to the second component in order to fix the one component relative to the second component.
  • the bearing part is formed for example as a bearing ring, which is slotted. As a result, the bearing ring can be moved in the direction of the adjusting shaft, ie it can be clamped, and thus frictionally fix the adjusting shaft mounted on the housing to the housing, ie fix it relative to the housing.
  • the adjusting shaft can be held against large forces and / or torques, and with only a very small space requirement and with only a very small number of parts. This keeps the weight, the cost and space requirements of the entire actuator particularly low.
  • the braking device comprises an actuator, by means of which, for forming the operative connection, the bearing part is movable relative to the one component, in particular to the adjusting shaft.
  • the bearing part is movable relative to the one component, in particular to the adjusting shaft.
  • a particularly needs-based maintenance of a component and thus the compression ratio can be carried out, since the actuator is quickly and as needed between a release position and at least one holding position movable.
  • the release position the one component is released so that it can be moved to adjust the compression ratio.
  • the holding position the one component is fixed relative to the second component, so that the
  • Compression ratio is particularly secured against unwanted adjustment.
  • the actuator of the braking device is designed as a piezo actuator.
  • the actuator has only a very small space requirement, what the space requirement of the entire
  • Actuator keeps in a very small frame. Furthermore, the piezoelectric actuator allows particularly fast switching of the braking device between the release position and the holding position, so that particularly frequent adjustments of the
  • the adjusting device of the second aspect of the invention advantageously comprises a gear, which comprises, for example, at least one pair of gears with two gears.
  • the gears are engaged via respective gears with each other.
  • the compression ratio can be adjusted via the transmission, wherein the transmission is preferably arranged between the engine and the adjusting shaft in a force and / or torque flow from the engine to the adjusting shaft.
  • the engine which is designed for example as an electric motor, only relatively small torques apply, which are converted by the transmission in contrast very high torques.
  • the gearbox can in contrast convert relatively small actuating torques, so as to adjust or adjust the compression ratio, even against relatively high forces and / or torques.
  • the engine can be particularly small in terms of its
  • the drawing shows a schematic diagram of a control device for variable
  • the pursuit to reduce fuel consumption of reciprocating internal combustion engines leads to provide the reciprocating internal combustion engines each with at least one adjusting device by means of which at least one compression ratio of the associated reciprocating internal combustion engine is variably adjustable.
  • the FIGURE shows such a control device 10, by means of which the compression ratio of thermodynamic requirements of the reciprocating internal combustion engine is adaptable.
  • the associated reciprocating internal combustion engine has at least one combustion chamber in the form of a cylinder, in which a piston is received translationally relative to the cylinder displaceable.
  • the piston is pivotally coupled to a connecting rod, which in turn is coupled to a lever element of the adjusting device 10.
  • the lever element is rotatably mounted on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine relative to the crank pin.
  • the one hand with the connecting rod articulated lever element on the other hand at least indirectly coupled to an adjusting shaft 12 of the adjusting device 10 articulated.
  • the adjusting shaft 12 is formed for example as an eccentric shaft and has at least one eccentric on which the lever element is rotatably mounted at least indirectly relative to the eccentric.
  • Adjusting shaft 12 the piston in the cylinder can be moved relative to this translational.
  • the adjusting shaft 12 is rotated about an axis of rotation 14 of the adjusting shaft. This causes a rotation of the lever member relative to the crank pin, which in turn results in the translational movement of the piston in the cylinder relative thereto.
  • the adjusting shaft 12 is rotatably mounted about at least one bearing on a housing part of the reciprocating internal combustion engine and / or the adjusting device 10 relative to the housing part about the axis of rotation 4.
  • combustion processes occur in the cylinder. From these combustion processes forces and / or torques resulting from the piston and the
  • the adjusting device 10 comprises a
  • Braking device 20 by means of which the currently set compression ratio is at least substantially constant.
  • the adjusting device 10 For adjusting the compression ratio, i. for the desired rotation of the adjusting shaft 12 about the axis of rotation 14, the adjusting device 10 comprises an electric motor.
  • the electric motor applies a torque, which is introduced into the adjusting shaft 12.
  • the adjusting device 10 comprises a gearbox 18.
  • the gearbox 18 is preferably arranged between the electric motor 16 and the adjusting shaft 12 in a torque flow from the electric motor 16 to the adjusting shaft 12. In this way, a torque expended by the electric motor 16 can be converted into a setting torque which is higher in terms of magnitude, so that the compression ratio can be adjusted against the acting forces and / or torques by means of the relatively high actuating torque.
  • the transmission 18 and the brake device 20 are integrated into a housing 22 common to the transmission 18 and the brake device 20.
  • the transmission 18 and the brake device 20 are combined to form a separate assembly 24 from the electric motor 16.
  • the assembly 24 is coupled via a connecting shaft 26 with the electric motor 16, so that the electric motor 16 can apply a torque for adjusting the compression ratio and can initiate the transmission 8.
  • the transmission 8 then converts this torque into a higher torque (actuating torque) and introduces it into the adjusting shaft 12.
  • the adjusting device 10 has due to the integration of the transmission 16 and the
  • Braking device 20 in the common housing 22 a very small
  • the assembly 24 may be at least substantially parallel to the rest in time
  • Adjusting device 10 is mounted and then connected time and cost with the gear 18 and with the electric motor 16 via the connecting shaft 26. As part of the pre-assembly may also be carried out a review of the assembly 24, so that any malfunction should be excluded and avoided.
  • the braking device 20 is at least partially integrated in the bearing, via which the adjusting shaft 12 is mounted on the housing part.
  • the bearing includes, for example, one of
  • Brake device 20 associated slotted bearing ring.
  • the bearing ring surrounds the adjusting shaft 12 in the circumferential direction on the outer peripheral side over at least a portion. If the bearing ring is tensioned by means of an actuator of the brake device 20 and thus moved into contact with the adjusting shaft 12, a frictional engagement between the bearing ring and the adjusting shaft 12 can be formed thereby. Thus, the adjusting shaft 12 and the bearing ring can be fixed relative to each other.
  • the bearing ring is on the other hand firmly supported on the housing part relative to this, so that the adjusting shaft 12 can be fixed relative to the housing via the bearing ring and the frictional engagement formed with this. Thus, an undesired rotation of the adjusting shaft 12 can be avoided, whereby the set compression ratio over a certain period of time can be kept at least substantially constant.

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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 einem Motor (16), mittels welchem das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist, mit wenigstens einem Getriebe (18), über welches das Verdichtungsverhältnis einstellbar ist, und mit wenigstens einer Bremseinrichtung (20), mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen zu halten ist, wobei die Bremseinrichtung (20) und das Getriebe (18) durch Integration dieser in wenigstens ein der Bremseinrichtung (20) und dem Getriebe (18) gemeinsames Gehäuseteil (22) zu einer vom Motor (16) separaten Baugruppe (24) zusammengefasst sind.

Description

Stelleinrichtung zum variablen Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses
Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine^Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft auch eine solche Stelleinrichtung der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 3 angegebenen Art.
Die JP 2007-239520 offenbart eine solche Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine.
Der DE 195 25 831 A1 ist ein Planetengetriebe mit einem angetriebenen Sonnenrad als bekannt zu entnehmen, wobei das Getriebe ein erstes und ein zweites, jeweils innen- und konisch verzahntes Hohlrad umfasst. Von diesen steht das erste fest und das zweite ist drehantreibbar gelagert und bildet den Abtrieb. 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. Dabei ist vorgesehen, dass die Neigungswinkel der Verzahnungen der Stufenräder sowie der Hohlräder zueinander entgegengesetzt verlaufen.
Die bekannten Stelleinrichtungen weisen einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf sowie einen unerwünscht hohen Montageaufwand auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche einen reduzierten Bauraumbedarf sowie reduzierte
Montagekosten aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Der erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Die Stelleinrichtung umfasst dabei wenigstens einen Motor, welcher dazu dient, Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses aufzubringen bzw.
aufzuwenden. Mittels des Motors ist das Verdichtungsverhältnis somit variabel einstellbar. Die Stelleinrichtung umfasst ferner wenigstens ein Getriebe, über welches das
Verdichtungsverhältnis einstellbar ist. Dazu umfasst das Getriebe beispielsweise wenigstens ein Zahnradpaar mit zwei Zahnrädern, welche über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff stehen.
Die Stelleinrichtung umfasst ferner wenigstens eine Bremseinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen zu halten ist. Die Bremseinrichtung dient somit dazu, das eingestellte Verdichtungsverhältnis insbesondere gegen aus Verbrennungsvorgängen der Verbrennungskraftmaschine resultierende Kräfte und/oder Drehmomente zu halten, sodass sich das Verdichtungsverhältnis nicht unerwünschterweise auf einen anderweitigen Wert einstellt bzw. verstellt.
Beim ersten Aspekt der Erfindung sind die Bremseinrichtung und das Getriebe durch Integration dieser in wenigstens ein der Bremseinrichtung und dem Getriebe
gemeinsames Gehäuseteil zu einer vom Motor separaten Baugruppe zusammengefasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Infolge dieser Integration und Zusammenfassung zu der Baugruppe weist die
Stelleinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einen nur sehr geringen
Bauraumbedarf auf, was zur Lösung und/oder zur Vermeidung von Package-Problemen insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum eines Kraftwagens beiträgt. Ferner treffen auf den ersten Aspekt der Erfindung die folgenden Vorteile zu, wonach die Stelleinrichtung eine nur sehr geringe Teileanzahl sowie ein geringes Gewicht aufweist. Auch weist die Stelleinrichtung des ersten Aspekts der Erfindung einen geringen
Montageaufwand auf, da die Bremseinrichtung und das Getriebe als Baugruppe zeitlich zumindest im Wesentlichen parallel zur übrigen Stelleinrichtung montiert und
gegebenenfalls überprüft werden können. Dies hält die Montagekosten der
erfindungsgemäßen Stelleinrichtung besonders gering.
Darüber hinaus kann der Aufwand zur Sicherstellung einer Koaxialität des Getriebes und der Bremseinrichtung sowie ein Aufwand zum Toleranzausgleich zwischen diesen gering gehalten werden aufgrund der Zusammenfassung der entsprechenden Bauteile zu der entsprechenden Baugruppe.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Motor. Wie schon bei den ersten beiden Aspekten der Erfindung dient der Motor dazu, Kräfte und/oder Drehmomente aufzubringen, um dadurch das Verdichtungsverhältnis einstellen zu können.
Die Stelleinrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst ferner wenigstens eine Bremseinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen zu halten ist. Dadurch kann das eingestellte Verdichtungsverhältnis insbesondere entgegen aus Verbrennungsvorgängen der Verbrennungskraftmaschine resultierenden Kräften und/oder Momenten gehalten werden und eine unerwünschte Verstellung des Verdichtungsverhältnisses vermieden werden.
Erfindungsgemäß ist bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die
Bremseinrichtung in wenigstens ein Lager zum gegenseitigen Lagern zweier relativ zueinander bewegbarer Bauteile zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses integriert ist. Mit anderen Worten dient wenigstens eines der relativ zueinander bewegbaren Bauteile dazu, die von dem Motor aufgebrachten Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses zu übertragen, um so das
Verdichtungsverhältnis auf einen gewünschten Wert einzustellen. Wird das
Verdichtungsverhältnis eingestellt bzw. verstellt, so bewegen sich die beiden Bauteile zueinander. Durch Integration der Bremseinrichtung in das Lager können diese Bauteile nun relativ zueinander fixiert und gegen eine Relativbewegung gesichert werden, sodass sich das eingestellte Verdichtungsverhältnis nicht mehr unerwünschterweise und selbstständig verändern kann. Durch diese Integration der Bremseinrichtung in das Lager weist die Stelleinrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung einen besonders geringen
Bauraumbedarf auf. Ferner weist sie eine nur sehr geringe Teileanzahl auf, was mit einem geringen Gewicht und mit geringen Kosten einhergeht.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist das Lager als ein Lager, insbesondere ein Gleitlager, einer Verstellwelle, insbesondere einer Exzenterwelle, ausgebildet, wobei die Verstellwelle eines der Bauteile ist. Über die Verstellwelle ist dabei das Verdichtungsverhältnis einstellbar. Die Verstellwelle ist dabei über das Lager an dem zweiten Bauteil der Stelleinrichtung um eine Drehachse relativ zu dem zweiten Bauteil drehbar gelagert. Bei dem zweiten Bauteil handelt es sich
insbesondere um ein Gehäuseteil der Verbrennungskraftmaschine und/oder der
Stelleinrichtung.
Diese Integration der Bremseinrichtung in das Lager der Verstellwelle birgt den Vorteil, dass dadurch die Kräfte und/oder Drehmomente, welche gegen das eingestellte
Verdichtungsverhältnis wirken, besonders vorteilhaft und zumindest im Wesentlichen direkt aufgenommen und abgestützt werden können. Ferner weist die Verstellwelle einen gewissen Durchmesser auf, welcher es ermöglicht, das Lager hinsichtlich seiner
Dimensionen klein auszugestalten und dennoch auch hohe, gegen das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis wirkende Kräfte und/oder Drehmomente abstützen zu können. Dies bedeutet, dass insbesondere durch diese Integration besonders hohe Haltekräfte und/oder Haltemomente mittels der Bremseinrichtung bewirkt werden können, um über die Verstellwelle das eingestellte Verdichtungsverhältnis zu halten.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst die Bremseinrichtung wenigstens ein eines der Bauteile
außenumfangsseitig zumindest bereichsweise umgebendes Lagerteil, insbesondere einen Lagerring des Lagers. Das Lagerteil ist dabei zum Halten des einen Bauteils, insbesondere der Verstellwelle, relativ zu dem zweiten Bauteil in zumindest mittelbarer Wirkverbindung mit dem einen Bauteil relativ zu diesem bewegbar. Mit anderen Worten ist das Lagerteil sowohl relativ zu dem einen als auch relativ zu dem zweiten Bauteil bewegbar, um das eine Bauteil relativ zum zweiten Bauteil zu fixieren. Das Lagerteil ist beispielsweise als Lagerring ausgebildet, welcher geschlitzt ist. Dadurch kann der Lagerring in Richtung der Verstellwelle bewegt, d.h. zugespannt, werden und so die an dem Gehäuse gelagerte Verstellwelle reibschlüssig an dem Gehäuse festlegen, d.h. relativ zu dem Gehäuse fixieren.
Da der Lagerring die Welle außenumfangsseitig und in Umfangsrichtung in einem bevorzugt großen und flächigen Bereich umgibt, ist zwischen dem Lagerring und der Verstellwelle ein Reibschluss auf einem insbesondere betragsmäßig sehr hohen
Kraftniveau ausbildbar. So kann die Verstellwelle auch entgegen großer Kräfte und/oder Drehmomente gehalten werden, und das mit einem nur sehr geringen Bauraumbedarf und mit einer nur sehr geringen Teileanzahl. Dies hält das Gewicht, die Kosten und den Bauraumbedarf der gesamten Stelleinrichtung besonders gering.
Bei einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst die Bremseinrichtung ein Stellglied, mittels welchem zum Ausbilden der Wirkverbindung das Lagerteil relativ zu dem einen Bauteil, insbesondere zur Verstellwelle, bewegbar ist. Dies ermöglicht einerseits die Darstellung besonders hoher Haltekräfte und/oder
Haltemomente, sodass das eingestellte Verdichtungsverhältnis über das eine Bauteil, insbesondere die Verstellwelle, besonders fest und sicher zu halten ist.
Andererseits kann dadurch ein besonders bedarfsgerechtes Halten des einen Bauteils und damit des Verdichtungsverhältnisses erfolgen, da das Stellglied schnell und bedarfsgerecht zwischen einer Freigabestellung und wenigstens einer Haltestellung bewegbar ist. In der Freigabestellung ist das eine Bauteil freigegeben, sodass es zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses bewegt werden kann. In der Haltestellung ist das eine Bauteil gegenüber dem zweiten Bauteil fixiert, sodass das
Verdichtungsverhältnis insbesondere gegenüber einer unerwünschten Verstellung gesichert ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Stellglied der Bremseinrichtung als Piezo-Aktor ausgebildet. Dadurch weist das Stellglied einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf, was den Bauraumbedarf der gesamten
Stelleinrichtung in einem sehr geringen Rahmen hält. Ferner ermöglicht der Piezo-Aktor besonders schnelle Schaltungen der Bremseinrichtung zwischen der Freigabestellung und der Haltestellung, sodass auch besonders häufige Verstellungen des
Verdichtungsverhältnisses in einer nur sehr geringen Zeitspanne durchzuführen und das Verdichtungsverhältnis auch nur kurze Zeit auf dem gewünschten Wert zu halten ist. Die Stelleinrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst vorteilhafterweise ein Getriebe, welches beispielsweise wenigstens ein Zahnradpaar mit zwei Zahnrädern umfasst. Die Zahnräder stehen über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff. Über das Getriebe ist das Verdichtungsverhältnis einstellbar, wobei das Getriebe in einem Kräfte- und/oder Drehmomentenfluss von dem Motor auf die Verstellwelle bevorzugt zwischen dem Motor und der Verstellwelle angeordnet ist. So sind von dem Motor, welcher beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist, nur relativ geringe Drehmomente aufzubringen, welche durch das Getriebe in demgegenüber sehr hohe Drehmomente umgewandelt werden. Mit anderen Worten kann das Getriebe durch entsprechende Wahl der Übersetzung relativ geringe Drehmomente des Motors in demgegenüber relativ hohe Stellmomente umwandeln, um so das Verdichtungsverhältnis auch entgegen hoher wirkender Kräfte und/oder Drehmomente einzustellen bzw. zu verstellen. Durch das Vorsehen des Getriebes kann der Motor besonders klein hinsichtlich seiner
Leistungsaufnahme und insbesondere hinsichtlich seiner Dimensionen ausgebildet werden, was den Bauraumaufwand sowie das Gewicht der erfindungsgemäßen
Stelleinrichtung weiterhin gering hält.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und
Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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.
Die Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer Stelleinrichtung zum variablen
Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, mit einem Elektromotor und einem Getriebe zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses und mit einer Bremseinrichtung, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis zu halten ist, bei welcher die Bremseinrichtung und das Getriebe durch Integration dieser in wenigstens ein der Bremseinrichtung und dem Getriebe gemeinsames Gehäuseteil zu einer vom Motor separaten Baugruppe
zusammengefasst sind. Das Streben, Kraftstoffverbräuche von Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen zu reduzieren, führt dazu, die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen jeweils mit zumindest einer Stelleinrichtung zu versehen, mittels welcher wenigstens ein Verdichtungsverhältnis der zugehörigen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine variabel einstellbar ist.
Die Fig. zeigt eine solche Stelleinrichtung 10, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis an thermodynamische Erfordernisse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine anpassbar ist. Die zugehörige Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders auf, in welchem ein Kolben translatorisch relativ zu dem Zylinder verschiebbar aufgenommen ist. Der Kolben ist mit einem Pleuel gelenkig gekoppelt, welches wiederum mit einem Hebelelement der Stelleinrichtung 10 gekoppelt ist. Das Hebelelement ist an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert. Das einerseits mit dem Pleuel gelenkig gekoppelte Hebelelement ist andererseits mit einer Verstellwelle 12 der Stelleinrichtung 10 zumindest mittelbar gelenkig gekoppelt. Die Verstellwelle 12 ist beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet und weist wenigstens einen Exzenter auf, an welchem das Hebelelement zumindest mittelbar relativ zu dem Exzenter drehbar gelagert ist.
Durch die Kopplung des Kolbens über das Pleuel und das Hebelelement mit der
Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine werden translatorische
Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem in rotatorische Bewegungen der Kurbelwelle umgewandelt.
Durch die Kopplung des Kolbens über das Pleuel und das Hebelelement mit der
Verstellwelle 12 kann der Kolben in dem Zylinder relativ zu diesem translatorisch bewegt werden. Dazu wird die Verstellwelle 12 um eine Drehachse 14 der Verstellwelle gedreht. Dies bewirkt ein Verdrehen des Hebelelements relativ zum Hubzapfen, woraus wiederum die translatorische Bewegung des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem resultiert. Die Verstellwelle 12 ist dabei über wenigstens ein Lager an einem Gehäuseteil der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine und/oder der Stelleinrichtung 10 relativ zu dem Gehäuseteil um die Drehachse 4 drehbar gelagert.
Während eines gefeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in dem Zylinder Verbrennungsvorgänge ab. Aus diesen Verbrennungsvorgängen resultieren Kräfte und/oder Drehmomente, welche über den Kolben und die
entsprechende Kopplung auf die Verstellwelle 12 wirken. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, würde dies ein Verdrehen der Verstellwelle 12 um die Drehachse 14 bewirken, sodass sich das Verdichtungsverhältnis unerwünschterweise verstellen würde. Um dies zu vermeiden, umfasst die Stelleinrichtung 10 eine
Bremseinrichtung 20, mittels welcher das aktuell eingestellte Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen konstant zu halten ist.
Zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses, d.h. zum gewünschten Drehen der Verstellwelle 12 um die Drehachse 14, umfasst die Stelleinrichtung 10 einen Elektromotor. Zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses bringt der Elektromotor ein Drehmoment auf, welches in die Verstellwelle 12 eingeleitet wird.
Da die aus den Verbrennungen resultierenden Kräfte und/oder Drehmomente relativ hoch sein können und einer entsprechenden Einstellung des Verdichtungsverhältnisses entgegenwirken können, sind zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses nicht unerhebliche Stellmomente vonnöten. Um die Leistungsaufnahme und die äußeren Dimensionen des Elektromotors gering zu halten, umfasst die Stelleinrichtung 10 ein Getriebe 18. Das Getriebe 18 ist in einem Drehmomentenfluss vom Elektromotor 16 zur Verstellwelle 12 bevorzugt zwischen dem Elektromotor 16 und der Verstellwelle 12 angeordnet. So kann ein von dem Elektromotor 16 aufgewendetes Drehmoment in ein demgegenüber betragsmäßig höheres Stellmoment umgewandelt werden, sodass mittels des relativ hohen Stellmoments das Verdichtungsverhältnis entgegen der wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente eingestellt werden kann.
Bei der Stelleinrichtung 0 sind das Getriebe 18 und die Bremseinrichtung 20 in ein dem Getriebe 18 und der Bremseinrichtung 20 gemeinsames Gehäuse 22 integriert. Dadurch sind das Getriebe 18 und die Bremseinrichtung 20 zu einer vom Elektromotor 16 separaten Baugruppe 24 zusammengefasst. Die Baugruppe 24 ist dabei über eine Verbindungswelle 26 mit dem Elektromotor 16 gekoppelt, sodass der Elektromotor 16 ein Drehmoment zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses aufbringen und in das Getriebe 8 einleiten kann. Das Getriebe 8 wandelt dieses Drehmoment dann in ein dazu höheres Drehmoment (Stellmoment) um und leitet dieses in die Verstellwelle 12 ein. Die Stelleinrichtung 10 weist aufgrund der Integration des Getriebes 16 und der
Bremseinrichtung 20 in das gemeinsame Gehäuse 22 einen nur sehr geringen
Bauraumbedarf, eine geringe Teileanzahl, ein geringes Gewicht sowie geringe Kosten auf. Die entsprechende Zusammenfassung des Elektromotors 16 und der Bremseinrichtung 20 bzw. des Getriebes 18 und der Bremseinrichtung 20 zur Baugruppe 24 hält auch den Montageaufwand und damit die Montagekosten der Stelleinrichtung 10 gering. Die Baugruppe 24 kann zeitlich zumindest im Wesentlichen parallel zur übrigen
Stelleinrichtung 10 montiert und anschließend zeit- und kostengünstig mit dem Getriebe 18 respektive mit dem Elektromotor 16 über die Verbindungswelle 26 verbunden werden. Im Rahmen der Vormontage kann ferner eine Überprüfung der Baugruppe 24 erfolgen, sodass etwaige Fehlfunktionen auszuschließen und zu vermeiden sind.
Darüber hinaus kann durch die Schaffung der Baugruppe 24 ein Aufwand zur
Sicherstellung der Koaxialität des Elektromotors 16 und der Bremseinrichtung 20 bzw. des Getriebes 18 der Bremseinrichtung 20 sowie ein Aufwand zum Toleranzausgleich zwischen diesen Komponenten besonders gering gehalten werden, was ebenso die Montagekosten der Stelleinrichtung 10 gering hält.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Bremseinrichtung 20 zumindest teilweise in das Lager integriert ist, über welches die Verstellwelle 12 an dem Gehäuseteil gelagert ist. Dazu umfasst das Lager beispielsweise einen der
Bremseinrichtung 20 zugeordneten geschlitzten Lagerring. Der Lagerring umgibt die Verstellwelle 12 in deren Umfangsrichtung außenumfangsseitig über zumindest einen Teilbereich. Wird der Lagerring mittels eines Aktors der Bremseinrichtung 20 zugespannt und so in Kontakt mit der Verstellwelle 12 bewegt, so kann dadurch ein Reibschluss zwischen dem Lagerring und der Verstellwelle 12 ausgebildet werden. So können die Verstellwelle 12 und der Lagerring relativ zueinander fixiert werden. Der Lagerring ist dabei andererseits an dem Gehäuseteil relativ zu diesem fest abgestützt, sodass die Verstellwelle 12 über den Lagerring und den mit diesem ausgebildeten Reibschluss relativ zu dem Gehäuse festgelegt werden kann. So kann ein unerwünschtes Verdrehen der Verstellwelle 12 vermieden werden, wodurch das eingestellte Verdichtungsverhältnis über eine gewisse Zeitspanne hinweg zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Stelleinrichtung (10) zum variablen Einstellen wenigstens eines
Verdichtungsverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Motor (16), mittels welchem das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist, mit wenigstens einem Getriebe (18), über welches das Verdichtungsverhältnis einstellbar ist, und mit wenigstens einer Bremseinrichtung (20), mittels welcher das eingestellte
Verdichtungsverhältnis zumindest im Wesentlichen zu halten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung (20) und das Getriebe (18) durch Integration dieser in wenigstens ein der Bremseinrichtung (20) und dem Getriebe (18) gemeinsames Gehäuseteil (22) zu einer vom Motor (16) separaten Baugruppe (24)
zusammengefasst sind.
2. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung (20) in wenigstens ein Lager zum gegenseitigen Lagern zweier relativ zueinander bewegbarer Bauteile (12) zum Einstellen des
Verdichtungsverhältnisses integriert ist.
3. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lager als ein Lager, insbesondere ein Gleitlager, einer Verstellwelle (12), insbesondere einer Exzenterwelle, als eines der Bauteile der Stelleinrichtung (10) ausgebildet ist, über welche das Verdichtungsverhältnis einstellbar ist und welche über das Lager an dem zweiten Bauteil (22), insbesondere einem Gehäuseteil (22), der Stelleinrichtung (10) um eine Drehachse (14) relativ zu dem zweiten Bauteil (22) drehbar gelagert ist.
4. Stelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremseinrichtung (20) wenigstens ein eines der Bauteile (12, 22)
außenumfangsseitig zumindest bereichsweise umgebendes Lagerteil, insbesondere ein Lagering, des Lagers umfasst, welches zum Halten des einen Bauteils (12, 22) relativ zu dem zweiten Bauteil (12, 22) in zumindest mittelbare Wirkverbindung mit dem einen Bauteil (12, 22) relativ zu diesem bewegbar ist.
5. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, das
die Bremseinrichtung (20) ein Stellglied umfasst, mittels welchem zum Ausbilden der Wirkverbindung das Lagerteil relativ zu dem einen Bauteil (12, 22) bewegbar ist.
6. Stelleinrichtung (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stellglied als Piezo-Aktor ausgebildet ist.
7. Stelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die Wirkverbindung ein Reibschluss zum Halten des einen Bauteils (12, 22) relativ zu dem zweiten Bauteil (12, 22) ausbildbar ist.
8. Stelleinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Getriebe (18) vorgesehen ist, über welches das
Verdichtungsverhältnis einstellbar ist.
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