WO2016037696A1 - Vorrichtung zum verändern der totpunktstellungen eines über ein pleuel mit einer kurbelwelle verbundenen kolbens innerhalb eines zylinders sowie pleuel - Google Patents
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- WO2016037696A1 WO2016037696A1 PCT/EP2015/001800 EP2015001800W WO2016037696A1 WO 2016037696 A1 WO2016037696 A1 WO 2016037696A1 EP 2015001800 W EP2015001800 W EP 2015001800W WO 2016037696 A1 WO2016037696 A1 WO 2016037696A1
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
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- 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 changing the dead center positions of a connected via a connecting rod with a crankshaft piston within a cylinder and a connecting rod with such a device
- the geometric compression of a reciprocating engine that is, the ratio between the volume of a working chamber formed in the cylinder above the piston at bottom dead center (UT) to piston at top dead center (TDC) is a compromise caused by many influencing parameters.
- gasoline engine the compression ratio is limited by the tendency to knock, which may be greater in naturally aspirated engines than turbocharged engines.
- diesel engine especially for a safe start a high compression ratio is required.
- Diesel engine is advantageous for low pollutant content in the exhaust gas as well as friction reasons, a lowering of the compression ratio.
- Compression known which has an eccentric crankshaft bearing, wherein between the crankshaft bearing and a gear at least one gear segment and a gear comprehensive gear is arranged a torsionally rigid connection.
- the gear segment is fixed to an axially outer crankshaft bearing and by means of the gear is for
- the invention has for its object to provide a device with which the compression of a reciprocating internal combustion engine during operation
- Change displacement engine can change. This object is achieved by a device for changing the dead center positions of a connected via a connecting rod with a crankshaft piston within a cylinder according to claim 1.
- the device according to the invention allows during operation of the internal combustion engine, that is rotating crankshaft, an eccentric sleeve, via which a piston pin is mounted in a connecting rod to rotate between two rotational positions, wherein in one rotational position, the effective connecting rod length is maximum and in the other Rotary position the effective connecting rod length is minimal. At maximum effective connecting rod length is the
- the eccentric sleeve can be rotated at a rotation of the transmission disc of less than 180 degrees by 180 degrees, so that the adjustment of the compression between a maximum and a minimum value a rotation of the transmission disc by means of coupling links is possible.
- the claim 3 is to details of a first embodiment of the invention
- the claim 8 indicates an advantageous embodiment of the eccentric sleeve.
- the claim 9 indicates the basic structure of a second embodiment of the device according to the invention.
- Claims 10 and 11 are directed to advantageous embodiments of the actuating lever.
- the claim 12 is directed to an advantageous possibility for mechanical actuation of the actuating lever.
- the claim 13 is directed to a device provided with the inventive connecting rod.
- the invention which can be used for largely any kind of reciprocating piston engine and can be integrated into existing engine housing in many cases because of their low space requirement, is explained below, for example, with reference to schematic drawings.
- Fig. 1 is a schematic side view of a connecting rod with parts of a
- FIG. 2 shows a view similar to FIG. 1 with parts of the device according to the invention shown in greater detail, FIG.
- Figures 4 and 5 are sketches to explain the operation of the device according to the invention and Figures 6 and 7 are perspective views of a connecting rod according to the invention with a second embodiment of a device according to the invention.
- a connecting rod 10 is mounted at its crankshaft-side end to a crank pin, not shown, of a crankshaft.
- the center of the crankshaft is designated M, and a circular path on which the center of the crankpin moves has a radius R equal to half the stroke of a piston 12 (indicated by dot-dash lines).
- the piston 12 is linearly reciprocable within a cylinder 14.
- the piston 12 has a piston pin 16 which is mounted in a connecting rod 18.
- a working chamber 20 is formed above the piston 12, whose volume at the bottom dead center (UT) of the piston is maximum and at top dead center (TDC) of the piston is minimal.
- piston pin 16 is not directly mounted in the connecting rod 18, but between the two an eccentric sleeve 22 is arranged, the outside in the
- Connecting rod 18 is rotatably mounted and is mounted in the inside of the piston pin 16.
- the center of the outer circumference of the eccentric sleeve 22 and the connecting rod eye is designated ME in FIG.
- the center of the piston pin 16 and the inside of the eccentric sleeve 22 is designated MK.
- the distance between ME and MK corresponds to the eccentricity of the
- the rotatable eccentric sleeve 22 is in the position in which ME is exactly below MK, that is, in the position in which the effective length of the connecting rod is maximum.
- ME is above MK so that the effective length of the connecting rod 10 is minimal.
- the distance between ME and MK is denoted by e
- the effective length of the connecting rod 10 changes between the position shown in FIG. 1 and the position of the eccentric sleeve 22 twisted by 180 degrees by 2e.
- a rotation of the eccentric sleeve 22 does not change the stroke of the piston, that is, the distance between its TDC and its UT, but the ratio between
- Disk peripheral teeth 26 which with an external toothing or
- each actuating lever 30, 32 is pivotally connected to an associated coupling member 34 and 36, respectively.
- the rod-like coupling members 34 and 36 are in the example shown on the translation disc 24 per se with respect to the translation disc 24 diametrically opposite points pivotally mounted relative to the transmission disc 24 stationary axes.
- the kinematics of the described arrangement is such that when tilting levers I located in the tilting levers 30 and 32, the eccentric sleeve 22 in the illustrated
- Rotary position is located in which the effective connecting rod length is maximum.
- Operating lever 30 and 32 are in their designated II pivot positions (actuating lever 30 is pivoted counterclockwise and the actuating lever 32 pivoted clockwise), the gear disc 24 is rotated by an angle which causes a rotation of the eccentric sleeve 22 by 180 degrees, that is to minimal effective connecting rod length leads.
- FIG. 2 shows schematically exemplary details of the arrangement according to FIG.
- Coupling members 34 and 36 are formed telescopically and are biased by a respective spring 38 and 40 in the direction of their maximum length. If now the actuating lever 30 pivots from its position I to its position II (Fig. 1) in a counterclockwise direction is, the translation disc 24 of such pivoting normally not immediately follow because of the force acting between the piston 12 and connecting rod 10 and thus on the eccentric disc 22, so that the spring 38 is tensioned.
- the energy stored in the spring 38 leads, as soon as the eccentric disk 22 is rotatable during decrease of the force acting between piston 12 and connecting rod 10 during one revolution of the crankshaft, to a rotation of the gear disc 24 by the angle as, wherein the maximum length of the coupling rod 34th is advantageously limited by a stop, not shown, within the coupling rod.
- the diameters of the gears 26 and 28 are selected so that the rotation of the transmission disc 24 in the clockwise direction by an angle as to a rotation of the eccentric disc 22 in the counterclockwise direction by 180 degrees, that is, the effective length of the connecting rod 10 changes from its maximum Value to its minimum value or the compression also changes from a maximum to a minimum value.
- the translation disc 24 assumes its maximum or minimum compression corresponding rotational positions. Laying down these rotational positions can be provided between the gear pulley 24 and the connecting rod 10, not shown locking devices or locking devices, which are suppressed at a respective renewed rotation of the pulley 24.
- the translation disc 24 need not be formed as a full circular disc, but may be formed as a segment disc, wherein the disc peripheral teeth 26 extends only over a circumferential angle as (FIG. 2), for a rotation of the eccentric sleeve 22nd 180 degrees in one direction or the other is required.
- the sleeve peripheral teeth 28 of the eccentric sleeve 22 which is formed on an axial end portion of the eccentric sleeve 22 axially outside the bearing of the eccentric sleeve 22 in the connecting rod 18, not over the entire circumference but only over a circumferential angle of at least 180 degrees.
- Fig. 3 shows schematically a connecting rod, that is, the movements of the components shown in Fig. 1 during one revolution of the crankshaft, not shown, or movement of the center of a crank pin of the crankshaft about the center M (Fig. 1) with the radius R.
- a connecting rod that is, the movements of the components shown in Fig. 1 during one revolution of the crankshaft, not shown, or movement of the center of a crank pin of the crankshaft about the center M (Fig. 1) with the radius R.
- Actuating lever 30 and the coupling rod 34 is denoted by 52.
- the bearing of the coupling rod 34 on the transmission disc 24 is designated 54.
- a scanning roller mounted on a free end of the operating lever 30 is designated 56.
- an actuating element 58 for example, a guide rail, referred to, which is pivotable about a stationary or motor housing fixed bearing 60, as indicated by the double arrow.
- Actuator is a curved track 62 is formed.
- Actuator trained curved path are brought from a rest position into an operative position in which the actuating lever 32 is pivoted in an analogous manner from its position II to the position I.
- the actuators 58 may be electrically, hydraulically or otherwise as needed, brought from its rest position into its operative position in which an adjustment of
- actuating lever 30 and 32 are advantageously latching or
- the eccentric sleeve 22 may be formed at its two axial end portions with sleeve peripheral teeth 28.
- a gear On each side of the connecting rod 10 may be mounted a gear, which is formed as a segment disc with a segment disc peripheral teeth.
- an actuating lever may be mounted on each side of the connecting rod, at one end of each of which a scanning roller is arranged.
- the coupling links for coupling the actuating lever with the transmission plates can essentially only by one
- Actuator pivoted in the counterclockwise direction to cause a compression change.
- the operating lever is in its in
- FIGS. 3 and 4. show perspective views of the connecting rod from different sides.
- the figure part c) shows in each case a detail from the figure part b).
- Figure 6 shows the connecting rod with maximum effective length (maximum compression);
- Figure 7 shows the connecting rod with minimum effective length (minimum compression).
- the device for the external actuation of operating levers present on the connecting rod 70 corresponds to the embodiment explained with reference to FIGS. 3 and 4.
- an eccentric sleeve 72 is mounted in the upper connecting rod eye of a connecting rod 70.
- the position of the eccentric sleeve 72 is such that the axis MK of the bore of the eccentric sleeve in which a piston pin is mounted, located exactly above the axis ME of the bearing of the eccentric sleeve in the connecting rod.
- the eccentric sleeve is rotated by 180 °, so that MK is just below ME.
- the position according to FIG. 6 corresponds to a maximum compression.
- the position of Figure 7 corresponds to a minimum compression.
- the eccentric sleeve 72 has an exposed on one side of the connecting rod 70 sleeve circumferential toothing 74, which does not completely revolve around the circumference of the eccentric sleeve, but leaves a projection 76 in a first end position of the eccentric sleeve 72 at a first stop 78 of the connecting rod 70th rests and in a clockwise direction (views a) twisted by about 180 ° second end position against a second stop 80 of the connecting rod 70.
- the eccentric sleeve 72 On the opposite side of the sleeve circumferential toothing 74, the eccentric sleeve 72 is formed with a circumferential recess 82 extending over part of its circumference, which ends in a first stop surface 84 and at its other end in a second stop surface 86.
- a locking lever 88 On the connecting rod 70, a locking lever 88 is mounted, which is biased by a biasing spring 90 in the direction of the circumferential recess 82.
- the locking lever 88 locks when in its first end position ( Figure 6) located eccentric sleeve 72, a rotation of the eccentric sleeve 72 from its first end position towards the second end position (Fig. 7) and at In the second end position located eccentric sleeve 72 locks the locking lever 88 by conditioning on the second
- Stop surface 86 a rotation of the eccentric sleeve from the second end position to the first end position. In this way, the eccentric sleeve 72 is held in a form-locking rotationally fixed in their end positions.
- a mounted on the connecting rod 70 translation pulley 92 has a on a
- Circumference extending disk circumference toothing 94 which advantageously extends over less than 180 ° and which meshes with the sleeve peripheral toothing 74.
- a first two-armed actuating lever 96 is mounted on the connecting rod 70, which carries at one end a cam 56 and is hingedly connected near its other end with a rigid coupling rod 98 in a bearing 100 with the translation disc 92 is connected.
- the bearing 100 is, for example, between an inner peripheral surface of an eye of the coupling rod 98 and a
- a second two-armed actuating lever 106 is mounted, which at one end another
- Cam follower 56 carries and the other end is pivotally connected to an unlocking rod 108 which rests in on the locking lever 88.
- the second operating lever 106 is urged by a biasing spring 1 10 in the counterclockwise direction (according to figure parts b)) against a formed on the connecting rod 70 stop 112.
- the springs 90 and 110, the position of the stop 112, the length of the unlocking rod 108, and the kinematics of the levers 106 and 88 are such that at rest, the free end of the locking lever is a small distance from the peripheral surface of the peripheral recess 82, but the rotatability the eccentric sleeve 72, as explained, by engagement with one of the stop surfaces 84, 86 blocks.
- the eccentric 72 is rotated as far as possible in the clockwise direction (according to figure part a)) and is in its second end position, in which the projection 76 rests against the second stop surface 80.
- the locking lever 88 is located on the second
- the free end of the second actuating lever 106 by an associated actuator moves downward, so that the locking lever 88, the rotatability of the eccentric sleeve 72 from its second end position in the direction of first end position releases.
- the first operating lever 96 is rotated by an associated operating member in the counterclockwise direction (View according to part of the figure a)) pivoted, wherein the storage spring 104 is tensioned and the translation plate 92 is rotated by the coupling rod 98 in the clockwise direction until the non-rotatably coupled with the translation disc 92 eccentric 72 reaches its first end position (Fig.
- the diameter of the sleeve peripheral toothing 74 is matched to the circumference of the disc circumference toothing 94 such that a rotation of the
- Disk peripheral toothing 94 by significantly less than 180 ° to a rotation of the eccentric sleeve by 180 ° leads. As a result, the power transmission between the 1.
- Actuating lever 96 and the memory spring 104 and the transmission disc 92 is improved.
- the coupling rod 98 telescopically extendable to a stop with biasing spring or only as a spring, as in the first embodiment, be formed.
- the translation disc 92 is not rigidly coupled to the operating lever 96, but may follow the adjustment of the operating lever 96 "soft".
- the actuating lever 96 is held by the actuator 58 long enough in its counterclockwise pivoted position until the eccentric sleeve 72 is rotated to its end position and locked there.
- the actuating lever 96 can be locked in its pivoted position and this lock (not shown) are released as soon as the eccentric sleeve 72 is locked.
- the coupling rod 98 may be formed telescopically and be provided with a spring which is relaxed at a mean length of the coupling rod, compressed in shortening the coupling rod and expanded upon extension.
- the force resulting from the storage spring 104 must be greater than that from the spring of
- the invention relates to an apparatus for changing the dead center positions of a via a connecting rod 10 with a crankshaft
- Sleeve peripheral teeth 28 formed eccentric sleeve 22 includes, over the one
- Piston pin 16 is mounted in a connecting rod 18, a rotatably mounted on the connecting rod 10 gear pulley 24 with a peripheral wheel teeth 26 whose radius is greater than that of the sleeve peripheral teeth 28 and in engagement with the
- Sleeve peripheral teeth is a first, mounted on the connecting rod operating lever 30, which is pivotally connected via a first coupling member 34 with the transmission disc 24 and while rotating crankshaft of a first actuator 58 from a first pivot position is pivoted to a second pivot position, a second, mounted on the connecting rod 10 actuating lever 32, via a second Coupling member 36 is pivotable with a rotating crankshaft of a second actuator from a second pivot position to a first pivot position, wherein the
- Translating disk 24 is rotatable by pivoting the first actuating lever 30 from a first rotational position to a second rotational position and is rotatable by pivoting of the second actuating lever 32 from the second rotational position to the first rotational position and the rotational positions of the eccentric sleeve 22 at befindlichem in the first rotational position Housing or in second rotational position located translational disc of a maximum or minimum effective connecting rod length correspond.
- Actuator is pivoted.
- the translation disc 24 is lockable in its first and second rotational position and is the lock upon pivoting of an actuating lever 30, 32 releasably.
- Translation disc 24 subjected to pressure and designed such that they can be shortened against an elastic force.
- the eccentric sleeve 22 is locked in their maximum and minimum spigot length corresponding rotational positions and the locking of the eccentric sleeve can be solved by acting on the eccentric sleeve torque.
- each actuating lever 30, 32 is designed as a rocker arm, whose first arm is pivotally connected to the associated coupling rod 34, 36 and whose second arm is engageable with the associated actuating element 58. It is advantageous on the second arm a cam follower 56 for scanning the
- Actuator 58 stored.
- each actuator is movable from a rest position into an operative position and has a cam track 58, which in the operative position of the
- Actuator is scanned by the actuating lever for its pivoting.
- Sleeve circumferential teeth formed and is mounted on each side of the connecting rod 10 designed as a segment disc gear pulley, which is connected via an associated coupling member with an associated operating lever.
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel 10 mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolbens innerhalb eines Zylinders enthält eine mit einer Hülsenumfangsverzahnung 28 ausgebildete Exzenterhülse 22, über die ein Kolbenbolzen in einem Pleuelauge lagerbar ist, eine an dem Pleuel 10 drehbar gelagerte Übersetzungsscheibe 24 mit einer Scheibenumfangsverzahnung 26, deren Radius größer ist als der der Hülsenumfangsverzahnung 28 und die in Eingriff mit der Hülsenumfangsverzahnung 28 ist, und eine Betätigungsvorrichtung mit wenigstens einem an dem Pleuel gelagerten Betätigungshebel 30, 32 der über ein Koppelglied 34, 36 mit der Übersetzungsscheibe 24 gekoppelt ist und geeignet ist, bei sich drehender Kurbelwelle durch Eingriff mit einem in seine Bewegungsbahn beweglichen externen Betätigungselement verschwenkt zu werden, wodurch die Übersetzungsscheibe 24 verdreht wird.
Description
Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolbens innerhalb eines Zylinders sowie Pleuel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolbens innerhalb eines Zylinders sowie ein Pleuel mit einer solchen Vorrichtung
Die geometrische Verdichtung eines Hubkolbenmotors, das heißt, das Verhältnis zwischen dem Volumen einer im Zylinder oberhalb des Kolbens ausgebildeten Arbeitskammer bei im unteren Totpunkt (UT) befindlichem Kolben zu bei im oberen Totpunkt (OT) befindlichen Kolben, ist ein durch viele Einflussparameter bedingter Kompromiss. Beim Ottomotor ist das Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung begrenzt, wobei es bei Saugmotoren größer sein kann als bei aufgeladenen Motoren. Beim Dieselmotor ist insbesondere für ein sicheres Anlassen ein hohes Verdichtungsverhältnis erforderlich. Während des Betriebs des
Dieselmotors ist für geringen Schadstoffgehalt im Abgas sowie aus Reibungsgründen eine Absenkung des Verdichtungsverhältnisses vorteilhaft.
Seit jeher ist es daher wünschenswert, das Verdichtungsverhältnis einer
Hubko Ibenbrennkraftmaschine während des Betriebs zu verändern.
Aus der DE 10 2011 120 162 AI ist eine Verbrennungskraftmaschine mit variabler
Verdichtung bekannt, die eine exzentrische Kurbelwellenlagerung aufweist, wobei zwischen der Kurbelwellenlagerung und einem zumindest ein Zahnradsegment und ein Zahnrad umfassendes Getriebe eine torsionssteife Verbindung angeordnet ist. Das Zahnradsegment ist an einem axial äußeren Kurbelwellenlager befestigt und mittels des Zahnrades ist zur
Verstellung der exzentrischen Kurbelwellenlagerung ein Drehmoment auf das
Zahnradsegment einleitbar. In der Praxis konnte sich die vorbekannte
Verbrennungskraftmaschine nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich die Verdichtung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine während des Betriebs die
Hubraumbrennkraftmaschine verändern lässt.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolbens innerhalb eines Zylinders gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht während des Betriebs der Brennkraftmaschine, das heißt bei sich drehender Kurbelwelle, eine Exzenterhülse, über die ein Kolbenbolzen in einem Pleuelauge gelagert ist, zwischen zwei Drehstellungen zu verdrehen, wobei in der einen Drehstellung die wirksame Pleuellänge maximal ist und in der anderen Drehstellung die wirksame Pleuellänge minimal ist. Bei maximaler wirksamer Pleuellänge ist das
Verdichtungsverhältnis größer als bei minimaler wirksamer Pleuellänge. Dadurch, dass die Umfangsverzahnung der Übersetzungsscheibe einen größeren Durchmesser hat als die Umfangsverzahnung der Exzenterhülse, kann die Exzenterhülse bei einer Verdrehung der Übersetzungsscheibe von weniger als 180 Grad um 180 Grad verdreht werden, so dass die Verstellung der Verdichtung zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert durch eine Verdrehung der Übersetzungsscheibe mittels Koppelgliedern möglich ist.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird eine schonende Verdrehung der
Übersetzungsscheibe erzielt.
Der Anspruch 3 ist auf Details einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gerichtet.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird erreicht, dass die Betätigungshebel während Drehung der Kurbelwelle jeweils sicher in ihre jeweilige Schwenkstellung verschwenkt werden, in der die wirksame Länge des Pleuels verändert wird.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird die Funktionssicherheit der Vorrichtung verbessert.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird erreicht, dass bei einem Verschwenken eines Betätigungshebels in seine zweite Schwenkstellung in dem zugehörigen Koppelglied durch
Verkürzen Energie gespeichert wird, die dann zur Verdrehung der Exzenterhülse verfügbar ist.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird sichergestellt, dass die Exzenterhülse, wenn keine Verdichtungsverstellung erfolgen soll, sicher in ihren Drehstellungen bleibt, in denen die wirksame Pleuellänge maximal bzw. minimal ist.
Der Anspruch 8 kennzeichnet eine vorteilhafte Ausführungsform der Exzenterhülse.
Der Anspruch 9 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Ansprüche 10 und 11 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der Betätigungshebel gerichtet. Der Anspruch 12 ist auf eine vorteilhafte Möglichkeit zur mechanischen Betätigung der Betätigungshebel gerichtet.
Der Anspruch 13 ist auf ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenes Pleuel gerichtet.
Die Erfindung, die für weitgehend jedwelche Art von Hubkolben der Brennkraftmaschine verwendet werden kann und wegen ihres geringen Bauraumbedarfes in vielen Fällen in vorhandene Motorgehäuse integriert werden kann, wird im Folgenden beispielsweise anhand schematischer Zeichnungen erläutert.
In den Figuren stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Pleuels mit Teilen einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 mit detaillierter dargestellten Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine Skizze einer„Pleuelgeige",
Figuren 4 und 5 Skizzen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Figur 6 und 7 perspektivische Ansichten eines erfindungsgemäßen Pleuels mit einer zweiten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß Fig. 1 ist ein Pleuel 10 an seinem kurbelwellenseitigen Ende an einem nicht dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert. In Fig. 1 ist der Mittelpunkt der Kurbelwelle mit M bezeichnet und eine Kreisbahn, auf der sich die Mitte des Kurbelzapfens bewegt, hat einen Radius R, gleich dem halben Hub eines Kolbens 12 (strichpunktiert angedeutet). Der Kolben 12 ist innerhalb eines Zylinders 14 linear hin und her beweglich. Der Kolben 12 weist einen Kolbenbolzen 16 auf, der in einem Pleuelauge 18 gelagert ist.
Innerhalb des Zylinders 14 ist oberhalb des Kolbens 12 eine Arbeitskammer 20 ausgebildet, deren Volumen im unteren Totpunkt (UT) des Kolbens maximal und im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens minimal ist.
Der bisher beschriebene Aufbau ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
Erfindungsgemäß ist der Kolbenbolzen 16 in dem Pleuelauge 18 nicht unmittelbar gelagert, sondern zwischen beiden ist eine Exzenterhülse 22 angeordnet, die außenseitig in dem
Pleuelauge 18 verdrehbar gelagert ist und in der innenseitig der Kolbenbolzen 16 gelagert ist. Die Mitte des Außenumfangs der Exzenterhülse 22 bzw. des Pleuelauges ist in Fig. 1 mit ME bezeichnet. Die Mitte des Kolbenbolzens 16 bzw. der Innenseite der Exzenterhülse 22 ist mit MK bezeichnet. Der Abstand zwischen ME und MK entspricht der Exzentrizität der
Exzenterhülse 22.
In Fig. 1 befindet sich die drehbare Exzenterhülse 22 in der Stellung, in der ME genau unter MK liegt, das heißt in der Stellung, in der die wirksame Länge des Pleuels maximal ist. Wenn die Exzenterhülse 22 um 180 Grad verdreht wird, befindet sich ME über MK, so dass die wirksame Länge des Pleuels 10 minimal ist. Wenn der Abstand zwischen ME und MK mit e bezeichnet wird, ändert sich die wirksame Länge des Pleuels 10 zwischen der in Fig. 1 dargestellten Stellung und der um 180 Grad verdrehten Stellung der Exzenterhülse 22 um 2e. Durch eine Verdrehung der Exzenterhülse 22 ändert sich nicht der Hub des Kolbens, das heißt der Abstand zwischen seinem OT und seinem UT, jedoch das Verhältnis zwischen
maximalem Volumen der Arbeitskammer 20 und minimalem Volumen der Arbeitskammer 20, das heißt die Verdichtung. Die Verdichtung ist bei minimaler Pleuellänge minimal und bei
maximaler Pleuellänge maximal. Auch bei im Vergleich zum Kolbenhub kleinem Wert von e ändert sich die Verdichtung deutlich.
Zur Drehung der Exzenterhülse 22 dient eine an dem Pleuel um eine pleuelfeste Achse drehbar gelagerte Übersetzungsscheibe 24, die eine Außenverzahnung bzw.
Scheibenumfangsverzahnung 26 aufweist, die mit einer Außenverzahnung bzw.
Hülsenumfangsverzahnung 28 der Exzenterhülse 22 in Eingriff ist. Der Durchmesser DS der Scheibenumfangsverzahnung ist größer als der Durchmesser DH der
Hülsenumfangsverzahnung, so dass sich die Exzenterhülse 22 bei einer Drehung der
Übersetzungsscheibe 24 um einen Winkel as (Fig. 2) um einen Winkel CXH = as x DS/DH dreht. Für eine Drehung der Exzenterhülse 22 um 180 Grad ist somit eine kleinere Drehung der Übersetzungsscheibe 24 erforderlich.
Zur Verdrehung der Übersetzungsscheibe 24 sind zwei um pleuelfeste Achsen schwenkbare, im dargestellten Beispiel als Kipphebel ausgebildete Betätigungshebel 30, 32 vorhanden. Ein Arm jedes Betätigungshebels 30, 32 ist gelenkig mit einem zugehörigen Koppelglied 34 bzw. 36 verbunden. Die stangenartig ausgebildeten Koppelglieder 34 und 36 sind im dargestellten Beispiel an der Übersetzungsscheibe 24 an sich bezüglich der Übersetzungsscheibe 24 diametral gegenüberliegenden Stellen um relativ zu der Übersetzungsscheibe 24 ortsfeste Achsen schwenkbar gelagert.
Die Kinematik der beschriebenen Anordnung ist derart, dass bei in Schwenkstellung I befindlichen Kipphebeln 30 bzw. 32 sich die Exzenterhülse 22 in der dargestellten
Drehstellung befindet, in der die wirksame Pleuellänge maximal ist. Wenn sich die
Betätigungshebel 30 bzw. 32 in ihren mit II bezeichneten Schwenkstellungen befinden (Betätigungshebel 30 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt und Betätigungshebel 32 in Uhrzeigerrichtung verschwenkt), ist die Übersetzungsscheibe 24 um einen Winkel gedreht, der zu einer Drehung der Exzenterhülse 22 um 180 Grad, das heißt zu minimaler wirksamer Pleuellänge führt.
Fig. 2 zeigt schematisch beispielhafte Details der Anordnung gemäß Fig. 1. Die
Koppelglieder 34 und 36 sind teleskopisch ausgebildet und werden von jeweils einer Feder 38 bzw. 40 in Richtung ihrer maximalen Länge vorgespannt. Wenn nun der Betätigungshebel 30 aus seiner Stellung I in seine Stellung II (Fig. 1) in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt
wird, kann die Übersetzungsscheibe 24 einer solchen Verschwenkung normalerweise wegen der zwischen Kolben 12 und Pleuel 10 und damit auf die Exzenterscheibe 22 wirkenden Kraft nicht sofort folgen, so dass die Feder 38 gespannt wird. Die in der Feder 38 gespeicherte Energie führt, sobald die Exzenterscheibe 22 bei Abnahme der zwischen Kolben 12 und Pleuel 10 wirkenden Kraft während einer Umdrehung der Kurbelwelle verdrehbar ist, zu einer Drehung der Übersetzungsscheibe 24 um den Winkel as, wobei die maximale Länge der Koppelstange 34 vorteilhafterweise durch einen nicht dargestellten Anschlag innerhalb der Koppelstange begrenzt ist. Die Durchmesser der Verzahnungen 26 und 28 sind derart gewählt, dass die Drehung der Übersetzungsscheibe 24 in Uhrzeigerrichtung um im Winkel as zu einer Drehung der Exzenterscheibe 22 in Gegenuhrzeigerrichtung um 180 Grad führt, das heißt, die wirksame Länge des Pleuels 10 ändert sich von ihrem maximalen Wert auf ihren minimalen Wert bzw. die Verdichtung ändert sich ebenfalls von einem maximalen auf einen minimalen Wert. Bei der Drehung der Übersetzungsscheibe 24 gelangt der
Betätigungshebel 32 aus seiner Stellung I in die Stellung II (Fig. 1). Wenn zur
Verdichtungsänderung die Exzenterscheibe 32 erneut um 180 Grad verdreht werden soll, wird der Betätigungshebel 32 aus der Stellung II in die Stellung I verschwenkt, wobei mit dieser Verschwenkung unter Umständen keine augenblickliche Drehung der Übersetzungsscheibe 24 in Gegenuhrzeigerrichtung erfolgt, sondern zunächst Energie in der Feder 40 gespeichert wird, die im geeigneten Moment frei wird und zur Drehung der Übersetzungsscheibe 24 in Gegenuhrzeigerrichtung bzw. zur Drehung der Exzenterscheibe 22 in Uhrzeigerrichtung wiederum in die Stellung gemäß Fig. 2 führt.
Wie bereits erläutert, sind die maximalen Längen der Koppelstangen 34 und 36
vorteilhafterweise derart begrenzt, dass nach einem Verschwenken des jeweiligen Kipphebels 30 bzw. 32 in Gegenuhrzeigerrichtung die Übersetzungsscheibe 24 ihre einer maximalen bzw. einer minimalen Verdichtung entsprechenden Drehstellungen einnimmt. Zur Festlegung dieser Drehstellungen können zwischen der Übersetzungsscheibe 24 und dem Pleuel 10 nicht dargestellte Verriegelungsvorrichtungen oder Rastvorrichtungen vorgesehen sein, die bei einem jeweils erneuten Verdrehen der Übersetzungsscheibe 24 überdrückt werden.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, muss die Übersetzungsscheibe 24 nicht als eine volle Kreisscheibe ausgebildet sein, sondern kann als Segmentscheibe ausgebildet sein, wobei sich die Scheibenumfangsverzahnung 26 nur über einen Umfangswinkel as (Fig. 2) erstreckt, der für eine Verdrehung der Exzenterhülse 22 um 180 Grad in die eine oder die andere Richtung
erforderlich ist. Entsprechend muss sich die Hülsenumfangsverzahnung 28 der Exzenterhülse 22, die an einem axialen Endbereich der Exzenterhülse 22 axial außerhalb der Lagerung der Exzenterhülse 22 in dem Pleuelauge 18 ausgebildet ist, nicht über den gesamten Umfang erstrecken sondern lediglich über einen Umfangswinkel von mindestens 180 Grad.
Fig. 3 stellt schematisch eine Pleuelgeige dar, das heißt, die Bewegungen der in Fig. 1 dargestellten Bauteile während einer Umdrehung der nicht dargestellten Kurbelwelle bzw. Bewegung der Mitte eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle um den Mittelpunkt M (Fig. 1) mit dem Radius R. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 3 keine Bezugszeichen eingetragen.
Anhand der Figuren 4 und 5 wird erläutert, wie beispielsweise der Betätigungshebel 30 aus seiner Stellung I in seine Stellung II verschwenkt werden kann. In Fig. 4 ist die Lagerung des Betätigungshebels 30 an dem Pleuel 10 mit 50 bezeichnet. Ein Gelenk zwischen dem
Betätigungshebel 30 und der Koppelstange 34 ist mit 52 bezeichnet. Die Lagerung der Koppelstange 34 an der Übersetzungsscheibe 24 ist mit 54 bezeichnet. Eine an einem freien Ende des Betätigungshebels 30 gelagerte Abtastrolle ist mit 56 bezeichnet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, folgt die Abtastrolle 56 je nach ihrer Position relativ zum Pleuel 10 unterschiedlichen eiförmigen Bewegungsbahnen B, die bei konstanter Lage der Abtastrolle 56 relativ zum Pleuel 10 in sich geschlossen sind. Mit 58 ist in Fig. 4 ein Betätigungselement 58, beispielsweise eine Stellschiene, bezeichnet, das um eine ortsfeste bzw. motorgehäusefeste Lagerung 60 schwenkbar ist, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. An dem
Betätigungselement ist eine Kurvenbahn 62 ausgebildet.
Sei angenommen, die Abtastrolle 56 bewege sich in Schwenkstellung I des Betätigungshebels 30 längs der Bewegungsbahn B 1 bei einer Drehung der Kurbelwelle in Uhrzeigerrichtung und das Betätigungselement 58 sei in seine in Fig. 4 dargestellte Wirkstellung bewegt. Die Abtastrolle 56 tastet dann bei ihrer weiteren Bewegung die Kurvenbahn 62 ab und gelangt in ihre in Fig. 5 dargestellte Stellung, in der, wie ersichtlich, der Betätigungshebel 30 gegenüber seiner Stellung gemäß Fig. 4 in Gegenuhrzeigerrichtung, das heißt, in seine Stellung II in Fig. 1 verschwenkt ist. Die Abtastrolle 56 bewegt sich dann längs der in sich geschlossenen Kurvenbahn B2 weiter. Das Betätigungselement 58 kann aus seiner Wirkstellung in eine Ruhestellung verschwenkt werden, in der es mit der Abtastrolle 56 nicht in Eingriff kommt.
Für eine Rückdrehung der Übersetzungsscheibe 24 aus ihrer Drehstellung gemäß Fig. 5 in die Drehstellung gemäß Fig. 4 kann in analoger Weise eine an einem weiteren
Betätigungselement ausgebildete Kurvenbahn aus einer Ruhestellung in eine Wirkstellung gebracht werden, in der der Betätigungshebel 32 in analoger Weise aus seiner Stellung II in die Stellung I verschwenkt wird.
Die Betätigungselemente 58 können elektrisch, hydraulisch oder sonst wie bedarfs weise aus ihrer Ruhestellung in ihre Wirkstellung gebracht werden, in der eine Verstellung der
Verdichtung von einem maximalen zu einem minimalen Wert und umgekehrt erfolgt. Ein beispielsweise als Hubmagnet ausgebildeter Aktuator, der zwischen einem Motorgehäuse und dem Betätigungselement 58 wirkt, ist mit 64 bezeichnet.
Für die Betätigungshebel 30 und 32 sind vorteilhafterweise Rast- bzw.
Verriegelungsvorrichtungen (nicht dargestellt) an dem Pleuel 10 ausgebildet, die den
Betätigungshebel 30 in seiner Stellung II bzw. den Betätigungshebel 32 in seiner Stellung I verriegeln, wobei die Verriegelung bei Betätigung des jeweils nicht verriegelten
Betätigungshebels mit dem zugehörigen Betätigungselement gelöst wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die bei der Verschwenkung eines Kipphebels in
Gegenuhrzeigerrichtung in die zugehörige Feder eingebrachte Energie sicher für die
Verdrehung der Übersetzungsscheibe bzw. Änderung der Verdichtung verfügbar ist.
Die beispielhaft beschriebenen Vorrichtungen können vielfältig abgeändert werden.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 und 2 kann beispielsweise die Exzenterhülse 22 an ihren beiden axialen Endbereichen mit Hülsenumfangsverzahnungen 28 ausgebildet sein. An jeder Seite des Pleuels 10 kann eine Übersetzungsscheibe gelagert sein, die als Segmentscheibe mit einer Segmentscheibenumfangsverzahnung ausgebildet ist. Weiter kann an jeder Seite des Pleuels ein Betätigungshebel gelagert sein, an dessen einem Ende jeweils eine Abtastrolle angeordnet ist. Die Koppelglieder zur Kopplung der Betätigungshebel mit den Übersetzungsscheiben können im Wesentlichen nur durch jeweils eine
Schraubenfeder gebildet sein, die sich unter Vorspannung gelenkig an der jeweils
zugehörigen Übersetzungsscheibe und dem zugehörigen Betätigungshebel abstützt, wobei innerhalb der Schraubenfeder vorteilhafterweise ein Kern vorgesehen ist, der ein Verbiegen der Schraubenfeder verhindert. Mit der beidseitig am Pleuel vorhandenen Lagerung je eines
Betätigungshebels und vorteilhaft nur als Segmentscheibe ausgebildeten Übersetzungsscheibe wird ein einfacher und kompakter Aufbau der Vorrichtung erzielt. Die Funktion der beidseitigen Anordnung ist analog der beschriebenen Funktion.
Sei angenommen, ein Betätigungshebel werde von dem ihm zugeordneten
Betätigungselement (nicht dargestellt) in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt, um eine Verdichtungsänderung herbeizuführen. Der Betätigungshebel wird in seiner in
Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkten Stellung verriegelt, so dass die komprimierte Feder ein Drehmoment auf die zugehörige Übersetzungsscheibe ausübt. Sobald sich die
Übersetzungsscheibe in Folge des von der Feder auf sie ausgeübten Drehmoments soweit verdreht hat, dass die Exzenterhülse um 180 Grad verdreht ist, kann die Übersetzungsscheibe verriegelt werden. Sobald eine erneute Verdichtungsänderung erfolgen soll und der andere Betätigungshebel in Gegenuhrzeigerrichtung zur Kompression der Feder des ihm
zugeordneten Koppelgliedes verschwenkt wird, werden die Verriegelungen der
Übersetzungsscheibe und des einen Betätigungshebels gelöst. Der andere Betätigungshebel wird in seiner angehobenen Stellung verriegelt und die Übersetzungsscheibe wird
vorteilhafterweise verriegelt, sobald sie sich soweit verdreht hat, dass die Exzenterhülse um 180 Grad verdreht ist.
Anhand der Figuren 6 und 7 wird im Folgenden ein Pleuel 70 mit einer weiteren
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Die Figurenteile a) und b) zeigen jeweils perspektivische Ansichten des Pleuels von verschiedenen Seiten. Der Figurenteil c) zeigt jeweils ein Detail aus dem Figurenteil b). Die Figur 6 zeigt das Pleuel mit maximaler wirksamer Länge (Verdichtung maximal); die Figur 7 zeigt das Pleuel mit minimaler wirksamer Länge (Verdichtung minimal). Die Vorrichtung zur externen Betätigung von an dem Pleuel 70 vorhandenen Betätigungshebeln entspricht der anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Ausführungsform.
Gemäß Figuren 6 und 7 ist im oberen Pleuelauge eines Pleuels 70 eine Exzenterhülse 72 gelagert. In Figur 6 ist die Stellung der Exzenterhülse 72 derart, dass sich die Achse MK der Bohrung der Exzenterhülse, in der ein Kolbenbolzen gelagert ist, genau über der Achse ME der Lagerung der Exzenterhülse in dem Pleuel befindet. In Figur 7 ist die Exzenterhülse um 180° verdreht, so dass sich MK genau unter ME befindet. Die Stellung gemäß Figur 6
entspricht einer maximalen Verdichtung. Die Stellung der Figur 7 entspricht einer minimalen Verdichtung.
Die Exzenterhülse 72 weist eine auf einer Seite des Pleuels 70 freiliegende Hülsenumfangs- verzahnung 74 auf, die nicht vollständig um den Umfang der Exzenterhülse umläuft, sondern einen Vorsprung 76 freilässt, der in einer ersten Endstellung der Exzenterhülse 72 an einem ersten Anschlag 78 des Pleuels 70 anliegt und in einer in Uhrzeigerrichtung (Ansichten a) um etwa 180° verdrehten zweiten Endstellung an einem zweiten Anschlag 80 des Pleuels 70 anliegt.
An der der Hülsenumfangsverzahnung 74 gegenüberliegenden Seite ist die Exzenterhülse 72 mit einer sich über einen Teil ihres Umfangs erstreckenden Umfangsausnehmung 82 ausgebildet, die in einer ersten Anschlagfläche 84 und an ihrem anderen Ende in einer zweiten Anschlagfläche 86 endet. An dem Pleuel 70 ist ein Sperrhebel 88 gelagert, der von einer Vorspannfeder 90 in Richtung auf die Umfangsausnehmung 82 vorgespannt ist. Wie aus den Figurenteilen b) und c) ersichtlich, sperrt der Sperrhebel 88 bei in ihrer ersten Endstellung (Fig.6) befindlicher Exzenterhülse 72 eine Drehung der Exzenterhülse 72 aus ihrer ersten Endstellung in Richtung auf die zweite Endstellung (Fig. 7) und bei in zweiter Endstellung befindlicher Exzenterhülse 72 sperrt der Sperrhebel 88 durch Anlage an der zweiten
Anschlagfläche 86 eine Drehung der Exzenterhülse aus der zweiten Endstellung in die erste Endstellung. Auf diese Weise ist die Exzenterhülse 72 in ihren Endstellungen formschlüssig drehfest gehalten.
Eine an dem Pleuel 70 gelagerte Übersetzungsscheibe 92 weist eine sich über ein
Umfangssegment erstreckende Scheibenumfangs Verzahnung 94 auf, die sich vorteilhaft über weniger als 180° erstreckt und die mit der Hülsenumfangsverzahnung 74 kämmt.
Auf der Seite der Übersetzungsscheibe 92 ist an dem Pleuel 70 ein erster zweiarmiger Betätigungshebel 96 gelagert, der an einem Ende eine Abtastrolle 56 trägt und nahe seinem anderen Ende gelenkig mit einer in sich starren Koppelstange 98 verbunden ist, die in einem Lager 100 mit der Übersetzungsscheibe 92 verbunden ist. Das Lager 100 ist beispielsweise zwischen einer Innenumfangsfläche eines Auges der Koppelstange 98 und einer
Außenumfangsfläche eines Ringansatzes der Übersetzungsscheibe 92 ausgebildet, wobei die Außenumfangsfläche exzentrisch um die Lagerung der Übersetzungsscheibe 92 herumführen
kann. Zwischen dem Ende des mit der Koppelstange 98 verbundenen Arms des ersten Betätigungshebels 96 und einer Stützfläche 102 des Pleuels 70 stützt sich eine Speicherfeder 104 ab.
An der dem ersten Betätigungshebel 96 gegenüberliegenden Seite des Pleuels 70 ist ein zweiter zweiarmiger Betätigungshebel 106 gelagert, der an einem Ende eine weitere
Abtastrolle 56 trägt und dessen anderes Ende gelenkig mit einer Entsperrstange 108 verbunden ist, die in an dem Sperrhebel 88 anliegt. Der zweite Betätigungshebel 106 wird von einer Vorspannfeder 1 10 in Gegenuhrzeigerrichtung (gemäß Figurenteilen b)) gegen einen am Pleuel 70 ausgebildeten Anschlag 112 gedrängt. Die Federn 90 und 110, die Lage des Anschlags 112, die Länge der Entsperrstange 108 und die Kinematiken der Hebel 106 und 88 ist derart, dass in Ruhelage das freie Ende des Sperrhebels einen geringen Abstand von der Umfangsfläche der Umfangsausnehrnung 82 hat, jedoch die Drehbarkeit der Exzenterhülse 72, wie erläutert, durch Anlage an einer der Anschlagflächen 84, 86 sperrt.
In Fig.7a) ist die Lagerung des Sperrhebels 88 am Pleuel 70 mit 114 bezeichnet.
Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:
Sei angenommen, die Vorrichtung befindet sich in der Stellung gemäß Figur 7 (niedrige Verdichtung). Die Exzenterscheibe 72 ist weitestmöglich in Uhrzeigerrichtung (gemäß Figurenteil a)) verdreht und befindet sich in ihrer zweiten Endstellung, in der der Vorsprung 76 an der zweiten Anschlagfläche 80 anliegt. Der Sperrhebel 88 liegt an der zweiten
Anschlagfläche 86 an. Die Übersetzungsscheibe 92 ist weitestgehend in
Gegenuhrzeigerrichtung verdreht. Die Koppelstange 98 befindet sich in ihrer tiefsten
Stellung, in der die Speicherfeder 104 entspannt ist und der erste Betätigungshebel 96 sich in seiner Ruhelage befindet. Die wirksame Länge des Pleuels 70 ist minimal, die Verdichtung einer zugehörigen Brennkraftmaschine ist ebenfalls minimal.
Soll nun die Verdichtung erhöht werden, wird das freie Ende des zweiten Betätigungshebels 106 von einem zugehörigen Betätigungselement, wie anhand der Figuren 3 bis 5 erläutert, abwärts bewegt, so dass der Sperrhebel 88 die Verdrehbarkeit der Exzenterhülse 72 aus ihrer zweiten Endstellung in Richtung auf die erste Endstellung freigibt. Kurz danach wird der erste Betätigungshebel 96 von einem zugehörigen Betätigungselement in Gegenuhrzeigerrichtung
(Ansicht gemäß Figurenteil a)) verschwenkt, wobei die Speicherfeder 104 gespannt wird und die Übersetzungsscheibe 92 von der Koppelstange 98 in Uhrzeigerrichtung verdreht wird, bis die drehfest mit der Übersetzungsscheibe 92 gekoppelte Exzenterscheibe 72 in ihre erste Endstellung (Fig. 6) gelangt und der Sperrhebel 88 unter Wirkung der Vorspannfeder 90 in die Umfangsausnehmung 82 und in Anlage an die erste Anschlagfläche 84 gelangt, woraufhin die Exzenterscheibe 72 in ihrer ersten Endstellung verriegelt ist. Dadurch wird der erste Betätigungshebel 96 in seiner maximal in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkten Stellung gem. Fig. 6 gehalten. Die wirksame Länge des Pleuels 70 ist nun maximal.
Soll die Verdichtung vermindert werden, wird das freie Ende des zweiten Betätigungshebels 106 von dem zugehörigen Betätigungselement wiederum abwärts bewegt, so dass der Sperrhebel 88 die Verdrehbarkeit der Exzenterhülse 72 aus ihrer ersten Endstellung in Richtung auf die zweite Endstellung freigibt. Die Übersetzungsscheibe 92 wird nun von der Koppelstange 98 durch die Kraft der sich entspannenden Speicherfeder 104 in
Gegenuhrzeigerrichtung verdreht bis die Exzenterhülse 72 wiederum in ihre zweite
Endstellung gelangt und dort verriegelt wird. Der Betätigungshebel 96 kehrt dabei in seine Ausgangslage zurück, so dass wiederum die Positionen gemäß Figur 7 eingenommen werden.
Vorteilhafterweise ist der Durchmesser der Hülsenumfangsverzahnung 74 derart auf den Umfang der Scheibenumfangs Verzahnung 94 abgestimmt, dass eine Verdrehung der
Scheibenumfangsverzahnung 94 um deutlich weniger als 180° zu einer Verdrehung der Exzenterhülse um 180° führt. Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen dem 1.
Betätigungshebel 96 bzw. der Speicherfeder 104 und der Übersetzungsscheibe 92 verbessert.
Es kann zweckmäßig sein, dass in den Stellungen minimaler oder maximaler Verdichtung wenigstens einer der jeweiligen Mittelpunkte ME oder MK über seine Maximal- bzw.
Minimalstellung hinaus bewegt ist. Dies führt zu einer geringfügigen Verminderung der Differenz zwischen maximaler und minimaler Verdichtung, hat jedoch kinematische Vorteile.
Es versteht sich, dass die gesamte Anordnung auch derart sein kann, dass die erste
Endstellung der Exzenterhülse maximaler Verdichtung und die zweite Endstellung minimaler Verdichtung entsprechen.
Die beispielhaft beschriebenen Vorrichtungen können im Rahmen der Patentansprüche vielfältig abgeändert werden.
Auch bei der in den Figs. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform kann die Koppelstange 98 teleskopisch bis zu einem Anschlag verlängerbar mit Vorspannfeder oder nur als Feder, wie in der ersten Ausführungsform, ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Übersetzungsscheibe 92 nicht starr mit dem Betätigungshebel 96 gekoppelt, sondern kann der Verstellung des Betätigungshebels 96 "weich" folgen. Der Betätigungshebel 96 wird vom Betätigungselement 58 genügend lang in seiner in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkten Stellung gehalten, bis die Exzenterhülse 72 in ihre Endlage verdreht und dort verrastet ist. Alternativ kann der Betätigungshebel 96 in seiner verschwenkten Stellung gesperrt werden und diese Sperre (nicht dargestellt) gelöst werden, sobald die Exzenterhülse 72 verrastet ist.
Es ist auch möglich, das Betätigungselement 58 unter Federvorspannung zu bewegen, wodurch Kraftspitzen abgebaut werden können
Alternativ kann die Koppelstange 98 teleskopisch ausgebildet und mit einer Feder versehen sein, die bei einer mittleren Länge der Koppelstange entspannt ist, bei Verkürzung der Koppelstange komprimiert und bei Verlängerung expandiert wird. In diesem Fall muss die aus der Speicherfeder 104 resultierende Kraft größer sein als die aus der Feder der
Teleskopstange, so dass die Teleskopstange nach dem Sperren der Exzenterhülse 72 aufgrund der Kraft der Speicherfeder 104 (die stärker ist als die Feder der Teleskopstange) in ihre Gegenrichtung vorgespannt, d.h. gestreckt wird. Nach dem Lösen der Sperre wird die
Übersetzungsscheibe 92 dann aufgrund der Kraft der Feder der Teleskopstange
zurückgedreht.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel 10 mit einer Kurbelwelle
verbundenen Kolbens (12) innerhalb eines Zylinders(14), die eine mit einer
Hülsenumfangsverzahnung 28 ausgebildete Exzenterhülse 22 enthält, über die ein
Kolbenbolzen 16 in einem Pleuelauge 18 gelagert ist, eine an dem Pleuel 10 drehbar gelagerte Übersetzungsscheibe 24 mit einer Scheibenumfangsverzahnung 26, deren Radius größer ist als der der Hülsenumfangsverzahnung 28 und die in Eingriff mit der
Hülsenumfangsverzahnung ist, einen ersten, an dem Pleuel gelagerten Betätigungshebel 30,
der über ein erstes Koppelglied 34 gelenkig mit der Übersetzungsscheibe 24 verbunden ist und während bei sich drehender Kurbelwelle von einem ersten Betätigungselement 58 aus einer ersten Schwenkstellung in eine zweite Schwenkstellung schwenkbar ist, einen zweiten, an dem Pleuel 10 gelagerten Betätigungshebel 32, der über ein zweites Koppelglied 36 bei sich drehender Kurbelwelle von einem zweiten Betätigungselement aus einer zweiten Schwenkstellung in eine erste Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei die
Übersetzungsscheibe 24 durch Verschwenken des ersten Betätigungshebels 30 aus einer ersten Drehstellung in eine zweite Drehstellung drehbar ist und durch Verschwenken des zweiten Betätigungshebels 32 aus der zweiten Drehstellung in die erste Drehstellung drehbar ist und die Drehstellungen der Exzenterhülse 22 bei in erster Drehstellung befindlicher Übersetzungsscheibe bzw. in zweiter Drehstellung befindlicher Übersetzungsscheibe einer maximalen bzw. minimalen wirksamen Pleuellänge entsprechen.
Vorteilhaft sind die Betätigungshebel 30, 32 in einer ihrer Schwenkstellungen verriegelbar und die Verriegelung eines Betätigungshebels wird jeweils gelöst, wenn der andere
Betätigungshebel verschwenkt wird.
Vorteilhaft ist die Übersetzungsscheibe 24 in ihrer ersten und zweiten Drehstellung verriegelbar und ist die Verriegelung bei Verschwenken eines Betätigungshebels 30, 32 lösbar.
Vorteilhaft sind die Koppelglieder 34, 36 bei der durch sie bewirkten Drehung der
Übersetzungsscheibe 24 auf Druck beansprucht und derart ausgebildet, dass sie gegen eine elastische Kraft verkürzbar sind.
Vorteilhaft ist die Exzenterhülse 22 in ihren maximaler und minimaler Pleuellänge entsprechenden Drehstellungen verrastbar und sind die Verrastungen der Exzenterhülse durch auf die Exzenterhülse wirkendes Drehmoment lösbar.
Vorteilhaft ist jeder Betätigungshebel 30, 32 als Kipphebel ausgebildet, dessen erster Arm gelenkig mit der zugehörigen Koppelstange 34, 36 verbunden ist und dessen zweiter Arm in Eingriff mit dem zugehörigen Betätigungselement 58 bringbar ist.
Vorteilhaft ist an dem zweiten Arm eine Abtastrolle 56 zum Abtasten des
Betätigungselements 58 gelagert.
Vorteilhaft ist jedes Betätigungselement aus einer Ruhestellung in eine Wirkstellung bewegbar und weist eine Kurvenbahn 58 aufweist, die in Wirkstellung des
Betätigungselements von dem Betätigungshebel für dessen Verschwenkung abgetastet wird.
Vorteilhaft ist die Exzenterhülse 22 beidseitig des Pleuels 10 mit
Hülsenumfangsverzahnungen ausgebildet und ist an jeder Seite des Pleuels 10 eine als Segmentscheibe ausgebildete Übersetzungsscheibe gelagert, die über ein zugehöriges Koppelglied mit einem zugehörigen Betätigungshebel verbunden ist.
Bezugszeichenliste
10 Pleuel
12 Kolben
14 Zylinder
16 Kolbenbolzen
18 Pleuelauge
20 Arbeitskammer
22 Exzenterhülse
24 Übersetzungsscheibe
26 Scheibenumfangsverzahnung
28 Hülsenumfangsverzahnung
30 Betätigungshebel
32 Betätigungshebel
34 Koppelglied
36 Koppelglied
38 Feder
40 Feder
50 Lagerung
52 Gelenk
54 Lagerung
56 Abtastrolle
58 Betätigungselement
60 Lagerung
62 Kurvenbahn
64 Aktuator
70 Pleuel
72 Exzenterhülse
74 Hülsenumfangsverzahnung
76 Vorsprung
78 erster Anschlag
80 zweiter Anschlag
82 Umfangsausnehmung
84 erste Anschlagfläche
86 zweite Anschlagfläche
88 Sperrhebel
90 Vorspannfeder
92 Übersetzungsscheibe
94 Scheibenumfangsverzahnung
96 erster Betätigungshebel
98 Koppelstange
100 Lager
102 Stützfläche
104 Speicherfeder
106 zweiter Betätigungshebel
108 Entsperrstange
110 Vorspannfeder
112 Anschlag
114 Lagerung
Claims
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verändern der Totpunktstellungen eines über ein Pleuel (10, 70) mit einer Kurbelwelle verbundenen Kolbens (12) innerhalb eines Zylinders(14), enthaltend
eine mit einer Hülsenumfangsverzahnung (28; 74) ausgebildete Exzenterhülse (22; 72), über die ein Kolbenbolzen (16) in einem Pleuelauge (18) lagerbar ist,
eine an dem Pleuel (10; 70) drehbar gelagerte Übersetzungsscheibe (24; 92) mit einer Scheibenumfangsverzahnung (26; 94), deren Radius größer ist als der der
Hülsenumfangsverzahnung (28; 74) und die in Eingriff mit der
Hülsenumfangsverzahnung (28; 74) ist, und eine Betätigungs Vorrichtung mit wenigstens einem an dem Pleuel gelagerten
Betätigungshebel (30,32; 96,106) der über ein Koppelglied (34, 36; 98, 108) mit der Übersetzungsscheibe (24; 92) gekoppelt ist und geeignet ist, bei sich drehender Kurbelwelle durch Eingriff mit einem in seine Bewegungsbahn beweglichen externen Betätigungselement (58) verschwenkt zu werden, wodurch die Übersetzungsscheibe (24; 92) verdreht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, enthaltend eine Feder (38, 40; 104), in der bei einer Verstellung eines Betätigungshebels (30, 32; 96) mittels des
Betätigungselements (58) Energie gespeichert wird, die zum Verdrehen der
Übersetzungsscheibe (24; 92) genutzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , enthaltend
einen ersten, an dem Pleuel gelagerten Betätigungshebel (30), der über ein erstes Koppelglied (34) gelenkig mit der Übersetzungsscheibe (24) verbunden ist und bei sich drehender Kurbelwelle von einem ersten Betätigungselement (58) aus einer ersten Schwenkstellung in eine zweite Schwenkstellung schwenkbar ist,
einen zweiten, an dem Pleuel (10) gelagerten Betätigungshebel (32), der über ein zweites Koppelglied (36) bei sich drehender Kurbelwelle von einem zweiten
Betätigungselement aus einer zweiten Schwenkstellung in eine erste Schwenkstellung verschwenkbar ist, wobei die Übersetzungsscheibe (24) durch Verschwenken des
ersten Betätigungshebels (30) aus einer ersten Drehstellung in eine zweite
Drehstellung drehbar ist und durch Verschwenken des zweiten Betätigungshebels (32) aus der zweiten Drehstellung in die erste Drehstellung drehbar ist und die
Drehstellungen der Exzenterhülse (22) bei in erster Drehstellung befindlicher
Übersetzungsscheibe bzw. in zweiter Drehstellung befindlicher Übersetzungsscheibe einer maximalen bzw. minimalen wirksamen Pleuellänge entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Betätigungshebel (30, 32) in einer ihrer Schwenkstellungen verriegelbar sind und die Verriegelung eines
Betätigungshebels jeweils gelöst wird, wenn der andere Betätigungshebel verschwenkt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Übersetzungsscheibe (24) in einer ersten und einer zweiten Drehstellung verriegelbar ist und die Verriegelung bei Verschwenken eines Betätigungshebels (30, 32) lösbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Koppelglieder (34, 36) bei der durch sie bewirkten Drehung der Übersetzungsscheibe (24) auf Druck beansprucht sind und derart ausgebildet sind, dass sie gegen eine elastische Kraft verkürzbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Exzenterhülse (22) in ihren maximaler und minimaler Pleuellänge entsprechenden Drehstellungen verrastbar ist und die Verrastungen der Exzenterhülse durch auf die Exzenterhülse wirkendes Drehmoment lösbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Exzenterhülse (22) beidseitig des Pleuels (10) mit Hülsenumfangsverzahnungen ausgebildet ist und an jeder Seite des Pleuels (10) eine als Segmentscheibe ausgebildete
Übersetzungsscheibe gelagert ist, die über ein zugehöriges Koppelglied mit einem zugehörigen Betätigungshebel verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, enthaltend
einen ersten an dem Pleuel (70) gelagerten Betätigungshebel (96), der mit der
Übersetzungsscheibe (92) über eine an dem Betätigungshebel (96) und der
Übersetzungsscheibe (92) angelenkte Koppelstange (98) verbunden ist,
eine Speicherfeder (104), die sich zwischen dem ersten Betätigungshebel (96) und einer Stützfläche (102) des Pleuels (70) abstützt,
einem an dem Pleuel (70) gelagerten Sperrhebel (88), der federnd in Eingriff in eine Umfangsausnehmung (82) der Übersetzungsscheibe (92) vorgespannt ist,
einen zweiten, an dem Pleuel (70) gelagerten Betätigungshebel (106), mit dem der Eingriff zwischen dem Sperrhebel (88) und der Umfangsausnehmung (82) lösbar ist, einen an der Exzenterhülse (72) ausgebildeten Vorsprung (76), der durch Anlage an an dem Pleuel (70) ausgebildeten Anschlägen (78, 80) die Drehbarkeit der Exzenterhülse (72) auf einen vorbestimmten Winkelbereich zwischen zwei Endstellungen begrenzt, wobei
in einer Endstellung der Exzenterhülse (72) deren Drehbarkeit in Richtung auf eine weitere Endstellung durch Anlage des Sperrhebels (88) an einer Anschlagfläche der Umfangsausnehmung gesperrt ist und die Speicherfeder (104) entspannt ist, zur Drehung der Exzenterhülse (72) aus der einen Endstellung heraus der zweite Betätigungshebel (106) zur Lösung der Anlage des Sperrhebels (88) an der einen Anschlagfläche betätigt wird und der erste Betätigungshebel (96) zur Drehung der Übersetzungsscheibe (92) und Spannung der Speicherfeder (104) betätigt wird, so dass die Exzenterhülse (72) bis in ihre weitere Endstellung verdreht wird, in der der Sperrhebel (88) in Anlage an eine weitere Anschlagfläche der Umfangsausnehmung (82) kommt und eine Drehung der Exzenterhülse (72)in Richtung auf die eine
Endstellung sperrt, und
zur Drehung der Exzenterhülse (72) aus der weiteren Endstellung in die eine
Endstellung der zweite Betätigungshebel (106) zur Lösung der Anlage des Sperrhebels (88) an der weiteren Anschlagfläche betätigt wird, so dass sich die Exzenterhülse (72) unter Entspannung der Speicherfeder (104) in ihre eine Endstellung dreht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jeder Betätigungshebel (30, 32; 96, 106) als Kipphebel ausgebildet ist, dessen erster Arm gelenkig mit der zugehörigen Koppelstange (34, 36; 98, 108) verbunden ist und dessen zweiter Arm in Eingriff mit dem zugehörigen Betätigungselement (58) bringbar ist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei an dem zweiten Arm eine Abtastrolle (56) zum Abtasten des Betätigungselements (58) gelagert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jedes
Betätigungselement (58) aus einer Ruhestellung in eine Wirkstellung bewegbar ist und eine Kurvenbahn (58) aufweist, die in Wirkstellung des Betätigungselements von dem Betätigungshebel (30,32; 96,106) für dessen Verschwenkung abgetastet wird.
13. Pleuel, enthaltend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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