WO2015173411A1 - Positionierung des schaltelements für einen mechanisch geschalteten vcr-pleuel - Google Patents

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WO2015173411A1
WO2015173411A1 PCT/EP2015/060794 EP2015060794W WO2015173411A1 WO 2015173411 A1 WO2015173411 A1 WO 2015173411A1 EP 2015060794 W EP2015060794 W EP 2015060794W WO 2015173411 A1 WO2015173411 A1 WO 2015173411A1
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WO
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connecting rod
switching element
crankshaft
switch
bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/060794
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Schaffrath
Paul GRZESCHIK
Christoph Müller
Original Assignee
Fev Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to US15/311,124 priority patent/US10202900B2/en
Priority to DE112015002275.9T priority patent/DE112015002275A5/de
Priority to JP2017512442A priority patent/JP2017517678A/ja
Publication of WO2015173411A1 publication Critical patent/WO2015173411A1/de

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Classifications

    • 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
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • 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 internal combustion engine with an adjustable variable compression ratio, a crankshaft with a crankshaft center axis and at least one counterweight having an extension with a maximum distance to the crankshaft center axis, at least one connecting rod, an adjusting mechanism for adjusting the adjustable variable compression ratio, a switching element for switching the Adjusting mechanism, wherein the switching element is arranged on the connecting rod, and an actuating element for switching the switching element from a first position, which corresponds to a first compression ratio, in a second position.
  • Such an internal combustion engine is known from WO-A-2014/019684 and WO-A-2014/019683.
  • a switching element for switching the adjusting mechanism is arranged at the lower end of the connecting rod.
  • an actuating element not moving with the crankshaft or the connecting rod is arranged for switching over the switching element.
  • variable compression ratio internal combustion engines are known from DE-A-10 2011 108 790, DE-A-10 2012 014 917 and US-A-2 989 954.
  • Object of the present invention is therefore to provide a reciprocating engine, in particular an internal combustion engine of the type mentioned, in which the number of possible variants for an arrangement of the switching element and its associated actuating element for switching the adjusting mechanism is increased.
  • the invention accordingly proposes to arrange the actuating element for, in particular, mechanical actuation of the switching element with which the switch for adjusting the compression ratio is switched outside the area of the crankshaft which this together with its structural elements such as counterweights, crank pins, bearing pins, etc in rotation.
  • the connecting rod provided with the adjusting mechanism now has a connecting rod section in the area of the crankshaft connecting rod bearing or around this bearing, which is outside the previously described area or space during one circulation of the connecting rod, for at least a part of the connecting rod. circulation. If now according to the invention the switch is arranged in said connecting rod section, it can be acted upon from outside the crankshaft with the actuating element.
  • the actuating element has two actuating or contact surfaces, namely to transfer the switch from a first position to a second position and vice versa.
  • the switch expediently extends in each of its two positions beyond a respective other side of the connecting rod.
  • the actuating element acts in a different way than mechanically on the switching element.
  • magnetic solutions for example, inductively operating switches or other non-contact switches such as capacitive or optical switches
  • the corresponding actuating elements and switching elements are designed accordingly.
  • the adjusting mechanism is proposed according to a development / variant of the invention that the switching element is arranged on the connecting rod, that during a circulation of the connecting rod, it describes a railway line which intersects a circle (so-called circle of flight) with a radius which is equal to the maximum distance of the counterweight from the crankshaft central axis. Then that is the switching element during one revolution of the connecting rod for a certain portion of its movement trajectory curve outside of the orbit of the counterweight, where the actuator can be relatively easily underge ⁇ introduced (design degrees of freedom).
  • the position of the actuating element can be combined with the design of the actuating or button which is formed on the actuating element and on which the U mschaltelement hin manulose hin manuloses for Betä ⁇ term of the U mschaltelements is moved.
  • the design of the operating surface reference is also made to the PCT patent application entitled "Internal combustion engine with shock-reduced button for adjusting a variable compression ratio" and the lawyer's sign 150828wo filed today at the European Patent Office, the content of which is hereby incorporated by reference belongs to the subject-matter of the present patent application.
  • the crankshaft typically has at least one shaft journal and a crankpin.
  • Massenausg of forces and moments of first and second order, which the crank is subjected during operation of the Ver ⁇ brennungskraftmasch ine are in the Ku rbelwel le Reifengewich- te angeord net.
  • the counterweights are designed differently. In this case, the counterweights each have niethol most distances to a Kurbelwel lenffenachse around which the crankshaft d reeht. During the rotation of the crankshaft over ⁇ sweeps the respective counterweight a circular area.
  • the counterweight of the crankshaft may be shaped in various ways, wherein the shape of the counterweight has at least one Warre ⁇ ckung with a maximum distance to Kurbelwel lenffenachse. at a partially circular counterweight, the counterweight can also have multiple extensions with the same maximum distance.
  • a circle with a radius equal to this maximum distance encloses in a two-dimensional plane every point which is passed during rotation of the counterweight during one revolution of the connecting rod.
  • a cylinder formed by a circle having a radius equal to the maximum distance and a center lying on the crankshaft center axis surrounds each point which overcomes the counterweight in space during a complete rotation of the crankshaft.
  • the switching element moves during a complete revolution of the connecting rod on a railway line which intersects the above-mentioned circle or cylinder at least once.
  • the actuating element can dimension the actuating element in the axial direction of the crankshaft and therefore also optimizes the shape of the actuating element.
  • such an optimization can be carried out independently of the design of the internal combustion engine, in particular independently of the dimensioning of the counterweights of the internal combustion engine.
  • the connecting rod has a connecting rod foot
  • the connecting rod bearing cover with a first and a second screw is attached to the connecting rod and one of the two screws, the first or the second screw, between the switching element and the each other screw be, the second or according to the first screw be, is seen ⁇ .
  • the switching on a narrow side surface of the connecting rod head angeord net, wherein the connecting rod head has a wide side surface, d urch which passes the crankshaft, and a narrow Be ⁇ ten Chemistry, which is preferably parallel to the Kurbelwel extends lenachse.
  • a special variant of this embodiment provides that the switching element ment is provided on the big end.
  • a receptacle for the switching element can be produced after a break-up of the connecting rod head on the connecting-rod bearing cover.
  • a white ⁇ tere specific embodiment provides that the switching on Pleuella- Gerd eckel and once at the narrow side surface angeord net, wherein between the switching element and the first or second screw the other screw, the second, or according to t he first screw, is seen before ⁇ .
  • the internal combustion engine is an in-line engine.
  • the internal combustion engine may be embodied as a 4, 5, 6 or 8 cylinder in-line engine.
  • a special embodiment provides that the internal combustion engine is designed as a boxer engine.
  • the internal combustion engine may be designed as a 4-, 6- or 8-cylinder in-boxer engine.
  • a further image ung provides that the internal combustion engine having two Zylin ⁇ derbänke which are V-shaped to each other angeord net.
  • the internal combustion engine being ⁇ leads as a 4-, 5-, 6-, or 8-cylinder engine can be.
  • the actuating element is moved from a first to a second or from a second to a first operating position.
  • the connecting rod is revolved until the switching element of the connecting rod, depending on the position of the actuating element, can touch it at a first contact point, the switching element having a line during a complete revolution of the connecting rod, which has a circle with a radius, wel ⁇ cher is equal to the maximum distance intersects.
  • the actuator is within the In ⁇ tervalls during which the switching element is moved along its running outside the circle curve section, is brought into active connection with the switching element.
  • Figure 1 is a sectional view of an internal combustion engine with an adjustable variable compression ratio, a crankshaft, a connecting rod, an adjusting mechanism for adjusting the setting ⁇ cash variable compression ratio and a Umschaltele ⁇ ment;.
  • Fig. 2 is a sectional view of the switching element
  • 3 shows a speed profile of the switching element over a first crankshaft range
  • 4 shows a second speed profile of the switching element over a second crankshaft range
  • 5 shows a first possible arrangement of a switching element at a in the
  • Fig. 6 a web line for the switching element of the connecting rod of Fig. 5; 7 shows a second possible arrangement of a switching element on a
  • Fig. 8 a web line for the switching element of the connecting rod of Fig. 7; 9 shows a third possible arrangement of a switching element in the region of the crankshaft spline bearing in a boxer engine;
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine having a housing 1 with a variably adjustable compression ratio, a crankshaft 2 at least one connecting rod 3, an adjusting mechanism 4 for adjusting the adjustable compression ratio and a Switching element 5 for a switch (not shown in FIG. 1, see, for example, FIG. 2) for switching the adjusting mechanism 4.
  • the switching element 5 is arranged on the connecting rod 3.
  • the connecting rod 3 has a connecting rod shaft on which the compression piston 3 'bearing connecting rod eye is formed, and a connecting rod cap 3, which surrounds the crankshaft ⁇ tap.
  • a holder 6 is preferably provided in an area near the bottom dead center of the connecting rod 3, which is parallel to the crankshaft center axis extension forward and predominantlybewegbar and to an actuating element 7 with two actuating surfaces 8, 8 'for selectively acting mechanically on the switching element 5 at whose passing tion are arranged on the actuating element 7 during one revolution of the connecting rod 3.
  • the actuating surfaces 8, 8 ' cause switching of the switching element 5 and thus the switch from the first in the second switching position, while the actuating surface 8', the switching element 5 is actuated for transferring the switch from the second in the first switching position.
  • the switching element 5 can control a switch 20 in the form of a hydraulic directional valve for a hydraulic control of a working space, as it is embodied, for example, in FIG. 1 of DE-A-10 2005055 199 as a working space 29.1 or 29.2 ,
  • the switching element 5 can control a hydraulic directional control valve, which in each case releases a drainage bore assigned to a working space.
  • a drainage hole is shown for example in FIG. 2 of DE-A-10 2005 055 199 as drainage bore 36.
  • the hydraulic valve has at least two switching control, which in each case a first position of the switch 20 and a second position of the switch 20 corre ⁇ chen.
  • DE-A-10 2012 020 999 describes different possibilities of connecting a hydraulic directional control valve. Reference is made to this document with regard to a possible embodiment of the hydraulic circuit in the connecting rod as well as the design of the circuit in the connecting rod full content in the context of the disclosure of this application, so that the content of DE-A-10 2012 020 999 to the subject of the present application belongs.
  • Fig. 2 also shows the interaction of the switching element 5 with a hydraulic directional control valve as a three / two-way valve 11 and generally with the switch 20.
  • the three / two-way valve function is in this case by the interaction of a first two / two-way valve 12 and a realized second two-way valve 13.
  • the two / two-way valves 12 and 13 can be designed as seat valves, for example by a ball check valve, which can be pressed by a plunger.
  • a first Plunger 14 is the first two / two-way valve 12 zugeord net.
  • a second plunger 15 is the second two / two-way valve zugeord net.
  • the two plungers 14 and 15 are d urch controllable by the switching element 5.
  • the U mschaltelement 5 can be detained by means of a latching device 16 in a particular switching position.
  • the latching device 16 can be realized by means of a resilient pressure piece 17 and a first latching contour 18 formed on the switching element 5. So that the plungers do not unintentionally open the two / two-way valves under the influence of inertial forces, the plungers are pressed against the switching element 5 by springs.
  • the locking device 16 has a second Rastkontu r 19.
  • the locking contour 18 causes in cooperation with the resilient pressure piece 17 holding the switching element 5 in a first Stel development.
  • the Rastkontu r 19 causes in cooperation with the resilient pressure piece 17 holding the U mschaltelements 5 in a second Stel development.
  • the actuating element 7 By shifting the actuating element 7 into one of the two arrows through the double arrow in FIG. 2 directions indicated is the U mschaltelement 5 and thus the switch 20 when the connecting rod 30 with its U mschaltelement 5 having connecting rod portion of the actuating element 7 moves past (see the Einzelfal l in Fig. 2) from a first switching position in a second and conversely transferred.
  • the switching element 5 moves in one revolution of the connecting rod 3 due to the kinematic specifications, such as the crankshaft radius, the push rod length of the connecting rod 3 and the position of the switching element 5 on the connecting rod 3 along a movement path n with varying speed.
  • Fig. 1 is for a specific embodiment a el liptician Bahnl inie 9 of U m ⁇ switching element 5 dargestel lt.
  • the positions of the switching element 5 on the web 9 should be given in degrees of crank angle as a function of the rotational setting of the crankshaft 2, which is described by an angle ⁇ .
  • one value of the win- kels ⁇ of 0 degrees crank angle a position of the switching element 5 in obe ⁇ ren dead center of the connecting rod 3, wherein this point in FIG. 1 on the Brul inie with a point 10 is located.
  • a value of the angle ⁇ degrees Kurbelwin ⁇ angle of 180 corresponds to the position 21 of the switching element 5, which on the line 9 l IEGT.
  • Fig. 3 shows a first q ual itativen VELOCITY keitsverlauf 41 of the absolute velocity vi of the switching element 5 ü above the angle ⁇ in degrees Ku r ⁇ belwinkel.
  • the absolute ute speed of the switching element 5 is strictly monotonically increasing in a crank angle range of 170 degrees to 190 degrees.
  • a speed ratings l of the engine of about 4500 rev re ⁇ relations per M inute preferably absol ute speed of Umschaltele ⁇ ments 5 reaches a maximum value of 30 m / s.
  • Fig. 4 shows a second qualitative velocity profile 42 of the absolute velocity v2 of the switching element 5 through the movement of Posi ⁇ tion, in degrees crank angle of the angle a.
  • the absol ute speed U m ⁇ switching element 5 is strictly monotonically decreasing.
  • the absolute speed of the switching element 5 preferably reaches a maximum value of 30 m / s.
  • Fig. 5 shows a first find the risk of arrangement of a switching element 51 at egg ⁇ nem connecting rod bearing cap 52 of a connecting rod 63, the rod cap 52 with a first Schrau be 53 and a second screw is fixed to a connecting rod 55 54th Fig.
  • FIG. 5 further shows a stippled dargestel lte wide side surface 56 of a connecting rod head 57, the connecting rod head 57 T he Pleuella ⁇ Gerd eckel 52 and the connecting rod is formed 55th
  • the wide side surface 56 is pierced by a connecting rod bearing receptacle 58 d.
  • the middle pu nkt 59 of the U mschaltelements 51 has in a special len embodiment a distance of at least 1 cm, in a further embodiment of at least 1, 5 cm and in a modified embodiment of at least 2 cm from a connecting line 60, which a screw head end 61 of the screw 54 connects to a screw head end 62 of the screw 53.
  • Fig. 5 also shows how the switching element 51 between the first screw 54 and the second screw 53 is angeord net.
  • Such At ⁇ ord voltage of the U mschaltelements 51 may be expediently provided in adhesive advantage for Rei ⁇ henmotor.
  • FIG. 6 shows the portion of the webbing 71 lying outside the counterweight circle 78, by way of example for the switching element 51 during one revolution of the connecting rod 63.
  • FIG. 6 also shows a Kurbelwel le 72, wel ⁇ cher a counterweight 73 is arranged.
  • the counterweight 73 has at least an extension 74 with a maximum distance 75 to the crankshaft center axis 76.
  • the switching element 51 moves during one revolution of the connecting rod 63 along the Brul inie 71 which intersects the vie circle 78, which has a wheel ius, which is equal the maximum distance 75 of the extension 74 of the counterweight 73 is.
  • the intersections of Brul inie 71 with the Fl ug Vietnamese 78 are shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a second arrangement of a switching element 91 on a connecting-rod bearing cover 92 of a connecting rod 96, which is fastened by means of a first screw 93 and a second screw 94 to a connecting-rod end 95 of the connecting rod 96 is.
  • the switching element 91 is provided on the connecting rod bearing cap 92, preferably on a narrow side surface 97 of the connecting rod head 98, which is formed by the connecting rod bearing cap 92 and the connecting rod root 95.
  • a wide Be ⁇ ten Chemistry of the connecting rod 98 is shown by the dashed line 99th
  • the arrangement of the switching element 91 shown in Figure 7 is for example as ⁇ provided for an internal combustion engine having V-shaped cylinder banks designated at ⁇ geord.
  • the switching element 91 is in a preferred embodiment with a distance of at least Vi cm, in a further embodiment at least 1 cm, in a different Abwand lung at least 1, 5 cm and in a further embodiment at least 2 cm from the screw center line 100 of the nearest screw 94 spaced.
  • Pivot bearing cover to be divided obliquely, which means that the separation plane between the two is not substantially perpendicular, but at an acute angle to the extension of the connecting rod.
  • the U mschaltelement also on the connecting rod, namely on the Kurbelwel lenpleuellager side facing away at least one of the two connecting elements angeord ⁇ net be.
  • FIG. 8 shows a web line 171 by way of example for the switching element 91 during one revolution of the connecting rod 96.
  • FIG. 8 also shows a Kurbelwel le 172, to which a counterweight 173 is angeord net.
  • the counterweight 173 has at least one extension 174 with a maximum distance 175 to the crankshaft center axis 176.
  • the switching element 91 moves during a full turn of the connecting rod 96 along the line 171, which intersects a circle 178 having a wheel which has a radius is equal to the maximum distance 175 of the extension 174 of the counterweight 173.
  • the Intersections of Brul inie 171 with the circle 178 are shown in FIG. 8 with the points 179 shown.
  • Fig. 9 shows a third arrangement of a switching element 191 on a connecting-rod bearing cap 192 of a connecting rod 196, which is fastened by means of a first screw 193 and a second screw 194 to a connecting-rod end 195 of the connecting rod 196.
  • the switching element 191 is provided on the connecting rod foot 195, preferably on a narrow side surface 197 of the connecting rod head 198, which d urch the bearing cap 192 and the connecting rod foot 195 is formed.
  • a broad side surface of the connecting rod head 198 is shown by the dashed line 199.
  • the Anord shown in Figure 9 tion of the switching element 191 is provided for example for an internal combustion engine, which is designed as a boxer engine.
  • the switching element 191 is in a preferred embodiment with a distance of at least Vi cm, in a further embodiment at least 1 cm, in a different Abwand treatment at least 1, 5 cm and in a further embodiment, at least 2 cm from the screw center line 200 of the zune next Spaced screw 194.
  • FIG. 10 shows a track 271 as an example of the switching element 191 during one revolution of the connecting rod 196.
  • FIG. 10 also shows a crankshaft 272 on which a counterweight 273 is disposed.
  • the counterweight 273 has at least an extension 274 with a maximum distance 275 to Kurbelwel lenffenachse 276.
  • the switching element 191 moves during one revolution of the connecting rod 196 along the Brul inie 271, which intersects a circle 278, which has a wheel ius, which is equal to the maximum distance 275 of the extension 274 of the counterweight 273 is.
  • the cutting ⁇ points of the railway line 271 to the circuit 278 are shown in FIG. 10 with the points 279 dargestel lt.
  • the invention can be alternatively replaced by one of the following.
  • the feature groups can be combined with each other and also individual features of a feature group with one or more features of one or more other feature groups and / or one or more of the aforementioned embodiments of the invention can be combined.
  • An internal combustion engine with an adjustable variable compression ratio a crankshaft 2 with a crankshaft center axis and at least one counterweight having an extension with a maximum distance to the crankshaft center axis, at least one connecting rod 3, an adjusting mechanism 4 for adjusting the adjustable variable compression ratio, a switching element 5 for Switching the adjusting mechanism 4, wherein the switching element 5 is arranged on the connecting rod 3, and an actuating element for switching the switching element 5 from a first position to a second position, wherein the switching element in a complete revolution of the connecting rod describes a closed curve, which in axial Projection on the crankshaft as viewed intersects a circle having a radius which is equal to the maximum distance of the counterweight from the crankshaft center axis.
  • crank shaft 2 having a crankshaft center axis and at least one counterweight extending up to an outer counterweight radius from the crankshaft center axis, a connecting rod 3 and an adjusting mechanism for adjusting the variable compression ratio, wherein a switching element 5 for switching the adjusting mechanism disposed on the connecting rod 3 and is actuated by means of an actuating element, and

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis, einer Kurbelwelle (172) mit einer Kurbelwellenmittelachse (176) und zumindest einem Gegengewicht (173), welches sich bis zu einem äußeren Gegengewichtsradius ausgehend von der Kurbelwellenmittelachse (176) erstreckt, zumindest einem Pleuel (96), einem Verstellmechanismus zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, einem Umschaltelement zum Schalten des Verstellmechanismus, wobei das Umschaltelement an dem Pleuel (96) angeordnet ist, und einem Betätigungselement zum Umschalten des Umschaltelements von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, wobei das Umschaltelement während eines Umlaufs des Pleuels (96) eine Bahnlinie (71) aufweist, welche eine Bahnlinie (171) des äußeren Gegengewichtsradius des Gegengewichtes (173) schneidet.

Description

Positionierung des Schaltelements für einen mechanisch
geschalteten VCR-Pleuel
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 007 051.4 vom 15. Mai 2014 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis, einer Kurbelwelle mit einer Kurbelwellenmittelachse und zumindest einem Gegengewicht, welches eine Erstreckung mit einem maximalen Abstand zur Kurbelwellenmittelachse hat, zumindest einem Pleuel, einem Verstellmechanismus zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, einem Umschaltelement zum Schalten des Verstellmechanismus, wobei das Umschaltelement an dem Pleuel angeordnet ist, und einem Betätigungselement zum Umschalten des Umschaltelements von einer ersten Stellung, die einem ersten Verdichtungsverhältnis entspricht, in eine zweite Stellung.
Eine derartige Verbrennungskraftmaschine ist aus WO-A-2014/019684 und WO-A-2014/019683 bekannt. Bei der Verbrennungskraftmaschine gemäß WO- A-2014/019684 ist ein Umschaltelement zum Schalten des Verstellmechanis- mus am unteren Ende des Pleuels angeordnet. Weiterhin ist im Bereich des unteren Totpunkts des Pleuels und seitlich des Pleuels ein sich nicht mit der Kurbelwelle oder dem Pleuel mitbewegendes Betätigungselement zum Umschalten des Umschaltelements angeordnet. Bei Verbrennungskraftmaschinen mit zum Massenausgleich vorgesehenen vergleichsweise großen Gegengewich- ten an der Kurbelwelle gestaltet sich eine derartige Konstruktion angesichts des begrenzten Bauraums als zu kompliziert. Auch bietet eine derartige Konstruktion nicht genügend Bauraum und damit zu wenig Varianten für mögliche Anordnungen des Umschaltelements relativ zu dem Betätigungselement, um die geometrische Form des nach Art einer Kurvenscheibe ausgebildeten Betätigungselements entlang der Bahnlinie des Umschaltelements, die dieses bei einem Umlauf des Pleuels beschreibt, zu verändern oder zu optimieren, zum Beispiel hinsichtlich eines reduzierten Kraftstoßes beim Auftreffen des Umschaltelements auf das Betätigungselement zu optimieren .
Weitere Verbrennungskraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis sind aus DE-A- 10 2011 108 790, DE-A- 10 2012 014 917 und US-A-2 989 954 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Anzahl an möglichen Varianten für eine Anordnung des Umschaltelements und seines zugehörigen Betätigungselements zum Schalten des Verstellmechanismus erhöht wird .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun- gen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren .
Mit der Erfindung wird sinngemäß vorgeschlagen, das Betätigungselement zur insbesondere mechanischen Betätigung des Umschaltelement, mit dem wiede- rum der Schalter zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses umgeschaltet wird, außerhalb desjenigen Bereichs der Kurbelwelle anzuordnen, den diese mitsamt ihren konstruktiven Elementen wie Gegengewichten, Hubzapfen, Lagerzapfen etc. bei Rotation einnimmt. Das mit dem Verstellmechanismus versehene Pleuel weist nun einen Pleuelabschnitt im Bereich des Kurbelwellen- pleuellagers bzw. um dieses Lager herum auf, der sich bei einem Umlauf des Pleuels außerhalb des zuvor beschriebenen Bereichs bzw. Raums befindet, und zwar für zumindest einen Teil des Pleuel-Umlaufs. Wenn nun erfindungsgemäß der Umschalter in diesem besagten Pleuelabschnitt angeordnet wird, kann auf ihn von außerhalb der Kurbelwelle mit dem Betätigungselement eingewirkt werden. Das Betätigungselement weist insbesondere zwei Betätigungs- bzw. Berührungsflächen auf, um nämlich den Umschalter aus einer ersten Position in eine zweite Position und umgekehrt zu überführen . Der Umschalter erstreckt sich zweckmäßigerweise in jede seiner beiden Positionen über jeweils eine andere Seite des Pleuels hinaus. Wenn das Betätigungselement nun zweckmäßigerweise nach Art einer feststehenden, d . h. sich nicht mit dem Pleuel oder der Kurbelwelle mitdrehenden Kurvenscheibe ausgebildet ist und diese Kurven- Scheibe, da sie außerhalb des von der Kurbelwelle eingenommenen Raums angeordnet ist, parallel zur Kurbelwellenmittelachse vor- und zurückbewegbar ist, lässt sich das Umschaltelement über jeweils eine andere von zwei Betätigungsflächen der Kurvenscheibe (des Betätigungselements) mechanisch betätigen.
Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls möglich, dass das Betätigungselement auf eine andere Weise als mechanisch auf das Umschaltelement einwirkt. So können beispielsweise auch magnetische Lösungen (beispielsweise induktiv arbeitende Schalter oder aber auch andere berührungslos arbeitende Schalter wie beispielsweise kapazitive oder optische Schalter) eingesetzt werden, wobei dann auch die entsprechenden Betätigungselemente und Umschaltelemente dementsprechend ausgebildet sind.
Um eine Verbrennungskraftmaschine bereit zu stellen, bei welcher die Anzahl an möglichen Varianten für eine Anordnung des Betätigungselements relativ zum Umschaltelement für den _Schalter des Verstellmechanismus erhöht ist, wird gemäß einer Weiterbildung/Variante der Erfindung vorgeschlagen, dass das Umschaltelement derart am Pleuel angeordnet ist, dass es während eines Umlauf des Pleuels eine Bahnlinie beschreibt, die einen Kreis (sogenannter Flugkreis) mit einem Radius, welcher gleich dem maximalen Abstand des Gegengewichts von der Kurbelwellenmittelachse ist, schneidet. Dann nämlich befindet sich das Umschaltelement während eines Umlaufs des Pleuels für einen gewissen Abschnitt seiner Beweg ungsbahnkurve außerhal b der Fl ugkreisbahn des Gegengewichts, wo das Betätigungselement relativ problemlos unterge¬ bracht werden kann ( Designfreiheitsgrade) . M it Vorteil kann die Position des Betätigungselements kombiniert werden mit der Ausgestaltung der Betäti- g ungs- bzw. Schaltfläche, die an dem Betätigungselement ausgebildet ist und an der das U mschaltelement entlangg leitet bzw. auf die es auftrifft, wenn das Betätigungselement in die Bewegungsbahne des U mschaltelements zum Betä¬ tigen des U mschaltelements bewegt wird . Hinsichtlich der Ausgestaltung der Betätig ungsfläche sei auf die ebenfal ls am heutigen Tage beim Europäischen Patentamt eingereichte PCT- Patentanmeld ung mit dem Titel "Verbrennungskraftmaschine mit stoßred uzierter Schaltfläche zum Verstellen eines variablen Verd ichtungsverhältnisses" und dem Anwaltszeichen 150828wo verwiesen, deren Inhalt hiermit d urch Bezugnahme zum Gegenstand der vorl iegenden Patentanmeld ung gehört.
Die Kurbelwelle weist typischerweise zumindest einen Wellenzapfen und einen Kurbelzapfen auf. Zum Massenausg leich von Kräften und Momenten erster und zweiter Ordnung, welchen die Kurbelwelle während eines Betriebes der Ver¬ brennungskraftmasch ine ausgesetzt ist, sind an der Ku rbelwel le Gegengewich- te angeord net. Je nach Motorba uform der Verbrennungskraftmaschine sind d ie Gegengewichte unterschiedl ich g roß ausgelegt. Dabei haben die Gegengewichte jeweils unterschiedl ichste Abstände zu einer Kurbelwel lenmittelachse, um welche sich die Kurbelwelle d reht. Bei der Drehung der Kurbelwelle über¬ streicht das jeweilige Gegengewicht eine kreisförmige Fläche. Im Sinne der Erfind ung definiert ein punktförmiger Teil des Gegengewichtes, welcher einen bzw. den g rößten Abstand zur Kurbelwel lenmittelachse hat, die Erstreckung mit dem maximalen Abstand zur Kurbelwellenmittelachse. Der maximale Ab¬ stand ist zum Beispiel bei einem Reihen-Fünf-Zyl indermotor vergleichsweise g roß, weil die auszug leichenden Momente erster und zweiter Ordnung ver- gleichsweise hoch sind . Das Gegengewicht der Kurbelwelle kann verschiedenartig geformt sein, wobei die Form des Gegengewichts zumindest eine Erstre¬ ckung mit eine maximalen Abstand zur Kurbelwel lenmittelachse aufweist. Bei einem teilweise kreisförmig ausgebildeten Gegengewicht kann das Gegengewicht auch mehrere Erstreckungen mit demselben maximalen Abstand haben.
Ein Kreis mit einem Radius, welcher gleich diesem maximalen Abstand ist, um- schließt in einer zweidimensionalen Ebene jeden Punkt, welcher bei einer Drehung des Gegengewichtes während eines Umlaufs des Pleuels passiert wird . In einer räumliche Betrachtung umhüllt ein Zylinder, welcher durch einen Kreis mit einem Radius gleich dem maximalen Abstand und einem Mittelpunkt, welcher auf der Kurbelwellenmittelachse liegt, gebildet ist, jeden Punkt, welcher das Gegengewicht während einer kompletten Drehung der Kurbelwelle im Raum überstreift.
Bevorzugt und erfindungsgemäß ist das bezogen auf die Rotation der Kurbelwelle und den Umlauf des Pleuels feststehende Betätigungselement zum Um- schalten des Umschaltelements und damit des Schalters außerhalb dieses Zylinders angeordnet. Zum Erreichen dieses Betätigungselements bewegt sich das Umschaltelement während einer vollständigen Umdrehung des Pleuels auf einer Bahnlinie, welche den oben genannten Kreis beziehungsweise Zylinder zumindest einmal schneidet. Durch eine derartige Anordnung des Umschalt- elements am Pleuel kann das Betätigungselement kann das Betätigungselement in axialer Richtung der Kurbelwelle größer dimensioniert und daher auch die Form des Betätigungselements optimiert werden. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann eine solche Optimierung unabhängig von der Bauart der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unabhängig von der Dimensionierung der Gegengewichte der Verbrennungskraftmaschine, vorgenommen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dass der Pleuel einen Pleuellagerdeckel aufweist und das Umschaltelement an dem Pleuellagerdeckel vorgesehen ist. Der Pleuel weist ein Pleuellagerauge auf, in welchem der Bolzen eines Verdichtungskolbens gelagert ist. Weiterhin hat der Pleuel ein Pleuelschaft und einen Pleuelfuß, wobei der Pleuellagerdeckel an dem Pleuelfuß befestigt ist und der Pleuellagerdeckel und der Pleuelfuß einen Pleuel kopf ausbilden, in welchem die Kurbelwelle gelagert ist. Der Pleuel ist bevorzugt als ein Stück geschmiedet, wobei der Pleuel vorzugsweise einen Kohlenstoffstahl, wie zum Beispiel C 35 und C 45, oder einen hochleg ierten Stahl, wie zum Beispiel Chrom, Molybdän, Nickel oder Va- nad ium, welcher besonders bevorzugt verg ütet ist, aufweist. Weiterhin kann der Pleuel aus einem Temperg uss, wie zum Beispiel GTS-70, hergestel lt sein . In einer Weiterbild ung kann der Pleuel als Schmiede-Sinter- Pleuel ausgefü hrt sein . In einer besonderen Ausgestaltung weist der Pleuel Titan auf. Besonders bevorzugt ist eine gesinterte Aufnahme für das Umschaltelement am Pleuel vorgesehen . Bevorzugt ermöglicht die Aufnahme eine Bewegung eines U mschaltelements für das Schaltelement in axialer Richtung der Kurbelwel le, u nd zwar ganz unabhängig von der Materialwahl und Herstellung des Pleuels.
In einer Weiterbild ung des Erfindungsgegenstandes ist der Pleuel lagerdeckel mit einer ersten und einer zweiten Schraube an dem Pleuelfuß befestigt und das Umschaltelement zwischen den beiden Sch rauben am Pleuel lagerdeckel vorgesehen . Besonders bevorzugt ragt das Umschaltelement über eine Verbindungslinie der beiden Schraubenköpfe hinaus, vorzugsweise mindestens mit einem Abstand von Vi cm, in einer weiteren Ausgestaltung von 1 cm, in einer davon abgewandelten Ausführungsform von 2 cm und in einer weiteren Ausführungsform von 3 cm .
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Pleuel einen Pleuelfuß aufweist, der Pleuellagerdeckel mit einer ersten u nd einer zweiten Schrau- be an dem Pleuelfuß befestigt ist und eine der beiden Schrauben, die erste oder d ie zweite Schraube, zwischen dem Umschaltelement und der jeweils anderen Schrau be, der zweiten oder entsprechend der ersten Schrau be, vorge¬ sehen ist. In vorteilhafter Weise ist das Umschaltelement an einer schmalen Seitenfläche des Pleuel kopfes angeord net, wobei der Pleuel kopf eine breite Seitenfläche hat, d urch welche die Kurbelwelle verläuft, und eine schmale Sei¬ tenfläche, welche vorzugsweise parallel zur Kurbelwel lenachse verläuft. Eine spezielle Variante d ieser Ausführungsform sieht vor, dass das Umschaltele- ment an dem Pleuelfuß vorgesehen ist. In einem speziellen Fertigungsverfahren kann eine Aufnahme für das Umschaltelement nach einem Auseinanderbrechen des Pleuelkopfes an dem Pleuellagerdeckel gefertigt werden . Eine wei¬ tere spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass das Umschaltelement am Pleuella- gerdeckel und sogleich an der schmalen Seitenfläche angeord net ist, wobei zwischen dem Umschaltelement und der ersten oder zweiten Schraube die jeweils andere Schraube, die zweite oder entsprechend d ie erste Schraube, vor¬ gesehen ist. Das Umschaltelement ist in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Abstand von mindestens Vi cm, in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 1 cm, in einer davon verschiedenen Abwandl ung mindestens 1 ,5 cm und in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 2 cm von der Schraubenmittel linie der nächstl ie¬ genden Schraube, das heißt der ersten oder zweiten Schraube, beabstandet.
Eine vorteil hafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbrennungskraftmaschine ein Reihenmotor ist. Insbesondere kann die Verbrennungskraftmaschine als ein 4-, 5-, 6- oder 8-Zyl inderreihenmotor ausgefü hrt sein . Eine spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbrennungskraftmaschine als ein Boxermotor ausgefü hrt ist. Vorteilhafterweise kann die Verbrennungskraftmaschine als ein 4-, 6- oder 8-Zyl inderboxermotor ausgeführt sein .
Eine Weiterbild ung sieht vor, dass die Verbrennungskraftmaschine zwei Zylin¬ derbänke aufweist, welche V-förmig zueinander angeord net sind . Im Speziel- len können die beiden Zyl inderbänke einen Winkel von 90° aufweisen, wobei die Verbrennungskraftmaschine als ein 4- , 5-, 6- oder 8-Zylindermotor ausge¬ führt sein kann .
Im Weiteren wird ein Verfahren zum U mschalten eines einstellbaren variablen Verd ichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbel¬ wel le mit einer Kurbelwellenmittelachse und zumindest einem Gegengewicht, welches eine Erstreckung mit einem maximalen Abstand zur Kurbelwellenmit- telachse hat, einem Pleuel, einem Betätigungselement und einem Verstellmechanismus zur Verstellung des variablen Verdichtungsverhältnisses, wobei ein Umschaltelement zum Schalten des Verstellmechanismus an dem Pleuel ange¬ ordnet ist, vorgeschlagen. In einem ersten Schritt dieses Verfahrens wird das Betätigungselement von jeweils einer ersten in eine zweite oder von einer zweiten in eine erste Betätigungsposition bewegt. In einem zweiten Schritt lässt man das Pleuel umlaufen bis das Umschaltelement des Pleuels je nach Stellung des Betätigungselements dieses an einem ersten Berührpunkt berühren kann, wobei das Umschaltelement während einer vollständigen Umdrehung des Pleuels eine Bahnlinie aufweist, welche einen Kreis mit einem Radius, wel¬ cher gleich dem maximalen Abstand ist, schneidet. Wenn das Verdichtungsverhältnis versetz werden soll, wird das Betätigungselement innerhalb des In¬ tervalls, währenddessen sich das Umschaltelement längs seines außerhalb der Kreislinie verlaufenden Kurvenabschnitts bewegt, in Wirkverbindung mit dem Umschaltelement gebracht wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Figuren.
Diese zeigen in
Fig. 1: einer Schnittansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis, eine Kurbelwelle, ei- nem Pleuel, einem Verstellmechanismus zum Verstellen des einstell¬ baren variablen Verdichtungsverhältnisses und einem Umschaltele¬ ment;
Fig. 2: eine Schnittansicht des Umschaltelements;
Fig. 3: einen Geschwindigkeitsverlauf des Umschaltelements über einen ersten Kurbelwellenbereich; Fig.4: einen zweiten Geschwindigkeitsverlauf des Umschaltelements über einen zweiten Kurbelwellenbereich; Fig. 5: eine erste mögliche Anordnung eines Umschaltelements an einem im
Bereich des Kurbelwellenpleuellagers bei einem Reihenmotor;
Fig. 6: eine Bahnlinie für das Umschaltelement des Pleuels nach Fig. 5; Fig. 7: eine zweite mögliche Anordnung eines Umschaltelements an einem
Bereich des Kurbelwellenpleuellagers bei einem V-Motor;
Fig. 8: eine Bahnlinie für das Umschaltelement des Pleuels nach Fig. 7; Fig.9: eine dritte mögliche Anordnung eines Umschaltelements im Bereich des Kurbelwellenpleuellagers bei einem Boxermotor; und
Fig. 10: eine Bahnlinie für das Umschaltelement des Pleuels nach Fig. 9. Fig. 1 zeigt eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse 1 mit einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis, einer Kurbelwelle 2 zumindest einem Pleuel 3, einem Verstellmechanismus 4 zum Verstellen des einstellbaren Verdichtungsverhältnisses und einem Umschaltelement 5 für einen Schalter (in Fig. 1 nicht dargestellt, siehe z. B. Fig. 2) zum Schalten des Verstellmechanis- mus 4. Das Umschaltelement 5 ist an dem Pleuel 3 angeordnet. Der Pleuel 3 weist einen Pleuelschaft, an dem das den Verdichtungskolben 3' tragende Pleuelauge ausgebildet ist, und eine Pleuelkappe 3 auf, die den Kurbelwellen¬ zapfen umschließt. Des Weiteren ist bevorzugt in einem Bereich nahe dem unteren Totpunkt des Pleuels 3 eine Halterung 6 vorgesehen, die parallel zur Kurbelwellenmittelachsenerstreckung vor- und zurückbewegbar ist und an der ein Betätigungselement 7 mit zwei Betätigungsflächen 8, 8' zum wahlweisen mechanischen Einwirken auf das Umschaltelement 5 bei dessen Vorbeibewe- gung an dem Betätigungselement 7 während eines Umlaufs des Pleuels 3 angeordnet sind. Die Betätigungsflächen 8, 8' bewirken ein Umschalten des Umschaltelements 5 und damit des Schalters aus dessen ersten in dessen zweite Schaltposition, während die Betätigungsfläche 8' das Umschaltelement 5 zur Überführung des Schalters aus dessen zweiten in dessen erste Schaltposition betätigt.
Das Umschaltelement 5 kann in einer speziellen Ausführungsform einen Schalter 20 in Form eines hydraulischen Wegeventils für eine hydraulische Steue- rung eines Arbeitsraumes, wie er zum Beispiel in Fig. 1 der DE-A-10 2005055 199 als Arbeitsraum 29.1 beziehungsweise 29.2 ausgeführt ist, ansteuern. Insbesondere kann das Umschaltelement 5 ein hydraulisches Wegeventil ansteuern, welches jeweils zu einem Arbeitsraum zugeordnete Abflussbohrung freigibt. Eine solche Abflussbohrung ist zum Beispiel in Fig. 2 der DE-A-10 2005 055 199 als Abflussbohrung 36 dargestellt. Das hydraulische Wegventil weist mindestens zwei Schaltsteuerungen auf, welche jeweils einer ersten Stellung des Schalters 20 und einer zweiten Stellung des Schalters 20 entspre¬ chen. In DE-A-10 2012 020 999 sind unterschiedliche Möglichkeiten der Ver- schaltung eines hydraulischen Wegeventils beschrieben. Auf diese Druckschrift wird hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung der hydraulischen Schaltung im Pleuel wie auch der Gestaltung der Schaltung im Pleuel voll inhaltlich im Rahmen der Offenbarung dieser vorliegenden Anmeldung verwiesen, so dass der Inhalt der DE-A-10 2012 020 999 zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehört.
Fig. 2 zeigt weiterhin das Zusammenwirken des Umschaltelements 5 mit einem hydraulischen Wegeventil als Drei/Zwei-Wegeventil 11 bzw. allgemein mit dem Schalter 20. Die Drei/Zwei-Wegeventilfunktion wird hierbei durch das Zusammenwirken eines ersten Zwei/Zwei-Wegeventils 12 und eines zweiten Zwei/Zwei-Wegeventils 13 realisiert. Die Zwei/Zwei-Wegeventile 12 und 13 können als Sitzventile ausgeführt werden, zum Beispiel durch ein Kugelrückschlagventil, welches über einen Stößel aufgedrückt werden kann. Ein erster Stößel 14 ist dem ersten Zwei/Zwei-Wegeventil 12 zugeord net. Weiterhin ist ein zweiter Stößel 15 dem zweiten Zwei/Zwei-Wegeventil zugeord net. Die beiden Stößel 14 und 15 sind d urch das Umschaltelement 5 steuerbar. Das U mschaltelement 5 kann mittels einer Rastvorrichtung 16 in einer bestimmten Schaltstell ung festgehalten werden . Die Rastvorrichtung 16 kann über ein federndes Druckstück 17 und eine an dem Umschaltelement 5 ausgebildeten ersten Rastkontu r 18 real isiert werden . Damit die Stößel die Zwei/Zwei- Wegeventile nicht unbeabsichtigt unter dem Einfl uss von Träg heitskräften öffnen, werden die Stößel d urch Federn gegen das Umschaltelement 5 gedrückt. Neben der ersten Rastkontu r 18 weist die Rastvorrichtung 16 eine zweite Rastkontu r 19 auf. Die Rastkontur 18 bewirkt im Zusammenspiel mit dem federnden Druckstück 17 ein Halten des Umschaltelements 5 in einer ersten Stel lung . Die Rastkontu r 19 bewirkt im Zusammenwirken mit dem federnden Druckstück 17 ein Halten des U mschaltelements 5 in einer zweiten Stel lung . Durch Verschiebung des Betätig ungselements 7 in eine der beiden d urch den Doppel pfeil in Fig . 2 angedeuteten Richtungen wird das U mschaltelement 5 und damit der Schalter 20 dann, wenn sich der Pleuel 30 mit seinem U mschaltelement 5 aufweisenden Pleuelabschnitt an dem Betätigungselement 7 vorbeibewegt (siehe den Einzelfal l in Fig . 2) von einer ersten Schaltposition in eine zweite und umgekehrt überführt.
Das Umschaltelement 5 bewegt sich bei einem Umlauf des Pleuels 3 aufgrund der kinematischen Vorgaben, wie zum Beispiel dem Kurbelwellenradius, der Schubstangenlänge des Pleuels 3 und der Position des Umschaltelements 5 an dem Pleuel 3 längs einer Beweg ungsbah n mit variierender Geschwind igkeit. In Fig . 1 ist für eine spezielle Ausgestaltung eine el liptische Bahnl inie 9 des U m¬ schaltelements 5 dargestel lt. Bei einer nahezu konstanten Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine erg ibt sich ein Geschwind igkeitsverlauf, welcher je nach Position des Umschaltelements 5 variiert. Im Folgenden sol len d ie Positi- onen des Umschaltelements 5 auf der Bahnlinie 9 in Abhäng igkeit von der Drehstel lung der Kurbelwel le 2, welche d urch einen Winkel α beschrieben wird, in Grad Kurbelwinkel angeben werden . Dabei entspricht einem Wert des Win- kels α von 0 Grad Kurbelwinkel eine Position des Umschaltelements 5 im obe¬ ren Totpunkt des Pleuels 3, wobei d ieser Punkt in Fig . 1 auf der Bahnl inie mit einem Punkt 10 eingezeichnet ist. Einem Wert des Winkels α Grad Kurbelwin¬ kel von 180 entspricht der Position 21 des Umschaltelements 5, welche auf der Bahnlinie 9 l iegt.
Fig . 3 zeigt einen ersten q ual itativen Geschwindig keitsverlauf 41 der absoluten Geschwindigkeit vi des Umschaltelements 5 ü ber dem Winkel α in Grad Ku r¬ belwinkel . Die absol ute Geschwindigkeit des Umschaltelements 5 ist in einem Kurbelwinkel bereich von 170 Grad bis 190 Grad streng monoton zunehmend . Bei einer Drehzah l der Verbrennungskraftmaschine von ungefähr 4500 Umd re¬ hungen pro M inute erreicht die absol ute Geschwindigkeit des Umschaltele¬ ments 5 bevorzugt einen Wert von maximal 30 m/s. Fig . 4 zeigt einen zweiten qualitativen Geschwindigkeitsverlauf 42 der absoluten Geschwindigkeit v2 des Umschaltelements 5 über dessen Bewegungsposi¬ tion, angegeben in Grad Kurbelwinkel des Winkels a . In einem Kurbelwinkelbe¬ reich von 200 Grad bis 220 Grad ist die absol ute Geschwindigkeit des U m¬ schaltelements 5 streng monoton abnehmend . Bei einer Drehzahl der Ver- brennungskraftmaschine von ungefähr 4500 U mdreh ungen pro M inute erreicht die absolute Geschwindigkeit des Umschaltelements 5 bevorzugt einen Wert von maximal 30 m/s.
Eine Positionierung des Umschaltelements 5 an den jeweil igen, in den Patent- ansprüchen definierten Positionen des Pleuels erlaubt nicht nu r zusätzl ichen Bauraum für eine flexiblere Gestaltung des mechanischen Betätigungselements 7 zur mechanischen Betätig ung des U mschaltelements 5 und eine flexiblere Anordnung des Betätigungselements 7, sondern ermög licht weiterhin eine Positionierung des Betätigungselements 7 in einem Bereich, in welchem das Be- tätigungselement 7 einfacher an einen Geschwind igkeitsverlauf, wie er beispielsweise mit einem Geschwindigkeitsverlauf 41 oder 42 dargestel lt ist, an- gepasst werden kann . Fig . 5 zeigt eine erste mög liche Anordnung eines Umschaltelements 51 an ei¬ nem Pleuel lagerdeckel 52 eines Pleuels 63, wobei der Pleuellagerdeckel 52 mit einer ersten Schrau be 53 und einer zweiten Schraube 54 an einem Pleuelfuß 55 befestigt ist. Fig . 5 zeigt weiterhin eine gestichelt dargestel lte breite Seitenfläche 56 eines Pleuel kopfes 57, wobei der Pleuel kopf 57 d urch den Pleuella¬ gerdeckel 52 und den Pleuelfuß 55 gebildet ist. Die breite Seitenfläche 56 wird d urch eine Pleuel lageraufnahme 58 durchbrochen . Der M ittel pu nkt 59 des U mschaltelements 51 weist in einer speziel len Ausführungsform einen Abstand von mindestens 1 cm, in einer weiteren Ausführungsform von mindestens 1 ,5 cm und in einer davon abgewandelten Ausgestaltung von mindestens 2 cm von einer Verbindungslinie 60 auf, welche ein Schraubenkopfende 61 der Schraube 54 mit einem Schraubenkopfende 62 der Schraube 53 verbindet. Fig . 5 zeigt weiterhin, wie das Umschaltelement 51 zwischen der ersten Schraube 54 und der zweiten Schraube 53 angeord net ist. Eine derartige An¬ ord nung des U mschaltelements 51 kann in vorteil hafterweise bei einem Rei¬ henmotor vorgesehen sein .
Fig . 6 zeigt den außerhal b des Gegengewicht- Fl ugkreises 78 liegenden Ab- schnitt der Bahnl inie 71 beispielhaft für das Umschaltelement 51 während eines Umlaufs des Pleuels 63. Fig . 6 zeigt weiterhin eine Kurbelwel le 72, an wel¬ cher ein Gegengewicht 73 angeordnet ist. Das Gegengewicht 73 hat zumindest eine Erstreckung 74 mit einem maximalen Abstand 75 zur Kurbelwellenmittelachse 76. Das Umschaltelement 51 bewegt sich während eines Umlaufs des Pleuels 63 auch entlang der Bahnl inie 71 , welche den Fl ugkreis 78 schneidet, der einen Rad ius aufweist, welcher gleich dem maximalen Abstand 75 der Erstreckung 74 des Gegengewichtes 73 ist. Die Schnittpunkte der Bahnl inie 71 mit dem Fl ugkreis 78 sind in Fig . 6 mit den Punkten 79 dargestellt. Fig . 7 zeigt eine zweite Anordnung eines Umschaltelements 91 an einem Pleuellagerdeckel 92 eines Pleuels 96, welche mittels einer ersten Schraube 93 und einer zweiten Schraube 94 an einem Pleuelfuß 95 des Pleuels 96 befestigt ist. Das Umschaltelement 91 ist an dem Pleuellagerdeckel 92 vorgesehen, bevorzugt an einer schmalen Seitenfläche 97 des Pleuelkopfes 98, welcher d urch den Pleuel lagerdeckel 92 u nd den Pleuelfuß 95 ausgebildet ist. Eine breite Sei¬ tenfläche des Pleuelkopfes 98 ist mittels der gestrichelten Linie 99 dargestellt. Die in Fig ur 7 dargestellte Anordnung des Umschaltelements 91 ist beispiels¬ weise für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche V-förmig an¬ geord nete Zylinderbänke aufweist.
Das Umschaltelement 91 ist in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Abstand von mindestens Vi cm, in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 1 cm, in einer davon verschiedenen Abwand l ung mindestens 1 ,5 cm und in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 2 cm von der Schraubenmittellinie 100 der nächstliegenden Schraube 94 beabstandet. Bei einem V- Motor kann das Pleuel zwischen seinem Pleuelfuß und seinem
Pleuellagerdeckel schräg geteilt sein, was bedeutet, dass d ie Trennungsebene zwischen beiden nicht im Wesentl ichen senkrecht, sondern in einem spitzen Winkel zur Erstreckung des Pleuels verläuft. H ierbei kann dann das U mschaltelement auch am Pleuelfuß, und zwar auf der dem Kurbelwel lenpleuellager ab- gewandten Seite mindestens eines der beiden Verbindungselemente angeord¬ net sein . Herkömmlicherweise wird das U mschaltelement aber bei einem derartigen schräggeteilten Pleuel am Pleuel lagerdeckel seitl ich einer der beiden Verbind ungselemente angeordnet sein . Fig . 8 zeigt eine Bahnlinie 171 beispiel haft für das Umschaltelement 91 während eines Umlaufs des Pleuels 96. Fig . 8 zeigt weiterhin eine Kurbelwel le 172, an welcher ein Gegengewicht 173 angeord net ist. Das Gegengewicht 173 hat zumindest eine Erstreckung 174 mit einem maximalen Abstand 175 zur Ku rbelwellenmittelachse 176. Das Umschaltelement 91 bewegt sich während einer vollen U md rehung des Pleuels 96 entlang der Bahnlinie 171 , welche einen Kreis 178 schneidet, welcher einen Rad ius aufweist, welcher gleich dem maximalen Abstand 175 der Erstreckung 174 des Gegengewichtes 173 ist. Die Schnittpunkte der Bahnl inie 171 mit dem Kreis 178 sind in Fig . 8 mit den Punkten 179 dargestellt.
Fig . 9 zeigt eine dritte Anordnung eines Umschaltelements 191 an einem Pleuellagerdeckel 192 eines Pleuels 196, welche mittels einer ersten Schraube 193 und einer zweiten Schraube 194 an einem Pleuelfuß 195 des Pleuels 196 befestigt ist. Das Umschaltelement 191 ist an dem Pleuelfuß 195 vorgesehen, bevorzugt an einer schmalen Seitenfläche 197 des Pleuel kopfes 198, welcher d urch den Pleuel lagerdeckel 192 und den Pleuelfuß 195 ausgebildet ist. Eine breite Seitenfläche des Pleuel kopfes 198 ist mittels der gestrichelten Linie 199 dargestellt. Die in Figur 9 dargestellte Anord nung des Umschaltelements 191 ist beispielsweise für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche als Boxermotor ausgeführt ist. Das Umschaltelement 191 ist in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Abstand von mindestens Vi cm, in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 1 cm, in einer davon verschiedenen Abwand lung mindestens 1 ,5 cm und in einer weiteren Ausgestaltung mindestens 2 cm von der Schraubenmittel linie 200 der nächstl iegenden Schraube 194 beabstandet.
Fig . 10 zeigt eine Bahnl inie 271 beispielhaft für das Umschaltelement 191 während eines Umlaufs des Pleuels 196. Fig . 10 zeigt weiterhin eine Kurbelwelle 272, an welcher ein Gegengewicht 273 angeord net ist. Das Gegengewicht 273 hat zumindest eine Erstreckung 274 mit einem maximalen Abstand 275 zur Kurbelwel lenmittelachse 276. Das Umschaltelement 191 bewegt sich während eines Umlaufs des Pleuels 196 entlang der Bahnl inie 271 , welche einen Kreis 278 schneidet, welcher einen Rad ius aufweist, welcher gleich dem maximalen Abstand 275 der Erstreckung 274 des Gegengewichtes 273 ist. Die Schnitt¬ punkte der Bahnlinie 271 mit dem Kreis 278 sind in Fig . 10 mit den Punkten 279 dargestel lt.
Die Erfind ung lässt sich ferner alternativ d urch eine der nachfolgend genann- ten Merkmalsgruppen umschreiben, wobei die Merkmalsgruppen beliebig miteinander kombinierbar sind und auch einzelne Merkmale einer Merkmalsgruppe mit ein oder mehreren Merkmalen einer oder mehrerer anderer Merkmalsgruppen und/oder einer oder mehrerer der zuvor genannten Ausgestaltungen der Erfindung kombinierbar sind.
1. Verbrennungskraftmaschine mit einem einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis, einer Kurbelwelle 2 mit einer Kurbelwellenmittelachse und zumindest einem Gegengewicht, welches eine Erstreckung mit einem maximalen Abstand zur Kurbelwellenmittelachse hat, zumindest einem Pleuel 3, einem Verstellmechanismus 4 zum Verstellen des einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnisses, einem Umschaltelement 5 zum Schalten des Verstellmechanismus 4, wobei das Umschaltelement 5 an dem Pleuel 3 angeordnet ist, und einem Betätigungselement zum Umschalten des Umschaltelements 5 von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung, wobei das Schaltelement bei einer vollständigen Umdrehung des Pleuels eine geschlossene Kurve beschreibt, welche in axialer Projektion auf die Kurbelwelle betrachtet einen Kreis mit einem Radius schneidet, welcher gleich dem maximalen Abstand des Gegengewichts von der Kurbelwellenmittelachse ist.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Ziffer 1, wobei der Pleuel einen Pleuellagerdeckel aufweist und das Schaltelement an dem Pleuellagerdeckel angeordnet ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Ziffer 1 oder 2, wobei der Pleuel einen Pleuelfuß aufweist, der Pleuellagerdeckel mit einer ersten und einer zweiten Schraube an dem Pleuelfuß befestigt ist und das Schaltelement zwischen den beiden Schrauben am Pleuellagerdeckel angeorndet ist.
4. Verbrennungskraftmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei der Pleuel einen Pleuelfuß aufweist, der Pleuellagerdeckel mit einer ersten und einer zweiten Schraube an dem Pleuelfuß befestigt ist und eine der beiden Schrauben, die erste oder zweite Schraube, zwischen dem Schaltelement und der jeweils anderen Schraube, der zweiten oder entsprechend der ersten Schraube, angeordnet ist. Verbrennungskraftmaschine nach Ziffer 4, wobei das Schaltelement am Pleuelfuß angeordnet ist. Verbrennungskraftmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein Reihenmotor ist. Verbrennungskraftmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die Verbrennungskraftmaschine ein Boxermotor ist. Verbrennungskraftmaschine nach einer der vorhergehenden Ziffern, wobei die Verbrennungskraftmaschine zwei Zylinderbänke aufweist, welche V-förmig angeordnet sind. Verfahren zum Umschalten eines einstellbaren variablen Verdichtungsverhältnis einer Verbrennungskraftmaschine mit
einer Kurbelwelle 2 mit einer Kurbelwellenmittelachse und zumindest einem Gegengewicht, welches sich bis zu einem äußeren Gegengewichtsradius ausgehend von der Kurbelwellenmittelachse erstreckt, einem Pleuel 3 und einem Verstellmechanismus zur Verstellung des variablen Verdichtungsverhältnis, wobei ein Umschaltelement 5 zum Schalten des Verstellmechanismus an dem Pleuel 3 angeordnet und mittels eines Betätigungselements betätigbar ist, und
den folgenden Schritten : a) Umschalten des Betätigungselements 7 von jeweils einer ersten in eine zweite oder von einer zweiten in eine erste Umschaltposition, b) Rotieren lassen des Pleuels 3, wobei das Umschaltelement 5 während einer vollständigen Umdrehung des Pleuels 3 eine geschlossene Kurve beschreibt, welche die Kreislinie des äußeren Gegengewichtsradius des Gegengewichtes schneidet und einen außerhalb der Kreislinie verlaufenden Kurvenabschnitt aufweist, und
c) zum Schalten des Verstellmechanismus das Betätigungselement innerhalb des Intervalls, währenddessen sich das Umschaltelement längs seines außerhalb der Kreislinie verlaufenden Kurvenabschnitts bewegt, in Wirkverbindung mit dem Umschaltelement 5 gebracht wird.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1 Gehäuse
1' Zylinder
2 Kurbelwelle
3 Pleuel
3' Verdichtungskolben
4 Verstellmechanismus
5 Umschaltelement
6 Halterung
7 Betätigungselement
8 Betätigungsflächen
8' Betätigungsfläche
9 Bahnlinie, Kurvenlinie, Kurve
10 Punkt
11 Drei/Zwei- Wegeventil
12 Schalters, Zwei/Zwei-Wegeventil
13 Zwei/Zwei-Wegeventils
14 Stößel
15 Stößel
16 Rastvorrichtung
17 Druckstück
18 Rastkontur
19 Rastkontur
20 Schalter
21 Position
29 Arbeitsraum
30 Pleuel
36 Abflussbohrung
41 Geschwindigkeitsverlauf
42 Geschwindigkeitsverlauf
51 Umschaltelement
52 Pleuellagerdeckel
53 Schraube
54 Schraube
55 Pleuelfuß
56 Seitenfläche
57 Pleuelkopf
58 Pleuellageraufnahme
59 Mittelpunkt
60 Verbindungslinie
61 Schraubenkopfende
62 Schraubenkopfende
63 Pleuels
71 Bahnlinie
72 Kurbelwelle
73 Gegengewicht
74 Erstreckung 75 Abstand
76 Kurbelwellenmittelachse
78 Gegengewicht- Fl ugkreis
79 Schnittpunkte
91 U mschaltelement
92 Pleuellagerdeckel
93 Schrau be
94 Schraube
95 Pleuelfuß
96 Pleuel
97 Seitenfläche
98 Pleuel kopf
99 Linie
100 Schraubenmittell inie 171 Bahnl inie
172 Kurbelwel le
173 Gegengewicht
174 Erstreckung
175 Abstand
176 Kurbelwellenmittelachse
178 Fl ugkreisbahn
179 Schnittpunkte
191 U mschaltelement
192 Pleuellagerdeckel 193 Schraube
194 Schraube
195 Pleuelfuß
196 Pleuel
197 Seitenfläche
198 Pleuel kopf
199 Linie
200 Schraubenmittell inie
271 Bahnl inie
272 Kurbelwel le
273 Gegengewicht
274 Erstreckung
275 Abstand
276 Kurbelwellenmittelachse 278 Flugkreisbahn
279 Schnittpunkte

Claims

Ansprüche
Hubkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis, mit
einem Gehäuse (1),
einer am Gehäuse (1) drehbar gelagerten Kurbelwelle (2, 72, 172, 272) mit mindestens einem Hubzapfen und einem Ausgleichsgewicht (73, 173, 273), dessen radial am weitesten von der Kurbelwellenmittelachse (76, 176, 276) entfernte Umfangsaußenkontur bei Rotation der Kurbelwelle (2, 72, 172, 272) eine Flugkreisbahn (78, 178, 278) beschreibt,
einem von dem Pleuel (3, 63, 96, 196) getragenen Verdichtungskolben (3'), der innerhalb eines in dem Gehäuse (1) ausgebildeten Zylinders ( ) bidirektional bewegbar geführt ist,
einem am Pleuel (3, 63, 96, 196) angeordneten Verstellmechanismus (4) zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses durch wahlweise Freigabe und/oder Blockade und/oder Unterstützung eines Verschie- bens des Verdichtungskolbens (3') relativ zum Pleuel (3, 63, 96, 196),
einem am und/oder im Pleuel (3, 63, 96, 196) angeordneten Schalter (20) mit einem insbesondere mechanisch zu betätigenden Umschaltelement (5, 59, 91, 191) zur Überführung des Schalters (20) aus einer ersten Schaltposition, die einem ersten Verdichtungsverhältnis entspricht, in mindestens eine zweite Schalterposition, die einem vom ersten Verdichtungsverhältnis verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis entspricht, und umgekehrt, und
einem Betätigungselement (7) zur insbesondere mechanischen Betätigung des Umschaltelements (5, 59, 61, 191),
wobei das Pleuel (3, 63, 96, 196) im Bereich um sein Kurbelwellen- pleuellager herum einen Pleuelabschnitt aufweist, der sich bei einem Umlauf des Pleuels (3, 63, 96, 196) längs einer Kurvenlinie (9) und über mindestens einen Abschnitt (71, 171, 271) dieser Kurvenlinie (9) außerhalb der Flugkreisbahn (78, 178, 278) des Ausgleichsgewichts (73, 173, 273) befindet,
wobei das Umschaltelement (5, 59, 61, 191) für den Schalter (20) innerhalb dieses besagten Pleuelabschnitts angeordnet ist und wobei das Betätigungselement (7) bei Betrachtung der Kurbelwelle (2, 72, 172, 272) in deren axialer Projektion innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der mit dem besagten Abschnitt (71, 171, 271) der Kurvenlinie (9) fluchtet.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltelement (5, 59, 91, 191) für den Schalter (20) bei einem Umlauf des Pleuels (3, 63, 96, 196) eine geschlossene Kurvenlinie (9) beschreibt und dass in axialer Projektion der Kurbelwelle (2, 72, 172, 272) betrachtet diese Kurve (9) die Flugkreisbahn (78, 178, 278) des Ausgleichsgewichts (73, 173, 273) an mindestens zwei Punkten schneidet.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (3, 63, 96, 196) einen Pleuelschaft mit einem Drehlager für den Verdichtungskolben (3'), einen Pleuelfuß und einen Pleuellagerdeckel aufweist, wobei der Pleuelfuß und der Pleuellagerdeckel das Kurbel- wellenpleuellager und den Bereich des Pleuels (3, 63, 96, 196) um das Kurbelwellenpleuellager herum bildet und dass der Pleuelfuß und der Pleuellagerdeckel durch mindestens zwei beidseitig des Kurbelwellen- pleuellagers angeordnete Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden sind.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mehrere nach Art eines Reihenmotors angeordnete Zylinder ( ) mit diesen jeweils zugeordneten Verdichtungskolben (3') und Pleuel (3, 63, 96, 196) aufweist und dass mindestens eines der Pleuel (3, 63, 96, 196) einen Schalter (20) mit Umschaltelement (5, 59, 91, 191) aufweist, das am Pleuellagerdeckel und insbesondere in dessen Bereich zwischen den mindestens zwei Verbindungselementen angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mehrere nach Art eines V-Motors angeordnete Zylinder ( ) mit diesen jeweils zugeordneten Verdichtungskolben (3') und Pleuel (3, 63, 96, 196) aufweist und dass mindestens eines der Pleuel (3, 63, 96, 196) einen Schalter (20) mit Umschaltelement (5, 59, 91, 191) aufweist, das am Pleuellagerdeckel und insbesondere in dessen Bereich zwischen den mindestens zwei Verbindungselementen oder auf der dem Kurbelwellenpleuellager abgewandten Seite mindestens eines der Verbindungselemente, oder an dem Pleuelfuß auf der dem Kurbelwellenpleuellager abgewandten Seite des mindestens einen Verbindungselements angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mehrere nach Art eines Boxermotors angeordnete Zylinder (1') mit diesen jeweils zugeordneten Verdichtungskolben (3') und Pleuel (3, 63, 96, 196) aufweist und dass mindestens eines der Pleuel (3, 63, 96, 196) einen Schalter (20) mit Umschaltelement (5, 59, 91, 191) aufweist, das am Pleuelfuß auf der dem Kurbelwellenpleuellager abgewandten Seite mindestens eines der Verbindungselemente angeordnet ist.
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