DE102008038088A1

DE102008038088A1 - Control device for locking piston pin for reciprocating engine, has locking element, which is moved between locking position and releasing position by control device

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Publication number: DE102008038088A1
Application number: DE200810038088
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Ing. Meintschel; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander Dipl.-Ing. Von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-08-16
Filing date: 2008-08-16
Publication date: 2010-02-18

Abstract

The control device has a locking element, which is moved between a locking position and a releasing position by a control device. The locking element is locked in an adjusting position. A guide (20) corresponds with a guide element, by which the locking element is indirectly moved between the locking element and a releasing element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für eine Verriegelung eines verstellbar an einem Kolben gelagerten Kolbenbolzens für einen Hubkolbenmotor mit verstellbarem Verdichtungsverhältnis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hubkolbenmotor mit einer derartigen Verstelleinrichtung.The The invention relates to a control device for a Locking of an adjustable mounted on a piston piston pin for a reciprocating engine with adjustable compression ratio according to the preamble of claim 1. The invention relates Furthermore, a reciprocating engine with such an adjustment.

Das Verdichtungsverhältnis eines Hubkolbenmotors bezeichnet das Verhältnis des gesamten Zylinderraums eines Zylinders eines Motors vor der Verdichtung zum verbliebenen Raum dieses Zylinders nach der Verdichtung. In gängigen Otto- oder Dieselmotoren ist dieses Verhältnis bauartbedingt konstant. Bei der Wahl des gewünschten Verdichtungsverhältnisses ist dabei zu beachten, dass ein höheres Verdichtungsverhältnis zwar den Wirkungsgrad hebt und den spezifischen Kraftstoffverbrauch reduziert, gleichzeitig aber auch die thermischen Verluste erhöht. Insbesondere bei Ottomotoren kommt dazu, dass bei zu hohen Verdichtungsverhältnissen die Klopfneigung des Motors ebenfalls ansteigt. Der optimale Kompromiss zwischen spezifischem Kraftstoffverbrauch, thermischen Verlusten und Klopfrisiko hängt dabei jedoch auch von weiteren Parametern ab, welche nicht bauartbedingt vorgegeben sind. Hier sei beispielsweise lediglich die Oktanzahl des jeweils verwendeten Benzins genannt. Damit kann es sinnvoll sein, in Abhängigkeit von solchen Gegebenheiten das Verdichtungsverhältnis eines Motors einstellbar zu gestalten.The Described compression ratio of a reciprocating engine the ratio of the total cylinder space of a cylinder an engine before compression to the remaining space of this cylinder after compaction. In common petrol or diesel engines this ratio is constant due to the design. In the election the desired compression ratio It should be noted that a higher compression ratio while increasing efficiency and reducing specific fuel consumption, but at the same time also increases the thermal losses. Especially in gasoline engines is that at too high compression ratios, the Knock tendency of the engine also increases. The optimal compromise between specific fuel consumption, thermal losses and the risk of knocking depends on other parameters, which are not specified by design. Here is, for example only the octane number of the gasoline used. This may make sense, depending on such Conditions the compression ratio of a motor adjustable to design.

Eine besondere Bedeutung kommt einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis bei Motoren mit so genannter homogener Kompressionszündung zu. Solche Motoren arbeiten mit einem homogen verteilten Gemisch aus Ottokraftstoff und Luft, welches im Teillastbetrieb des Motors im Gegensatz zu konventionellen Ottomotoren durch Selbstzündung gezündet wird. Lediglich im Volllastbereich erfolgt eine Fremdzündung durch eine Zündkerze. Solche Motoren zeichnen sich durch hervorragende Verbrauchseigenschaften aus und vermeiden überdies die Entstehung von Schadstoffen wie NO_x und Rußpartikeln beinahe vollständig innermotorisch. Durch die Möglichkeit des Betriebs als selbst- und fremdzündender Motor ist ein verstellbares Verdichtungsverhältnis hier unabdingbar. Auch innerhalb des selbstzündenden Betriebs kann dabei das Verdichtungsverhältnis weiter variiert werden, um für jeden Betriebspunkt einen optimalen Wirkungsgrad sicherzustellen.Of particular importance is an adjustable compression ratio in engines with so-called homogeneous compression ignition. Such engines operate with a homogeneously distributed mixture of gasoline and air, which is ignited in partial-load operation of the engine, in contrast to conventional gasoline engines by auto-ignition. Only in the full load range is a spark ignition by a spark plug. Such engines are characterized by excellent consumption properties and also avoid the formation of pollutants such as NO _x and soot particles almost completely within the engine. Due to the possibility of operating as a self-ignition and spark-ignition engine, an adjustable compression ratio is indispensable here. Even within the self-igniting operation, the compression ratio can be further varied in order to ensure optimal efficiency for each operating point.

Die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses wird dabei heutzutage in der Regel im Bereich der Lagerung des Kolbens am Pleuel erzielt. Hierbei werden oft exzentrische Kolbenbolzen oder Kolbenbolzenlager verwendet. Um eine unerwünschte Verstellung durch während der Kolbenbewegung auf den Kolbenbolzen wirkende Kräfte zu verhindern, ist es dabei nötig, eine Verriegelung vorzusehen, mittels welcher der Kolbenbolzen arretiert werden kann. Eine Verstellung ist dann erst nach Freigabe der Verriegelung möglich, welche bevorzugt nur bei einer Verstellanforderung stattfindet. Es ist bekannt, zur Steuerung solcher Verriegelungseinrichtungen hydraulische Systeme zu verwenden. Ein Beispiel für eine derartige hydraulisch gesteuerte Verriegelung für einen verstellbaren exzentrischen Kolbenbolzen ist in der US 5,417,185 offenbart.The adjustment of the compression ratio is achieved nowadays usually in the field of storage of the piston on the connecting rod. This often eccentric piston pin or piston pin bearings are used. In order to prevent undesired adjustment by forces acting on the piston pin during the piston movement, it is necessary to provide a lock by means of which the piston pin can be locked. An adjustment is then possible only after release of the lock, which preferably takes place only at a Verstellanforderung. It is known to use hydraulic systems for controlling such locking devices. An example of such a hydraulically controlled lock for an adjustable eccentric piston pin is in the US 5,417,185 disclosed.

Solche Systeme sind komplex aufgebaut und benötigen oftmals Druckleitungen, welche innerhalb eines Pleuels verlaufen. Weiterhin leiden gängige Systeme unter dem Problem, dass die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses nicht mit der Kolbenbewegung im Motor synchronisiert ist. Da je nach Kolbenposition unterschiedliche Kräfte auf den Kolben, und damit auch auf die Versteileinrichtung zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wirken, führt ein Fehlen einer solchen Synchronisierung dazu, dass Verstellungen oft zu Zeiten erfolgen, in denen hohe Gas- und Massenkräfte auf den Kolben wirken. Deswegen müssen die beteiligten Bauteile und Aktuatoren für diese maximalen Belastungen ausgelegt werden, was zu Nachteilen bezüglich des verwendeten Bauraums und des Bauteilgewichts führt.Such Systems are complex and often require pressure lines, which run within a connecting rod. Continue to suffer common Systems under the problem that the adjustment of the compression ratio is not synchronized with the piston movement in the engine. As ever different forces on the piston after piston position, and thus also on the adjusting device for adjusting the compression ratio act, leads to a lack of such synchronization that adjustments are often made at times when high gas and mass forces on the pistons act. That's why the involved components and actuators for these maximum Loads are interpreted, resulting in disadvantages regarding of the space used and the weight of the component leads.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung für eine Verriegelung eines verstellbaren an einem Kolben gelagerten Kolbenbolzens bereitzustellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Steuerungseinrichtung bereitzustellen, welche ein geringes Eigengewicht sowie ein Minimum an benötigten Bauteilen aufweist. Eine solche Steuerungseinrichtung soll darüber hinaus bevorzugt so gestaltet sein, dass sie eine Synchronisierung der Steuerung der Verriegelung mit einer Kolbenbewegung im zugeordneten Motor ermöglicht.Of the The present invention is therefore based on the object, a control device for locking an adjustable to a piston stocked piston pin to provide which disadvantages of the prior art overcomes. In particular it is Object of the invention to provide such a control device, which a low weight and a minimum of needed Has components. Such a control device should about it In addition, it may be configured to synchronize the control of the lock with a piston movement in the assigned Motor allows.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These Task is by a control device with the features of claim 1.

Eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung für eine Verriegelung eines verstellbar an einem Kolben gelagerten Kolbenbolzens für einen Hubkolbenmotor soll also ein Verriegelungselement, mittels welchem der Kolbenbolzen arretiert werden kann, zwischen einer Arretierungsstellung und einer Freigabestellung bewegen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung eine Führung umfasst, welche mit einem Führungselement korrespondiert. Durch die Interaktion von Führung und Führungselement ist dann zumindest mittelbar das Verriegelungselement zwischen der Arretierungsstellung und der Freigabestellung bewegbar. Die Steuerung erfolgt also nicht, wie im Stande der Technik, über eine Hydraulik, sondern auf rein mechanische Weise. Durch einen Eingriff des Führungselementes, welches bevorzugt einen Bestandteil des Verriegelungselementes bildet, in die zugeordnete Führung wird also eine Kraft auf das Verriegelungselement übertragen, durch welche dieses zwischen seinen Stellungen bewegt werden kann.A control device according to the invention for locking a displaceably mounted on a piston piston pin for a reciprocating engine so a locking element by means of which the piston pin can be locked, move between a locking position and a release position. According to the invention, it is provided that the control device comprises a guide which corresponds to a guide element. Due to the interaction of the guide and guide element, the locking element is then at least indirectly movable between the locking position and the release position. The control is thus not, as in the prior art, via a hydraulic system, but in a purely mechanical manner. By an engagement of the guide element, which preferably forms part of the locking element, in the associated guide so a force is transmitted to the locking element, by which this can be moved between its positions.

Die Führung ist dabei bevorzugterweise in Form einer Nut an einem Gegengewicht einer Kurbelwelle angeordnet. Durch eine derartige Anordnung gelangen das Verriegelungselement, welches in der Regel am Kolben selbst angeordnet wird, und die Führung insbesondere im Bereich des unteren Totpunktes der Bewegung des Kolbens durch seinen Arbeitszyklus in unmittelbare räumliche Nähe. Je nach Ausgestaltung der Erfindung kann nun das Führungselement am Verriegelungselement, welches beispielsweise in Form eines Zapfens ausgebildet sein kann, in die Nut eingreifen, wodurch das Verriegelungselement zwischen seinen Positionen bewegt wird.The Guide is preferably in the form of a groove arranged a counterweight of a crankshaft. By such Arrangement enter the locking element, which usually is arranged on the piston itself, and the guide in particular in the area of the bottom dead center of the movement of the piston through his work cycle in immediate proximity. Depending on the embodiment of the invention, the guide element can now on the locking element, which for example in the form of a pin may be formed to engage in the groove, whereby the locking element is moved between his positions.

Die Führung folgt dabei bevorzugt einer Raumkurve, welche entlang eines Umfanges des Gegengewichtes verläuft und zumindest bereichsweise eine Richtungskomponente umfasst, welche senkrecht zu einer Symmetrieachse des Kolbens verläuft. Durch eine derartige Abweichung von einem vollständig radialsymmetrischen Verlauf der Führung bezüglich des Gegengewichtes der Kurbelwelle wird auf das in der Führung gehaltene Führungselement somit eine Kraft ausgeübt, welche bezüglich der Kurbelwelle in axialer Richtung verläuft. Bezüglich des Kolbens betrachtet, steht diese Kraft somit senkrecht zu seiner Symmetrieachse, wobei die Ausgestaltung der Führung bevorzugt so gewählt ist, dass die derart einwirkende Kraft axial bezüglich des Kolbenbolzens wirkt. So kann ein Verriegelungselement, welches beispielsweise den Kolbenbolzen in formschlüssigen Eingriff mit der Wandung des Kolbenschaftes bringt, und ihn so gegen Verdrehen sichert, durch Ausrücken in axialer Richtung des Kolbenbolzens aus seiner Verriegelungsposition gelöst werden, so dass der Kolbenbolzen für eine Drehung freigegeben wird.The Guidance preferably follows a space curve which runs along a circumference of the counterweight runs and at least partially comprises a directional component, which is perpendicular extends to an axis of symmetry of the piston. By a such deviation from a completely radially symmetric Course of the leadership regarding the counterweight the crankshaft is thus on the guide element held in the guide exerted a force which, with respect to the crankshaft runs in the axial direction. Regarding the piston considered, this force is thus perpendicular to its axis of symmetry, wherein the configuration of the guide is preferably selected is that the force so applied axially with respect to the piston pin acts. Thus, a locking element which, for example the piston pin in positive engagement with the wall of the piston shaft, thus securing it against twisting Disengaging in the axial direction of the piston pin from his Locking position to be released so that the piston pin is released for rotation.

Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn dieser Übergang von der Arretierungs- in die Freigabeposition des Verriegelungselementes durch die Steuereinrichtung in einem Bereich nahe des unteren Totpunktes der Kolbenbewegung durch seinen Arbeitszyklus erfolgt. In diesem Bereich der Kolbenbewegung sind die wirkenden Gas- und Massenkräfte besonders klein, was vorteilhafterweise die Belastung von Steuereinrichtung, Verriegelungselementen sowie Kolbenbolzen selbst reduziert. Bevor sich das Führungselement im weiteren Verlauf des Arbeitszyklus des Kolbens wieder aus der zugeordneten Führung löst, wird durch die Führung eine entgegengerichtete, wiederum in axialer Richtung des Kolbenbolzens wirkende Kraft auf das Verriegelungselement ausgeübt, welches es aus seiner Freigabestellung zurück in die Arretierungsstellung bringt. Dadurch ist das Verriegelungselement über einen überwiegenden Teil des Arbeitszyklus des zugeordneten Kolbens in seiner Arretierungsposition. Damit wird sichergestellt, dass eine Verstellung nur im Bereich des unteren Totpunktes erfolgen kann.It is particularly advantageous if this transition from the locking to the release position of the locking element by the control device in a region near the bottom dead center the piston movement is carried out by its duty cycle. In this Area of piston movement are the acting gas and mass forces especially small, which is advantageously the load of control device, Locking elements and piston pin itself reduced. Before the guide element in the further course of the work cycle releases the piston from the associated guide, will be opposed by the leadership, again exerted in the axial direction of the piston pin force acting on the locking element, which it from its release position back into the Arretierungsstellung brings. As a result, the locking element is over a predominant Part of the duty cycle of the associated piston in its locking position. This ensures that an adjustment only in the area of bottom dead center can be done.

Die geschilderte Steuerung der Verriegelung eines exzentrisch verstellbaren Kolbenbolzens kann ohne den Beitrag weiterer aktiver Elemente geschehen. Durch die Wechselwirkung zwischen Führungselement und Führung wird jeder Kolben in einem Bereich um seinen unteren Totpunkt bei jedem einzelnen Arbeitszyklus entriegelt. Eine eigentliche Verstellung erfolgt dabei jedoch nur, wenn ein gesondertes Verstellelement auf den Kolbenbolzen einwirkt. Damit ist eine selbsttätige Synchronisierung der Ver- und Entriegelung sowie der Verstellung des Kolbenbolzens mit dem Arbeitszyklus des zugeordneten Kolbens gewährleistet, so dass sichergestellt ist, dass die gesamte Anordnung möglichst geringen Kräften unterliegt. Dadurch kann sowohl die Steuerungseinrichtung als auch die Verriegelungseinrichtung wesentlich leichter und weniger stabil ausgelegt werden, als im Stand der Technik üblich.The described control of the locking of an eccentrically adjustable Piston pin can be done without the contribution of other active elements. Due to the interaction between guide element and guide Each piston is in an area around its bottom dead center at unlocked every single work cycle. An actual adjustment takes place, however, only if a separate adjustment on acting on the piston pin. This is an automatic Synchronization of locking and unlocking and adjustment of the piston pin with the duty cycle of the associated piston Ensures that it is ensured that the whole Arrangement of the lowest possible forces subject. As a result, both the control device and the locking device be designed much lighter and less stable than in the State of the art usual.

Alternativ ist es auch möglich, ein Schaltelement vorzusehen, welches zum Bewegen des Verriegelungselementes zwischen der Arretierungsstellung und der Freigabestellung in Wirkverbindung mit der Führung und dem Führungselement bringbar ist. Wechselwirkung zwischen Führung und Führungselement ist in diesem Fall nicht mehr wie oben geschildert unmittelbar, sondern wird durch das Schaltelement vermittelt. Damit ist es möglich, eine Entriegelung nur dann vorzunehmen, wenn tatsächlich eine Verstellanforderung für den verstellbaren Kolbenbolzen vorliegt.alternative it is also possible to provide a switching element which for moving the locking element between the locking position and the release position in operative connection with the leadership and the guide element can be brought. Interaction between Leadership and leadership is in this case not directly as described above, but through the switching element mediates. With that it is possible to have one Unlocking only if actually an adjustment request exists for the adjustable piston pin.

Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen näher erläutert werden.in the Below is the invention and its embodiments with reference to the drawing be explained in more detail.

Hierbei zeigen:in this connection demonstrate:

1 einen perspektivischen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle mit einer Führung für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung und 1 a perspective section of a crankshaft with a guide for a control device according to the invention and

2A) bis D) perspektivische Darstellungen eines Kolbens sowie einer Kurbelwelle mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung in verschiedenen Phasen des Arbeitszyklus des Kolbens. 2A ) to D) perspective views of a piston and a crankshaft with a control device according to the invention in different phases of the working cycle of the piston.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle 10 für einen Motor eines Kraftwagens. Der Ausschnitt umfasst einen Hubzapfen 12, welcher exzentrisch zu zwei Wellenzapfen 14 gelagert ist und welcher ein hier nicht gezeigtes Pleuel aufnehmen kann. Durch eine Rotation der Wellenzapfen 14 in Richtung des Pfeiles 17 wird somit ein Angleich zwischen Hubbewegung eines am Hubzapfen 12 angelagerten Pleuels und Rotation der Kurbelwelle 10 erzeugt. Um die hierbei im Betrieb des Motors auftretenden Kräfte auszubalancieren, schließen sich an den Hubzapfen 12 Kurbelwangen 16 mit Gegengewichten 18 an. In die Gegengewichte 18 sind dabei Führungsnuten 20 eingebracht, welche zur Steuerung einer Verriegelung eines verstellbar an einem Kolben gelagerten Kolbenbolzens dienen. 1 shows a section of a crankshaft 10 for a motor of a motor vehicle. The cutout comprises a crank pin 12 which ex centric to two shaft journals 14 is stored and which can accommodate a connecting rod, not shown here. By a rotation of the shaft journal 14 in the direction of the arrow 17 Thus, an adjustment between stroke movement of the crank pin 12 accumulated connecting rod and rotation of the crankshaft 10 generated. In order to balance the forces occurring during operation of the engine, close to the crank pin 12 crank webs 16 with counterweights 18 at. In the counterweights 18 are thereby Führungsnuten 20 introduced, which serve to control a locking of an adjustable piston piston mounted on a piston.

Die Führungsnuten 20 verlaufen im Wesentlichen entlang des Umfangs der Gegengewichte 18, weisen jedoch einen Bereich 22 auf, in welchem die Raumkurve, welcher die Führungsnuten 20 folgen, vom Umfang der Gegengewichte 18, der in diesem Bereich strichliert gekennzeichnet ist, abweicht, und eine Komponente in axialer Richtung der Kurbelwelle annimmt.The guide grooves 20 run substantially along the circumference of the counterweights 18 but have an area 22 on, in which the space curve, which the guide grooves 20 follow, from the scope of the counterweights 18 , which is dotted in this area, deviates, and assumes a component in the axial direction of the crankshaft.

Greift nun ein Führungselement einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung in die Führungsnut 20, so wird es durch die Rotation der Kurbelwelle in Richtung des Pfeiles 17 entlang der Führungsnut 20 auf den Bereich 22 zugeführt. Innerhalb dieses Bereiches übt nun die Führungsnut 20 eine Kraft auf das Führungselement aus, welche eine axiale Komponente bezüglich der Kurbelwelle 10 aufweist. Nach halbem Durchlaufen des Bereiches 22 kehrt sich die Richtung der Raumkurve der Führungsnut 20 wieder um, die Führungsnut 20 übt nun auf das zugeordnete Führungselement eine genau entgegengesetzte Kraftkomponente, die also in axialer Richtung auf den Hubzapfen 12 und damit auf den zugeordneten Kolben zugerichtet ist, aus. Schließlich erreicht die Raumkurve der Führungsnut 20 wieder ihren ursprünglichen Verlauf entlang des Umfanges des Gegengewichts 18.Now grasps a guide element of a control device according to the invention in the guide 20 So it is by the rotation of the crankshaft in the direction of the arrow 17 along the guide groove 20 on the area 22 fed. Within this range now exercises the guide 20 a force on the guide element, which is an axial component with respect to the crankshaft 10 having. After half going through the area 22 the direction of the space curve of the guide groove reverses 20 again, the guide groove 20 now exerts on the associated guide element exactly opposite force component, ie in the axial direction of the crank pin 12 and thus trimmed on the associated piston, off. Finally, the space curve of the guide reaches 20 back to its original course along the circumference of the counterweight 18 ,

In 2 ist für vier Phasen des Arbeitszyklus eines Kolbens eines Kraftwagenmotors dargestellt, wie in einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung eine derart ausgestaltete Führungsnut 20 an einem Gegengewicht 18 einer Kurbelwelle 10 mit einem Verriegelungselement 24 eines Kolbens 26 zusammenwirkt. 2A) zeigt dabei den Kolben 26 im Verlauf seiner Abwärtsbewegung kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes seines Arbeitszyklus. Das Pleuel ist in den 2A) bis 2D) aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Verriegelungselement 24 ist in einem Bereich 28 des Kolbenschaftes 30 angeordnet und umschließt die Kolbennabe 32, in welcher der hier nicht erkennbare Kolbenbolzen exzentrisch gelagert ist. Das Verriegelungselement 24 ist in 2A) in seiner Arretierungsposition zu sehen. Um diese Arretierung zu gewährleisten, umfasst das Verriegelungselement 24 zwei getrennte Verzahnungen. Diese sind in der in 2D) gezeigten Freigabestellung erkennbar. Eine äußere Verzahnung 34 greift in eine komplementäre Verzahnung des Bereiches 28 des Kolbenschaftes 30, eine Innenverzahnung 36 des Verriegelungselements 24 kämmt mit einer komplementären Verzahnung des Kolbenbolzens. In der in 2A) dargestellten Arretierungsstellung greifen die jeweiligen Verzahnungen ineinander, so dass der Kolbenbolzen gegen das Verriegelungselement 24 und mittelbar über dieses gegen die Wandung 28 des Kolbenschaftes 30 drehfest verriegelt ist.In 2 is shown for four phases of the working cycle of a piston of a motor vehicle engine, as in a control device according to the invention such a designed guide groove 20 on a counterweight 18 a crankshaft 10 with a locking element 24 a piston 26 interacts. 2A ) shows the piston 26 in the course of its downward movement just before reaching the bottom dead center of its cycle. The connecting rod is in the 2A ) to 2D ) not shown for reasons of clarity. The locking element 24 is in one area 28 of the piston skirt 30 arranged and encloses the piston hub 32 in which the piston pin, which can not be seen here, is mounted eccentrically. The locking element 24 is in 2A ) in its locking position. To ensure this locking, the locking element comprises 24 two separate gears. These are in the in 2D ) recognizable release position. An external toothing 34 engages in a complementary toothing of the area 28 of the piston skirt 30 , an internal toothing 36 of the locking element 24 meshes with a complementary toothing of the piston pin. In the in 2A ) locking position engage the respective teeth in one another, so that the piston pin against the locking element 24 and indirectly over this against the wall 28 of the piston skirt 30 is locked against rotation.

Am Verriegelungselement 24 ist weiterhin ein Führungselement 38 in Form einer Nase angeordnet. Bewegt sich der Kolben 26 aus der in 2A) gezeigten Stellung weiter auf seinen unteren Totpunkt zu, wie in 2B) zu erkennen, greift das Führungselement 38 in die Führungsnut 20 des Gegengewichtes 18 der Kurbelwelle 10. Wie in 2C) zu erkennen, gerät bei einer Weiterbewegung des Kolbens, auf seinen unteren Totpunkt zu, das Führungselement 38 in den Bereich 22 der Führungsnut 20, also den Bereich, wo diese nicht mehr streng dem Verlauf des Umfanges des Gegengewichtes 18 folgt. Die Raumkurve der Führungsnut 20 weicht hier bezüglich der Kurbelwelle 10 in axialer Richtung von ihrem ursprünglichen Verlauf ab und ist zumindest teilweise vom zugeordneten Kolben 26 weggerichtet. Über das Führungselement 38 übt die Bewegung des Gegengewichtes 18 der Kurbelwelle 10 somit eine Kraft auf das Verriegelungselement 24 aus, welche senkrecht auf einer Symmetrieachse des Kolbens steht. Die Kraft wirkt somit bezüglich des Kolbenbolzens und auch des hier dargestellten radialsymmetrischen Verriegelungselementes 24 in axialer Richtung vom Kolben weg. Das Verriegelungselement 24 kann somit entlang seiner Innenverzahnung 36 bezüglich des Kolbenbolzens axial verschoben werden, bis, wie in 2D) gezeigt, die Außenverzahnung 34 des Verriegelungselementes 24 nicht mehr in die korrespondierende Verzahnung des Bereiches 28 des Kolbenschaftes 30 des Kolbens 26 eingreift. Über die Innenverzahnung 36 besteht zwar noch ein Formschluss zum Kolbenbolzen, der Formschluss über die Außenverzahnung 34 zum Kolben 26 ist jedoch aufgehoben. In dieser Freigabestellung ist somit die Gesamtheit aus Verriegelungselement und Kolbenbolzen drehbar. Eine Verstellung der Lage des Kolbenbolzens kann nun durch ein hier nicht gezeigtes weiteres Verstellelement stattfinden.On the locking element 24 is still a guiding element 38 arranged in the form of a nose. Moves the piston 26 from the in 2A ) to its bottom dead center, as in FIG 2 B ), the guide element engages 38 in the guide groove 20 of the counterweight 18 the crankshaft 10 , As in 2C ) to recognize, upon further movement of the piston, to its bottom dead center, the guide element 38 in the area 22 the guide groove 20 That is, the area where these no longer strictly follow the course of the scope of the counterweight 18 follows. The space curve of the guide groove 20 deviates here with respect to the crankshaft 10 in the axial direction from its original course and is at least partially from the associated piston 26 directed away. About the guide element 38 exercises the movement of the counterweight 18 the crankshaft 10 thus a force on the locking element 24 out, which is perpendicular to an axis of symmetry of the piston. The force thus acts with respect to the piston pin and also the radially symmetrical locking element shown here 24 away from the piston in the axial direction. The locking element 24 can thus along its internal teeth 36 axially displaced with respect to the piston pin until, as in 2D ), the external teeth 34 of the locking element 24 no longer in the corresponding interlocking of the area 28 of the piston skirt 30 of the piston 26 intervenes. About the internal toothing 36 Although there is still a positive connection to the piston pin, the positive connection on the external teeth 34 to the piston 26 is however canceled. In this release position thus the entirety of the locking element and the piston pin is rotatable. An adjustment of the position of the piston pin can now take place by a not shown here further adjustment.

Bewegt sich der Kolben 26 weiter durch seinen Arbeitszyklus, so gerät das Führungselement 38 in die zweite Hälfte des Bereichs 22 der Führungsnut 20, wo diese wieder zurück in Richtung ihres ursprünglichen Verlaufes bezüglich des Umfangs des Gegengewichtes 18 geführt wird. Auf das Verriegelungselement 24 wird über das Zusammenspiel von Führungsnut 20 und Führungselement 38 somit eine Kraft ausgeübt, welche bezüglich des Kolbenbolzens axial auf den Kolben zuwirkt. Die Stufen, welche in den 2A) bis 2D) gezeigt sind, laufen somit bei Aufwärtsbewegung des Kolbens in umgekehrter Reihenfolge ab, so dass das Verriegelungselement 24 wieder in seine Arretierungsposition bewegt wird. Das Führungselement 38 löst sich schließlich aus der Führungsnut 20, ein Ver- und Entriegelungszyklus des Verriegelungselementes 24 ist damit beendet. Wie in den einzelnen Phasen der 2A) bis 2D) zu erkennen, ist der Mechanismus einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung somit vollständig durch die geometrische Zuordnung zwischen Führungsnut 20 und Führungselement 38 codiert. Fehlschaltungen können somit vollständig ausgeschlossen werden, eine Entriegelung des Verriegelungselementes 24 findet nur in der Nähe des unteren Totpunktes der Bewegung des Kolbens 26 statt. Aufgrund des großen Radius eines Gegengewichtes 18 steht für die Führungsnut 20 viel Raum zur Verfügung. Die beim Schalten des Verriegelungselementes 24 durch die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung auftretenden Kräfte und Beschleunigungen werden somit klein gehalten. Weitere Elemente der Steuerungseinrichtung, welche zusätzlichen Bauraum benötigen würden, sind nicht nötig. Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung lässt sich somit vollständig bauraumneutral in ein übliches Gegengewicht 18 integrieren.Moves the piston 26 continue through his work cycle, so gets the guide element 38 in the second half of the range 22 the guide groove 20 where they are back in the direction of their original course in terms of the scope of the counterweight 18 to be led. On the locking element 24 is about the interaction of leadership 20 and guide element 38 thus one Force exerted, which acts with respect to the piston pin axially on the piston. The steps in the 2A ) to 2D ) are thus run in upward movement of the piston in the reverse order, so that the locking element 24 is moved back into its locking position. The guide element 38 finally dissolves out of the guide groove 20 , a locking and unlocking cycle of the locking element 24 is over. As in the individual phases of the 2A ) to 2D ), the mechanism of a control device according to the invention is thus completely by the geometric relationship between the guide groove 20 and guide element 38 coded. Faulty circuits can thus be completely ruled out, an unlocking of the locking element 24 finds only near the bottom dead center of the movement of the piston 26 instead of. Due to the large radius of a counterweight 18 stands for the guide groove 20 a lot of space available. The when switching the locking element 24 By the control device according to the invention occurring forces and accelerations are thus kept small. Further elements of the control device, which would require additional space, are not necessary. The control device according to the invention can thus be completely space-neutral in a conventional counterweight 18 integrate.

1010: Kurbelwellecrankshaft
1212: Hubzapfencrank pins
1414: Wellenzapfenshaft journal
1616: Kurbelwangecrank web
1717: Pfeilarrow
1818: Gegengewichtcounterweight
2020: Führungsnutguide
2222: BereichArea
2424: Verriegelungselementlocking element
2626: Kolbenpiston
2828: Bereich, WandungArea, wall
3030: Kolbenschaftpiston shaft
3232: Kolbennabepiston hub
3434: Verzahnung, Außenverzahnungtoothing external teeth
3636: Innenverzahnunginternal gearing
3838: Führungselementguide element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 5417185 [0004] US 5417185 [0004]

Claims

Steuerungseinrichtung für eine Verriegelung eines verstellbar an einem Kolben (26) gelagerten Kolbenbolzens für einen Hubkolbenmotor, mittels welcher wenigstens ein den Kolbenbolzen in der eingestellten Position arretierendes Verriegelungselement (24) zwischen einer Arretierungsstellung und einer Freigabestellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine Führung (20) umfasst, welche mit einem Führungselement (38) korrespondiert, mittels welchem zumindest mittelbar das Verriegelungselement (24) zwischen der Arretierungsstellung und der Freigabestellung bewegbar ist.Control device for locking an adjustable on a piston ( 26 ) mounted piston pin for a reciprocating engine, by means of which at least one of the piston pin in the set position arretierendes locking element ( 24 ) is movable between a locking position and a release position, characterized in that the control device is a guide ( 20 ), which with a guide element ( 38 ) corresponds, by means of which at least indirectly the locking element ( 24 ) is movable between the locking position and the release position.

Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (20) an einem Gegengewicht (18) einer Kurbelwelle (10) angeordnet ist.Control device according to claim 1, characterized in that the guide ( 20 ) on a counterweight ( 18 ) a crankshaft ( 10 ) is arranged.

Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (20) als Nut ausgebildet ist.Control device according to claim 2, characterized in that the guide ( 20 ) is formed as a groove.

Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (20) einer Raumkurve folgt, welche entlang eines Umfanges des Gegengewichtes (18) verläuft und zumindest bereichsweise eine Richtungskomponente umfasst, welche senkrecht zu einer Symmetrieachse des zugeordneten Kolbens (26) verläuft.Control device according to claim 2 or 3, characterized in that the guide ( 20 ) follows a space curve which along a circumference of the counterweight ( 18 ) and at least partially comprises a directional component which is perpendicular to an axis of symmetry of the associated piston ( 26 ) runs.

Steuerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuerungseinrichtung zumindest mittelbar eine Kraft auf das Verriegelungselement (24) ausübbar ist, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer Symmetrieachse des zugeordneten Kolbens (26) gerichtet ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that via the control device, at least indirectly, a force on the locking element ( 24 ) which is substantially perpendicular to an axis of symmetry of the associated piston ( 26 ).

Steuerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (38) während eines Teilintervalles eines Arbeitszyklus des zugeordneten Kolbens (26) in Eingriff mit der Führung (20) steht.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the guide element ( 38 ) during a sub-interval of a duty cycle of the associated piston ( 26 ) in engagement with the leadership ( 20 ) stands.

Steuerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (24) über ein überwiegendes Teilintervall des Arbeitszyklus des zugeordneten Kolbens (26) in der Arretierungsposition ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking element ( 24 ) over a predominant subinterval of the duty cycle of the associated piston ( 26 ) is in the locking position.

Steuerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (24) in einem Teilintervall des Arbeitszyklus des zugeordneten Kolbens (26), welches einen unteren Totpunkt einer Kolbenbewegung umfasst, durch die Steuereinrichtung in die Freigabestellung bewegt wird.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking element ( 24 ) in a sub-interval of the duty cycle of the associated piston ( 26 ), which comprises a bottom dead center of a piston movement, is moved by the control device into the release position.

Steuerungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zum Bewegen des Verriegelungselements (24) zwischen der Arretierungsstellung und der Freigabestellung in Wirkverbindung mit der Führung (20) und dem Führungselement (38) bringbar ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that a switching element is provided, which for moving the locking element ( 24 ) between the locking position and the release position in operative connection with the guide ( 20 ) and the guide element ( 38 ) can be brought.

Hubkolbenmotor mit zumindest einer Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Reciprocating engine with at least one control device according to one of claims 1 to 9.