WO2016026487A1 - Vorrichtung zur veränderung des verdichtungsverhältnisses einer zylindereinheit einer hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents
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- WO2016026487A1 WO2016026487A1 PCT/DE2015/200372 DE2015200372W WO2016026487A1 WO 2016026487 A1 WO2016026487 A1 WO 2016026487A1 DE 2015200372 W DE2015200372 W DE 2015200372W WO 2016026487 A1 WO2016026487 A1 WO 2016026487A1
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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
- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke 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
Definitions
- the invention relates to a device for varying the compression ratio of a cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine having an eccentric bushing which is rotatably arranged in a receiving bore of a connecting rod bearing eye formed by a connecting rod upper part and a connecting rod lower part and encloses a crankpin of a crankshaft, wherein the rotationally guided in the receiving bore Eccentric bushing preferably in two positions, which are circumferentially offset by preferably approximately 180 ° to each other, can be locked.
- the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine ⁇ denotes the ratio of the volume of the entire cylinder chamber to the volume of the compression chamber.
- devices are known from the prior art, which make an adjustment of the distance between a crank pin of a crankshaft and a piston pin. These are different devices, namely those with which the position of the piston relative to the connecting rod is changeable, or those which make a change in position of the connecting rod relative to the crankshaft.
- a device for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine of the type described in the preamble of claim 1 is known from DE 197 03 948 A1.
- a connecting rod which is split in the region of its connecting rod bearing eye, receives an eccentric sleeve over the bore of this connecting rod bearing eye.
- This is performed with a cylindrical outer peripheral surface in the bore of the connecting rod bearing eye and should obviously be designed as a sliding bearing.
- the sleeve On its inner peripheral surface, which is offset eccentrically to the outer peripheral surface, the sleeve is slidably guided on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine. A rotation of the sleeve in the bore of the connecting rod bearing eye should be done automatically.
- the eccentric sleeve should be triggered by the forces acting on it, which result from the rotation of the crankshaft or the Pleuelamba. Furthermore, the eccentric sleeve is provided at its ends with flanges which engage over the connecting rod eye and in the circumferential direction by 180 ° offset locking recesses. A provided on the connecting rod locking member is actuated via a cam segment such that it selectively engages after a corresponding rotation of the sleeve in one or the other locking recess. Disclosure of the invention
- a compression spring detent body which is preferably designed as a detent ball, generated together with the corresponding ramp-like edge of the detent mountain on the locking element an axial bias as soon as the locking element is moved out of an engaged position in a locking hole out and beyond its center position.
- the pivoting lever must be constantly held over the gate in its locking position so that it does not change its assumed position and thus the locking element is disengaged.
- the unlocking so the movement of the sleeve from the locking hole is not targeted, so that under certain circumstances, a rotation of the eccentric sleeve is prevented.
- the locking element according to the invention is selectively adjusted in its positions and locked in this.
- the latching mountains should be provided with flanks running at an acute angle to one another.
- This locking mountain can be designed as two radial recess in the cylindrical locking element. In the region of a web extending between the two recesses, the two flanks running at an acute angle to one another are provided.
- a radially extending driver is attached to the locking element, on which engages a displaceable in the longitudinal direction of the crankshaft cam. The driver can be guided to prevent rotation of the locking element in a recess of the connecting rod lower part. Consequently, no flexible components are provided between the driver and the locking element, because instead the carrier is rigidly connected to the locking element. Therefore, the driver can also serve to prevent rotation of the cylindrical locking element.
- the driving groove of the cam Due to the right angle to the locking element extending driver a driving groove of the cam should be adapted to the course. Therefore, it is provided that the driving groove of the cam has a rectangular cross-section. Side walls of the driving groove thus run parallel to the driver, which means that the production costs for the production of the cam can be reduced.
- the driving groove has according to the invention on such a width that the driver is guided in this game with both sides.
- a freewheel is arranged between an outer circumferential surface of the eccentric bush and the bore of the connecting rod bearing eye. This freewheel prevents the eccentric bushing due to the mass or gas forces and the moments generated by the rotating crank pin is placed in short rotational movements in opposite directions of rotation. Otherwise reversing the direction of rotation could occur in the region of the top or bottom dead center of the piston connected to the connecting rod, since moments act on the eccentric bush, which can assume both positive and negative values. The consequence of this would be that the respective eccentric bush is not twisted into its other position serving for changing the compression ratio of the cylinder unit. This would eventually lead to some of the cylinder units being operated at a high and some at a low compression ratio.
- the freewheel provided between the eccentric bushing and the connecting rod eye only allows a targeted rotational movement in one direction of rotation.
- the freewheel can be designed as a roller, sprag or wrap spring freewheel.
- the cylindrical or asymmetrical locking elements are arranged in a cage, said cage should be divided into two half-shells.
- the eccentric bush is divided in a longitudinal plane. As a result, this divided eccentric bush, which is preferably designed as a slide bearing, can be arranged together with the half shells of the freewheel cage on the crank pin of the crankshaft, before finally the connecting rod is mounted.
- FIG. 1 is a perspective view of a partial view of a crankshaft with a crank pin arranged on a, a working piston receiving connecting rod, which is cut in the region of its Pleuelunterteils,
- FIG. 2 shows an enlarged partial view of the connecting-rod lower part in the region of a locking element formed according to the invention
- FIG. 3 shows a detailed view of the locking element
- FIG. 4 shows a further variant of an arrangement of a locking element in a connecting-rod lower part
- FIG. 5 shows a section through the locking element according to line V-V shown in FIG. 4,
- Figure 6 is a perspective view of one provided with a roller freewheel
- Figure 7 is a perspective view of one provided for the roller freewheel
- Figure 8 shows a roller freewheel, the rolling bearings are assigned to both sides and Figure 9 shows a circuit sequence of the locking element, starting from a
- crankshaft of a reciprocating internal combustion engine of which only one subsection consisting of four crank webs 2, 3, 4 and 5 is shown.
- the crank webs 2 and 5 are provided for mass balance with counterweights 6 and differ so far from the crank webs 3 and 4.
- a crank pin is again provided between the two crank webs 4 and 5, which is not visible in this representation, since a connecting rod 9 is arranged on this. Due to the cranking of the crankshaft 1, this invisible crank pin takes a different position compared to the crank pin 7.
- This connecting rod 9 consists of a connecting rod upper part 10 and a connecting rod lower part 1 1, which are connected to each other via screws 12.
- the connecting rod upper part 10 receives at its end remote from the connecting rod lower part 1 1 a working piston 13 which is fastened via a piston pin 14 via a not-shown piston pin bearing and a connecting rod on the connecting rod upper part 10.
- a parting plane 15 between the connecting rod upper part 10 and the Pleuelunterteil 1 1 passes through a connecting rod eye, which is also not visible in the perspective view of Figure 1, there, as already stated, the connecting rod 9 on the corresponding crank pin of the crankshaft
- an eccentric bushing 16 is arranged, which has outwardly extending ribs 17 and 18. About the rims 17 and 18, the eccentric bush 16 is frontally both on the connecting rod upper part 10 and on the connecting rod lower part
- the driving groove 21 has a rectangular cross-section, ie, their guide surfaces are parallel.
- the driving groove 21 may be widened in the inlet region for the driver 20 and taper continuously towards the discharge region in order to compensate for any tolerances.
- each of the shelves is a locking hole into which the locking element 19 can be moved.
- the locking element 19 is located with its corresponding end in a locking bore 23 of the board 17.
- the corresponding position of this locking hole 23 of the board 17 to a locking bore provided in the board 18 is in connection with the following figures 2 to 5 yet to be received.
- the figure 2 of the locking element 19 receiving portion of the Pleuelunterteils 1 1 of Figure 1 is shown enlarged to explain the arrangement of the locking element.
- its function and training is very detailed from the enlarged section III in Figure 2, which is shown in Figure 3.
- the locking element 19 is in a position in which it engages in a locking opening 24 provided in the board 18.
- the locking element 19 has a latching contour 25 which cooperates with a spring-loaded latching ball 26.
- the detent ball 26 is arranged together with a compression spring 27 in a provided in Pleuelunterteil 1 1 receiving bore 28.
- Two locking grooves 29 and 30 are formed on the locking element 19, between which a locking mountain is located.
- FIG. 2 likewise shows the arrangement of the cam 22 and its interaction with the driver 20.
- the locking mountain has two inclined flanks 31 and 32.
- the biased by the compression spring 26 detent ball generates together with the corresponding ramp-like flank 31 or 32 of the detent on the locking element 19 an axial bias, as soon as Locking element 19 is moved out of an engagement position in a locking opening and beyond its center position.
- a freewheel 36 is arranged according to the figures 4 and 5 between the outer outer surface 33 of the eccentric bushing 16 and the bore 34 of the connecting rod bearing eye 35, which is formed in this case as a roller freewheel 37.
- the outer circumferential surface 33 of the eccentric bushing 16 is provided with radially outwardly extending clamping ramps, which are not shown in detail in the figures.
- the locking element 19 takes over the arrangement of Figures 1 to 3 a 90 ° rotated position so that the receiving bore 28, the compression spring 27 and the detent ball 26 can be accommodated. Then the driver 20 extends at right angles to the receiving bore 28, in the extension of which a bore 38 for mounting the compression spring 27 and the detent ball 26 is located.
- the eccentric bush 16 is guided over the sliding surfaces 40 and 41 as well as over the roller freewheel 37 in the receiving bore 28.
- the roller freewheel 37 ensures that a rotation of the eccentric bush 16 with respect to the connecting rod bearing eye 24 is possible only in one direction of rotation, while in the other direction of rotation the roller freewheel 37 blocks its rotational movement.
- the two ribs 17 and 18, which are bisected together with the hollow cylindrical portion of the eccentric bush 16, each have, in addition to the locking opening 23 visible in the illustration, the locking opening 34. These are formed in the present case as recesses and offset by 180 ° to each other.
- Pinch rollers 37a of the roller freewheel are rotatably guided in a cage 34.
- FIG. 7 shows the cage 39, which consists of cage halves 39a and 39b and is provided for receiving the clamping rollers 37a of the roller freewheel 37.
- the cage ends are guided to one another via cage locks 42 and 43.
- Each of these cage locks 42 and 43 consists of a designed as a dovetail end piece 44 and a receiving opening 45 having an end piece 46.
- the cage halves 39a and 39b can thus carry out radial compensating movements to each other.
- FIG. 8 shows an alternative embodiment of a cage 47, which is formed in a central region for receiving pinch rollers 37a of the roller freewheel 37 and which has pockets 48 for receiving cylindrical rolling elements 49 in addition to this region.
- a roller bearing is created on both sides of the roller freewheel 37.
- FIG. 9 shows a circuit sequence of the locking element 19, starting from an engagement in a locking opening 23 of the left panel 17, which is shown in section I.
- the movement of the cam 22 is indicated by an arrow 50 sym- izes.
- the cam plate 22 engages the driver 20 and moves the locking element out of the locking opening 23.
- this decoupling is completed and the locking element 19 is in its center position.
- the locking member 19 is biased under number IV in the direction of the board 18, which, as explained to Figures 3 and 5, by the latching mountains and the spring-loaded detent ball 26 is done.
- paragraph V the locking element 19 is locked in the locking hole 24.
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine weist eine Exzenterbuchse (16) auf, die verdrehbar in einer Bohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil (11) gebildeten Pleuellagerauges angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt. Dabei ist die in der Bohrung verdrehbar geführte Exzenterbuchse (16) mit radial nach außen verlaufenden Borden (17 und 18) versehen, in denen sich jeweils eine Verriegelungsöffnung (23) befindet, wobei die Verriegelungsöffnungen um vorzugsweise etwa 180° zueinander versetzt angeordnet sind. In einer parallel zur Bohrung innerhalb des Pleuelunterteils (11) verlaufenden Führungsbohrung ist ein im Wesentlichen zylindrisches Verriegelungselement (19) verschiebbar angeordnet. Um zu gewährleisten, dass die Exzenterbuchse stets nur von einer Position in die nächste überführt werden kann, sindan einer Außenmantelfläche des Verriegelungselements (19) zwei Rastnuten (19 und 30) mit einem zwischen diesen ausgebildeten Rastgebirge vorgesehen sind, wobei rechtwinklig zur Führungsbohrung eine Aufnahmebohrung (28) für eine Druckfeder (27) und einen Rastkörper (26) verläuft und wobei das Verriegelungselement (19) aufgrund einer rampenartigen Ausbildung des Rastgebirges in Richtung jeder der Rastnuten (29 und 30) in einer außermittigen Lage jeweils über den Rastkörper (26) in Richtung einer der Borde (17 oder 18) vorgespannt ist.
Description
Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Exzenterbuchse, die verdrehbar in einer Aufnahmebohrung eines von einem Pleueloberteil und einem Pleuelunterteil gebildeten Pleuellagerauges angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umschließt, wobei die in der Aufnahmebohrung verdrehbar geführte Exzenterbuchsevorzugsweise in zwei Positionen, die in Umfangsrichtung um vorzugsweise etwa 180° zueinander versetzt sind, verriegelbar ist.
Stand der Technik Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somitinsgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftma- schinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfenhandelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in un- günstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftma- schine zu verändern, wie z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, die eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen vornehmen. Es handelt sich dabei um unterschiedliche Vorrichtungen, nämlich um solche, mit denen die Lage des Kolbens gegenüber dem Pleuel ver- änderbar ist, oder um solche, die eine Lageänderung des Pleuels gegenüber der Kurbelwelle vornehmen.
Eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- brennkraftmaschineder im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 197 03 948 A1 bekannt. Danach nimmt ein im Bereich seines Pleuellagerauges geteiltes Pleuel über die Bohrung dieses Pleuellagerauges eineexzentrische Hülse auf. Diese ist mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche in der Bohrung des Pleuellagerauges geführt und soll offenbar als Gleitlager ausgebildet sein. An ihrer inneren Umfangsfläche, die exzentrisch zur äußeren Umfangsfläche versetzt ist, ist die Hülse gleitend auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine geführt. Eine Verdrehung der Hülse in der Bohrung des Pleuellagerauges soll selbsttätig erfolgen. Ausgelöst werdensoll diese Bewegung der exzentrischen Hülse durch die auf sie einwirkenden Kräfte, die aus der Drehung der Kurbelwelle bzw. der Pleuelbewegung resultieren. Weiterhin ist die exzentrische Hülse an ihren Enden mit Flanschen versehen, die das Pleuellagerauge übergreifen und in Umfangs- richtung um 180° versetzte Verriegelungsausnehmungen aufweisen. Ein am Pleuel vorgesehenes Verriegelungsglied wird über ein Kurvensegment derart betätigt, dass es nach einer entsprechenden Verdrehung der Hülse wahlweise in die eine oder die andere Verriegelungsausnehmung eingreift.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion des Verriegelungselements zu verbessern, um zu gewährleisten, dass die Exzenterbuchse stets nur von einer Position in die nächste überführt werden kann.
Diese Aufgabe wirddurch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesemabhängi- gen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Danach sollenan einer Außenmantelfläche des Verriegelungselements zwei Rastnuten mit einem zwischen diesen ausgebildeten Rastgebirge vorgesehen sein, wobei rechtwinklig zur Führungsbohrung eine Aufnahmebohrung für eine Druckfeder und einen Rastkörper verläuft und wobei das Verriegelungselement aufgrund einer rampenartigen Ausbildung des Rastgebirges in Richtung jeder der Rastnuten in einer außermittigen Lage jeweils über den Rastkörper in Richtung einer der Borde vorgespannt ist. Der durch eine Druckfeder vorgespannte Rastkörper, der vorzugsweise als Rast- kugel ausgebildet ist, erzeugt gemeinsam mit der entsprechenden rampenartig verlaufenden Flanke des Rastgebirges am Verriegelungselement eine axiale Vorspannung, sobald das Verriegelungselement aus einer Eingriffsstellung in eine Verriegelungsöffnung heraus und über seine Mittelstellung hinausbewegt wird. Das Verriegelungselement liegt dann mit seiner entsprechenden Stirnseite an dem dieser zugewandten Bord an und schnappt, nachdem die Exzenterhülse eine halbe Umdrehung ausgeführt hat, in die diese Verdrehung begrenzende Verriegelungsöffnung ein. Da diese Einrichtung aus baulich einfachen Elementen besteht, ist sie in besonderer Weise für eine Großserienfertigung entsprechender Hubkolbenbrennkraftmaschinen geeignet. Demgegenüber ist nach der DE 197 03 948 A1 ein als hohler Bolzen mit geschlossenen Stirnseiten ausgebildetes Verriegelungselement vorgesehen, der in seinem Inneren zwei, sich an den Stirnseiten abstützende Druckfedern aufnimmt. Ein schwenkbarer Hebel greift mit einem Ansatz zwischen diesen Druckfedern in die Hülse ein. Der Aufwand für die Herstellung einer derartigen Verriegelungseinheit ist relativ hoch. Au-
ßerdem muss der schwenkbare Hebel ständig über die Kulisse in seiner Verriegelungsposition gehalten werden, damit dieser nicht seine eingenommene Lage verändert und somit das Verriegelungselement außer Eingriff gebracht wird. Auch das Entriegeln, also die Bewegung der Hülse aus der Verriegelungsöffnung erfolgt nicht ge- zielt, so dass unter Umständen eine Verdrehung der exzentrischen Hülse verhindert wird. Im Unterschied dazu wird das erfindungsgemäße Verriegelungselement gezielt in seine Positionen verstellt und in diesen verrastet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung solldas Rastgebirge mit spitzwinklig zueinan- der verlaufenden Flanken versehen sein. Dieses Rastgebirge kann als zwei radiale Ausnehmung in dem zylindrischen Verriegelungselement ausgeführt sein. Im Bereich eines zwischen den beiden Ausnehmungen verlaufenden Stegs sind die beiden spitzwinklig zueinander verlaufenden Flanken vorgesehen. Weiterhin ist vorgesehen, dass am Verriegelungselement ein radial verlaufender Mitnehmer befestigt ist, an welchem eine in Längsrichtung der Kurbelwelle verschiebbare Kurvenscheibe angreift. Der Mitnehmer kann dabei zur Verdrehsicherung des Verriegelungselements in einer Ausnehmung des Pleuelunterteils geführt sein. Folglich sind zwischen dem Mitnehmer und dem Verriegelungselement keine flexiblen Bauelemen- te vorgesehen, denn stattdessen ist der Mitnehmer starr mit dem Verriegelungselement verbunden. Daher kann der Mitnehmer auch zur Verdrehsicherung des Zylindrischen Verriegelungselements dienen.
Aufgrund des rechtwinklig zum Verriegelungselement verlaufenden Mitnehmers soll eine Mitnahmenut der Kurvenscheibe an dessen Verlauf angepasst sein. Daher ist vorgesehen, dass die Mitnahmenut der Kurvenscheibe einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Seitenwände der Mitnahmenut verlaufen also parallel zum Mitnehmer, Das führt dazu, dass der Fertigungsaufwand zur Herstellung der Kurvenscheibe verringert werden kann. Die Mitnahmenut weist dabei erfindungsgemäß eine derartige Breite auf, dass der Mitnehmer in dieser mit beidseitigem Spiel geführt ist.
Außerdem ist vorgesehen, dass zwischen einer äußeren Mantelfläche der Exzenterbuchse und der Bohrung des Pleuellagerauges ein Freilauf angeordnet ist.
Dieser Freilauf verhindert, dass die Exzenterbuchse aufgrund der Massen- bzw. Gaskräfte sowie der vom rotierenden Kurbelzapfen erzeugten Momente in kurze Drehbewegungen in gegenläufigen Drehrichtungen versetzt wird. Eine Drehrichtungsumkehr könnte anderenfalls im Bereich des oberen oder unteren Totpunkts des mit dem Pleuel verbundenen Arbeitskolbens zustande kommen, da Momente auf die Exzenterbuchse wirken, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen können. Die Folge davon wäre, dass die jeweilige Exzenterbuchse nicht bis in ihre andere zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Zylindereinheit dienende Position verdreht wird. Das würde letztendlich dazuführen, dass einige der Zylindereinheiten mit einem hohen und einige mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß dadurch beseitigen, dass der zwischen der Exzenterbuchse und dem Pleuelauge vorgesehene Freilauf nur noch eine gezielte Drehbewegung in einer Drehrichtung zulässt. Der Freilauf kann als Rollen-, Klemmkörper oder Schlingfederfreilauf ausgebildet sein. Im Falle eines Rollen- oder Klemmkörperfreilaufs sind die zylindrischen oder asymmetrisch ausgebildeten Sperrelemente in einem Käfig angeordnet, wobei dieser Käfig in zwei Halbschalen geteilt sein soll. Schließlich ist vorgesehen, dass die Exzenterbuchse in einer Längsebene geteilt ist. Dadurch lässt sich diese geteilte Exzenterbuchse, die vorzugsweise als Gleitlager ausgebildet ist, gemeinsam mit den Halbschalen des Freilaufkäfigs auf dem Kurbelzapfen der Kurbelwelle anordnen, bevor schließlich das Pleuel montiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 mit den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus denFiguren ergeben, miteinander zu kombi- nieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf dieZeichnung verwiesen, in der meh- rere unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
Figur 1 als perspektivische Darstellung eine Teilansicht einer Kurbelwelle mit einem auf einem Kurbelzapfen angeordneten, einen Arbeitskolben aufnehmenden Pleuel, welches im Bereich seines Pleuelunterteils geschnitten ist,
Figur 2 eine vergrößerteTeilansicht des Pleuelunterteils im Bereich eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verriegelungselements,
Figur 3 eine Detailansicht des Verriegelungselements,
Figur 4 eine weitere Variante einer Anordnung eines Verriegelungselements in einem Pleuelunterteil,
Figur 5 einen Schnitt durch das in Figur 4 dargestellte Verriegelungselement ge- mäß Linie V - V,
Figur 6 eine perspektivische Darstellung einer mit einem Rollenfreilauf versehenen
Exzenterbuchse, Figur 7 eine perspektivische Darstellung eines für den Rollenfreilauf vorgesehenen
Käfigs,
Figur 8 einen Rollenfreilauf, dem beidseitig Wälzlager zugeordnet sind und Figur 9 einen Schaltungsablauf des Verriegelungselements, ausgehend von einem
Eingriff in eine Verriegelungsöffnung eines linken Bords bis zu einem Eingriff in eine Verriegelungsöffnung eines rechten Bords.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der Figur 1 ist mit 1 eine Kurbelwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeich- net, von der nur ein aus vier Kurbelwangen 2, 3, 4 und 5 bestehender Teilabschnitt dargestellt ist. Die Kurbelwangen 2 und 5 sind dabei zum Massenausgleich mit Gegengewichten 6 versehen und unterscheiden sich insofern von den Kurbelwangen 3 und 4. Weiterhin ist zwischen den Kurbelwangen 2 und 3 ein Kurbelzapfen 7 zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Pleuels ausgebildet, während die Kurbelwan- gen 3 und 4 beidseitig eines Hauptlagerzapfens 8, über den die Kurbelwelle 1 in einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse der Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert wird, verlaufen. Schließlich ist zwischen den beiden Kurbelwangen 4 und 5 wiederum ein Kurbelzapfen vorgesehen, der in dieser Darstellung aber nicht sichtbar ist, da auf diesem ein Pleuel 9 angeordnet ist. Aufgrund der Kröpfung der Kurbelwelle 1 nimmt dieser nicht sichtbare Kurbelzapfen im Vergleich zum Kurbelzapfen 7 eine andere Stellung ein.
Dieses Pleuel 9 besteht aus einem Pleueloberteil 10 und einem Pleuelunterteil 1 1 , die über Schrauben 12 miteinander verbunden sind. Das Pleueloberteil 10 nimmt an sei- nem vom Pleuelunterteil 1 1 abgewandten Ende einen Arbeitskolben 13 auf, der über einen Kolbenbolzen 14 über ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager sowie ein Pleuelauge am Pleueloberteil 10 befestigt ist. Eine Trennebene 15 zwischen dem Pleueloberteil 10 und dem Pleuelunterteil 1 1 verläuft durch ein Pleuellagerauge, das in der perspektivischen Darstellung der Figur 1 ebenfalls nicht sichtbar ist, da, wie be- reits angegeben, das Pleuel 9 auf dem entsprechenden Kurbelzapfen der Kurbelwelle
I montiert ist.
In diesem Pleuellagerauge ist eine Exzenterbuchse 16 angeordnet, die nach außen verlaufende Borde 17 und 18 aufweist. Über die Borde 17 und 18 ist die Exzenter- buchse 16 stirnseitig sowohl an dem Pleueloberteil 10 als auch an dem Pleuelunterteil
I I geführt. Aus dem Teilschnitt durch das Pleuelunterteil 1 1 nach der Figur 1 geht hervor, dass in diesem ein zylindrisches Verriegelungselement 19 axial, also parallel zur Längsachse der Kurbelwelle 1 , verschiebbar angeordnet ist. Dieses Verriegelungselement 19 weist einen radial verlaufenden Mitnehmer 20 auf, welcher phasen-
weise, d. h. im Bereich eines unteren Totpunkts des Arbeitskolbens 13 in eine Mitnahmenut 21 einer Kurvenscheibe 22 eingreift. Diese in einer Ölwanne der Hubkol- benbrennkraftmaschine angeordnete Kurvenscheibe 22 ist in Längsrichtung der Kurbelwelle 1 verschiebbar angeordnet und wird über nicht näher dargestellte Verstellmit- tel entsprechend verschoben. Sie kann somit über ihre den Mitnehmer 20 aufnehmende Mitnahmenut 21 das Verriegelungselement 19 in Richtung eines der beiden Borde 17 oder 18 bewegen. Die Mitnahmenut 21 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, d.h., deren Führungsflächen verlaufen parallel.Alternativ dazu kann die Mitnahmenut 21 im Einlaufbereich für den Mitnehmer 20 verbreitert sein und sich zum Aus- laufbereich hin kontinuierlich verjüngen, um eventuelle Toleranzen auszugleichen.
In jedem der Borde befindet sich eine Verriegelungsbohrung, in die das Verriegelungselement 19 hineinbewegt werden kann. In der Figur 1 befindet sich das Verriege- lungselement 19 mit seinem entsprechenden Ende in einer Verriegelungsbohrung 23 des Bords 17. Auf die entsprechende Lage dieser Verriegelungsbohrung 23 des Bords 17 zu einer im Bord 18 vorgesehenen Verriegelungsbohrung wird im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren 2 bis 5 noch eingegangen werden. In der Figur 2 ist der das Verriegelungselement 19 aufnehmende Abschnitt des Pleuelunterteils 1 1 der Figur 1 vergrößert dargestellt, um die Anordnung des Verriegelungselements zu erläutern. Weiterhin geht dessen Funktion und Ausbildung sehr detailliert aus dem vergrößerten Ausschnitt III in Figur 2 hervor, der in der Figur 3 dargestellt ist. In der Figur 3 befindet sich im Gegensatz zur Figur 2 das Verriegelungs- element 19 in einer Stellung, in der es in eine Verriegelungsöffnung 24, die im Bord 18 vorgesehen ist, eingreift. Das Verriegelungselement 19 weist eine Rastkontur 25 auf, die mit einer federbelasteten Rastkugel 26 zusammenwirkt. Die Rastkugel 26 ist gemeinsam mit einer Druckfeder27 in einer im Pleuelunterteil 1 1 vorgesehenen Aufnahmebohrung 28 angeordnet. Am Verriegelungselement 19 sind zwei Rastnuten 29 und 30 ausgebildet, zwischen den sich ein Rastgebirge befindet.Aus der Figur 2 geht ebenfalls die Anordnung der Kurvenscheibe 22 und deren Zusammenwirken mit dem Mitnehmer 20 hervor.
Wie insbesondere der Figur 3 zu entnehmen ist, weist das Rastgebirge zwei schräg verlaufende Flanken 31 und 32 auf.Die durch die Druckfeder 26 vorgespannte Rastkugel erzeugt gemeinsam mit der entsprechenden rampenartig verlaufenden Flanke 31 oder 32 des Rastgebirges am Verriegelungselement 19 eine axiale Vorspannung, sobald das Verriegelungselement 19 aus einer Eingriffsstellung in eine Verriegelungsöffnung heraus und über seine Mittelstellung hinausbewegt wird. Das Verriegelungselement 19 liegt dann mit seiner entsprechenden Stirnseite an dem dieser zugewandten Bord 17 oder 18 an und schnappt, nachdem die Exzenterhülse 16 eine halbe Umdrehung ausgeführt hat, in die diese Verdrehung begrenzende Verriegelungsöffnung ein. Aus der Figur 3 geht auch die Anordnung der Exzenterbuchse 16, die eine äußere Mantelfläche 33 aufweist, innerhalb einer Bohrung 34 eines vom Pleueloberteil 10 und vom Pleuelunterteil 1 1 gebildeten Pleuellagerauges 35 hervor.
Im Gegensatz zu den Figuren 2 und 3 ist nach den Figuren 4 und 5 zwischen der äu- ßeren Mantelfläche 33 der Exzenterbuchse 16 und der Bohrung 34 des Pleuellagerauges 35 ein Freilauf 36 angeordnet, der in diesem Fall als Rollenfreilauf 37 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist die äußere Mantelfläche 33 der Exzenterbuchse 16 mit radial schräg nach außen verlaufenden Klemmrampen versehen, die in den Figuren im Einzelnen nicht dargestellt sind. In diesem Fall nimmt das Verriegelungselement 19 gegenüber der Anordnung der Figuren 1 bis 3eine um 90° verdrehte Lage ein, damit die Aufnahmebohrung 28, die Druckfeder 27 und die Rastkugel 26 untergebracht werden können. Dann verläuft der Mitnehmer 20 im rechten Winkel zur Aufnahmebohrung 28, in deren Verlängerung sich eine Bohrung 38 zur Montage der Druckfeder 27 und der Rastkugel 26 befindet. Aus der Figur 4, die im Bereich des Verriegelungselements 19 einen Längsschnitt durch das Pleuelunterteil 1 1 und die Exzenterbuchse 16 zeigt, wird deutlich, dass dieser und der Rollenfreilauf 37 nur mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Lage des Mitnehmers 20 zur Rastkontur 25 geht im Übrigen aus dem Schnitt durch das Verriegelungselement 19 hervor. Dieser verläuft auf der Linie V - V in Figur 4.
Aus der Figur 6 geht die Anordnung des einen Käfig 39 aufweisenden Rollenfreilaufs 37 an der äußeren Mantelfläche 33 der Exzenterbuchse 16 hervor. Die Exzenterbuchse 16 ist dabei in einer Position dargestellt, in der die Verriegelungsbohrung 23 sichtbar ist. Weiterhin weist die Exzenterbuchse 16 Gleitflächen auf, über die die Exzen-
terbuchse 16 in den beiden seitlich des Rollenfreilaufs 37 liegenden Bereichen in der Aufnahmebohrung 28 des Pleuels 9 geführt sein soll. In der perspektivischen Darstellung ist nur die Gleitfläche 40 sichtbar. Die Exzenterbuchse 16 soll unmittelbar den entsprechenden Kurbelzapfen der Kurbelwelle 1 lagern und ist daher mit einer Gleitla- gerbeschichtung 41 versehen. Die Exzenterbuchse 16 wird in der Aufnahmebohrung 28 des Pleuellagerauges 35 angeordnet, wobei die Borde 17 und 18 gleitend an den Stirnflächen des Pleuellagerauges 35 geführt sind. Außerdem ist die Exzenterbuchse 16 über die Gleitflächen 40 und 41 sowie über den Rollenfreilauf 37 in der Aufnahmebohrung 28 geführt. Der Rollenfreilauf 37 sorgt dafür, dass eine Verdrehung der Ex- zenterbuchse 16 gegenüber dem Pleuellagerauge 24 nur in einer Drehrichtung möglich ist, während in der anderen Drehrichtung der Rollenfreilauf 37 deren Drehbewegung sperrt. Die beiden Borde 17 und 18, die gemeinsam mit dem hohlzylindrischen Abschnitt der Exzenterbuchse 16 halbiert sind, weisen jeweils neben der in der Darstellung sichtbarenVerriegelungsöffnung 23 die Verriegelungsöffnung 34 auf. Diese- sind im vorliegenden Fall als Ausnehmungen ausgebildet und um 180° zueinander versetzt. Klemmrollen 37a des Rollenfreilaufs sind drehbar in einem Käfig 34 geführt.
Die Figur 7 zeigt den Käfig 39, der aus Käfighälften 39a und 39b besteht und zur Aufnahme der Klemmrollen 37a des Rollenfreilaufs 37 vorgesehen ist. Dabei sind die Kä- figenden über Käfigschlösser 42 und 43 zueinander geführt. Jedes dieser Käfigschlösser 42 bzw. 43 besteht aus einem als Schwalbenschwanz ausgebildeten Endstück 44 und einem eine Aufnahmeöffnung 45 aufweisenden Endstück 46. Die Käfighälften 39a und 39b können somit zueinander radiale Ausgleichsbewegungen ausführen.
In der Figur 8 ist eine alternative Ausbildung eines Käfigs 47 dargestellt, der in einem mittleren Bereich zur Aufnahme von Klemmrollen 37a des Rollenfreilaufs 37 ausgebildet ist und der neben diesem Bereich Taschen 48 zur Aufnahme von zylindrischen Wälzkörpern 49 aufweist. Somit wird beidseitig des Rollenfreilaufs 37 eine Wälzlage- rung geschaffen.
Die Figur 9 zeigt einen Schaltungsablauf des Verriegelungselements 19, ausgehend von einem Eingriff in eine Verriegelungsöffnung 23 des linken Bords 17, der unter Ziffer I dargestellt ist. Die Bewegung der Kurvenscheibe 22 ist durch einen Pfeil 50 sym-
bolisiert. Unter Ziffer II legt sich die Kurvenscheibe 22 an den Mitnehmer 20 an und bewegt das Verriegelungselement aus der Verriegelungsöffnung 23 heraus. Unter Ziffer III ist diese Entkopplung beendet und das Verriegelungselement 19 befindet sich in seiner Mittelstellung. Aus dieser heraus wird das Verriegelungselement 19 unter Ziffer IV in Richtung des Bords 18 vorgespannt, was, wie zu den Figuren 3 und 5 erläutert, durch das Rastgebirge und die federbelastete Rastkugel 26 geschieht. Unter Ziffer V ist das Verriegelungselement 19 in die Verriegelungsöffnung 24 eingerastet.
Bezuqszeichenliste
1 Kurbelwelle
2 Kurbelwange
3 Kurbelwange
4 Kurbelwange
5 Kurbelwange
6 Gegengewicht
7 Kurbelzapfen
8 Hauptlagerzapfen
9 Pleuel
10 Pleueloberteil
1 1 Pleuelunterteil
12 Schraube
13 Arbeitskolben
14 Kolbenbolzen
15 Trennebene
16 Exzenterbuchse
16a Halbschale von 16
16b Halbschale von 16
17 Bord
18 Bord
19 Verriegelungselement
20 Mitnehmer
21 Mitnahmenut
22 Kurvenscheibe
23 Verriegelungsöffnung
24 Verriegelungsöffnung
25 Rastkontur
26 Rastkugel
27 Druckfeder
28 Aufnahmebohrung
29 Rastnut
30 Rastnut
31 Flanke
32 Flanke
33 äußere Mantelfläche von 16
34 Bohrung
35 Pleuellagerauge
36 Freilauf
37 Rollenfreilauf
38 Bohrung
39 Käfig
39a Halbschale von 39
39b Halbschale von 39
40 Gleitfläche
41 Gleitlagerbeschichtung
42 Käfigschloss
43 Käfigschloss
44 schwalbenschwanzartiges Endstück von 39a und 39b
45 Aufnahmeöffnung
46 Endstück von 34a und 34b
47 Käfig
48 Taschen
49 zylindrische Wälzkörper
50 Pfeil
Claims
1 . Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Exzenterbuchse (16), die verdrehbar in einer Bohrung (34) eines von einem Pleueloberteil (10) und einem Pleuelunterteil (1 1 ) gebildeten Pleuellagerauges (35) angeordnet ist und einen Kurbelzapfen einer Kurbelwelle(l ) umschließt, wobei die in der Bohrung (34) verdrehbar geführte Exzenterbuchse (16) radial nach außen verlaufende Borde (17 und 18) aufweist, die jeweils mit einer Verriegelungsöffnung (23, 24) versehen sind, welche Verriegelungsöffnun- gen(23 und 24) um vorzugsweise etwa 180° zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei verschiebbar in einer parallel zur Bohrung (34) innerhalb des Pleuelunterteils (1 1 ) verlaufenden Führungsbohrung ein im Wesentlichen zylindrisches Verriegelungselement (19) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenmantelfläche des Verriegelungselements (19) zwei Rastnuten (19 und 30) mit einem zwischen diesen ausgebildeten Rastgebirge vorgesehen sind, dass rechtwinklig zur Führungsbohrung eine Aufnahmebohrung (28) für eine Druckfeder (27) und einen Rastkörper (26) verläuft und dass das Verriegelungselement (19) aufgrund einer rampenartigen Ausbildung des Rastgebirges in Richtung jeder der Rastnuten (29 und 30) in einer außermittigen Lage jeweils über den Rastkörper (26) in Richtung einer der Borde (17 oder 18) vorgespannt ist.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rastgebirge mit spitzwinklig zueinander verlaufenden Flanken (31 und 32) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Verriegelungselement (19) ein radial verlaufender Mitnehmer (20) befestigt ist, an welchem eine in Längsrichtung der Kurbelwelle (1 ) verschiebbare Kurvenscheibe (22) angreift.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdrehsicherung des Verriegelungselements (19) der Mitnehmer (20) in einer Ausnehmung des Pleuelunterteils (1 1 ) geführt ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mitnahmenut (22a) der Kurvenscheibe (22) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (20) mit beidseitigem Spiel in der Mitnahmenut (22a) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer äußeren Mantelfläche (33) der Exzenterbuchse (16) und der Bohrung (34) des Pleuellagerauges (35) ein Freilauf (36) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (36) als Rollenfreilauf (37) oder Klemmkörperfreilauf ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (36) als Schlingfederfreilauf ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterbuchse (16) in einer Längsebene geteilt ist.
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