Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff von Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die DE 601 72 919 T2 offenbart einen Mechanismus zum Erzeugen von variablen

Verdichtungsverhältnissen für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, der einen Kolben, der über einen Hub in dem Motor bewegt werden kann und einen Kolbenbolzen, sowie eine Kurbelwelle enthält. Die Kurbelwelle wandelt die Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung um. Ferner umfasst die Kurbelwelle einen Kurbelzapfen, wobei der Mechanismus zum Erzeugen von variablen Verdichtungsverhältnissen eine Vielzahl von Verbindungsgliedern umfasst, die den Kolbenbolzen mit dem Kurbelzapfen mechanisch verbinden. Der Mechanismus umfasst eine Steuerwelle, an der ein exzentrischer Nocken so angebracht ist, dass ein Mittelpunkt des exzentrischen Nockens exzentrisch zu einem Mittelpunkt der Steuerwelle ist. Ferner umfasst der Mechanismus ein Steuer- Verbindungsglied, das am einen Ende mit einem der Vielzahl von Verbindungsgliedern verbunden ist und am anderen Ende mit dem exzentrischen Nocken verbunden ist.

Darüber hinaus umfasst der Mechanismus ein Betätigungselement, das die Steuerwelle innerhalb eines vorgegebenen gesteuerten Winkelbereichs antreibt und die Steuerwelle an einer gewünschten Winkelposition hält, so dass ein Verdichtungsverhältnis des Motors kontinuierlich abnimmt, wenn die Steuerwelle in einer ersten Drehrichtung angetrieben wird.

Das Verdichtungsverhältnis nimmt kontinuierlich zu, wenn die Steuerwelle in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung angetrieben wird. Das Betätigungselement umfasst ein sich hin und her bewegenden Block-Gleitelement, dass an einem ersten Endabschnitt mit der Steuerwelle verbunden ist. Das Betätigungselement umfasst ferner ein Drehelement, dass über ein kämmendes Paar von

Schraubengewindeabschnitten in kämmenden Eingriff mit dem zweiten Endabschnitt des Gleitelements ist, so dass eine Drehbewegung des Drehelements in eine axiale

Gleitbewegung des Gleitelements umgewandelt wird, um die Steuerwelle in der ersten oder in der zweiten Drehrichtung anzutreiben.

Das Betätigungselement umfasst eine Hydraulikkammer, die einer axialen Endfläche des zweiten Endabschnitts des Gleitelements zugewandt ist, so dass Arbeitsfluid-Druck in der Hydraulikkammer das Gleitelement in der gleichen axialen Richtung wie der

Wirkungsrichtung einer sich hin und her bewegenden Last drückt, die während des Abwärtshubes des Kolbens auf das Gleitelement wirkt. Die sich hin und her bewegende Last wirkt während der Aufwärts- und Abwärtshübe des Kolbens in axialen Richtungen des Gleitelements auf das Gleitelement.

Bei dieser sowie bei anderweitigen aus der Entwicklung von

Verbrennungskraftmaschinen bekannten Stelleinrichtungen zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine ist somit wenigstens eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Kräften und/oder

Drehmomenten vorgesehen, über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Es hat sich gezeigt, dass es beim Betrieb der Stelleinrichtung zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, bereitzustellen, welche ein verbessertes Geräuschverhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Eine solche Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines

Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfasst wenigstens eine

Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Kräften und/oder Drehmomenten, über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Spieleinstelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Spiel der Übertragungseinrichtung einstellbar ist. Bei dem Spiel handelt es sich beispielsweise um eine fertigungs- und/oder anwendungsbedingte Bewegungsfreiheit zwischen wenigstens zwei Übertragungselementen der Übertragungseinrichtung. Die Übertragungselemente dienen dazu, die Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses zu übertragen.

Ist zwischen solchen Übertragungselementen ein unerwünschtes Spiel, das heißt eine unerwünschte Bewegungsfreiheit, gegeben, so kann es während des Betriebs der Stelleinrichtung zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen, da sich die Übertragungselement unerwünschter Weise und insbesondere über einen unerwünscht großen Weg relativ zueinander bewegen können. Dies führt beispielsweise zu einem Klappern, Rasseln oder dergleichen Geräusche.

Diese Problematik ist bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung vermieden, da das Spiel der Übertragungseinrichtung mittels der Spieleinrichtung auf einen gewünschten Wert einstellbar ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein unerwünscht großes Spiel kompensiert wird, wobei mittels der Spieleinstelleinrichtung ein demgegenüber geringeres erwünschtes und vorteilhaftes Spiel auf einfache und damit zeit- und kostengünstige Art und Weise einstellbar ist. So kann eine unerwünschte Geräuschentstehung der

Stelleinrichtung vermieden werden, woraus ein verbessertes Geräuschverhalten der Stelleinrichtung resultiert. So können beispielsweise Insassen eines Fahrgastraums eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der

Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung

Einstellvorgänge dieser akustisch nicht wahrnehmen. Dies führt insbesondere zu einer höheren Wertanmutung und zu einem verbesserten Reisekomfort in Folge einer geringeren Geräuschbelastung, insbesondere auf langen Reisen.

Bei der Verbrennungskraftmaschine mit dem wenigstens einen variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis mit der Stelleinrichtung, welche beispielsweise als so genanntes Multilink-T riebwerk ausgebildet ist, können auf die Stelleinrichtung wirkende, schwellende und/oder wechselnde Kräfte und/oder Drehmomente auftreten, welche insbesondere auf die Übertragungseinrichtung wirken.

Die Übertragungseinrichtung umfasst beispielsweise wenigstens ein Getriebe zum Übertragen von Kräften und/oder Momenten zum Einstellen eines

Verdichtungsverhältnisses. Das Getriebe weist dabei wenigstens zwei verzahnte Elemente als die Übertragungselemente auf, welche über jeweilige, miteinander im Eingriff stehende Verzahnungen gekoppelt sind. Insbesondere die wechselnden Anteile der genannten, auf die Übertragungseinrichtung wirkenden Kräfte und/oder

Drehmomente erweisen sich schwierig für eine Auslegung und eine Ausgestaltung des Getriebes, da es zu Anlagewechseln der Verzahnung kommen kann, insbesondere wenn ein unerwünschtes Spiel zwischen den Zahnflanken vorliegt. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, kann dies zu einer unerwünschten

Geräuschentwicklung führen. Ferner stellen diese Zahnflankenwechsel eine nicht unerhebliche Belastung für die Verzahnung und damit für die Übertragungseinrichtung dar.

Diese Problematik ist bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung vermieden, da durch die Einstellbarkeit des Spiels mittels der Spieleinstelleinrichtung die wechselnden Anteile der Kräfte und/oder Drehmomente, welche auf die Stelleinrichtung und insbesondere auf die Übertragungseinrichtung wirken, abgestützt werden können, so dass die Entstehung unerwünschter Geräusche sowie eine unerwünscht hohe Belastung der

Übertragungseinrichtung, insbesondere des Getriebes, vermieden sind. Dies geht einher mit einer höheren Lebensdauer der Übertragungseinrichtung und damit der gesamten Stelleinrichtung. Diese weist somit über ihre gesamte Lebensdauer eine verbesserte Funktionserfüllungssicherheit auf und kann auch über die hohe Lebensdauer hinweg das Verdichtungsverhältnis effizient und mit hohen Stelldynamiken präzise einstellen. So kann die Verbrennungskraftmaschine über die hohe Lebensdauer hinweg effizient an unterschiedliche Fahrzustände und Betriebspunkte angepasst und effizient betrieben werden. Daraus resultiert ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe C0 ₂ - Emissionen der Verbrennungskraftmaschine.

Darüber hinaus hält die Spieleinstelleinrichtung die Kosten der Stelleinrichtung gering. Durch die Einstellbarkeit des Spiels der Übertragungseinrichtung kann auf die Darstellung kostenintensiver Verzahnungsqualitäten der Verzahnungen des Getriebes und/oder kostenintensiver Übertragungselement der Übertragungseinrichtung verzichtet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zum Einstellen des Spiels der Achsabstand der verzahnten Elemente des Getriebes mittels der Spieleinstelleinrichtung einstellbar. Dadurch ist ein Weg-definiertes Einstellen des Spiels realisiert. Dabei ist beispielsweise ein Exzenter vorgesehen, mittels welchem wenigstens eines der verzahnten Elemente relativ zu dem anderen bewegt werden kann, um somit den Achsabstand und somit das Spiel bedarfsgerecht und zeit- und kostengünstig

einzustellen.

Die Spieleinstelleinrichtung der Stelleinrichtung ermöglicht insbesondere eine zeit- und kostengünstige Einstellung des Spiels auch nach einer bestimmten Lebensdauer und nach einer bestimmten Betriebszeit diese Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg.

Dadurch kann das Spiel nicht nur bei einer Herstellung und einer Erstmontage der Stelleinrichtung sondern vielmehr mehrmals über die Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg zeit- und kostengünstig justiert und insbesondere nacheingestellt werden.

Die verzahnten Elemente des Getriebes, insbesondere Zahnräder sind beispielsweise als zumindest im Wesentlichen konische Zahnräder, insbesondere als Kegelräder, ausgebildet. Dadurch ist eine axiale Anstellmöglichkeit geschaffen, wodurch der

Achsabstand durch zumindest im Wesentlichen axiales Bewegen eines der Zahnräder relativ zu dem anderen zeit- und kostengünstig eingestellt werden kann. Alternativ oder ergänzend können anderweitige Prinzipien zum Einstellen des Achsabstands und damit des Spiels vorgesehen sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein über die

Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg zumindest im Wesentlichen kontinuierliches Einstellen des Spiels vorgesehen. Dazu umfasst die Spieleinstelleinrichtung

beispielsweise ein während des Betriebs der Stelleinrichtung wirkendes Stellglied, mittels welchem das Spiel automatisch zumindest im Wesentlichen kontinuierlich eingestellt und nach-justiert wird. Dies bedeutet, dass das Spiel nicht nur bei der Erstmontage und bei Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten sondern während des Betriebs der Stelleinrichtung über deren Lebensdauer hinweg eingestellt und dementsprechend kompensiert werden kann.

Dies ist beispielsweise durch ein Hydraulikelement realisiert, welches beispielsweise analog zu bekannten hydraulischen Ventilspielsausgleichen von Ventiltrieben von

Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen wirkt. Dadurch ist ein selbsttätiger Ausgleich des Spiels der Übertragungseinrichtung geschaffen, so dass das Spiel ohne Zutun einer Person zumindest im Wesentlichen kontinuierlich eingestellt werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die

Spieleinstelleinrichtung zumindest ein Kraftbeaufschlagungselement, mittels welchem das Spiel insbesondere selbsttätig, das heißt automatisch, einstellbar ist. Dadurch ist beispielsweise ein Kraft-definiertes Anfedern beispielsweise über verspannte, geteilte Zahnräder anstelle ungeteilter Zahnräder, über eine radiale Achsanfederung und/oder über eine axiale Anfederung insbesondere der konischen Zahnräder möglich. Ferner kann das Vorsehen einer definierten Elastizität der Zahnräder und/oder anderweitiger Bauteile als das jeweilige Kraftbeaufschlagungselement vorgesehen sein, wodurch das zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Einstellen des Spiels realisiert ist.

Dabei ist es nicht unbedingt vonnöten, eine Anfederkraft zum Anfedern betragsmäßig so hoch auszugestalten, dass in allen Betriebszuständen der Stelleinrichtung ein Abheben, das heißt voneinander außer Kontakt kommen, der Zahnflanken vollständig vermieden wird. Ein kontrollierter Zahnflankenwechsel kann hinsichtlich einer Geräuschentstehung und einer Haltbarkeit der Stelleinrichtung bereits ausreichend sein, um die unerwünschte Geräuschentwicklung und die unerwünschte, negative Beeinflussung der Haltbarkeit und damit der Lebensdauer der Stelleinrichtung zu vermeiden. Mit anderen Worten ist durch eine derartige Realisierung eines kontrollierten Zahnflankenwechsels der Verzahnungen sowohl die unerwünschte Geräuschentwicklung wie auch eine unerwünscht hohe

Belastung der Übertragungseinrichtung vermeidbar.

Ein weiterer Vorteil eines solchen kontrollierten Zahnflankenwechsels ist, dass dieser mit einer besonders geringen Reibung des Getriebes einhergeht. So können das Getriebe und damit die gesamte Übertragungseinrichtung besonders verlustarm betrieben werden, was den Energiebedarf der Stelleinrichtung gering hält. Dies führt wiederum zu einem besonders geringen Kraftstoffverbrauch und damit zu geringen C0 ₂ -Emissionen der der Stelleinrichtung zugeordneten Verbrennungskraftmaschine.

Ein weiterer Vorteil der Einstellbarkeit des Spiels durch das insbesondere kraftdefinierte Anfedern und/oder durch das geschilderte, selbsttätige Nach-Einstellen, beispielsweise durch das Hydraulikelement, ist, dass insbesondere temperaturbedingte Änderungen des Spiels auf einfache Weise kompensiert werden können. Bei derartigen

temperaturbedingten Änderungen des Spiels handelt es sich beispielsweise um

Änderungen des Spiels auf Grund voneinander unterschiedlichen Temperaturen von Übertragungselementen, insbesondere der Zahnräder, der Übertragungseinrichtung und/oder um Temperaturschwankungen. Insbesondere derartig verursachte

Veränderungen des Spiels können mittels der Spieleinstelleinrichtung der

erfindungsgemäßen Stelleinrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise kompensiert werden, mit den geschilderten Vorteilen einhergeht.