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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, die an einem Pleuelauge eines Pleuels vorgesehen ist, an welchem ein schwenkbares mit zumindest einer Betätigungslasche versehenes Verstellelement angeordnet ist und an der Betätigungslasche ein Ende einer Kolbenstange gelenkig angreift, welche an ihrem anderen Ende mit einem innerhalb einer Bohrung des Pleuels längsverschiebbar angeordneten Stellkolben verbunden ist.
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Gebiet der Erfindung
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In Hubkolbenbrennkraftmaschine ist mit dem Verdichtungsverhältnis ε das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zu dem des Kompressionsraumes bezeichnet. Bekanntlich können durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und folglich insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses nimmt allerdings bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen im Volllastbetrieb die Klopfneigung zu, bei der es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches handelt. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in dem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit relativ hohem Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
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Für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung ist eine Anderung des Verdichtungsverhältnisses ist insgesamt vorteilhaft, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z. B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
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Es sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei denen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses die Lage des Kolbens zur Kurbelwelle veränderbar ist. Gemäß einer dieser Lösungen steht das Pleuel über einen am Pleuelauge vorgesehenen verstellbaren Exzenterkörper mit dem Kolben in Verbindung. In der Regel ist dabei der Exzenterkörper als im Pleuelauge verdrehbarer Wellenzapfen ausgebildet und nimmt in einer exzentrischen Bohrung über ein Kolbenbolzenlager einen Kolbenbolzen auf.
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Eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 10 2011 002 138 A1 bekannt. Das vorbekannte Pleuel ist zur Erzielung einer Gewichtsersparnis im Bereich seines Pleuelauges trapezförmig ausgebildet. Ein als zweiarmiger Hebel ausgebildetes Verstellelement, das drehfest mit einem Exzenterkörper verbunden ist, weist Laschen auf, an denen Kolbenstangen über Bolzen angelenkt sind. Dabei ist gemäß der
5 dieser Druckschrift an einem Ende jeder dieser Kolbenstangen ein gabelförmiges Element vorgesehen, das das als flaches Bauteil ausgebildete Verstellelement umgreift.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für eine Großserienfertigung geeignete Ausbildung der Anlenkung der Kolbenstange an dem Verstellelement zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und zu einer Vereinfachung des Montagevorgangs führt. Außerdem soll das Gewicht der Verstelleinrichtung reduziert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 soll an der Betätigungslasche und/oder im Stellkolben eine in Richtung des Endes der Kolbenstange offene mit einer Gleitfläche versehene Aufnahme vorgesehen sein, wobei die Gleitfläche gleichmäßig gekrümmt ausgebildet ist und das Ende der Kolbenstange an die Form der Mantelfläche der Aufnahme angepasst ist. Die Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine weist dabei vorzugsweise einen in dem Pleuelauge drehbar gelagerten Exzenterkörper auf, der drehfest mit dem zumindest eine Betätigungslasche aufweisenden Verstellelement verbunden und um seine Längsmittelachse verdrehbar ist.
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Anstelle der bekannten Anlenkung der Kolbenstange an der Lasche des Verstellelements und am Stellkolben, bei welcher einerseits ein der Lasche zugewandtes Endstück der Kolbenstange gabelförmig und andererseits ein dem Stellkolben zugewandtes Ende mit einer Querbohrung ausgebildet und die Enden jeweils mittels eines Bolzens in einer Aufnahmebohrung der Lasche und Aufnahmebohrungen des Stellkolbens geführt sind, kann gemäß der Erfindung auf ein entsprechendes Endstück und eine Verbindung mittels separater Bolzen verzichtet werden. Dazu nehmen die mit Gleitflächen versehenen Aufnahmen jeweils ein an deren Kontur angepasstes Ende der Kolbenstange auf. Folglich kann die Montage des Verstellelements am Pleuelauge erheblich vereinfacht werden, da während der Montage nicht mehr die Aufnahmebohrung in der Lasche mit entsprechenden Bohrungen am Ende der Kolbenstange in Deckung zu bringen ist. Das Gleiche gilt für die Querbohrung der Kolbenstange und die Aufnahmebohrungen des entsprechenden Stellkolbens. Außerdem kann das Gewicht der Vorrichtung reduziert werden, da auf ein entsprechendes gabelförmig ausgebildetes Endstück verzichtet wird.
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Demgegenüber ist nach der
DE 10 2011 002 138 A1 , wie insbesondere aus der
5 hervorgeht, an jeder der beiden Kolbenstangen ein gabelförmiges Element vorgesehen und die Kolbenstangen sind über Bolzen mit den Stellkolben verbunden, wodurch ein höherer Montageaufwand erforderlich ist und aufgrund der damit verbundenen Gewichtszunahme die bewegten Massen erhöht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Gleitfläche zylindrisch ausgebildet sein, wobei eine Längsmittelachse dieser Gleitfläche nach der Montage des Verstellelements im Pleuelauge parallel zur Längsmittelachse des Pleuelauges verläuft. Somit können die Aufnahmen sowohl an der Betätigungslasche als auch im Stellkolben halbkreisförmig gestaltet sein. Die mit diesen zusammenwirkenden Enden der jeweiligen Kolbenstange werden in diesem Fall zur Anpassung an die Kontur der Aufnahme abschnittsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet sein. Daraus ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Linienkontakt zwischen den Enden der Kolbenstange und den abschnittsweise zylindrisch gestalteten Gleitflächen. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Aufnahmen jeweils als kugelförmige Kalotte auszubilden, in der der Endabschnitt der Kolbenstange aufgrund seiner kugelförmigen Ausgestaltung geführt ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Kolbenstange in ihrem der entsprechenden Aufnahme zugewandten Ende mit einem kreisförmig gestalteten Endabschnitt auszubilden, wobei dieser eine quer zur Längsachse der Kolbenstange verlaufende Mittelachse aufweist. Dieser Endabschnitt soll dabei einteilig mit der Kolbenstange ausgebildet sein. Daher besteht in diesem Fall die Möglichkeit, die Kolbenstange und den kreisförmigen Endabschnitt als gemeinsames Feinschneid- oder Feinstanzteil herzustellen, so dass insgesamt der Fertigungsaufwand im Hinblick auf eine Großserienfertigung der Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses deutlich reduziert werden kann.
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Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Ende der Kolbenstange über eine Halteklammer an der Betätigungslasche zu fixieren. Dabei kann die Halteklammer entweder als Drahtklammer oder als Blechklammer ausgebildet sein und die Betätigungslasche in ihrem Endabschnitt übergreifen. Das Ende der Kolbenstange, das mit dem Stellkolben verbunden ist, wird an diesem vorzugsweise mittels eines im Randbereich des Kolbenhemds in einer Nut angeordneten Sicherungsringes fixiert. Alternativ dazu besteht auch bei der Aufnahme der Betätigungslasche die Möglichkeit, die Halteklammer im Randbereich der Aufnahme vorzusehen, wobei das Ende oder beide Enden der Kol benstange durch die Halteklammer und den Sicherungsring hindurch in die Aufnahme eingeschnappt und anschließend am Umfang hintergriffen werden.
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Bei einer Ausbildung der Halteklammer als Drahtklammer, bei der sie die Betätigungslasche übergreift, kann diese in einer Nut der Betätigungslasche geführt sein und mit ihren Enden in einer auf der Mittelachse des kreisförmigen Endabschnitts der Kolbenstange liegende Ausnehmung eingreifen. Die federnd vorgespannte Drahtklammer greift folglich derart in die Ausnehmungen oder in eine durchgehende Bohrung ein, dass eine sichere Fixierung des Endes der Kolbenstange in der Aufnahme geschaffen wird. Bei der Verwendung einer Blechklammer, die vorzugsweise U-förmig gestaltet ist, ist durch deren Schenkel ein Bolzen geführt, der in eine Durchgangsbohrung im kreisförmig gestalteten Endabschnitt der Kolbenstange eingepresst ist und sich gegenüber der Blechklammer drehen kann. Die Blechklammer kann aus einem Federstahl hergestellt sein und liegt in diesem Fall mit ihren beiden Schenkeln federnd an den Stirnflächen des Verstellelements an.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 mit den Merkmalen der von diesem abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, soweit sie aus den Patentansprüchen, den Vorteilsangaben zu den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder zumindest aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnung durch entsprechende Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der zwei Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine versehenen Pleuels,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus dem in der 1 dargestellten Pleuel,
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3 einen Längsschnitt durch das in der 1 dargestellte Pleuel ohne Lagerdeckel eines Pleuellagerauges,
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4 eine Ansicht eines in dem Pleuel nach der 1 verwendeten Exzenterkörpers gemeinsam mit einem Verstellelement und Kolbenstangen sowie an diesen angeordneten Stellkolben,
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5 eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach der 4,
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6 einen vergrößerten Ausschnitt VI aus der Anordnung nach der 4 mit einem Längsschnitt durch die entsprechend dargestellten Bauelemente,
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7 ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel einer Fixierung der Kolbenstangen an dem Verstellelement, bei welchem die Halteklammern als Blechklammern ausgebildet sind, und
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8 einen vergrößerten Ausschnitt VIII aus der Anordnung nach der 7.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist ein grundsätzlicher Aufbau einer an einem Pleuel vorgesehenen Verstelleinrichtung dargestellt. Dabei ist mit 1 ein Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das ein Pleuellagerauge 2 zur Anordnung des Pleuels 1 auf einem Kurbelzapfen einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle aufweist. Das Pleuellagerauge 2 wird dabei durch das Pleuel 1 und einen Lagerdeckel 3 gebildet. Von dem Pleuellagerauge 2 führt ein Pleuelschaft 4 zu einem Pleuelauge 5, welches ein Kolbenbolzenlager 6 aufnimmt. Dieses Kolbenbolzenlager 6 dient zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Kolbenbolzens, an dem ein Kolben einer entsprechenden Zylindereinheit fixiert ist, wobei letztere Bauelemente ebenfalls nicht dargestellt sind.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist im Bereich des Pleuelauges 5 eine Verstelleinrichtung 7 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit, welche in diesem Pleuel 1 verwendet wird, vorgesehen. Zu diesem Zweck ist das Pleuelauge 5 mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet und nimmt einen Exzenterkörper 8 auf. Da innerhalb dieses Exzenterkörpers 8 das Kolbenbolzenlager 6 angeordnet ist, lässt sich dessen Lage relativ zum Pleuel 1 verstellen. Weiterhin weist der Exzenterkörper 8 zu seiner Verstellung ein Verstellelement 9 mit einer in der Darstellung sichtbaren Betätigungslasche 10 auf, an der eine Kolbenstange 11 angreift.
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Wie aus der 1 in Verbindung mit der 2 hervorgeht, weist die Lasche 16 des Verstellelements 9 eine in Richtung der Kolbenstange 11 offene Aufnahme 12 auf. Diese Aufnahme 12 ist aufgrund ihrer Kontur mit einer zylindrischen Gleitfläche 13 versehen, an der sich das entsprechende Ende der Kolbenstange 11 abstützt. Weiterhin geht aus den 1 und 2 hervor, dass die Kolbenstange 11 einen rechteckigen Querschnitt aufweist und an ihrem der Aufnahme 12 zugewandten Ende mit einem kreisförmig gestalteten Endabschnitt 14 versehen ist. Auf diese Weise ist das Ende der Kolbenstange 11 an die Kontur der Aufnahme 12 angepasst. Weiterhin ist erkennbar, dass dieser kreisförmig gestaltete Endabschnitt 14 der Kolbenstange 11 eine auf dessen Mittelachse liegende Ausnehmung 15 aufweist, in die eine als Drahtklammer 16 ausgebildete Halteklammer mit einem endseitigen Bügel 17 eingreift. Dabei übergreift die Drahtklammer die Betätigungslasche 10 und ist in einer an dieser vorgesehenen Nut 18 geführt.
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Weiterhin geht aus der 3 hervor, dass das Verstellelement 9 eine weitere Betätigungslasche 19 aufweist, an der eine Kolbenstange 20 angelenkt ist. Die Anlenkung der Kolbenstange 20 an der Betätigungslasche 19 des Verstellelements 9 erfolgt dabei in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang mit der Betätigungslasche 10 und der Kolbenstange 11 beschrieben. Dabei weist diese Betätigungslasche 19 eine Aufnahme 21 mit einer zylindrischen Gleitfläche 22 auf. In dieser Aufnahme 21 bzw. in der zylindrischen Gleitfläche 22 ist ein kreisförmig ausgebildeter Endabschnitt 23 der Kolbenstange 20 schwenkbar geführt. Im Übrigen weist diese Betätigungslasche 19 auch eine Nut 24 mit einer in dieser verlaufenden Drahtklammer 25 auf.
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Weiterhin geht aus der 3 hervor, dass das Verstellelement 9 über eine Verzahnung 26 drehfest mit dem Exzenterkörper 8 verbunden ist, wobei das Verstellelement 9, wie aus den 1 und 2 hervorgeht, zwischen Wangen 27 und 28, in denen der Exzenterkörper 8 gelagert ist, angeordnet ist. Der 3 ist weiterhin zu entnehmen, dass jede der beiden Kolbenstangen 11 und 20 an ihrem vom Verstellelement 9 abgewandten Ende einen Endabschnitt 29 bzw. 30 aufweist, der bezüglich seiner Form mit den beiden Endabschnitten 14 sowie 23 übereinstimmt. An diesen Endabschnitten 29 und 30 sind Stellkolben 31 sowie 32 von den Kolbenstangen 11 und 20 aufgenommen. Der Stellkolben 31 ist in einem Zylinder 33 geführt und mit Druckmittel beaufschlagbar, wobei der Stellkolben 31 in der Darstellung eine Endlage einnimmt, in der er am weitesten innerhalb des Zylinders 33 verschoben ist.
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Dagegen befindet sich der Stellkolben 32 innerhalb des diesem zugeordneten Zylinders 34 in seiner Grundstellung. Die Steuerung der Position dieser beiden Stellkolben erfolgt mittels eines nicht näher dargestellten Steuerventils, das in einer in der 3 dargestellten Querbohrung 35 angeordnet wird. Weiterhin weist jeder der Stellkolben 31 und 32, der jeweiligen Kolbenstange 11 bzw. 20 zugewandt, eine Aufnahme 35 bzw. 36 auf, die ebenfalls eine zylindrische Gleitfläche 37 bzw. 38 aufweist, in der die beiden zylindrischen Endabschnitte 29 und 30 geführt sind. Dabei ist die Kolbenstange 11 am Stellkolben 31 mittels eines Sicherungsringes 39 fixiert, während in identischer Weise am Stellkolben 32 zur Festlegung der schwenkbar angelenkten Kolbenstange 20 ein Sicherungsring 40 vorgesehen ist.
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Aus den 4 und 5 geht die Ausbildung der aus dem Exzenterkörper 8, dem Verstellelement 9, den Kolbenstangen 11 und 20 sowie den Stellkolben 31 und 32 bestehende Einheit hervor. Diese ist vormontiert, um einerseits zwischen den Wangen 27 und 28 des Pleuelauges 5 (siehe 1 und 2) und andererseits innerhalb der Zylinder 33 und 34 (siehe 3) montiert zu werden. Aus der 5 geht dabei insbesondere die Ausbildung der beiden Kolbenstangen 11 und 20 mit rechteckigem Querschnitt hervor.
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Die 6 zeigt als Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnitts VI in 4 als Beispiel für die Anordnung der Kolbenstange 20, die einerseits mittels ihres kreisförmig gestalteten Endabschnitts 23 in der zylindrischen Gleitfläche 22 der Aufnahme 21 anliegt und dort über die in der Nut 24 geführten Drahtklammer 25 gehalten wird. Auch dieser kreisförmig ausgebildete Endabschnitt 23 weist eine Ausnehmung 41 auf. Ferner geht aus der 6 hervor, dass, wie bereits dargelegt, die Kolbenstange 20 gegenüber dem Stellkolben 32 eine Schwenkbewegung ausführen kann, wofür einerseits der kreisförmig gestaltete Endabschnitt 30 und andererseits die zylindrische Gleitfläche 38 der Aufnahme 36 am Stellkolben 32 vorgesehen sind. Außerdem ist erkennbar, dass der Stellkolben 32 mit dem in einer Ringnut 42 angeordneten Sicherungsring 40 versehen ist.
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Gemäß den 7 und 8 sind die Halteelemente als U-förmige Blechklammern 43 und 44 ausgebildet, die vorzugsweise aus einem Federstahl bestehen. In diesem Fall ist in der Mittelachse des jeweiligen kreisförmigen Endabschnitts 14 bzw. 23 der Kolbenstangen 11 und 20 eine Durchgangsbohrung vorgesehen. In diese Durchgangsbohrungen sind Bolzen 45 und 46 eingepresst, die in Bohrungen 47 und 48 der Blechklammern 43 und 44 mit Spiel verlaufen. Weiterhin sind im Unterschied zu dem zuvor erläuterten Ausgestaltungsbeispiel der 1 bis 6 nach den 7 und 8 die beiden Kolbenstangen 11 und 20 an ihren unteren Enden mittels Bolzen 49 und 50 an den Stellkolben 31 und 32 fixiert. Diese sind jeweils in eine Durchgangsbohrung der entsprechenden Kolbenstange 11 bzw. 20 eingepresst und verlaufen mit Spiel in Bohrungen 51 und 52. Natürlich können die Stellkolben 31 und 32 auch entsprechend den 1 bis 6 mit den Kolbenstangen 11 und 20 verbunden sein.
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Wie aus den zuvor erläuterten Figuren hervorgeht, lassen sich die beiden Kolbenstangen 11 und 20 mit geringem Fertigungs- und Montageaufwand schwenkbar an den Laschen 10 und 19 sowie an den Stellkolben 31 und 32 führen. Dabei weist diese Art der Ausbildung der Schwenklager außerdem den Vorteil auf, dass sie mit vergleichsweise sehr geringem Gewicht realisiert werden kann, so dass die bewegten Massen reduzieren lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuellagerauge
- 3
- Lagerdeckel
- 4
- Pleuelschaft
- 5
- Pleuelauge
- 6
- Kolbenbolzenlager
- 7
- Verstelleinrichtung
- 8
- Exzenterkörper
- 9
- Verstellelement
- 10
- Betätigungslasche
- 11
- Kolbenstange
- 12
- Aufnahme
- 13
- Zylindrische Gleitfläche von 12
- 14
- Kreisförmiger Endabschnitt von 11
- 15
- Ausnehmung von 14
- 16
- Drahtklammer
- 17
- Bügel
- 18
- Nut
- 19
- Betätigungslasche
- 20
- Kolbenstange
- 21
- Aufnahme von 19
- 22
- Zylindrische Gleitfläche von 21
- 23
- Kreisförmiger Endabschnitt von 20
- 24
- Nut von 19
- 25
- Drahtklammer
- 26
- Verzahnung
- 27
- Wange
- 28
- Wange
- 29
- Kreisförmiger Endabschnitt
- 30
- Kreisförmiger Endabschnitt
- 31
- Stellkolben
- 32
- Stellkolben
- 33
- Zylinder
- 34
- Zylinder
- 35
- Aufnahme
- 36
- Aufnahme
- 37
- Zylindrische Gleitfläche
- 38
- Zylindrische Gleitfläche
- 39
- Sicherungsring
- 40
- Sicherungsring
- 41
- Ausnehmung von 23
- 42
- Ringnut
- 43
- Blechklammer
- 44
- Blechklammer
- 45
- Bolzen
- 46
- Bolzen
- 47
- Bohrung
- 48
- Bohrung
- 49
- Bolzen
- 50
- Bolzen
- 51
- Bohrung
- 52
- Bohrung
