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WO2017036460A1 - Hubkolbenmaschine mit einstellbarer verdichtung pleuel für eine derartige hubkolbenmaschine und verfahren zum verstellen der verdichtung bei einer derartigen hubkolbenmaschine - Google Patents

Hubkolbenmaschine mit einstellbarer verdichtung pleuel für eine derartige hubkolbenmaschine und verfahren zum verstellen der verdichtung bei einer derartigen hubkolbenmaschine Download PDF

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Publication number
WO2017036460A1
WO2017036460A1 PCT/DE2016/100396 DE2016100396W WO2017036460A1 WO 2017036460 A1 WO2017036460 A1 WO 2017036460A1 DE 2016100396 W DE2016100396 W DE 2016100396W WO 2017036460 A1 WO2017036460 A1 WO 2017036460A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connecting rod
switching
switching element
compression
compression ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2016/100396
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Schaffrath
Mike Souren
Tobias VOSSHALL
Andre Prinz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FEV GmbH filed Critical FEV GmbH
Priority to DE112016004001.6T priority Critical patent/DE112016004001A5/de
Publication of WO2017036460A1 publication Critical patent/WO2017036460A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating engine with adjustable compression, which is in particular a reciprocating internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a connecting rod for a reciprocating engine, in particular reciprocating internal combustion engine, with adjustable compression. Finally, the invention also includes a method for adjusting the compression of a reciprocating engine, in particular reciprocating internal combustion engine of the aforementioned type.
  • Reciprocating engines in particular reciprocating internal combustion engine with adjustable compression, are basically known. Depending on the load range in which such a reciprocating engine works, by changing the compression (increase in the partial load range) improves their efficiency and by changing the compression (reduction in the full load range in response to a boost pressure increase) the knock limit can be met.
  • the compression ratio of a reciprocating engine for example, be changed by the fact that the position of the compression piston is changed relative to the connecting rod or relative to the crankshaft.
  • the former case therefore, can be the effective length of the connecting rod and thus change the relative position of the piston to the crankshaft, while working in the second case, for example, with eccentrically mounted crankshafts.
  • Examples of reciprocating internal combustion engines with change in the effective length of the connecting rod are described in WO 2014/019683 and WO 2014/019684.
  • the change in the effective length of the connecting rod can z. B. by eccentric mounting of the compression piston journal pin on the connecting rod.
  • the adjustment can be active or passive.
  • the connecting rod for this purpose on one or two piston / cylinder support units, which are optionally alternately filled with hydraulic fluid, in particular engine oil, or in the alternately admitted such hydraulic fluid or from which this liquid is discharged. This is described in detail in the above-mentioned document.
  • the piston / cylinder support units are connected in a hydraulic circuit which is switchable in so far as it allows the hydraulic flow from one cylinder working space to the other or vice versa.
  • the switching of the hydraulic circuit is triggered by a mechanical switching element which is slidably mounted in the connecting rod.
  • the switching element is designed as a bolt, which projects in its two switching positions to each other one of the two large-scale sides of the connecting rod.
  • a cam element designed in the manner of an actuating element which is displaceable parallel to the crankshaft center axis, the switching element can be transferred from one to the other switching position (see the two above-mentioned publications).
  • the object of the invention is to simplify the transfer of the switching element from one switching position to the other switching position.
  • the invention proposes a reciprocating piston engine with adjustable compression, in particular a reciprocating internal combustion engine, which is provided with
  • crankshaft rotatably disposed in the cylinder crankcase and having a crankshaft center axis and at least one crank pin, at least one connecting rod, which is movably mounted on the at least one crankpin of the crankshaft, at least one compression piston, which is movably mounted on the crankshaft and is guided bidirectionally movable in a cylinder formed in the cylinder crankcase, and
  • a switch arranged on and / or in the connecting rod for triggering an adjustment of the compression between at least one first compression ratio and a different second compression ratio from the latter;
  • the switch comprises a switching element which is bidirectionally slidably guided between at least two switching positions along a switching path, wherein a first switching position is associated with the first compression ratio and a second switching position with the second compression ratio.
  • the connecting rod a reversible, unidirectional-acting movement release unit for selectively releasing the shift of the switching element from the first switching position to the second switching position while blocking the displacement of the switching element in the reverse direction or from the second switching position to the first switching position while blocking the displacement of the switching element in the reverse direction.
  • a connecting rod for a reciprocating piston engine with adjustable compression in particular for a reciprocating internal combustion engine, wherein the connecting rod is provided with,
  • a connecting rod body for mounting on a crankshaft center axis having a crankshaft and for bidirectional movement of a compression piston in a cylinder of a cylinder crankcase and a arranged on and / or in the connecting rod body switch for triggering an adjustment of the compression between at least one first seal ratio and a different from this second compression ratio
  • the switch comprises a switching element which is bidirectionally slidably guided between at least two switching positions along a switching path, wherein a first switching position is associated with the first compression ratio and a second switching position with the second compression ratio.
  • the connecting rod body is a switchable, unidirectional movement release unit for selectively enabling the displacement of the switching element from the first switching position to the second switching position while blocking the displacement of the switching element in the reverse direction or from the second switching position to the first switching position while blocking the displacement of the switching element in the reverse direction.
  • a method for adjusting the compression of a reciprocating piston engine in particular a reciprocating internal combustion engine
  • a reciprocating piston engine is provided with a connecting rod, in and / or on which a switch for triggering the adjustment of the compression is arranged between at least a first compression ratio and a different from this second compression ratio
  • the switch comprises a switching element, which is guided between at least two switching positions on the connecting rod bidirectionally displaceable along a switching path, wherein a first switching position of the first compression ratio and a second switching position of the second Compression ratio is associated with and wherein the Umschaltweg runs in a different angle from 90 ° to a plane that spans the connecting rod in its movement, in particular as described above.
  • the invention provides
  • switching element is prevented from moving back in the opposite direction when intended to move in one direction.
  • the switch for actuating the switch, with which the adjustment of the compression is triggered moves along a switching path.
  • This path can be linear or curved.
  • Decisive according to the invention is that are used to move the switching element along the Umschaltweg acting solely on the switching element during operation of the reciprocating engine acceleration forces. Therefore, it is provided according to the invention that the switching path extends in an angle other than 0 ° to the extent of the crankshaft center axis.
  • the switching path should be orthogonal to the crankshaft center axis.
  • a straightforward Umschaltweg offers. If a curved switching path is provided, the tangent at each point of the switching path should be at an angle different from 0 ° to the extent of the crankshaft center axis.
  • the switching path is at an orthogonal to the crankshaft center axis alignment within a plane or parallel to a plane which is spanned by the connecting rod during its movement.
  • the acceleration forces required for moving the switching element can be maximally utilized.
  • the acceleration forces are bidirectional along the switching path to the switching element. Without appropriate provision, the switching element would thus oscillate more or less merely while releasing its movement in both directions.
  • a switchable, unidirectional acting movement release unit for selectively releasing de shifting of the switching element from the first switching position to the second switching position while preventing the displacement of the switching element in the reverse direction , or from the second switching position to the first switching position while preventing the displacement of the switching element in the reverse direction.
  • the switching element is each mechanically prevented from being displaced in the opposite direction to the intended direction due to the acceleration forces acting on the switching element.
  • the respective displacement of the switching element from one to the other switching position ends z. B. by interaction of the switching element with an end stop or the like. Displacement limit in the respective switching position.
  • the switching path is parallel or orthogonal or at an angle of 0 ° to 90 ° to the longitudinal axis of the connecting rod.
  • the longitudinal axis is defined as the extension of the connecting rod between the Kurbelwellenhubzapfenlager and compression piston journal bearing.
  • the movement release unit itself is, for example, by means of an actuator or the like. Actuator is activated to enable or inhibit the movement of the switching element from one switching position to the other or vice versa. Mechanical structures for such movement release units are preferred here. Alternatively, of course, magne table or otherwise come for. B. electrically operating movement release units in question. Because of the special conditions in a cylinder crankcase, as it is generally the subject of a reciprocating engine, but bie th be mechanical solutions, since they work properly as a rule over the life of the reciprocating engine out. Mechanical movement release units in the aforementioned sense are also referred to in the literature as holdings (see, for example, Krause, Konstrutechnischs institute der Feinmechanik, chapter 9, pp.
  • the movement-enabling unit is preferably a switchable (complete or incomplete) straightening device.
  • Arrestments are sometimes called pacemaker or locking mechanism. Depending on how the at least up to a certain limit force acting holding is mechanically realized, it is called a Reibgesperre or -hememme or of a Formgesperre or -hem.
  • switchable straightening clamps or directional locking mechanisms and, in particular, straightening clamps or friction straightening clamps or friction locking restraints are used to selectively release the switching element in one of the two possible directions of movement and to simultaneously lock it in the respective other direction of movement.
  • the detention unit comprises a Reibhememme with at least one clamping element which can be brought for selective inhibition of movement of the switching element in one of its two displacement directions with the switching element in frictional engagement, or that the detention unit with a Formgehemme Has at least one switchable pawl, which is engageable for selectively inhibiting the movement of the switching element in one of its two displacement directions with the switching element in form engagement.
  • the movement-releasing unit has directional fixings of the types which are described and switchable in the above cited reference, can be used according to the invention.
  • FIG. 1 shows a partial cross section through a cylinder with compression piston and connecting rod of a reciprocating internal combustion engine, wherein the effective length of the connecting rod is hydraulically variable and the hydraulic circuit is shown and is further indicated where the switching element is arranged by way of example for changing the compression ratio on the connecting rod,
  • FIG. 1 schematically shows a part of a construction of a reciprocating internal combustion engine 10 with a compression ratio which can be adjusted in two stages in this exemplary embodiment, this compression ratio being adjusted by changing the effective length of a connecting rod.
  • the connecting rod 12 has a Kurbelwellenhubzapfenlager 14 for mounting on the crank pin 16 of a crankshaft 18 with central axis 20 and a compression piston journal bearing 22 for eccentric mounting of a compression piston 24 which is bidirectionally guided in a cylinder 26 of the cylinder crankcase 27 of the reciprocating internal combustion engine 10.
  • By two cylinder / piston-support units 28,30 a compression piston 24 relative to the connecting rod 12 adjustable adjusting element 32 is held in its respective adjustment position.
  • the adjusting element 32 By selective release of the inflow and outflow of hydraulic fluid (in particular engine oil) into the working chambers 34,36 of the cylinder / piston support units 28,30, the adjusting element 32 either adjusted automatically as a result of acting on the compression piston 24 during its movement acceleration forces (inertial forces ) or after ignition of the cylinder charge acting gas pressure forces (gas forces).
  • the switching of the alternating inflows and outflows of the hydraulic fluid by means of a switch 38 which is integrated into the hydraulic circuit 39.
  • a mechanical switching element 40 is used, which is bidirectionally displaceable along a switching path.
  • the hydraulic circuit 39 is supplied by the engine oil circuit 42, which has, inter alia, the oil pump 43.
  • the switching path extends in an angle other than 0 ° to the extent of the crankshaft center axis 20.
  • the switching path extends in the spanned by the connecting rod 12 in its conditional by the crankshaft 18 movement plane; two possible alignment positions of the switching element 40 are shown in Fig. 1, wherein the bidirectional directions in which the switching element 40 moves along the respective switching path, indicated by double arrows.
  • the switching element 40 may, for. B. in another part of the connecting rod 12, z. B. may be arranged on or in the connecting rod bearing cap 41.
  • the switching element 40 Due to the special arrangement of the switching element 40, which is usually a particular metallic bolt or the like. It is now possible to exploit the acceleration and deceleration forces (mass forces) which are induced on the switching element 40 when the connecting rod 12 moves, in order to move the switching element 40 from the one switching position which corresponds to the one compression ratio to transfer to the other switching position, which corresponds to the other compression ratio.
  • the switching element 40 moves along the path indicated at 45. Since during one revolution of the connecting rod 12 to the switching element 40, the acceleration and deceleration forces act equally in both directions, it must be ensured that the switching element 40 moves only in one of the two directions of movement (directed shift).
  • a straightening fixture is used which acts mechanically.
  • FIGS. 2 to 18 Three exemplary embodiments of such Richtfesteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptept
  • Fig. 2 shows the situation in which the switching element 40 abuts against a first end stop 56 and assumes its first switching position. In this situation 2, the switching element 40 is locked in its first switching position.
  • the switching element 40 must move from the first switching position shown in FIG. 2 in the second switching position shown in FIG. 5.
  • the movement release unit 44 is switched, in such a way that the first detent lever 46, which was previously disengaged from the first detent toothing 50 associated therewith, is now in engagement therewith, while the second detent lever 48, previously engaged with the it was assigned locking teeth 52, now out of engagement with the second locking teeth 52 passes (see Fig. 3).
  • the arrow 58 indicates that the switching element 40 can move in the direction of the second end stop 60, specifically induced by accelerations acting on the switching element 40 when the connecting rod 12 moves.
  • switching element 40 can move only in the direction of arrow 58; a return movement is not possible due to the interaction of the first locking lever 46 with the first latching teeth 50.
  • 4 shows by way of example a possible intermediate position of the switching element 40 on its switching path from the first switching position according to FIG. 2 into the second switching position according to FIG. 5.
  • a second embodiment of a movement release unit 44 ' is described, which is also designed as a Formgehemme or Sperrgehemme. If the elements of the motion enable unit 44 'are those of the motion enable unit 44 of FIGS. 2 to 8 (according to construction and / or function), they are shown in FIGS. 9 to 13 with the same reference numerals as in the aforementioned Fign. Provided.
  • a difference of the movement-releasing unit 44 'from the movement-releasing unit 44 can be seen in the mechanical construction of the detent levers 46, 48 formed in the movement-releasing unit 44' in the manner of detent pins. Moreover, unlike the movement releasing unit 44, the two detent teeth 50, 52 are arranged on the common release side of the switching element 40 in the movement releasing unit 44 '.
  • a third embodiment of a movement release unit 44 " is shown in Figures 14 to 18. It is a friction clip which, like the above-described hammer, is switchable (topping lock) As far as possible, the elements of the movement release unit 44" shown in Figs. 14 to 18 use the same reference numerals as in the previous Figs.
  • Fig. 14 shows the situation in which the switching element 40 is in its first switching position.
  • the switching element 40 can still move away from this at best. However, this is prevented by a clamping action on the switching element 40, which is caused by the prestressed by means of the springs 47 and 49 clamping element 64.
  • the switching element 40 increasingly jammed with the clamping element 64, whereby the freedom of movement of the switching element 40 in the situation shown in FIG. 14 is not given.
  • the switching element 40 By transferring the clamping element 64 in the position shown in FIG. 15, the switching element 40 is now released with respect to its movement in the direction of the arrow 58; Namely, the clamping element 64 pivots in the direction of the arrow 66 and thus releases the switching element 40. In the situation shown in FIG. 16, the switching element 40 abuts the second end stop 60 in its second switching position. The clamping element 64 prevents a return movement of the switching element 40. Only when the clamping element 64 is pivoted back again (see Fig. 17), the return movement of the switching element 40 in the direction of arrow 62 upon pivoting of the clamping element 64 in the direction of the arrow 68 is possible until the switching element 40 has again reached its first switching position (see FIG. 18).

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung befasst sich mit der Verstellung der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine (10), insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die Hubkolbenmaschine (10) weist ein Pleuel (12) auf, in und/oder an dem ein Schalter (38) zum Auslösen der Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis angeordnet ist. Wobei der Schalter (38) ein Umschaltelement (40) aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen am Pleuel (12) bidirektional längs eines Umschaltwegs verschiebbar geführt ist. Es ist eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet, wobei der Umschaltweg in einem von 90° verschiedenen Winkel zu einer Ebene verläuft, die der Pleuel (12) bei seiner Bewegung aufspannt. Werden zum Verschieben des Umschaltelements (40) auf dieses bei Bewegung des Pleuels (12) wirkende Beschleunigungen ausgenutzt, wobei das Umschaltelement (40) bei beabsichtigter Bewegung in der einen Richtung an einer Zurückbewegung in die entgegengesetzte andere Richtung gehindert wird.

Description

Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, Pleuel für eine derartige Hubkolbenmaschine und Verfahren zum Verstellen der Verdichtung bei einer derartigen Hubkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, bei der es sich insbesondere um eine Hubkolbenbrennkraftmaschine handelt. Ferner betrifft die Erfindung ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit einstellbarer Verdichtung. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Verstellen der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine des zuvor genannten Typs.
Hubkolbenmaschinen, insbesondere Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarer Verdichtung, sind grundsätzlich bekannt. Je nachdem, in welchem Lastbereich eine derartige Hubkolbenmaschine arbeitet, kann durch Veränderung der Verdichtung (Erhöhung im Teillastbereich) ihr Wirkungsgrad verbessert und durch Veränderung der Verdichtung (Verringerung im Vollastbereich in Abhängigkeit von einer Ladedruckerhöhung) die Klopfgrenze eingehalten werden.
Das Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenmaschine kann beispielsweise dadurch verändert werden, dass die Position des Verdichtungskolbens relativ zum Pleuel bzw. relativ zur Kurbelwelle verändert wird. Im erstgenannten Fall lässt sich also die effektive Länge des Pleuels und damit die relative Position des Kolbens zur Kurbelwelle verändern, während im zweiten genannten Fall beispielsweise mit exzentrisch gelagerten Kurbelwellen gearbeitet wird.
Beispiele für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Veränderung der effektiven Länge des Pleuels sind in WO 2014/019683 und WO 2014/019684 beschrieben. Die Veränderung der effektiven Länge des Pleuels kann z. B. durch exzentrische Lagerung des Verdichtungskolbenlager-Zapfens am Pleuel erfolgen. Dabei kann die Verstellung aktiv oder passiv erfolgen. Zumeist weist der Pleuel zu diesem Zweck ein oder zwei Kolben/Zylinder-Stützeinheiten auf, die gegebenenfalls wechselweise mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Motoröl, gefüllt sind bzw. in die wechselweise eine derartige Hydraulikflüssigkeit eingelassen oder aus denen diese Flüssigkeit ausgelassen wird. Dies ist im Einzelnen in der oben angegebenen Druckschrift beschrieben.
Die Kolben/Zylinder-Stützeinheiten sind in einem Hydraulik-Schaltkreis verschaltet, der insoweit umschaltbar ist, als er den Hydrauli kfluss von einem Zylinderarbeitsraum in den anderen oder umgekehrt zulässt. Die Umschaltung des Hydraulikschaltkreises wird ausgelöst durch ein mechanisches Umschaltelement, das verschiebbar im Pleuel gelagert ist. Das Umschaltelement ist dabei als Bolzen ausgebildet, der in seinen zwei Schaltpositionen zu jeweils einer anderen der beiden großflächigen Seiten des Pleuels übersteht. Über ein nach Art eines Kurvenscheibenelements ausgebildetes Betätigungselement, das parallel zur Kurbelwellenmittelachse verschiebbar ist, lässt sich das Umschaltelement aus der einen in die andere Schaltposition überführen (siehe hierzu die beiden oben genannten Druckschriften).
Aufgabe der Erfindung ist es, die Überführung des Umschaltelements aus dessen einer Schaltposition in die andere Schaltposition zu vereinfachen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, insbesondere eine Hubkolbenbrennkraftmaschi- ne, vorgeschlagen, die versehen ist mit
einem Zylinderkurbelgehäuse,
einer in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar angeordneten Kurbelwelle mit einer Kurbelwellenmittelachse und mit mindestens einem Hubzapfen, mindestens einem Pleuel, der an dem mindestens einen Hubzapfen der Kurbelwelle bewegbar gelagert ist, mindestens einem Verdichtungskolben, der bewegbar an der Kurbelwelle gelagert und in einem in dem Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Zylinder bidirektional beweglich geführt ist, und
einem am und/oder im Pleuel angeordneten Schalter zum Auslösen einer Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis,
wobei der Schalter ein Umschaltelement aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen längs eines Umschaltwegs bidirektional verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist.
Bei dieser Hubkolbenmaschine ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Erstre- ckung der Kurbelwellenmittelachse verläuft und
dass der Pleuel eine umschaltbare, unidirektional wirkende Bewegungsfreigabeeinheit zur wahlweisen Freigabe der Verschiebung des Umschaltelements aus der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements in umgekehrter Richtung oder aus der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements in der umgekehrten Richtung aufweist.
Die zuvor genannte Aufgabe wird überdies auch gelöst durch ein Pleuel für eine Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei der Pleuel versehen ist mit,
einem Pleuelkörper zur Lagerung an einer eine Kurbelwellenmittelachse aufweisenden Kurbelwelle und zur bidirektionalen Bewegung eines Verdichtungskolbens in einem Zylinder eines Zylinderkurbelgehäuses und einem am und/oder im Pleuelkörper angeordneten Schalter zum Auslösen einer Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Ver- dichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis,
wobei der Schalter ein Umschaltelement aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen längs eines Umschaltwegs bidirektional verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist.
Bei diesem Pleuel ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Erstre- ckung der Kurbelwellenmittelachse verläuft und
dass der Pleuelkörper eine umschaltbare, unidirektional wirkende Bewegungsfreigabeeinheit zur wahlweisen Freigabe der Verschiebung des Umschaltelements aus der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements in umgekehrter Richtung oder aus der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements in der umgekehrten Richtung aufweist.
Schließlich wird die zuvor genannte Aufgabe erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zum Verstellen der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, gelöst, wobei bei dem Verfahren eine Hubkolbenmaschine mit einem Pleuel bereitgestellt wird, in und/oder an dem ein Schalter zum Auslösen der Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis angeordnet ist, wobei der Schalter ein Umschaltelement aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen am Pleuel bidirektional längs eines Umschaltwegs verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist und wobei der Umschaltweg in einem von 90° verschiedenen Winkel zu einer Ebene verläuft, die der Pleuel bei seiner Bewegung aufspannt, insbesondere wie zuvor beschrieben. Bei diesem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass zum Verschieben des Umschaltelements auf dieses bei Bewegung des Pleuels wirkende Beschleunigungen ausgenutzt werden,
wobei das Umschaltelement bei beabsichtigter Bewegung in der einen Richtung an einer Zurückbewegung in die entgegengesetzte andere Richtung gehindert wird.
Nach der Erfindung bewegt sich der Umschalter zur Betätigung des Schalters, mit dem die Verstellung der Verdichtung ausgelöst wird, längs eines Umschaltwegs. Dieser Weg kann linear oder gekrümmt sein. Entscheidend nach der Erfindung ist, dass zur Bewegung des Umschaltelements längs dessen Umschaltweg ausschließlich auf das Umschaltelement bei Betrieb der Hubkolbenmaschine wirkende Beschleunigungskräfte ausgenutzt werden. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse verläuft. Insbesondere sollte zur Maximierung der zur Bewegung des Umschaltelements ausnutzbaren Beschleunigungskräfte der Umschaltweg orthogonal zur Kurbelwellenmittelachse verlaufen. Hier bietet sich insbesondere ein gradliniger Umschaltweg an. Sofern ein gekrümmter Umschaltweg vorgesehen ist, sollte die Tangente in jedem Punkt des Umschaltwegs unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse verlaufen.
Anders ausgedrückt liegt also der Umschaltweg bei zur Kurbelwellenmittelachse orthogonaler Ausrichtung innerhalb einer Ebene bzw. parallel zu einer Ebene, die von dem Pleuel bei dessen Bewegung aufgespannt wird. Hierdurch lassen sich die zur Bewegung des Umschaltelements erforderlichen Beschleunigungskräfte maximal ausnutzen. Die Beschleunigungskräfte wirken jedoch längs der Umschaltwegs auf das Umschaltelement bidirektional. Ohne entsprechende Vorkehrung würde also das Umschaltelement bei gleichzeitiger Freigabe seiner Bewegung in beide Richtungen mehr oder weniger lediglich oszillieren. Damit sich aber nun das Umschaltelement automatisch gezielt von der einen Schaltposition in die andere bewegt, ist erfindungsgemäß eine umschaltbare, unidirektional wirkende Bewegungsfreigabeeinheit zur wahlweisen Freigabe de Verschiebung des Umschaltelements aus der ersten Umschaltposition in die zweite Umschaltposition bei gleichzeitiger Verhinderung der Verschiebung des Umschaltelements in umgekehrter Richtung, oder aus der zweiten Umschaltposition in die erste Umschaltposition bei gleichzeitiger Verhinderung der Verschiebung des Umschaltelements in der umgekehrten Richtung vorgesehen. Mit anderen Worten wird also das Umschaltelement jeweils mechanisch daran gehindert, sich aufgrund der auf das Umschaltelement wirkenden Beschleunigungskräfte in Gegenrichtung zur beabsichtigten Richtung zu verschieben. Die jeweilige Verschiebung des Umschaltelements aus der einen in die andere Schaltposition endet z. B. durch Zusammenwirken des Umschaltelements mit einem Endanschlag o.dgl. Verschiebungsbegrenzung in der jeweiligen Schaltposition.
Eine andere Definition der bevorzugten Ausrichtung des Umschaltwegs relativ zum Pleuel ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, dass der Umschaltweg parallel oder orthogonal oder unter einem Winkel von 0° bis 90° zur Längsachse des Pleuels verläuft. Dabei ist die Längsachse definiert als Erstreckung des Pleuels zwischen dessen Kurbelwellenhubzapfenlager und Verdichtungskolbenzapfenlager.
Die Bewegungsfreigabeeinheit selbst wird z.B. mittels eines Aktuators o.dgl. Stellantriebs aktiviert, um die Bewegung des Umschaltelements aus der einen Schaltposition in die andere oder umgekehrt freizugeben bzw. zu hemmen. Hier bieten sich bevorzugt mechanische Konstruktionen für derartige Bewegungsfreigabeeinheiten an. Alternativ kommen selbstverständlich auch magne tisch oder auf andere Weise z. B. elektrisch arbeitende Bewegungsfreigabeeinheiten in Frage. Wegen der besonderen Verhältnisse in einem Zylinderkurbelgehäuse, wie es im allgemeinen Gegenstand einer Hubkolbenmaschine ist, bie ten sich aber mechanische Lösungen an, da diese im Regelfall über die Lebensdauer der Hubkolbenmaschine hin ordnungsgemäß arbeiten. Mechanische Bewegungsfreigabeeinheiten im zuvor genannten Sinne werden in der Literatur auch als Festhaltung bezeichnet (siehe z. B. Krause, Konstruktionselemente der Feinmechanik, Kap. 9, S. 445-462, VEB Verlag Berlin, 1. Auflage 1989, ISBN 3-341-00461-0). Bei derartigen Festhaltungen unterscheidet man zwischen vollständigen und unvollständigen Festhaltungen. Unvollständige Festhaltungen lassen ab Überschreitung einer Mindestkraft die Bewegung eines gelagerten oder geführten Bauteils noch zu. So weisen beispielsweise Dreh-/Drücksteller in beispielsweise Kraftfahrzeugen unvollständige Festhaltungen auf.
Ferner unterscheidet man bei Festhaltungen solche, die nur in einer Richtung arbeiten. Derartige Festhaltungen werden Richtfesthaltungen genannt. Erfindungsgemäß handelt es sich also bei der Bewegungsfreigabeeinheit bevorzugt um eine umschaltbare (vollständige oder unvollständige) Richtfesthaltung.
Festhaltungen werden mitunter auch Gehemme oder Gesperre genannt. Je nachdem, wie die zumindest bis zu einer bestimmten Grenzkraft wirkende Festhaltung mechanisch realisiert ist, spricht man von einem Reibgesperre bzw. -gehemme oder von einem Formgesperre bzw. -gehemme.
Erfindungsgemäß werden nun bevorzugt umschaltbare Richtgehemme bzw. Richtgesperre und im speziellen Formrichtgehemme bzw. Reibrichtgehemme oder Formrichtgesperre bzw. Reibrichtgesperre eingesetzt, um das Umschaltelement wahlweise in der einen der beiden möglichen Bewegungsrichtungen freizugeben und um es gleichzeitig in der jeweils anderen Bewegungsrichtung zu sperren.
Demzufolge ist bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Festhaltungseinheit ein Reibgehemme mit mindestens einem Klemmelement aufweist, das zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement in Reibeingriff bringbar ist, oder dass die Festhaltungseinheit ein Formgehemme mit mindestens einer umschaltbaren Sperrklinke aufweist, die zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement in Formeingriff bringbar ist.
Grundsätzlich gilt, dass die Bewegungsfreigabeeinheit Richtfesthalterungen der Typen, die in der oben angegebenen Literaturstelle beschrieben und umschaltbar sind, erfindungsgemäß verwendbar sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 9 bis 14.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Im Einzelnen zeigen dabei :
Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen Zylinder mit Verdichtungskolben und Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei die effektive Länge des Pleuels hydraulisch veränderbar sowie der Hydraulikschaltkreis dargestellt ist und ferner angedeutet ist, wo am Pleuel das Umschaltelement zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses beispielhaft angeordnet ist,
Fign. 2 bis 8
verschiedene Stellungen eines mechanischen umschaltbaren Richtge- sperres zur selektiven Freigabe der Bewegung des Umschaltelements aus der einen Schaltposition in die andere Schaltposition gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fign. 9 bis 13
verschiedene Stellungen eines mechanischen umschaltbaren Richtge- sperres zur selektiven Freigabe der Bewegung des Umschaltelements aus der einen Schaltposition in die andere Schaltposition gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und Fign.14 bis 18
verschiedene Stellungen eines mechanischen umschaltbaren Reibgehemme zur selektiven Freigabe der Bewegung des Umschaltelements aus der einen Schaltposition in die andere Schaltposition gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel .
In Fig. 1 ist schematisch ein Teil einer Konstruktion einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine 10 mit in diesem Ausführungsbeispiel zweistufig verstellbarem Verdichtungsverhältnis gezeigt, wobei diese Verdichtungsverhältnis-Verstellung mittels Veränderung der effektiven Länge eines Pleuels erfolgt. Der Pleuel 12 weist ein Kurbelwellenhubzapfenlager 14 zur Lagerung am Hubzapfen 16 einer Kurbelwelle 18 mit Mittelachse 20 und ein Verdichtungskolbenzapfenlager 22 zur exzentrischen Lagerung eines Verdichtungskolbens 24 auf, der bidirektional in einem Zylinder 26 des Zylinderkurbelgehäuses 27 der Hubkolben- brennkraftmaschine 10 geführt ist. Durch zwei Zylinder/Kolben-Stützeinheiten 28,30 wird ein den Verdichtungskolben 24 relativ zum Pleuel 12 verstellbares Verstellelement 32 in dessen jeweiliger Verstellposition gehalten. Durch selektive Freigabe des Ab- und Zuflusses von Hydraulikflüssigkeit (insbesondere Motoröl) in die Arbeitsräume 34,36 der Zylinder/Kolben-Stützeinheiten 28,30 verstellt sich das Verstellelement 32 entweder automatisch in Folge von auf den Verdichtungskolben 24 bei dessen Bewegung wirkenden Beschleunigungskräften (Massenkräften) oder nach Zündung der Zylinderladung wirkenden Gasdruckkräften (Gaskräften). Die Umschaltung der wechselweisen Zu- und Abflüsse der Hydraulikflüssigkeit erfolgt mittels eines Schalters 38, der in den Hydraulikschaltkreis 39 eingebunden ist. Zur Betätigung des Schalters 38 wird ein mechanisches Umschaltelement 40 eingesetzt, das bidirektional längs eines Umschaltwegs verschiebbar ist.
Der Hydraulikschaltkreis 39 wird gespeist vom Motorölkreislauf 42, der unter anderem die Ölpumpe 43 aufweist.
Auf die hydraulische Verschaltung der beiden Stützeinheiten 28,30 soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden, da dies an sich bekannt ist. Die Besonderheit hinsichtlich der Anordnung des Umschaltelements 40 am bzw. im Pleuel 12 ist darin zu sehen, dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse 20 verläuft. Vorzugsweise erstreckt sich der Umschaltweg in der vom Pleuel 12 bei dessen durch die Kurbelwelle 18 bedingten Bewegung aufgespannten Ebene; zwei mögliche Ausrichtpositionen des Umschaltelements 40 sind in Fig. 1 gezeigt, wobei auch die bidirektionalen Richtungen, in denen sich das Umschaltelement 40 entlang des jeweiligen Umschaltwegs bewegt, durch Doppelpfeile angedeutet.
Das Umschaltelement 40 kann z. B. auch in einem anderen Teil des Pleuels 12, z. B. am bzw. im Pleuellagerdeckel 41 angeordnet sein.
Durch die besondere Anordnung des Umschaltelements 40, bei dem es sich im Regelfall um einen insbesondere metallischen Bolzen o.dgl . handelt, ist es nun möglich, die bei Bewegung des Pleuels 12 auf dieses wirkenden Beschleuni- gungs- und Verzögerungskräfte (Massenkräfte), die auf das Umschaltelement 40 induziert wird, auszunutzen, um das Umschaltelement 40 aus der einen Schaltposition, die dem einen Verdichtungsverhältnis entspricht, in die andere Schaltposition zu überführen, die dem anderen Verdichtungsverhältnis entspricht. Das Umschaltelement 40 bewegt sich längs der bei 45 angedeuteten Bahn. Da während eines Umlaufs des Pleuels 12 auf das Umschaltelement 40 die Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte gleichermaßen in beiden Richtungen wirken, muss dafür gesorgt werden, dass sich das Umschaltelement 40 nur in der einen der beiden Bewegungsrichtungen verschiebt (gerichtete Verschiebung). Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung eine Richtfesthaltung eingesetzt, die mechanisch wirkt. Drei Ausführungsbespiele für derartige Richtfesthaltungen, die erfindungsgemäß umschaltbar sind, sind in den Fign. 2 bis 18 gezeigt, die jeweils einen Ausschnitt gemäß A der Fig. 1 im vergrößerten Maßstab zeigen. Anhand der Fign. 2 bis 8 soll nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel einer umschaltbaren Richtfesthaltung als Bewegungsfreigabeeinheit 44 zur wahlweisen Freigabe der Verschiebung des Umschaltelements 40 in einer der beiden Richtungen gezeigt werden. Die Bewegungsfreigabeeinheit 44 weist zwei Rasthebel 46,48 auf, die wechselweise mit jeweils zugeordneten Rastverzahnungen 50,52 zusammenwirken. Die beiden Rasthebel 46,48 sind federnd vorgespannt, und zwar mittels der Federn 47 und 49 in Richtung auf die ihnen jeweils zugeordnete Rastverzahnung 50,52 und lassen sich über einen Verstellhebel 53 verstellen, und zwar vorzugsweise elektromechanisch durch einen Stellantrieb 54.
Fig. 2 zeigt die Situation, in der das Umschaltelement 40 an einem ersten Endanschlag 56 anliegt und seine erste Schaltposition einnimmt. In dieser Situation 2 ist das Umschaltelement 40 in seiner ersten Schaltposition verriegelt.
Soll nun das Verdichtungsverhältnis verändert werden, muss sich das Umschaltelement 40 aus der ersten Schaltposition gemäß Fig. 2 in die zweite Schaltposition gemäß Fig. 5 verschieben. Dazu wird die Bewegungsfreigabeeinheit 44 umgeschaltet, und zwar dergestalt, dass der erste Rasthebel 46, der zuvor außer Eingriff mit der ihm zugeordneten ersten Rastverzahnung 50 war, sich nun im Eingriff mit dieser befindet, während der zweite Rasthebel 48, der zuvor im Eingriff mit der ihm zugeordneten Rastverzahnung 52 war, nun aus dem Eingriff mit der zweiten Rastverzahnung 52 gelangt (siehe Fig. 3). Durch den Pfeil 58 ist angedeutet, dass sich das Umschaltelement 40 in Richtung auf den zweiten Endanschlag 60 bewegen kann, und zwar induziert durch auf das Umschaltelement 40 bei Bewegung des Pleuels 12 wirkende Beschleunigungen. Dabei ist wichtig, dass sich das Umschaltelement 40 ausschließlich in Richtung des Pfeils 58 verschieben kann; eine Zurückbewegung ist aufgrund des Zusammenwirkens des ersten Rasthebels 46 mit der ersten Rastverzahnung 50 nicht möglich. Fig. 4 zeigt beispielhaft eine mögliche Zwischenstellung des Umschaltelements 40 auf seinem Umschaltweg von der ersten Schaltposition gemäß Fig. 2 in die zweite Schaltposition gemäß Fig. 5.
Soll sich nun das Umschaltelement 40 aus der zweiten Schaltposition gemäß Fig. 5 wieder zurück in die erste Schaltposition gemäß Fig. 8 (bzw. Fig. 2) können, so muss die Bewegungsfreigabeeinheit 44 wieder umgeschaltet werden, so dass der zweite Rasthebel 48 in Eingriff mit der ihm zugeordneten Rastverzahnung 52 gelangt, während der erste Rasthebel 46 aus dem Eingriff mit der ihm zugeordneten Rastverzahnung 50 herausbewegt wird. Der Pfeil 62 deutet an, dass sich nun das Umschaltelement 40 ausschließlich in dieser Richtung bewegen kann, bis es schließlich wieder die Position gemäß Fig. 8 (bzw. Fig. 2) eingenommen hat. Eine Zwischenstellung längs des Umschaltwegs, die das Umschaltelement 40 dabei einnimmt, ist in Fig. 7 gezeigt.
In den Fign. 9 bis 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bewegungsfreigabeeinheit 44' beschrieben, die ebenfalls als Formgehemme bzw. Sperrgehemme ausgebildet ist. Sofern die Elemente der Bewegungsfreigabeeinheit 44' denjenigen der Bewegungsfreigabeeinheit 44 der Fign. 2 bis 8 entsprechen (gemäß Konstruktion und/oder Funktion), sind sie in den Fign. 9 bis 13 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den zuvor genannten Fign. versehen.
Ein Unterschied der Bewegungsfreigabeeinheit 44' gegenüber der Bewegungsfreigabeeinheit 44 ist in der mechanischen Ausführung der Rasthebel 46,48 zu sehen, die bei der Bewegungsfreigabeeinheit 44' nach Art von Raststiften ausgebildet sind. Überdies sind die beiden Rastverzahnungen 50,52 bei der Bewegungsfreigabeeinheit 44' anders als bei der Bewegungsfreigabeeinheit 44 auf einer gemeinsamen Seite des Umschaltelements 40 angeordnet.
In der Situation gemäß Fig. 9 liegt das Umschaltelement 40 an dem ersten Endanschlag 56 an und lässt sich von diesem auch nicht mehr weg bewegen, da die Bewegungsfreigabeeinheit 44' das Umschaltelement 40 insoweit blockiert (Eingriff des Raststiftes 48 mit der Rastverzahnung 52). Nach Umschal- tung der Bewegungsfreigabeeinheit 44' (außer Eingriff befindlicher Raststift 48 mit der Rastverzahnung 52 und in Eingriff befindlicher Raststift 46 mit der Rastverzahnung 50) kann sich nun das Umschaltelement 40 in Richtung des Pfeils 58 bis zum zweiten Endanschlag 60 bewegen (siehe Fig. 10). Wenn es dort angekommen ist (siehe Fig. 11), wird es in dieser Position arretiert.
Soll sich nun das Umschaltelement 40 wieder zurückbewegen, weil das Verdichtungsverhältnis wieder verändert werden soll, so wird die Bewegungsfreigabeeinheit 44' wieder umgeschaltet (siehe Fig. 12), so dass sich das Umschaltelement 40 in Richtung des Pfeils 60 bis in die erste Schaltposition wieder zurückbewegen kann (siehe Fig. 13).
In den Fign. 14 bis 18 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Bewegungsfreigabeeinheit 44" gezeigt. Es handelt sich hierbei um ein Reibgehemme, welches, wie die zuvor beschriebene Gehemme umschaltbar ist (Richtfesthaltung). Soweit möglich werden für die Elemente der Bewegungsfreigabeeinheit 44" gemäß den Fign. 14 bis 18 die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in den vorherigen Fign.
Fig. 14 zeigt die Situation, in der sich das Umschaltelement 40 in seiner ersten Schaltposition befindet. Durch den Endanschlag 56 kann sich das Umschaltelement 40 allenfalls noch von diesem weg bewegen. Dies wird aber verhindert durch eine Klemmwirkung auf das Umschaltelement 40, die durch das mittels der Federn 47 und 49 vorgespannte Klemmelement 64 hervorgerufen wird. Denn bei einem Wegrücken des Umschaltelements 40 vom ersten Endanschlags 56 verklemmt sich das Umschaltelement 40 zunehmend mit dem Klemmelement 64, wodurch die Bewegungsfreiheit des Umschaltelements 40 in der Situation gemäß Fig. 14 nicht gegeben ist.
Durch Umlegung des Klemmelements 64 in die Position gemäß Fig. 15 wird nun das Umschaltelement 40 hinsichtlich seiner Bewegung in Richtung des Pfeils 58 freigegeben; das Klemmelement 64 verschwenkt nämlich in Richtung des Pfeils 66 und gibt damit das Umschaltelement 40 frei. In der Situation gemäß Fig. 16 liegt das Umschaltelement 40 in seiner zweiten Schaltposition an dem zweiten Endanschlag 60 an. Das Klemmelement 64 verhindert eine Zurückbewegung des Umschaltelements 40. Erst wenn das Klemmelement 64 wieder zurück verschwenkt wird (siehe Fig. 17), ist die Zurückbewegung des Umschaltelements 40 in Richtung des Pfeils 62 bei Verschwenken des Klemmelements 64 in Richtung des Pfeils 68 möglich, bis das Umschaltelement 40 wieder seine erste Schaltposition erreicht hat (siehe Fig. 18).
BEZUGSZEICHENLISTE Hubkolben(-brennkraft-)maschine
Pleuel
Kurbelwellenhubzapfenlager
Hubzapfen
Kurbelwelle
Kurbelwellenmittelachse
Verdichtungskolbenzapfenlager
Verdichtungskolben
Zylinder
Zylinderkorbelgehäuse
Zylinder/Kolben-Stützeinheit
Zylinder/Kolben-Stützeinheit
Verstellelement
Arbeitsraum der Zylinder/Kolben-Stützeinheit Arbeitsraum der Zylinder/Kolben-Stützeinheit Schalter
Hydraulikschaltkreis
mechanisches Umschaltelement des Schalters Pleuellagerdeckel
Motorölkreislauf
Ölpumpe
Bewegungsfreigabeeinheit
' Bewegungsfreigabeeinheit
" Bewegungsfreigabeeinheit
Bewegungsbahn des Umschaltelements Rasthebel bzw. Raststift
Vorspannfeder
Rasthebel bzw. Raststift
Vorspannfeder
Rastverzahnung
Rastverzahnung Verstellhebel
Stellantrieb
Endanschlag für Umschaltelement (Bewegungs-)Pfeil
Endanschlag für Umschaltelement (Bewegungs-)Pfeil
Klemmelement
(Verschwenk- )Pfeil
(Verschwenk-)Pfeil

Claims

ANSPRÜCHE
1. Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, insbesondere Hubkol- benbrennkraftmaschine, mit
einem Zylinderkurbelgehäuse (27),
einer in dem Zylinderkurbelgehäuse (27) drehbar angeordneten Kurbelwelle (18) mit einer Kurbelwellenmittelachse (20) und mit mindestens einem Hubzapfen (16),
mindestens einem Pleuel (12), der an dem mindestens einen Hubzapfen (16) der Kurbelwelle (18) bewegbar gelagert ist,
mindestens einem Verdichtungskolben (24), der bewegbar an der Kurbelwelle (18) gelagert und in einem in dem Zylinderkurbelgehäuse (27) ausgebildeten Zylinder bidirektional beweglich geführt ist, und einem am und/oder im Pleuel (12) angeordneten Schalter (38) zum Auslösen einer Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis,
wobei der Schalter (38) ein Umschaltelement (40) aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen längs eines Umschaltwegs bidirektional verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Er- streckung der Kurbelwellenmittelachse (20) verläuft und
dass der Pleuel (12) eine umschaltbare, unidirektional wirkende Bewegungsfreigabeeinheit (44,44', 44") zur wahlweisen Freigabe der Verschiebung des Umschaltelements (40) aus der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements (40) in umgekehrter Richtung oder aus der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements (40) in der umgekehrten Richtung aufweist.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltweg orthogonal zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse (20) verläuft.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (12) ein Kurbelwellenhubzapfenlager (14) und ein Verdichtungskolbenzapfenlager (22) aufweist, dass zwischen diesen beiden Lagern des Pleuels (12) dessen Längsachse verläuft und dass der Umschaltweg parallel oder orthogonal oder unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° zur Längsachse des Pleuels (12) verläuft.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfreigabeeinheit (44,44', 44") eine unidirek- tional wirkende umschaltbare Festhaltungseinheit zum wahlweisen Zulassen einer Verschiebung des Umschaltelements (40) aus dessen erster Schaltposition in dessen zweite Schaltposition unter gleichzeitiger Verhinderung einer Zurückverschiebung oder umgekehrt aufweist.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festhaltungseinheit ein Reibgehemme mit mindestens einem Klemmelement (66) aufweist, das zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements (40) in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement (40) in Reibeingriff bringbar ist.
6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festhaltungseinheit ein Formgehemme mit mindestens einer umschaltbaren Sperrklinkenanordnung (46,48) aufweist, die zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements (40) in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement (40) in Formeingriff bringbar ist.
7. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuel (12) eine effektive Länge aufweist, die zur Verstellung der Verdichtung veränderbar ist.
8. Pleuel für eine Hubkolbenmaschine mit einstellbarer Verdichtung, insbesondere für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit
einem Pleuelkörper (12) zur Lagerung an einer eine Kurbelwellenmittelachse (20) aufweisenden Kurbelwelle (18) sowie zur bidirektionalen Bewegung eines Verdichtungskolbens (24) in einem Zylinder eines Zylinderkurbelgehäuses (27) und
einem am und/oder im Pleuelkörper (12) angeordneten Schalter (38) zum Auslösen einer Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis,
wobei der Schalter (38) ein Umschaltelement (40) aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen längs eines Umschaltwegs bidirektional verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Umschaltweg in einem von 0° verschiedenen Winkel zur Er- streckung der Kurbelwellenmittelachse (20) verläuft und
dass der Pleuelkörper (12) eine umschaltbare, unidirektional wirkende Bewegungsfreigabeeinheit (44,44', 44") zur wahlweisen Freigabe der Verschiebung des Umschaltelements (40) aus der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements (40) in umgekehrter Richtung oder aus der zweiten Schaltposition in die erste Schaltposition bei gleichzeitiger Blockade der Verschiebung des Umschaltelements (40) in der umgekehrten Richtung aufweist.
9. Pleuel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltweg orthogonal zur Erstreckung der Kurbelwellenmittelachse (20) verläuft.
10. Pleuel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pleuelkörper (12) ein Kurbelwellenhubzapfenlager (14) und ein Verdichtungskolbenzapfenlager (22) aufweist, dass zwischen diesen beiden Lagern des Pleuelkörpers (12) dessen Längsachse verläuft und dass der Umschaltweg parallel oder orthogonal oder unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner 90° zur Längsachse des Pleuelkörpers (12) verläuft.
11. Pleuel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsfreigabeeinheit (44,44', 44") eine unidirektional wirkende, umschaltbare Festhaltungseinheit zum wahlweisen Zulassen einer Verschiebung des Umschaltelements (40) aus dessen erster Schaltposition in dessen zweite Schaltposition unter gleichzeitiger Verhinderung einer Zurückverschiebung oder umgekehrt aufweist.
12. Pleuel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Festhaltungseinheit ein Reibgehemme mit mindestens einem Klemmelement (64) aufweist, das zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements (40) in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement (40) in Reibeingriff bringbar ist.
13. Pleuel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Festhaltungseinheit ein Formgehemme mit mindestens einer umschaltbaren Sperrklinkenanordnung (46,48) aufweist, die zur wahlweisen Bewegungshemmung des Umschaltelements (40) in einer seiner beiden Verschieberichtungen mit dem Umschaltelement (40) in Formeingriff bringbar ist.
14. Pleuel nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Länge des Pleuelkörpers (12) zur Verstellung der Verdichtung veränderbar ist. Verfahren zum Verstellen der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine (10), wobei bei dem Verfahren
eine Hubkolbenbrennkraftmaschine (10) mit einem Pleuel (12) bereit gestellt wird, in und/oder an dem ein Schalter (38) zum Auslösen der Verstellung der Verdichtung zwischen zumindest einem ersten Verdichtungsverhältnis und einem von diesem verschiedenen zweiten Verdichtungsverhältnis angeordnet ist,
wobei der Schalter (38) ein Umschaltelement (40) aufweist, das zwischen mindestens zwei Schaltpositionen am Pleuel (12) bidirektional längs eines Umschaltwegs verschiebbar geführt ist, wobei eine erste Schaltposition dem ersten Verdichtungsverhältnis und eine zweite Schaltposition dem zweiten Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist und
wobei der Umschaltweg in einem von 90° verschiedenen Winkel zu einer Ebene verläuft, die der Pleuel (12) bei seiner Bewegung aufspannt, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zum Verschieben des Umschaltelements (40) auf dieses bei Bewegung des Pleuels (12) wirkende Beschleunigungen ausgenutzt wer den,
wobei das Umschaltelement (40) bei beabsichtigter Bewegung in der einen Richtung an einer Zurückbewegung in die entgegengesetzte an dere Richtung gehindert wird.
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