WO2010108582A1 - Vorrichtung zur veränderung des verdichtungsverhältnisses in einem verbrennungsmotor - Google Patents

Vorrichtung zur veränderung des verdichtungsverhältnisses in einem verbrennungsmotor Download PDF

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WO2010108582A1
WO2010108582A1 PCT/EP2010/001191 EP2010001191W WO2010108582A1 WO 2010108582 A1 WO2010108582 A1 WO 2010108582A1 EP 2010001191 W EP2010001191 W EP 2010001191W WO 2010108582 A1 WO2010108582 A1 WO 2010108582A1
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WO
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connecting rod
piston pin
eccentric
upper connecting
piston
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PCT/EP2010/001191
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English (en)
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Inventor
Willi Parsch
Original Assignee
Ixetic Bad Homburg Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • 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
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/22—Internal combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a device for changing the compression ratio in an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Known devices serve to be able to realize different compression ratios in an internal combustion engine depending on the power requirement in order to at least temporarily increase the efficiency of the engine.
  • a lower compression ratio can be realized at full load to avoid knocking combustion.
  • the compression ratio can be increased, resulting in a considerable increase in the efficiency results.
  • Known devices comprise a connecting rod, which is articulated to a crankshaft with a lower connecting rod eye and to a piston with an upper connecting rod eye.
  • a piston pin is pivotally mounted in the piston. It is mounted eccentrically in the upper connecting rod eye and along a circular path around the center axis verlar ger.
  • a connecting rod length can be varied, which is measured from a central axis of the lower connecting rod to a central axis of the piston pin.
  • an actuating device is provided for the displacement of the piston pin.
  • this comprises articulation rods, via which a torque applied to the piston pin is supported on hydraulic pistons.
  • the connecting rods and hydraulic pistons are in the area of the connecting rod between the upper and provided the lower connecting rod and lead here to an effective broadening of the connecting rod.
  • the connecting rod is therefore on the one hand unwieldy and has an unfavorable shape, on the other hand, it includes a lot of additional moving masses that must be accelerated during the working cycle of the piston.
  • the object of the invention is therefore to provide a device which does not have the disadvantages mentioned and in particular comprises a compact connecting rod, in which the masses to be accelerated are significantly reduced.
  • a device having the features of claim 1. This is characterized in that the actuating device is arranged in the upper connecting rod eye.
  • the term "in the upper connecting rod eye” does not exclusively refer to the fact that the actuating device is preferably integrated in the clear opening of the upper connecting rod eye
  • the term "connecting rod eye” here refers to the part of the connecting rod in which the piston pin is mounted. Characterized in that the actuator is displaced from the region of the central rod in the upper connecting rod, the connecting rod may be similar or just as compact as a conventional connecting rod.
  • the Anlenkstangen and hydraulic pistons so that it has a reduced moving mass, which in turn power losses of the engine can be reduced due to the inertial forces to be overcome.
  • the actuating device comprises an eccentric, which carries the piston pin and is pivotally mounted in the upper connecting rod eye.
  • a device also comprises an actuating element, which can cause a pivoting of the eccentric about the central axis of the upper connecting rod.
  • the piston pin is thus arranged eccentrically on the eccentric, and a pivoting of the eccentric about the central axis of the upper connecting rod causes a displacement of the piston pin along a circular path about this axis.
  • a device which is characterized in that the actuating element is designed as a swivel motor.
  • the actuating element is designed as a swivel motor.
  • a device in which the actuating element has a rotor is also preferred.
  • a device which is characterized in that the piston pin is mounted in the eccentric.
  • the piston pin and eccentric are separate parts, which may be advantageous for manufacturing reasons.
  • the piston pin is formed integrally with the eccentric.
  • the work step in which otherwise the piston pin must be connected to the eccentric, is omitted.
  • the rotor of the actuating element has a substantially triangular-shaped recess, into which a likewise substantially triangular part of the eccentric engages, viewed in cross-section.
  • the eccentric is rotatably mounted in the rotor. Due to the complementary design of the recess of the rotor and the subsection of the eccentric in a simple geometric shape, a secure, non-rotatable mounting of the eccentric can be ensured in the rotor without major manufacturing effort. Due to the triangular shape, it is also possible to transmit large torques.
  • a device is preferred in which the rotor and the eccentric are rotatably connected to each other by a toothing.
  • a toothing Depending on the design of the toothing, an even greater torque can be transmitted than is the case with a triangular design of the recess in the rotor or the subsection of the eccentric which engages in the recess.
  • a device which is characterized in that the actuating device is hydraulically activated and / or fixable.
  • the activation of the actuator is responsive to this being put into a state in which a displacement of the piston pin can take place.
  • the fixation of the actuator speaks to a state in which no displacement of the piston pin can take place. It is advantageous to Hydraulic device to activate and / or fix, because in an internal combustion engine without further engine oil pressure is available for this purpose.
  • a device is also preferred in which the actuating device can be driven hydraulically.
  • the drive of the device indicates that it is not only released or locked due to the hydraulic pressure, but that the displacement of the piston pin by the actuator is actively effected by the hydraulic oil pressure.
  • the actuating device can be driven by mass and / or gas forces.
  • the actuating device can be hydraulically activated and / or fixed, for example, wherein in the activated state, a displacement of the piston pin is effected by acting in the course of a working game of the engine mass and / or gas forces. In the fixed state, these forces are at least partially absorbed by the hydraulic oil, if it is a hydraulically activated and / or fixable actuator, so they can not cause displacement of the piston pin.
  • a device is preferred in which a valve for hydraulic activation, fixation and / or to drive the actuator is provided.
  • the actuator is very easy to control, without this complicated mechanisms should be provided.
  • Figure 1 is a sectional view of the device of a first
  • Figure 2 is a sectional view of the device seen from a second viewing direction, perpendicular to the first
  • FIG. 1 shows a first sectional view of a device 1.
  • This comprises a connecting rod 3, which is articulated to a piston 7 with an upper connecting rod eye 5.
  • the connecting rod 3 also has a lower connecting rod eye 9, with which it is articulated on a crank pin 11 of a crankshaft.
  • the upper connecting rod 5 and the lower connecting rod 9 are connected by a central rod 13 of the connecting rod 3.
  • the device 1 further comprises a piston pin 15, which is pivotally mounted in the piston 7. It causes a mechanical coupling between the connecting rod 3 and the piston 7, so that it follows the movement of the connecting rod 3.
  • a longitudinal axis L1 of the connecting rod 3 is shown in dashed lines, which is arranged vertically. It is perpendicular to two horizontally arranged axes, which are indicated by dash-dotted lines, wherein the first marks a diameter line D1 of the upper connecting rod 5, and the second a diameter line D2 of the lower connecting rod eye 9.
  • the longitudinal axis LI and the diameter line D1 are therefore perpendicular to each other and intersect in the center of the upper connecting rod 5.
  • the longitudinal axis L1 and the Diameter line D2 perpendicular to each other and intersect in the center of the lower connecting rod eye.
  • a dotted line D3 of the piston pin 15 is shown in phantom, which is perpendicular to a second diameter line D4 of the piston pin 15 and this intersects in the center of the piston pin 15.
  • the diameter line D4 is also shown in phantom and runs parallel to the diameter line D1 of the upper connecting rod 5.
  • the piston pin 15 is mounted eccentrically in the upper connecting rod eye, which results from the fact that the intersection of its diameter lines D3, D4 does not coincide with the intersection of the axis L1 with the line D1. It is displaceable along a circular path about a central axis A of the upper connecting rod eye, which is perpendicular to the image plane and extends through the intersection of the axis L1 with the diameter line D1.
  • a displacement of the piston pin 15 along the mentioned circular path causes a change in a connecting rod length, which is determined either by the distance of the diameter lines D2 and D4, or alternatively by a central axis of the lower Pleu- leauges, which is perpendicular to the image plane and through the intersection of the Axis L1 with the diameter line D2 extends, to a central axis of the piston pin, which is also perpendicular to the image plane and passes through the intersection of the diameter lines D3, D4, can be measured.
  • the piston pin 15 is in an upper position in which the connecting rod length is maximum.
  • the top dead center of the piston 7 is a maximum upward - that is to one Cylinder head of the internal combustion engine 2, not shown, is displaced, resulting in a high compression ratio.
  • the diameter line D4 is arranged above the diameter line D1.
  • the piston pin 15 When the piston pin 15 is displaced along the mentioned circular path, it finally reaches a lower position, in which the diameter line D4 is arranged below the diameter line D1, wherein it preferably has the same distance to it as in FIG. 1.
  • the upper and the lower position of the piston pin 15 are preferably arranged symmetrically to the diameter line D1.
  • the connecting rod length is minimal, so that the top dead center of the piston 7 is also at a maximum distance from the cylinder head of the internal combustion engine. In this way, a small compression ratio is realized.
  • an actuating device 17 is provided for displacement of the piston pin 15.
  • This is arranged in the upper connecting rod 5.
  • the connecting rod 3 is thus composed of a total of three elements, namely the upper connecting rod 5, the central rod 13 and the lower connecting rod 9.
  • the actuating device 17 forms the upper connecting rod 5 as a first connecting rod element, wherein they a second connecting rod element comprising the lower connecting rod eye 9 and the middle rod 13 is connected to the formulation that the actuating device 17 is arranged in the upper connecting rod eye 5.
  • the actuating device 17 within a clear recess of the upper Pleuelauges 5 is arranged, such as the crank pin 11 in the lower connecting rod eye.
  • the actuating device 17 comprises an eccentric 19 and an actuating element 21.
  • the eccentric is mounted pivotably about the central axis A in the upper connecting rod eye 5.
  • the actuating element 21 is formed in the illustrated embodiment as a pivot motor.
  • actuating element 21 it is also possible to form the actuating element 21 as an electric motor. This is advantageous because no supply and discharge lines for Hydraulikö! must be provided.
  • a hydraulic swing motor is advantageous as actuator 21, because hydraulic oil in the form of engine oil is readily available in an internal combustion engine.
  • the swivel motor of the embodiment shown in Figure 1 has a rotor 23 and a housing 25.
  • the rotor has at least one wing, in this case three wings 27, 27 ', 27 ", which together with at least one projection, here three projections 29, 29', 29" of the housing 25 define at least two, here six pressure chambers in which only three pressure chambers 31, 31 ', 31 "can be seen in Figure 1, because the wings 27, 27', 27" at the projections 29, 29 ', 29 "abut, so that between the wings 27, 27', 27th and the pressure chambers can be pressurized with hydraulic oil in order to allow or prevent the rotor 23 from pivoting about the axis A; the.
  • the operation of a slewing motor is known per se and will therefore not be explained further here.
  • the wings 27, 27 'and 27 are rigidly connected in the illustrated embodiment with the rotor 23. In another embodiment, not shown, however, they can be arranged to be displaceable in slots provided in the rotor 23, wherein Spring forces and / or can be urged radially outwards against the housing 25 by hydraulic pressure. This principle is known from vane pumps.
  • the projections 29, 29 'and 29 may be formed as a locking slide, which are arranged displaceably in slots in the housing 25, wherein they can be urged by spring forces and / or by hydraulic pressure radially inwardly against the rotor 23 This principle is known from paddlewheel pumps.
  • both the wings 27, 27 ', 27 "as well as the projections 29, 29', 29" displaceable in slots or form as a barrier wing.
  • the rotor 23 has a - in cross-section - substantially triangular-shaped recess into which a likewise - im Seen cross section - substantially triangular portion of the eccentric 19 engages.
  • the rotor 23 and the eccentric 19 are rotatably connected to each other, so that the actuating element 21, so here the pivot motor, a pivoting of the eccentric 19 and thus a displacement of the piston pin 15 along a circular path about the axis A can cause.
  • the rotor 23 and the eccentric 19 are rotatably connected to one another by a toothing.
  • a toothing Of course, other possibilities of a rotationally fixed connection between these elements are possible.
  • Figure 2 shows a sectional view of the device 1, which is perpendicular to the image plane of Figure 1 and through the longitudinal axis of the Pleu- ice L1. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • the axis A is shown in phantom by which the piston pin 15 along a circular path is displaced.
  • a longitudinal axis L2 of the Kobenbolzens 15 is shown in phantom.
  • the actuator 17 is at least partially disposed in the illustrated embodiment between two tabs 34, 34 'of the connecting rod 3, which form the upper connecting rod 5 and in particular the actuating element 21 engage around at least partially laterally.
  • the actuating device 17 may preferably also at least partially on one of the tabs 34, 34 ', wherein it is preferably arranged laterally on this.
  • the other flap 34, 34 'then preferably falls away, so that the upper connecting rod 5, the one flap 34 or 34' and the actuator 17 includes.
  • a single lobe 34 which is arranged symmetrically, preferably symmetrically with respect to the longitudinal axis L 1, wherein the actuating device 17 is arranged either in a clear recess of this lobe 34 or laterally thereon.
  • two actuators 17 may be provided laterally by tabs 34. All of these embodiments are encompassed by the formulation that the actuating device 17 is arranged in the upper connecting rod eye 5.
  • the piston pin 15 is formed integrally with the eccentric 19. In another embodiment, it may be provided that the piston pin 15 is mounted in the eccentric 19, wherein the two elements are not formed in one piece. It is only important that the piston pin 15 is arranged eccentrically in the eccentric 19.
  • FIG. 2 also shows that the eccentric 19 is pivotably mounted about the axis A in at least one bearing, in this case two bearings, preferably two plain bearings 35, 35 '. In other embodiments, not shown, the eccentric 19 may be pivotally mounted in at least one ball or roller bearings.
  • Partial region having - seen in cross section - is triangular in shape and in the - seen in cross section - triangular Recess of the rotor 23 engages, which in turn can be seen in Figure 1.
  • the actuating element 21, that is to say the swivel motor in the illustrated embodiment, is laterally encompassed by two side plates 37, 37 ', which simultaneously hold the swivel motor securely and the pressure chambers 31, 31', 31 "and the pressure chambers 31, 31 ', 31"
  • the side plates 37, 37 ' facing away from the actuating element 21, there are annular grooves 39, 39', through which the hydraulic oil is distributed to the various pressure chambers, for which through-bores are respectively provided to the pressure chambers through the side plates 37, 37 ' of which the bores 33, 33 ', 33 "are shown in FIG.
  • channels 41, 41 ' are formed, which serve to supply the swing motor with hydraulic oil or its outflow.
  • the channels 41, 41 ' extend in a first region substantially parallel to the longitudinal axis L1, wherein they open into holes in a second region, which are substantially perpendicular to this direction and the channels 41, 41' in fluid communication with the annular grooves 39, 39 'bring.
  • a valve 43 is provided with the aid of which the actuating device 17 can be activated by connecting the channels 41, 4V alternately with an oil supply or with an outflow.
  • annular groove 39 for example, the supply of the pressure chambers 31, 31 ', 31 "serves with hydraulic oil, while the annular groove 39' in this case the supply of the other, antagonistic to the pressure chambers 31, 31 ', 31st "acting pressure chambers is used.
  • the operation of the device 1 will be explained in more detail.
  • the illustrated embodiment of a device 1 is hydraulically activated.
  • the valve 43 is in its position shown in FIG. 2, the channel 41 'is connected to an oil supply while the channel 41 is connected to a drain.
  • the pressure chambers, not shown in FIG. 1, can therefore be supplied with hydraulic oil via the annular groove 39 ', while hydraulic oil can flow out of the pressure chambers 31, 31', 31 "via the channel 41.
  • the hydraulic activation of the actuating device 17 is thus responsive to the fact that the channels 41, 4V are connected to an oil supply or an outflow, so that a displacement of the rotor 23 and thus of the eccentric 19 can take place.
  • the pivoting motor ie the actuating element 21, causes a displacement of the eccentric 19 about the axis A 1 so that the piston pin 15 is also displaced along a circular path about this axis.
  • Hydraulic activation does not mean that this displacement is caused by the pressure of the hydraulic oil. It is merely released a fluid path for the hydraulic oil, so that a displacement is possible, which is driven by, for example, by mass and / or gas forces.
  • the actuator hydraulically.
  • the pressure of the hydraulic oil is used to cause a displacement of the rotor 23 and ultimately the piston pin 15.
  • the displacement can take place independently of the mass and / or gas forces occurring during the working cycle of the piston. This has the advantage, in particular, that a displacement can take place rapidly, while it is shown that a displacement with the aid of the mass and / or gas forces requires several working cycles of the piston.
  • the maximum or minimum connecting rod length is defined in each case by a stop of the wings 27, 27 ', 27 "on the projections 29, 29', 29".
  • it is possible to increase or decrease the length of the piezo for example by displacing the stops, until the diameter line D3 with the longitudinal axis L1 in the upper or lower Ren position of the piston pin 15 comes to cover. This is especially advantageous if only a comparatively low hydraulic pressure for holding the position of the piston pin 15 is available. In this case, mass and / or gas forces are essentially absorbed by the connecting rod 3, so that a small holding pressure is sufficient to counteract a displacement of the piston pin 15.
  • the valve 43 serves to control the actuating device 17, that is to say for its hydraulic activation, fixing and / or for driving the same, if this is to be hydraulically driven. It is therefore designed so that it can connect the channels 41, 41 'alternately with an oil supply or an outflow, preferably also can block both channels.
  • both channels 41, 4V must be lockable at the same time.
  • the valve 43 must therefore have a third functional position, in which both channels 41, 41 'are connected neither to the oil supply nor to an outflow.
  • the current functional position of the valve 43 is preferably predetermined by a control loop, which comprises at least one knock sensor. It is then possible to select the connecting rod length and thus the compression ratio in preferably each operating state of the engine so that it is virtually driven at the knock limit, that is, has a compression ratio in which just no knocking combustion occurs. This ensures that the best possible efficiency is always achieved.
  • a higher oil pressure is used for a hydraulic drive of the actuating device 17 than is the case with a purely hydraulic activation.
  • Connecting rod 5 is arranged. This allows the device 1 and in particular the connecting rod 3 have a compact design, and the movable masses are compared to known Reduced devices, so that the resulting loss of power of the engine is minimized.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor mit einem Pleuel (3), das mit einem unteren Pleuelauge (9) an einer Kurbelwelle und mit einem oberen Pleuelauge (5) an einem Kolben (7) angelenkt ist, einem Kolbenbolzen (15), der schwenkbar in dem Kolben (7) und exzentrisch in dem oberen Pleuelauge (5) gelagert sowie entlang einer Kreisbahn um eine Mittelachse (A) des oberen Pleuelauges (5) verlagerbar ist, wobei eine Pleuellänge gemessen von einer Mittelachse des unteren Pleuelauges (9) zu einer Mittelachse des Kolbenbolzens (15) durch eine Verlagerung des exzentrisch gelagerten Kolbenbolzens (15) einstellbar ist, und mit einer Betätigungseinrichtung (17) zur Verlagerung des Kolbenbolzens (15) vorgeschlagen.

Description

Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdich- tungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, in einem Verbrennungsmotor je nach Leistungsanforderung verschiedene Verdichtungsverhältnisse realisieren zu können, um zumindest zeitweise den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. So kann bei Volllast ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis realisiert werden, um eine klopfende Verbrennung zu vermeiden. Bei Teillast kann dagegen das Verdichtungsverhältnis erhöht werden, woraus eine beachtliche Steigerung des Wirkungsgrads resultiert. Bekannte Vorrichtungen umfassen ein Pleuel, das mit einem unteren Pleuelauge an einer Kurbelwelle und mit einem oberen Pleuelauge an einem Kolben angelenkt ist. Ein Kolbenbolzen ist schwenkbar in dem Kolben gelagert. Er ist dabei exzentrisch in dem oberen Pleuelauge gelagert und entlang einer Kreisbahn um dessen Mittelachse verla- gerbar. Indem der Kolbenbolzen entlang der Kreisbahn verlagert wird, kann eine Pleuellänge variiert werden, die von einer Mittelachse des unteren Pleuelauges zu einer Mittelachse des Kolbenbolzens gemessen wird. Hierdurch verändert sich die Lage des oberen Totpunkts des Kolbens und damit auch das Verdichtungsverhältnis. Zur Verlagerung des Kolbenbolzens ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen. Diese umfasst bei bekannten Vorrichtungen Anlenkstan- gen, über die ein an dem Kolbenbolzen anliegendes Moment auf Hydraulikkolben abgestützt wird. Die Anlenkstangen und Hydraulikkolben sind in dem Bereich des Pleuels zwischen dem oberen und dem unteren Pleuelauge vorgesehen und führen hier zu einer effektiven Verbreiterung des Pleuels. Durch die bekannte Betätigungseinrichtung wird das Pleuel also einerseits unhandlich und weist eine ungünstige Form auf, andererseits umfasst es sehr viele zusätzliche bewegliche Massen, die beim Arbeitsspiel des Kolbens beschleunigt werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere ein kompaktes Pleuel umfasst, bei dem die zu beschleunigenden Mas- sen deutlich reduziert sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigungseinrichtung in dem oberen Pleuelauge angeordnet ist. Der Begriff „in dem oberen Pleuelauge" spricht nicht ausschließlich an, dass die Betätigungseinrichtung vorzugsweise in die lichte Öffnung des oberen Pleuelauges integriert ist. Bevorzugt kann auch die Betätigungseinrichtung auf eine Mittelstange des Pleuels aufgesetzt sein und als erstes Pleuelelement das obere Pleuelauge bilden, wobei das untere Pleuelauge mit der Mittelstange des Pleuels als ein zwei- tes Pleuelelement ausgebildet ist. Der Begriff „Pleuelauge" spricht hier den Teil des Pleuels an, in dem der Kolbenbolzen gelagert ist. Dadurch, dass die Betätigungseinrichtung von dem Bereich der Mittelstange in das obere Pleuelauge verlagert wird, kann das Pleuel ähnlich oder genauso kompakt gebaut sein wie ein herkömmliches Pleuel. Weiterhin entfallen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anlenkstangen und Hydraulikkolben, sodass sie eine reduzierte bewegliche Masse aufweist, wodurch wiederum Leistungsverluste des Motors aufgrund der zu überwindenden Trägheitskräfte reduziert werden.
Bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei der die Betätigungseinrichtung einen Exzenter umfasst, der den Kolbenbolzen trägt und schwenkbar in dem oberen Pleuelauge gelagert ist. Eine solche Vorrichtung umfasst außerdem ein Betätigungselement, das eine Verschwenkung des Exzenters um die Mittelachse des oberen Pleuelauges bewirken kann. Der Kolbenbolzen ist also exzentrisch an dem Exzenter angeordnet, und eine Verschwenkung des Exzenters um die Mittelachse des oberen Pleuelauges bewirkt eine Verlagerung des Kolbenbolzens entlang einer Kreisbahn um diese Achse.
Bevorzugt wird auch eine Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass das Betätigungselement als Schwenkmotor ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, weil ein Schwenkmotor einerseits einen sehr ein- fachen Aufbau aufweist und andererseits in einfacher Weise durch den sowieso vorhandenen Motoröldruck hydraulisch angesteuert werden kann.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, bei der das Betätigungselement einen Rotor aufweist.
Weiterhin wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kolbenbolzen in dem Exzenter gelagert ist. Hier ist angesprochen, dass Kolbenbolzen und Exzenter getrennte Teile sind, was aus Fertigungsgründen vorteilhaft sein kann.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, bei der der Kolbenbolzen einstückig mit dem Exzenter ausgebildet ist. Bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel entfällt der Arbeitsschritt, in dem anderenfalls der Kolbenbolzen mit dem Exzenter verbunden werden muss.
Auch wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Rotor des Betätigungselements eine - im Querschnitt ge- sehen - im Wesentlichen dreieckförmige Ausnehmung aufweist, in die ein ebenfalls - im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen drei- eckförmiger Teil des Exzenters eingreift. Auf diese Weise ist der Exzenter drehfest in dem Rotor gelagert. Durch die komplementäre Ausbildung der Ausnehmung des Rotors und des Teilabschnitts des Exzenters in einer einfachen geometrischen Form kann ohne größeren fertigungstechnischen Aufwand eine sichere, drehfeste Lagerung des Exzenters im Rotor sichergestellt werden. Durch die Dreiecksform ist es auch möglich, große Drehmomente zu übertragen.
Weiterhin wird eine Vorrichtung bevorzugt, bei der der Rotor und der Exzenter durch eine Verzahnung drehfest miteinander verbunden sind. Je nach Ausbildung der Verzahnung kann so ein noch größeres Drehmoment übertragen werden, als dies bei einer dreieckförmi- gen Ausbildung der Ausnehmung im Rotor beziehungsweise des Teilabschnitts des Exzenters, welche in die Ausnehmung eingreift, der Fall ist.
Auch wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Betätigungseinrichtung hydraulisch aktivierbar und/oder fixierbar ist. Die Aktivierung der Betätigungseinrichtung spricht an, dass diese in einen Zustand versetzt wird, in der eine Verlagerung des Kolbenbolzens erfolgen kann. Die Fixierung der Betätigungseinrichtung spricht dagegen einen Zustand an, in dem keine Verlagerung des Kolbenbolzens erfolgen kann. Es ist vorteilhaft, die Betäti- gungseinrichtung hydraulisch zu aktivieren und/oder zu fixieren, weil in einem Verbrennungsmotor ohne weiteres Motoröldruck zu diesem Zweck zur Verfügung steht.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, bei der die Betätigungsein- richtung hydraulisch antreibbar ist. Der Antrieb der Vorrichtung spricht an, dass diese aufgrund des Hydraulikdrucks nicht nur freigegeben oder gesperrt wird, sondern dass die Verlagerung des Kolbenbolzens durch die Betätigungseinrichtung aktiv durch den Hydrauliköldruck bewirkt wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung bevorzugt, bei der die Betätigungseinrichtung durch Massen- und/oder Gaskräfte antreibbar ist. In diesem Fall kann die Betätigungseinrichtung beispielsweise hydraulisch aktiviert und/oder fixiert werden, wobei im aktivierten Zustand eine Verlagerung des Kolbenbolzens durch die im Laufe eines Arbeits- spiels des Motors wirkenden Massen- und/oder Gaskräfte bewirkt wird. Im fixierten Zustand werden diese Kräfte zumindest teilweise von dem Hydrauliköl aufgenommen, falls es sich um eine hydraulisch aktivier- und/oder fixierbare Betätigungseinrichtung handelt, sodass sie keine Verlagerung des Kolbenbolzens bewirken können.
Schließlich wird auch noch eine Vorrichtung bevorzugt, bei der ein Ventil zur hydraulischen Aktivierung, Fixierung und/oder zum Antrieb der Betätigungseinrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise ist die Betätigungseinrichtung sehr einfach ansteuerbar, ohne dass hierzu komplizierte Mechanismen vorgesehen sein, müssten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht der Vorrichtung aus einer ersten
Blickrichtung gesehen, und
Figur 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung aus einer zweiten Blickrichtung gesehen, die senkrecht auf der ersten
Blickrichtung steht.
Figur 1 zeigt eine erste Schnittansicht einer Vorrichtung 1. Diese um- fasst ein Pleuel 3, das mit einem oberen Pleuelauge 5 an einem Kolben 7 angelenkt ist. Das Pleuel 3 weist außerdem ein unteres Pleuelauge 9 auf, mit dem es an einem Kurbelzapfen 11 einer Kurbelwelle angelenkt ist. Das obere Pleuelauge 5 und das untere Pleuelauge 9 sind durch eine Mittelstange 13 des Pleuels 3 miteinander verbunden.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Kolbenbolzen 15, der schwenkbar in dem Kolben 7 gelagert ist. Er bewirkt eine mechanische Kopplung zwischen dem Pleuel 3 und dem Kolben 7, sodass dieser der Bewegung des Pleuels 3 folgt.
In Figur 1 ist eine Längsachse L1 des Pleuels 3 gestrichelt eingezeichnet, die vertikal angeordnet ist. Sie steht senkrecht auf zwei horizontal angeordneten Achsen, die strichpunktiert angedeutet sind, wobei die erste eine Durchmesserlinie D1 des oberen Pleuelauges 5, und die zweite eine Durchmesserlinie D2 des unteren Pleuelauges 9 markiert. Die Längsachse LI und die Durchmesserlinie D1 stehen also senkrecht aufeinander und schneiden sich im Mittelpunkt des oberen Pleuelauges 5. Ebenso stehen die Längsachse L1 und die Durchmesserlinie D2 senkrecht aufeinander und schneiden sich im Mittelpunkt des unteren Pleuelauges 9.
Parallel zur Längsachse L1 ist strichpunktiert eine Durchmesserlinie D3 des Kolbenbolzens 15 eingezeichnet, die senkrecht auf einer zweiten Durchmesserlinie D4 des Kolbenbolzens 15 steht und diese im Mittelpunkt des Kolbenbolzens 15 schneidet. Die Durchmesserlinie D4 ist ebenfalls strichpunktiert dargestellt und verläuft parallel zur Durchmesserlinie D1 des oberen Pleuelauges 5.
Der Kolbenbolzen 15 ist exzentrisch in dem oberen Pleuelauge gela- gert, was sich daraus ergibt, dass der Schnittpunkt seiner Durchmesserlinien D3, D4 nicht mit dem Schnittpunkt der Achse L1 mit der Linie D1 zusammenfällt. Er ist entlang einer Kreisbahn um eine Mittelachse A des oberen Pleuelauges verlagerbar, die senkrecht auf der Bildebene steht und durch den Schnittpunkt der Achse L1 mit der Durchmesserlinie D1 verläuft.
Eine Verlagerung des Kolbenbolzens 15 entlang der angesprochenen Kreisbahn bewirkt eine Veränderung einer Pleuellänge, die entweder durch den Abstand der Durchmesserlinien D2 und D4 bestimmt wird, oder alternativ von einer Mittelachse des unteren Pleu- elauges, die senkrecht auf der Bildebene steht und durch den Schnittpunkt der Achse L1 mit der Durchmesserlinie D2 verläuft, zu einer Mittelachse des Kolbenbolzens, die ebenfalls senkrecht auf der Bildebene steht und durch den Schnittpunkt der Durchmesserlinien D3, D4 verläuft, gemessen werden kann.
In Figur 1 befindet sich der Kolbenbolzen 15 in einer oberen Stellung, in der die Pleuellänge maximal ist. Damit ist auch der obere Totpunkt des Kolbens 7 maximal nach oben - das heißt auf einen nicht dargestellten Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 2 zu - verlagert, woraus ein hohes Verdichtungsverhältnis resultiert. In diesem Fall ist die Durchmesserlinie D4 oberhalb der Durchmesserlinie D1 angeordnet. Wird der Kolbenbolzen 15 entlang der angesprochenen Kreisbahn verlagert, erreicht er schließlich eine untere Stellung, in der die Durchmesserlinie D4 unterhalb der Durchmesserlinie D1 angeordnet ist, wobei sie vorzugsweise den gleichen Abstand zu dieser aufweist wie in Figur 1. Dies bedeutet, dass die obere und die untere Stellung des Kolbenbolzens 15 vorzugsweise symmetrisch zu der Durchmesserlinie D1 angeordnet sind.
Nimmt der Kolbenbolzen 15 seine untere Stellung ein, ist die Pleuellänge minimal, sodass auch der obere Totpunkt des Kolbens 7 maximal entfernt vom Zylinderkopf des Verbrennungsmotors liegt. Auf diese Weise wird ein kleines Verdichtungsverhältnis realisiert.
Zur Verlagerung des Kolbenbolzens 15 ist eine Betätigungseinrichtung 17 vorgesehen. Diese ist in dem oberen Pleuelauge 5 angeordnet. Wie bereits angedeutet, ist mit dem oberen Pleuelauge 5 der Teil des Pleuels 3 angesprochen, der den Kolbenbolzen 15 aufnimmt. Das Pleuel 3 setzt sich also insgesamt aus drei Elementen zusammen., nämlich dem oberen Pleuelauge 5, der Mittelstange 13 und dem unteren Pleuelauge 9. Auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Betätigungseinrichtung 17 als ein erstes Pleuelelement das obere Pleuelauge 5 bildet, wobei sie mit einem das untere Pleuelauge 9 und die Mittelstange 13 umfassenden zweiten Pleuelelement verbunden ist, ist von der Formulierung umfasst, dass die Betätigungseinrichtung 17 in dem oberen Pleuelauge 5 angeordnet ist. Hierzu ist also insbesondere keinesfalls erforderlich, dass die Betätigungseinrichtung 17 innerhalb einer lichten Ausnehmung des oberen Pleuelauges 5 angeordnet ist, wie beispielsweise der Kurbelzapfen 11 in dem unteren Pleuelauge 9.
Die Betätigungseinrichtung 17 umfasst einen Exzenter 19 und ein Betätigungselement 21. Der Exzenter ist um die Mittelachse A schwenkbar in dem oberen Pleuelauge 5 gelagert.
Das Betätigungselement 21 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schwenkmotor ausgebildet.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, das Betätigungselement 21 als Elektromotor auszubilden. Dies ist vorteilhaft, weil keine Zu- und Ableitungen für Hydraulikö! vorgesehen werden müssen. Andererseits ist ein hydraulischer Schwenkmotor als Betätigungselement 21 vorteilhaft, weil Hydrauliköl in Form des Motoröls bei einem Verbrennungsmotor ohne weiteres zur Verfügung steht.
Der Schwenkmotor des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels weist einen Rotor 23 und ein Gehäuse 25 auf. Der Rotor weist mindestens einen Flügel, hier drei Flügel 27, 27', 27" auf, die zusammen mit mindestens einem Vorsprung, hier drei Vorsprüngen 29, 29', 29" des Gehäuses 25 mindestens zwei, hier sechs Druckkam- mern definieren, von denen in Figur 1 nur drei Druckkammern 31 , 31 ', 31 " erkennbar sind, weil die Flügel 27, 27', 27" an den Vorsprüngen 29, 29', 29" anschlagen, sodass die zwischen den Flügeln 27, 27', 27" und den Vorsprüngen 29, 29', 29" angeordneten Druckkammern ein minimales Volumen aufweisen. Die Druckkammern können mit Hydrauliköl beaufschlagt werden, um eine Verschwen- kung des Rotors 23 um die Achse A zu ermöglichen oder zu verhin- dem. Die Funktionsweise eines Schwenkmotors ist an sich bekannt und wird daher hier nicht weiter erläutert.
Die Flügel 27, 27' und 27" sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel starr mit dem Rotor 23 verbunden. Bei einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können sie jedoch auch in Schlitzen, die in dem Rotor 23 vorgesehen sind, verlagerbar angeordnet sein, wobei sie durch Federkräfte und/oder durch Hydraulikdruck radial nach außen gegen das Gehäuse 25 drängbar sind. Dieses Prinzip ist von Flügelzellenpumpen bekannt.
Bei einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Vorsprünge 29, 29' und 29" als Sperrschieber ausgebildet sein, die in Schlitzen in dem Gehäuse 25 verlagerbar angeordnet sind, wobei sie durch Federkräfte und/oder durch Hydraulikdruck radial nach innen gegen den Rotor 23 drängbar sind. Dieses Prinzip ist von Sperrflügelpumpen bekannt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl die Flügel 27, 27', 27" als auch die Vorsprünge 29, 29', 29" in Schlitzen verlagerbar anzuordnen beziehungsweise als Sperrflügel auszubilden.
Zur Beaufschlagung der Druckkammern 31 , 31', 31" mit Hydrauliköl sind Bohrungen 33, 33' und 33" vorgesehen. Die hier nicht dargestellten Druckkammern sind durch ebensolche Bohrungen mit Hydrauliköl beaufschlagbar, wobei diese Bohrungen auf der dem Betrachter zugewandten Seite der durch Figur 1 definierten Ebene angeordnet und daher hier nicht dargestellt sind.
Der Rotor 23 weist eine - im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen dreieckförmige Ausnehmung auf, in die ein ebenfalls — im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen dreieckförmiger Teilabschnitt des Exzenters 19 eingreift. Auf diese Weise sind der Rotor 23 und der Exzenter 19 drehfest miteinander verbunden, sodass das Betätigungselement 21 , hier also der Schwenkmotor, eine Ver- Schwenkung des Exzenters 19 und damit eine Verlagerung des Kolbenbolzens 15 entlang einer Kreisbahn um die Achse A bewirken kann.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass der Rotor 23 und der Exzenter 19 durch eine Verzahnung dreh- fest miteinander verbunden sind. Selbstverständlich sind auch andere Möglichkeiten einer drehfesten Verbindung zwischen diesen Elementen möglich.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 1 , die senkrecht auf der Bildebene der Figur 1 steht und durch die Längsachse des Pleu- eis L1 verläuft. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In Figur 2 ist die Achse A strichpunktiert dargestellt, um die der Kolbenbolzen 15 entlang einer Kreisbahn verlagerbar ist. Weiterhin ist eine Längsachse L2 des KoI- benbolzens 15 strichpunktiert dargestellt.
In Figur 2 wird deutlich, dass die Betätigungseinrichtung 17 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest bereichsweise zwischen zwei Lappen 34, 34' des Pleuels 3 angeordnet ist, die das obere Pleuelauge 5 bilden und insbesondere das Betätigungsele- ment 21 zumindest bereichsweise seitlich umgreifen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Betätigungseinrichtung 17 vorzugsweise auch zumindest bereichsweise an einem der Lappen 34, 34' angeordnet sein, wobei sie bevorzugt seitlich an diesem angeordnet ist. Der andere Lappen 34, 34' fällt dann vorzugsweise weg, so dass das obere Pleuelauge 5 den einen Lappen 34 oder 34' und die Betätigungseinrichtung 17 umfasst. In einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel kann auch ein einziger, vorzugsweise zur Längsachse L1 symmetrisch angeordneter Lappen 34 vorgesehen sein, wobei die Betätigungseinrichtung 17 entweder in einer lichten Ausnehmung dieses Lappens 34 oder seitlich an ihm angeordnet ist. Vorzugsweise können auch zwei Betätigungseinrichtungen 17 seitlich von denn Lappen 34 vorgesehen sein. Alle diese Ausführungsbeispiele sind von der Formulierung umfasst, dass die Betätigungseinrichtung 17 in dem oberen Pleuelauge 5 angeordnet ist.
Erkennbar ist, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Kolbenbolzen 15 einstückig mit dem Exzenter 19 ausgebildet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Kolbenbolzen 15 in dem Exzenter 19 gelagert ist, wobei die beiden Elemente nicht einstückig ausgebildet sind. Wesentlich ist nur, dass der Kolbenbolzen 15 exzentrisch in dem Exzenter 19 angeordnet ist.
In Figur 2 ist noch erkennbar, dass der Exzenter 19 in mindestens einem Lager, hier zwei Lagern, vorzugsweise zwei Gleitlagern 35, 35' um die Achse A schwenkbar gelagert ist. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Exzenter 19 auch in mindestens einem Kugel- oder Wälzlager schwenkbar gelagert sein.
In Fig. 2 ist erkennbar, dass der Exzenter 19 zumindest im Bereich des Rotors 23 einen zumindest bereichsweise radial vorstehenden
Teilbereich aufweist, der - im Querschnitt gesehen - dreieckförmig ausgebildet ist und in die - im Querschnitt gesehen - dreieckförmige Ausnehmung des Rotors 23 eingreift, was wiederum in Figur 1 erkennbar ist.
Weiterhin ist in Figur 2 erkennbar, dass das Betätigungselement 21 , also in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schwenkmotor, seitlich von zwei Seitenplatten 37, 37' umfasst wird, wobei diese den Schwenkmotor gleichzeitig sicher halten und die Druckkammern 31 , 31 ', 31" sowie die weiteren Druckkammern abdichten. In den dem Betätigungselement 21 abgewandten Seitenflächen der Seitenplatten 37, 37' verlaufen Ringnuten 39, 39', über die das Hydrauliköl auf die verschiedenen Druckkammern verteilt wird. Hierzu sind jeweils Durchgangsbohrungen zu den Druckkammern durch die Seitenplatten 37, 37' vorgesehen, von denen die Bohrungen 33, 33', 33" in Figur 1 dargestellt sind.
In der Mittelstange 13 des Pleuels 3 sind Kanäle 41 , 41 ' ausgebildet, die der Versorgung des Schwenkmotors mit Hydrauliköl beziehungsweise dessen Abfluss dienen. Hierzu verlaufen die Kanäle 41 , 41 ' in einem ersten Bereich im Wesentlichen parallel zu der Längsachse L1 , wobei sie in einem zweiten Bereich in Bohrungen münden, die im Wesentlichen senkrecht auf dieser Richtung stehen und die Kanäle 41 , 41 ' in Fluidverbindung mit den Ringnuten 39, 39' bringen. Es ist ein Ventil 43 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Betätigungseinrichtung 17 ansteuerbar ist, indem die Kanäle 41 , 4V wechselweise mit einer Ölversorgung beziehungsweise mit einem Abfluss verbunden werden. In diesem Zusammenhang ist noch wichtig, dass die Ringnut 39 beispielsweise der Versorgung der Druckkammern 31 , 31 ', 31 " mit Hydrauliköl dient, während die Ringnut 39' in diesem Fall der Versorgung der weiteren, antagonistisch zu den Druckkammern 31 , 31 ', 31" wirkenden Druckkammern dient. Im Folgenden soll die Funktionsweise der Vorrichtung 1 näher erläutert werden.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 ist hydraulisch aktivierbar. Befindet sich das Ventil 43 beispielsweise in seiner in Figur 2 dargestellten Stellung, ist der Kanal 41' mit einer Ölversorgung verbunden, während der Kanal 41 mit einem Ablauf verbunden ist. Die in Figur 1 nicht dargestellten Druckkammern können also über die Ringnut 39' mit Hydrauliköl versorgt werden, während aus den Druckkammern 31 , 31', 31" Hydrauliköl über den Kanal 41 ab- fließen kann.
Wirken nun im Laufe eines Arbeitsspiels des Kolbens Massen- und/oder Gaskräfte auf diesen, werden diese Kräfte in den Kolbenbolzen 15 eingeleitet und üben ein Drehmoment auf den Exzenter 19 aus. Mit Massenkräften sind hier Trägheitskräfte angesprochen, die bei der Beschleunigung des Kolbens auftreten. Der Begriff Gaskräfte spricht insbesondere die Kraft an, die aufgrund der Expansion der heißen Verbrennungsgase im Verbrennungstakt auf den Kolben 7 wirkt.
Wirken also Kräfte auf den Kolben 7, die den Kolbenbolzen 15 in seine untere Stellung drängen, so kann er sich entlang einer Kreisbahn verlagern, weil aus den Druckkammern 31 , 3V, 31 " Öl über den Kanal 41 abfließen kann. Gleichzeitig kann Öl über den Kanal 41' in die in Figur 1 nicht dargestellten Druckkammern nachströmen. Der Kolbenbolzen 15 nimmt seine untere Stellung ein, wenn die Flü- gel 27, 27', 27" an den ihnen in Figur 1 - in Umfangsrichtung gegen den Uhrzeigersinn gesehen - gegenüberliegenden Seiten der Vorsprünge 29, 29', 29" anschlagen. Dies entspricht ungefähr einer Ver- Schwenkung des Rotors 23 um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn. Es kann dann vorzugsweise sowohl der Kanal 41 als auch der Kanal 41 ' gesperrt werden, sodass weder Öl aus den Druckkammern abfließen noch in diese nachfließen kann. In diesem Fall ist die Betäti- gungseinrichtung 1 hydraulisch fixiert.
In der beschriebenen Weise wird eine zweistufige Veränderung des Verdichtungsverhältnisses verwirklicht, wobei der Kolbenbolzen 15 wechselweise seine obere beziehungsweise seine untere Stellung einnimmt.
Es kann aber auch eine kontinuierliche Veränderung des Verdichtungsverhältnisses realisiert werden, indem die Kanäie 41 , 41' gesperrt werden, wenn die Flügel 27, 27", 27" nicht an einer Seite der Vorsprünge 29, 29', 29" anschlagen. Es kann dann weder Öl in die Druckkammern nachströmen noch aus diesen abfließen. Aufgrund der Inkompressibilität des Hydrauliköls ist auch in diesem Fall der Rotor 23 und damit die Betätigungseinrichtung 17 hydraulisch fixiert.
Selbstverständlich erlaubt eine Verbindung des Kanals 41 mit einer Ölversorgung und des Kanals 41' mit einem Abfluss eine Verlagerung des Rotors 23 in die gegensinnige Richtung.
Die hydraulische Aktivierung der Betätigungseinrichtung 17 spricht also an, dass die Kanäle 41 , 4V mit einer Ölversorgung beziehungsweise einem Abfluss verbunden werden, sodass eine Verlagerung des Rotors 23 und damit des Exzenters 19 erfolgen kann. Der Schwenkmotor, also das Betätigungselement 21 , bewirkt eine Verla- gerung des Exzenters 19 um die Achse A1 sodass auch der Kolbenbolzen 15 entlang einer Kreisbahn um diese Achse verlagert wird. Hydraulische Aktivierung bedeutet nicht, dass diese Verlagerung durch den Druck des Hydrauliköls bewirkt wird. Es wird lediglich ein Fluidpfad für das Hydrauliköl freigegeben, sodass eine Verlagerung möglich ist, die beispielsweise durch Massen- und/oder Gaskräfte antreibbar ist.
Es ist aber auch möglich, die Betätigungseinrichtung hydraulisch anzutreiben. In einem solchen Ausführungsbeispiel wird der Druck des Hydrauliköls genutzt, um eine Verlagerung des Rotors 23 und letztlich des Kolbenbolzens 15 zu bewirken. In diesem Fall kann die Ver- lagerung unabhängig von den während des Arbeitsspiels des Kolbens auftretenden Massen- und/oder Gaskräften erfolgen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine Verlagerung rasch erfolgen kann, während sich zeigt, dass eine Verlagerung mit Hilfe der Massen- und/oder Gaskräfte mehrere Arbeitsspiele des Kolbens benö- tigt.
Selbstverständlich ist es auch in diesem Ausführungsbeispiel möglich, ein kontinuierlich variables Verdichtungsverhältnis derart zu realisieren, dass die Kanäle 41 , 41' gesperrt werden, wenn sich die Flügel 27, 27", 27" in einem Bereich befinden, in dem sie nicht an den Vorsprüngen 29, 29', 29" anschlagen.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die maximale beziehungsweise minimale Pleuellänge jeweils durch einen Anschlag der Flügel 27, 27', 27" an den Vorsprüngen 29, 29', 29" definiert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Pieueiiänge beispielsweise durch Verlagerung der Anschläge zu vergrößern beziehungsweise zu verkleinern, bis die Durchmesserlinie D3 mit der Längsachse L1 in der oberen beziehungsweise unte- ren Stellung des Kolbenbolzens 15 zur Deckung kommt. Dies ist vor allem dann günstig, wenn nur ein vergleichsweise geringer Hydraulikdruck zum Halten der Position des Kolbenbolzens 15 zur Verfügung steht. Massen- und/oder Gaskräfte werden in diesem Fall näm- lieh im Wesentlichen von dem Pleuel 3 aufgenommen, so dass ein geringer Haltedruck ausreicht, um einer Verlagerung des Kolbenbolzens 15 entgegenzuwirken.
Andererseits ist es in diesem Fall jedoch kaum möglich, den Kolbenbolzen 15 allein durch Massen- und/oder Gaskräfte aus seiner obe- ren beziehungsweise unteren Stellung herauszuverlagern, weil bei einer Überdeckung der Linie D3 mit der Achse L1 kein oder nur ein geringes Drehmoment in den Exzenter 19 eingeleitet wird. Die Verlagerung des Kolbenbolzens 15 kann in diesem Fall vorzugsweise hydraulisch initiiert werden, während die hauptsächliche Verlage- rungsbewegung durch Massen- und/oder Gaskräfte getrieben werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Verlagerung komplett hydraulisch anzutreiben.
Das Ventil 43 dient zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 17, also zu deren hydraulischen Aktivierung, Fixierung und/oder zum Antrieb derselben, wenn diese hydraulisch angetrieben werden soll. Es ist daher so ausgebildet, dass es die Kanäle 41 , 41 ' wechselweise mit einer Ölversorgung beziehungsweise einem Abfluss verbinden, vorzugsweise auch beide Kanäle sperren kann.
Soll nur ein zweistufig variables Verdichtungsverhältnis realisiert werden, ist es nicht nötig, dass beide Druckkanäle 41 , 41 ' gleichzeitig gesperrt werden. Eine Fixierung des Rotors 23 ist nämlich auch dann gegeben, wenn dieser mit je einer Seite der Flügel 27, 27', 27" an einem der Vorsprünge 29, 29', 29" anschlägt und die jeweils andere Seite der Flügel 27, 27', 27" mit dem Öldruck der Ölversorgung beaufschlagt wird. Auch in diesem Fall ist eine Verlagerung des Rotors nicht möglich, sodass dieser hydraulisch fixiert ist. Das Ventil 43 kann in diesem Fall so ausgebildet sein, dass es zwei Funktionsstellungen aufweist.
Um andererseits ein kontinuierlich variables Verdichtungsverhältnis realisieren zu können, müssen beide Kanäle 41 , 4V gleichzeitig sperrbar sein. Das Ventil 43 muss also eine dritte Funktionsstellung aufweisen, in der beide Kanäle 41 , 41' weder mit der Ölversorgung noch mit einem Abfluss verbunden sind. Die momentane Funktionsstellung des Ventils 43 wird vorzugsweise von einem Regelkreis vorgegeben, der mindestens einen Klopfsensor umfasst. Es ist dann möglich, die Pleuellänge und damit das Verdichtungsverhältnis in vorzugsweise jedem Betriebszustand des Motors so zu wählen, dass dieser quasi an der Klopfgrenze gefahren wird, also ein Verdichtungsverhältnis aufweist, bei dem gerade eben keine klopfende Verbrennung auftritt. So wird sichergestellt, dass stets der bestmögliche Wirkungsgrad erreicht wird.
Vorzugsweise wird zu einem hydraulischen Antrieb der Betätigungseinrichtung 17 ein höherer Öldruck eingesetzt, als dies bei einer reinen hydraulischen Aktivierung der Fall ist.
Wesentlich ist, dass die Betätigungseinrichtung 17 in dem oberen
Pleuelauge 5 angeordnet ist. Hierdurch kann die Vorrichtung 1 und insbesondere auch das Pleuel 3 eine kompakte Bauform aufweisen, und die beweglichen Massen werden im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen reduziert, sodass der hierdurch bedingte Leistungsverlust des Motors minimiert wird.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung
3 Pleuel
5 oberes Pleuelauge
7 Kolben
9 unteres Pleuelauge
11 Kurbelzapfen
13 Mittelstange
15 Kolbenbolzen
17 Betätigungseinrichtung
19 Exzenter
21 Betätigungselement
23 Rotor
25 Gehäuse
27 Flügel
29 Vorsprung
31 Druckkammer
33 Bohrung
34 Lappen
35 Gleitlager
37 Seitenplatte 39 Ringnut 1 Kanal 3 Ventil
L1 Längsachse des Pleuels D1 Durchmesserlinie des oberen Pleuelauges
D2 Durchmesserlinie des unteren Pleuelauges
D3 Durchmesserlinie des Kolbenbolzens
D4 Durchmesserlinie des Kolbenbolzens
A Mittelachse 27' Flügel
27" Flügel
29' Vorsprung
29" Vorsprung
31' Druckkammer 31" Druckkammer
33' Bohrung
33" Bohrung
L2 Längsachse des Kolbenbolzens
34' Lappen 35' Gleitlager
37' Seitenplatte 39' Ringnut AV Kanal

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor, mit
- einem Pleuel (3), das mit einem unteren Pleuelauge (9) an einer Kurbelwelle und mit einem oberen Pleuelauge (5) an einem Kolben (7) angelenkt ist,
- einem Kolbenbolzen (15), der schwenkbar in dem Kolben (7), und exzentrisch in dem oberen Pleuelauge (5) gelagert sowie entlang einer Kreisbahn um eine Mittelachse (A) des oberen Pleuelauges (5) verlagerbar ist, wobei eine Pleuellänge gemessen von einer Mittelachse des unteren Pleuelauges zu einer Mittelachse des Kolbenbolzens (15) durch eine Verlagerung des exzentrisch gelagerten Kolbenbolzens (15) einstellbar ist, und mit - einer Betätigungseinrichtung (17) zur Verlagerung des Kolbenbolzens (15)
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Betätigungseinrichtung (17) in dem oberen Pleuelauge (5) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (17) einen Exzenter (19) umfasst, der schwenkbar in dem oberen Pleuelauge (5) gelagert ist und den Kolbenbolzen (15) trägt, außerdem ein Betätigungselement (21), durch das der Exzenter (19) um die Mittelachse (A) des oberen Pleuelau- ges (5) schwenkbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (21) als Schwenkmotor ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (21) einen Rotor (23) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen (15) in dem Exzenter (19) gelagert ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenbolzen (15) einstückig mit dem Exzenter (19) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (23) eine - im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen dreieckförmige Ausnehmung aufweist, in die ein ebenfalls - im Querschnitt gesehen - im Wesentlichen dreieckförmiger Teilab- schnitt des Exzenters (19) eingreift, so dass der Exzenter (19) drehfest in dem Rotor (23) gelagert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (19) und der Exzenter (23) durch eine Verzahnung drehfest miteinander verbunden sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (17) hydraulisch aktivierbar und/oder fixierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (17) hydraulisch antreibbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (17) durch
Massen- und/oder Gaskräfte antreibbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (43) zur hydraulischen Aktivierung, Fixierung und/oder zum Antrieb der Betätigungseinrichtung vorgese- hen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine momentane Funktionsstellung des Ventils (43) von einem Regelkreis vorgegeben wird, der mindestens einen Klopfsensor um- fasst.
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