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Title:
ADJUSTING DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/006871
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to an adjusting device for an internal combustion engine, the compression ratios of which can be adjusted by means of a cam (28) that is disposed on an adjusting shaft (27) of the adjusting device, wherein the adjusting device can be driven by an internal combustion engine via a drive element (1) of a drive shaft (2) of the adjusting device, and a transmission (25), a shiftable clutch and a shiftable brake are disposed for drive purposes between the drive element (2) and the cam (27), wherein a connection between the drive element (1) and the drive shaft (2) can be created by means of the clutch, and the drive shaft (2) can be held in position by the shiftable brake, wherein the adjusting device has a combined clutch and brake unit (24), in which a clutch having a first part (9) and a second shiftable part (12) and a brake having a first part (18, 19) and a second shiftable part (12) are disposed and the second part (12) of the clutch and of the brake comprises an anchor plate  (12) which is shared by the clutch and brake and which is non-rotatably arranged on the drive shaft (2).

Inventors:
RICHTER FRANK (DE)
GROSS ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/057573
Publication Date:
January 21, 2010
Filing Date:
June 18, 2009
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
RICHTER FRANK (DE)
GROSS ALEXANDER (DE)
International Classes:
F01L1/02; F01L1/34; F02B75/04; F16D67/06
Foreign References:
DE102005020270A12006-11-09
BE1001629A31989-12-19
EP0893616A21999-01-27
US4589534A1986-05-20
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Claims:
Patentan sprü ch e

1. Verstellvorrichtung eines Verbrennungsmotors dessen Kompressionsverhältnisse über einen an einer Verstellwelle (27) der Verstellvorrichtung angeordneten Exzenter (28) verstellbar sind, wobei die Verstellvorrichtung von einem Verbrennungsmotor über ein Antriebselement (1) einer Antriebswelle (2) der Verstellvorrichtung antreibbar ist und trieblich zwischen dem Antriebselement (2) und dem Exzenter (27) ein Getriebe (25), eine schaltbare Kupplung und eine schaltbare Bremse angeordnet ist, wobei durch die Kupplung eine Verbindung zwischen dem Antriebselement (1) und der Antriebswelle (2) herstellbar ist und die Antriebswelle (2) durch die schaltbare Bremse festhaltbar ist, dadurch geken n zei ch n et, dass die Verstellvorrichtung eine kombinierte Kupplungs- und Bremseinheit (24) aufweist, in welcher eine Kupplung mit einem ersten Teil (9) und einem zweiten schaltbaren Teil (12) und eine Bremse mit einem ersten Teil (18, 19) und einem zweiten schaltbaren Teil (12) angeordnet ist und der zweite Teil (12) der Kupplung und der Bremse aus einer für die Kupplung und die Bremse gemeinsamen Ankerscheibe (12) besteht, welche drehfest auf der Antriebswelle (2) angeordnet ist.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch geken n zei ch n e t , dass die Ankerscheibe (12) aus einem magnetischen Material ausgebildet ist und der Kupplung und der Bremse je ein Elektromagnet zugeordnet ist und die Elektromagnete je zumindest einen Elektromagnetkörper (6, 7) und eine Spule (15, 20) umfassen.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken n zei c h n e t , dass das erste Kupplungsteil (9) und das erste Teil der Bremse zumindest einen Reibbelag (10, 11, 18, 19) aufweisen und dass korrespondierende Reibbeläge an der Ankerscheibe (13, 14, 16, 17) angeordnet sind.

4. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ankerscheibe (12) axial schiebbar auf der Antriebswelle (2) angeordnet ist und zumindest eine Rückstellfeder (21 , 22) derart auf einer die axiale Seiten der Ankerscheibe (12) angeordnet ist, dass die Ankerscheibe (12) durch die Rückstellfedern (21, 22) in einer Neutralposition bewirkt.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ankerscheibe (12) ortsfest an der Antriebswelle (2) angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer Axialrichtung federnd ist.

6. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass das Getriebe (25) als ein Stirnradgetriebe ausgebildet ist.

7. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass ein erster und ein zweiter Magnetkörper in einem Gehäuse (23) ortsfest angeordnet sind, wobei das Antriebelement (1) und die Antriebswelle (2) in dem Magnetkörper und/oder einem anderen gehäusefesten Bauteil gelagert sind.

8. Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass das Antriebelement (1 ) an einer Hohlwelle angeordnet ist oder als eine Hohlwelle ausgebildet ist und am Antriebselement (1) zumindest eine Lagerung zu einem gehäusefesten Bauteil aufweist und die Antriebswelle (2) in der Hohlwelle angeordnet und gelagert ist.

9. Verfahren zum Schalten einer Verstelleinheit, bei welcher eine Ankerscheibe (12) als Verbindungsglied zwischen einem Antriebselement (1) und einer Welle (2) bzw. einer Welle (2) und einer Bremse vorgesehen ist und über die Ankerscheibe (12) bei einem Eingriff mit einer Kupplung eine Drehung zu der Welle (2) übertragbar ist und bei einem Eingriff mit der Bremse die Welle (2) festgehalten wird, dadurch geken n zei ch n et, dass um die Ankerscheibe (12) in Eingriff mit der Kupplung zu bringen ein erster Elektromagnet zugeschaltet wird und um die Ankerscheibe (12) in Eingriff mit der Bremse zu bewegen ein zweiter Elektromagnet zugeschaltet wird.

Description:
Verstellvorrichtunq eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung eines Verbrennungsmotors dessen Kompressionsverhältnisse veränderbar sind mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Aus der DE 10 2005 020 270 A1 ist eine Verbrennungsmotors mit einer Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisse bekannt. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar ist.

Der Verbrennungsmotor weist ein Gehäuse auf, in dem sich der Kolben und die Kurbelwelle bewegen. Der Kolben wird durch die Gaskraft nach unten bewegt und über trägt diese Bewegung über eine Hauptpleuelstange und einen Querhebel auf die Kurbelwelle. Der Querhebel ist über eine Nebenpleuelstange an einem Exzenter abgestützt, der seinerseits auf einer Verstellwelle angeordnet ist.

Der Verbrennungsmotor weist weiterhin zwei Nockenwellen auf, die durch ein Umschlingungsgethebe von der Kurbelwelle angetrieben werden. Das Umschlingungsgetriebe treibt weiterhin ein Antriebselement an, das über eine schaltbare Kupplung und zwei Planetengetriebe mit der Verstellwelle verbunden ist. Ein eingangsseitiges Wellenstück des Planetengetriebes ist sowohl über die Kupplung mit dem Antriebselement als auch über eine Bremse mit dem Gehäuse verbindbar. Das zweistufige Planetengetriebe übersetzt die Umdrehung des Antriebselements in eine geringe Verdrehung der Verstellwelle.

Der Exzenter bzw. die Verstellwelle ist im Gehäuse gelagert und verändert die Lage und/oder die Richtung des Verstellhebels durch seine Drehung. Das Verdichtungsverhältnis wird durch Drehen einer Verstellwelle und damit durch Drehen des Exzenters verändert. Mittels der Bremse wird die Verstellwelle in einer Position gehalten, um ein festes Kompressionsverhältnis zu erreichen.

Nachteilig bei dieser Verstellvorrichtung ist, dass die doppelten Planetengetriebe viel Platz in dem engen Motorraum in Anspruch nehmen. Eine ausgereifte Konstruktion, die die gesamte Verstellvorrichtung mit Kupplung und Bremse umfasst, ist noch nicht vorhanden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstellvorrichtung eines Verbrennungsmotors dessen Kompressionsverhältnisse verstellbar sind bereit zustellen, wobei die Verstellvorrichtung einen geringen Bauraum in Anspruch nehmen soll. Weiter soll ein Verfahren zum Schalten einer Verstelleinheit vorgeschlagen werden.

Diese Aufgabe wird wie in dem unabhängigen Patentanspruch 1 und Patentanspruch 9 angegeben gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Aufgabe wird gelöst ausgehend von einer aus dem Stand der Technik bekannte Verstellvorrichtung, bei welcher der Verbrennungsmotor über ein Antriebselement die Verstellvorrichtung antreibt. Trieblich zwischen einer Antriebswelle und einer Verstellwelle ist ein Getriebe, eine schaltbare Kupplung und eine schaltbare Bremse angeordnet. Bei geschlossener Kupplung bildet sich eine Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Antriebswelle. Durch eine geschlossene Bremse wird die Antriebswelle festgehalten.

Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, dass die Kupplung und die Bremse nie gleichzeitig in Eingriff sind, da die Kupplung geschlossen ist, um eine Veränderung der Kompressionsverhältnisse zu ermöglichen und die Bremse geschlossen ist, um ein eingestelltes Kompressionsverhältnis konstant zu halten. Somit wird eine Verstellvorrichtung mit einer kombinierten Kupplungs- und Bremseinheit vorgeschlagen, welche eine Kupplung mit einem ersten, mit dem Antriebelement fest angeordneten Kupplungsteil und einem zweiten schaltbaren Kupplungsteil und eine Bremse mit einem ersten gehäusefesten Teil und einem zweiten schaltbaren Teil aufweist. Der zweite bewegliche Teil der Kupplung und der Bremse besteht aus einer für die Kupplung und die Bremse gemeinsamen Ankerscheibe, welche drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist.

Dadurch dass die eine Ankerscheibe gleichzeitig als Kupplung und Bremse wirkt, wird ein platzsparender Schaltmechanismus dargestellt und somit nimmt die ganze Verstellvorrichtung wenig Bauraum in Anspruch.

In einer bevorzugten Lösung der Erfindung wird die Kupplungs- Bremseinheit elektromagnetisch geschaltet. Dabei ist die Ankerscheibe aus einem magnetischen Material ausgebildet und je ein Elektromagnet ist der Kupplung und der Bremse zugeordnet. Die Elektromagnete weisen je einen Elektromagnetkörper und eine Spule auf. Durch eine Bestromung einer Spule wird die zugehörige Kupplung bzw. Bremse aktiviert, wodurch die Ankerscheibe zur Kupplung bzw. Bremse hingezogen wird und die Kupplung bzw. Bremse geschlossen wird. Bei der Schließung die Kupplung bzw. Bremse führt die Ankerscheibe somit eine kurze Hubbewegung aus.

Der zweite Teil der Kupplung bzw. Bremse weist zumindest einen zur Ankerscheibe korrespondierenden Reibbelag auf.

Es wird vorgeschlagen, dass die Ankerscheibe derart an der Getriebeeingangswelle angeordnet ist, dass sie axial schiebbar ist und zwischen zwei Rückstellfedern angeordnet ist, beispielsweise zwischen zwei Spiralfedern. Die Rückstellfedern wirken je mit einer gegeneinander wirkenden Federkraft an der Ankerscheibe und bewirken folglich die Ankerscheibe in ihrer Neutralposition. Somit wird die Ankerscheibe bei nicht beaufschlagten Elektromagneten in ihrer Neutralposition einstellen bzw. gehalten. Die Neutralposition der Ankerscheibe ist annährend in die Mitte zwischen einem Kupplungseingriff und einem Bremseingriff. Somit ist die Kupplungs- Bremseinheit immer schnell ansprechbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Kompressionsverhältnis sich automatisch zu einem niedrigen Kompressionsverhältnis rückstellt. Durch den Gasdruck im Zylinder des Motors, wirkt das gesamte System rückwirkend und stellt der Exzenter auf seine Startposition zurück.

Bei einer alternativen Variante der Erfindung ist die Ankerscheibe ortsfest an der Getriebeeingangswelle angeordnet und derart ausgebildet, dass die Ankerscheibe in ihrer Axialrichtung federnd ist. Bei einer Bestromung einer der beiden Elektromagneten wird der federnde Teil der Ankerscheibe ausfedern bzw. ausbiegen und die Kupplung bzw. die Bremse wird geschlossen. Bei einem Ausschalten des Elektromagnetes federt die Ankerscheibe wieder in ihre aufrechte Neutralposition zurück. Somit werden keine Rückstellfedern benötigt. Des Weiteren führt die Ankerscheibe keine Hubbewegung aus, wodurch die für eine Hubbewegung notwendige Gleitfläche entfällt. Die eventuelle nicht lineare Bewegung der Reibbeläge der Ankerscheibe wird durch die Anordnung der Reibbeläge kompensiert, da die Reibbeläge derart angeordnet sind, dass sie trotz einer eventuell bogenförmigen Bewegung der Reibbeläge, parallel zu den gegenüberliegenden Reibbelägen der Kupplung bzw. der Bremse zum Eingriff kommt.

In einer vorteilhaften Variante der Verstellvorrichtung ist das Getriebe zwischen der Antriebswelle und des Exzenters als ein Stirnradgetriebe ausgebildet. Somit werden mit weniger Platzbedarf gleiche Übersetzungsverhältnisse erreicht als mit zwei Planetengetrieben. Im Gehäuse der Kupplungs-Bremseinheit sind die Magnetkörper angeordnet. Vorzugsweise ist das Antriebselement und die Antriebswelle im Magnetkörper und/oder in einem anderen gehäusefesten Bauteil gelagert.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement auf einer Hohlwelle angeordnet ist, bzw. als eine Hohlwelle ausgebildet ist und zumindest eine Lagerung zu einem gehäusefesten Teil aufweist und die Antriebswelle in der Hohlwelle angeordnet ist und zusätzlich in ihr gelagert ist.

Um eine Verstelleinheit der oben genannten Art zu schalten, ist ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Ankerscheibe in einen Eingriff mit dem zweiten Kupplungsteil gebracht wird durch Zuschalten eines ersten Elektro- magnets, und die Ankerscheibe in einen Eingriff mit dem zweiten Teil der Bremse gebracht wird, indem der erste Elektromagnet weggeschaltet wird und ein zweiter Elektromagnet zugeschaltet wird.

Weitere Vorteile der Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus einem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenem Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 eine prinzipmäßig dargestellte Verstelleinheit

Fig. 2 eine prinzipmäßig dargestellte Kupplungs- Bremseinheit

Fig. 3 eine prinzipmäßig dargestellte Variante der Kupplungs- Bremseinheit

Fig. 4 eine prinzipmäßig dargestellte Variante der Verstelleinheit

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung zur Veränderung der Kompressionsverhältnisse eines Verbrennungsmotors prinzipmäßig dargestellt. Die Verstellvorrichtung umfasst eine Kupplungs-Bremseinheit 24 und ein Getriebe 25. Die Kupplungs-Bremseinheit 24 weist auf der in Figur 1 dargestellten linken Seite ein Antriebselement 1 und auf ihre gegenüberliegende Seite eine Antriebswelle 2 auf, wobei die Antriebswelle 2 als Eingangswelle für das Getriebe 25 wirkt. In die Kupplungs-Bremseinheit 24 ist eine Kupplung und eine Bremse vorhanden, bei geschlossener Kupplung ist das Antriebselement 1 mit der Antriebswelle 2 verbunden und bei geschlossener Bremse ist die Antriebswelle 2 festgehalten.

Bei geschlossener Kupplung wird eine Drehung auf die Antriebswelle 1 im Getriebe 25 eingeleitet und über eine Vorgelegewelle 26 zu einer Verstellwelle 27 und somit zu einem Exzenter 28 weitergeleitet. Der Exzenter 28 wird dabei eine Verstellung die Kompressionsverhältnisse des Verbrennungsmotors nach bekanntem Prinzip bewirken. Bei geschlossener Bremse wird der Exzenter 28 in der aktuellen Position gehalten.

Figur 2 zeigt eine Kupplungs-Bremseinheit 24 einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung in einem Gehäuse 23. Ein Antriebselement 1 ist auf einer Antriebswelle 2 mittels der Lager 3, 4 gelagert. Das Antriebselement 1 weist eine weitere Lagerung 5 zwischen dem Antriebselement 1 und einem ersten gehäusefesten Elektromagnetkörper 6 auf und die Antriebswelle 2 ist zusätzlich auf einem zweiten gehäusefesten Elektromagnetkörper 7 mittels des Lagers 8 gelagert.

Die Kupplung der Kupplungs-Bremseinheit 24 ist aus einem ersten und einem zweiten Kupplungsteil 9, 12 ausgebildet. Der erste Kupplungsteil 9 weist auf seiner in der Figur 2 rechten axialen Seite Reibbeläge 10, 1 1 auf und ist auf dem Antriebelement 1 ortsfest angeordnet. Drehfest mit der Antriebswelle 2 ist eine Ankerscheibe 12 aus einem magnetischen Material schiebbar, beispielsweise mittels einer Keilwellen-Verbindung, angeordnet. Die Ankerscheibe 12 stellt das zweite Kupplungsteil dar und weist auf seiner radialen Fläche gegen den ersten Kupplungsteil 9 Reibbeläge 13, 14 auf. Durch eine Strombeauf- schlagung einer Spule 15 wird die Ankerscheibe 12 gegen die Elektromagnetkörper 6 gezogen und somit wird die Kupplung geschlossen und eine Drehung des Antriebselements 1 kann zu einer Verstellung des Exzenters 28 übertragen werden und eine Erhöhung des Kompressionsverhältnis wird erreicht.

Der erste Teil der Bremse bildet sich aus zwei gehäusefeste Reibbeläge 18, 19 aus, beispielsweise sind die Reibbeläge 18, 19 direkt am Magnetkörper 7 angeordnet. Die Ankerscheibe 12 wirkt als zweite Teil der Bremse und weist somit auf seiner in der Figur 2 rechten axialen Seite zwei Reibbeläge 16, 17 auf. Durch eine Strombeaufschlagung einer im Magnetkörper 7 angeordneten Spule 20 werden die Reibbeläge 16, 17 der Ankerscheibe 12 mit den gehäusefesten Reibbeläge 18, 19 in Eingriff kommen, somit ist der Exzenter 28 durch die Bremse in seiner aktuellen Position festgehalten und das Kompressionsverhältnis wird somit konstant gehalten.

Wenn weder die Kupplung noch die Bremse aktiv sind, wird die Ankerscheibe 12 in ihrer Neutralposition durch die Rückstellfedern 20, 21 positioniert. Die Neutralposition entspricht einer Position annährend in der Mitte zwischen dem Kupplungs- und dem Bremseingriff. Wenn sich die Ankerscheibe 12 in ihrer Neutralposition befindet, wird das Kompressionsverhältnis sich automatisch zu einem niedrigeren Kompressionsverhältnis rückstellen. Durch den Gasdruck im Zylinder des Motors wirkt das gesamte System rückwirkend und stellt den Exzenter in seine Startposition zurück und somit wird das Kompressionsverhältnis wieder herruntergesetzt.

An dem Ende der Antriebswelle 2 ist das Antriebsrad des Getriebes 25 vorgesehen. Wenn die Ankerscheibe 12 mit dem zweiten Kupplungsteil 9 in Eingriff ist, wird eine Drehung des Antriebselements 1 auf die Antriebswelle 2 und weiter in das Getriebe 25 eingeleitet. Das Getriebe 25 übersetzt die Drehung der Antriebswelle in zwei Stufen über die Vorgelegewelle 26 und weiter zur Verstellwelle 27 bzw. zum Exzenter 28 derart, dass mehrerer Umdrehungen der Antriebswelle 2 nur eine kleinere Winkelverstellung des Exzenters 28 bewirken.

In Figur 3 ist eine Variante der Kupplungs-Bremseinheit dargestellt. Die Ankerscheibe 12 ist ortsfest an der Antriebswelle 2 angeordnet. Um einen Eingriff des jeweiligen Reibbelag 13, 17 der Ankerscheibe mit dem korrespondierenden Reibbelag 1 1 , 18 der Kupplung bzw. Bremse zu gewährleisten, ist ein Bereich 29 der Ankerscheibe 12 federnd ausgebildet. Des Weiteren ist der Bereich 30 der Ankerscheibe 12 aus einem magnetischen Material ausbildet. Durch eine Strombeaufschlagung einer der Spulen 15, 20 wird der entsprechende Reibbelag 13, 17 der Ankerscheibe 12 gegen den zugeordneten Reibbelag 1 1 , 18 der Kupplung bzw. Bremse gezogen, wobei die Bewegung durch ein Ausfedern des Bereichs 29 gewährleistet wird.

In Figur 4 ist eine Variante der Verstelleinheit dargestellt, bei welcher das Antriebsrad des Getriebes 25 auf der gleichen Seite als das Eingangselement 1 der Kupplungs-Bremseinheit angeordnet ist.

Bezuαszeichen

1 Antriebselement

2 Antriebswelle

3 Lagerung

4 Lagerung

5 Lagerung

6 Elektromagnetkörper

7 Elektromagnetkörper

8 Lagerung

9 erste Kupplungsteil

10 Reibbelag

1 1 Reibbelag

12 Ankerscheibe

13 Reibbelag

14 Reibbelag

15 Spule

16 Reibbelag

17 Reibbelag

18 Reibbelag

19 Reibbelag

20 Spule

21 Rückstellfeder

22 Rückstellfeder

23 Gehäuse

24 Kupplungs-Bremseinheit

25 Getriebe

26 Vorgelegewelle

27 Verstellwelle

28 Exzenter federnde Bereich Bereich mit magnetischem Material